Mit CCTS können bereits CO2-Emissionen vermieden werden: Ein Überblick über die Umweltauswirkungen von Kohlenstoffabscheidung, -transport und -speicherung

Netto-Null-Volkswirtschaften werden Kohlenstoffabscheidung, -transport und -speicherung (CCTS) benötigen, um CO2-intensive Industrien wie die Zementherstellung zu dekarbonisieren und Restemissionen aus der Landwirtschaft oder dem Luftverkehr zu kompensieren. Um die für eine Netto-Null-Volkswirtschaft erforderlichen Mengen an CCTS zu erreichen, ist eine Infrastruktur erforderlich, die in der Lage ist, so schnell wie möglich mehrere Megatonnen CO2 pro Jahr abzuscheiden, zu transportieren und zu speichern. Pipelines eignen sich am besten für den Transport großer CO2-Mengen, sind aber in Europa noch nicht vorhanden und benötigen mehrere Jahre für Planung und Bau. Daher wird sich die Infrastruktur für die sofortige Abscheidung, den Transport und die Speicherung von CO2 auf die derzeit verfügbaren Technologien stützen. Da es keine Erfahrungen mit der Anwendung dieser Technologien auf CCTS gibt, sind ihre Klimaauswirkungen auf ein CCTS-System unbekannt. Wie wir in einem aktuelle Studiekann ein CCTS-System mit den verfügbaren Technologien mehr als die Hälfte der Emissionen einer Industrieanlage in der Schweiz vermeiden.

Kohlenstoffabscheidung, -transport und -speicherung (CCTS) ist eine der wenigen Möglichkeiten, die CO dekarbonisieren₂-intensive Industrien (z. B. Zement- oder Papierherstellung) und erreichen Netto-Null-Emissionen in der gesamten Wirtschaft. Die CCTS-Infrastruktur muss schnell ausgebaut werden, um zur Dekarbonisierung der Industrie beizutragen. CCTS besteht aus Abscheidungsanlagen in Industrieanlagen, die CO₂dann wird das CO₂ verflüssigt und zu einer Speicherstätte transportiert wird. In Europa verfügen die Standorte in der Nordsee derzeit über die beste Bedingungen für die Dauerlagerung. Allerdings ist es für die Emittenten derzeit schwierig, die CO₂ zu den Speicherstätten in der Nordsee, da es keine Infrastruktur für den Transport von CO₂ in Europa. Pipelines wären der billigste und effizienteste Transportweg, sind aber wegen der langen Vorlaufzeiten für Planung und Bau nicht verfügbar. Die Nutzung bereits verfügbarer Verkehrsträger kann dazu beitragen, diese Hürde zu überwinden und den Aufbau der CCTS-Industrie in Gang zu setzen. "Verfügbare CCTS-Technologien" werden als auf dem Markt verfügbar betrachtet, auch wenn sie nicht in großem Umfang für CCTS genutzt werden.

Sind die verfügbaren Technologien für CCTS zu kohlenstoffintensiv?

Um Treibhausgasemissionen zu vermeiden, müssen die CCTS-Ketten mehr CO₂ als sie emittieren. Treibhausgase werden während des gesamten Prozesses emittiert, von der Abscheidung des CO₂ bis hin zum sicheren Transport und zur sicheren Lagerung. Für eine CCTS-Lieferkette mit derzeit verfügbaren Technologien stellt sich daher die Frage, ob die Lieferkette mehr Emissionen vermeidet als sie verursacht. Für jeden beliebigen Prozess kann die Methode der Ökobilanzierung (LCA) die durch den Prozess verursachten Emissionen quantifizieren. Wir wenden die LCA-Methode auf vier CCTS-Lieferketten an und analysieren den Nettonutzen von CCTS mit derzeit verfügbaren Technologien.

Die Ökobilanz bewertet vier CCTS-Ketten auf dem europäischen Festland und in Nordeuropa und quantifiziert die Umweltauswirkungen von Bau, Betrieb und Rückbau. Der Aufbau der vier in der Ökobilanz betrachteten CCTS-Ketten ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Aufbau wird auf CCTS-Ketten aus Hannover (Deutschland), Górażdże (Polen), Skutskär (Schweden) und Linth (Schweiz) angewendet. Die Details der Ketten werden für jeden Standort unterschiedlich modelliert. Der Hauptunterschied zwischen den Ketten liegt jedoch in den Transportteilen.

Abbildung 1: Systemgrenze für CCTS-Ketten mit permanenter Speicherung in Offshore-Aquiferen.

Die Ökobilanz zeigt, dass jede der Ketten eine Verringerung der Treibhausgasemissionen aus den Punktquellen erreichen kann, selbst wenn Technologien verwendet werden, die heute ohne weiteres verfügbar sind. Abbildung 2 zeigt die Auswirkungen auf die globale Erwärmung, die durch jede Kette für die Abscheidung, den Transport und die sichere Lagerung von 1 Tonne CO₂. Nur Ketten, die weniger als 1000 kg emittieren_CO2 pro Tonne CO₂ gelagert werden, um Treibhausgasemissionen zu vermeiden. Wenn die Ketten mehr CO₂könnte die Industrieanlage einfach weiter emittieren. Wie wir jedoch in Abbildung 2 zeigen, vermeiden alle Ketten mindestens 50% der Emissionen des Industriebetriebs und verringern so effektiv dessen Klimaauswirkungen.

Abbildung 2: Auswirkungen auf die globale Erwärmung durch die dauerhafte Speicherung von 1 Tonne CO₂. Die Auswirkungen sind auf die Teile der CCS-Lieferkette verteilt. Nur CCTS-Ketten mit einem Ausstoß von weniger als 1000 kgCO₂ pro Tonne CO₂ gespeichert werden, werden Treibhausgasemissionen effektiv vermieden.

Abscheidung und Transport von CO₂ verursacht die größten Klimaauswirkungen für CCTS aus der Schweiz

Im Allgemeinen haben zwei Faktoren einen großen Einfluss auf die Auswirkungen der Ketten auf die globale Erwärmung: die Transportentfernung und die Treibhausgasintensität des lokalen Stromnetzes. Bei Ketten mit großen Entfernungen zwischen dem Emittenten und der Speicherstätte wird der Großteil der Treibhausgasemissionen durch mit fossilen Brennstoffen betriebene Schiffe und Lastwagen verursacht, da dies die derzeit verfügbaren Transportmittel sind. In naher Zukunft könnte der Transport mit kohlenstoffarmen Fahrzeugen realisiert werden, wie z. B. Schiffe mit Ammoniakantrieb oder elektrifizierte Lkw. Langfristig wird jedoch die CO₂ wird wahrscheinlich über Pipelines transportiert werden. Pipelines sind der kostengünstigste Weg des Transports großer Mengen an CO₂ und stoßen auch die wenigsten Treibhausgase aus.

Die Treibhausgasintensität des lokalen Stroms spielt eine große Rolle bei den Gesamtemissionen. Dieser Effekt lässt sich bei den Ketten ab Górażdże und Hannover beobachten. Der polnische und der deutsche Strommix basieren in hohem Maße auf Kohle- und Gaskraftwerken. Die stromintensive Konditionierungsstufe verursacht daher indirekt viele Emissionen durch den Einsatz von Strom (siehe Abbildung 2).

Bei einer genaueren Analyse der Schweizer Kette erweisen sich die Stufen Transport und Abscheidung als die treibhausgasintensivsten entlang der CCTS-Kette. Die Abscheidung von CO₂ erfordert erhebliche Wärmemengen, die viele direkte Emissionen verursachen. Die Verwendung einer kohlenstoffarmen Wärmequelle, wie Wärmepumpen oder verfügbare Wärme vom Emittenten, birgt das Potenzial, die Emissionen aus der Abscheidungsphase zu reduzieren. Der Transport verursacht die meiste globale Erwärmung in der Kette von der Schweiz aus. Die weite Entfernung zur Speicherstätte in der Nordsee erfordert mehrere Transportmittel und ist auf Fahrzeuge angewiesen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Die direkten Emissionen der Transportfahrzeuge haben einen großen Einfluss auf die globale Erwärmung in der Schweizer CCTS-Kette. Permanente CO₂ Die Speicherung tief unter dem Meeresboden der Nordsee verursacht nur geringe Treibhausgasemissionen.

Mögliche Verbesserungen und künftige Entwicklungen der CCTS-Lieferketten

Unsere Studie zeigt, dass die Umsetzung einer CCTS-Kette auf der Grundlage der derzeit verfügbaren Ausrüstung und Verkehrsträger bereits CO₂ Emissionen aus Punktquellen in ganz Europa, noch bevor eine Pipeline-Infrastruktur gebaut wird. Eine weitere Verringerung der Klimaauswirkungen der Ketten ist jedoch durch drei wesentliche Verbesserungen möglich:

1. Die Dekarbonisierung der Wärme für den Abscheidungsprozess wird die Emissionen aus Erdgas ersetzen, erfordert aber eine andere Energiequelle. Wärmepumpen, Wärme aus Biomasse oder die Integration von Wärme in die bestehende Industrieanlage sind mögliche Alternativen und müssen für jeden Standort einzeln bewertet werden.
2. Aufbau einer gemeinsamen Pipeline-Infrastruktur für den Transport von CO₂ aus ganz Europa zu den jeweiligen Lagerstätten ist die Transportoption mit den geringsten Umweltauswirkungen. Außerdem wird der Transport aufgrund von Skaleneffekten viel billiger.
3. Die Verringerung der Emissionen aus der Stromerzeugung wird zu einer Verringerung der indirekten Emissionen in allen Lieferketten führen. Der Strom, der für die Verflüssigung des CO₂ werden weniger indirekte Emissionen verursachen. Vor allem in Regionen mit einem Energiesystem, das hauptsächlich auf fossilen Brennstoffen beruht, können die Klimaauswirkungen der CCTS-Ketten erheblich reduziert werden.

Nichtsdestotrotz kann Europa mit der Einführung von CCTS-Ketten beginnen und den Weg für den Übergang zu einer groß angelegten CO₂ Abscheidung, Transport und Speicherung. Eine funktionierende CCTS-Industrie und -Infrastruktur sind entscheidend für das Erreichen der nationalen und internationalen Klimaziele. Unsere Erkenntnisse ermöglichen den sofortigen Aufbau der CCTS-Infrastruktur, ohne den Bau eines Pipelinenetzes abzuwarten.

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