→Springe direkt zum Inhalt

Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag

Informationen zur Untersuchung

Technische Optionen zum Management des CO2-Kreislaufs

Strategien zur CO2-Minderung fußen derzeit auf einer Anzahl bekannter Maßnahmen und Technologien (Energieeffizienz, Erneuerbare Energien, Substitution kohlenstoffintensiver Energieträger). In jüngster Zeit werden – auch prominent in den Medien – Ansätze diskutiert, wie man mit technischen Mitteln in den CO2-Kreislauf eingreifen könnte, mit dem Ziel einer CO2-Entlastung der Atmosphäre. Vor allem zwei Zielrichtungen stehen hier im Vordergrund: Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre und Nutzung von CO2 als Ressource.

Die aktive Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre

Hierfür kann man z.B. die Fähigkeit grüner Pflanzen zur CO2-Fixierung ausnutzen und die dabei gebildete Biomasse so nutzen, dass kein (bzw. wenig) CO2 zurück in die Atmosphäre gelangt. Auch durch Filterung von Umgebungsluft mit technischen Verfahren kann im Prinzip der Atmosphäre CO2 entzogen werden.

Dem Vorteil dieser Konzepte – die Möglichkeit der aktiven Reduzierung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre – steht die Herausforderung gegenüber, dass aufgrund der geringen atmosphärischen Konzentration (ca. 0,03 %) des CO2 der verfahrenstechnische Aufwand, der Energiebedarf und die Kosten zur Gewinnung von CO2 aus der Atmosphäre nicht unerheblich sein werden.

Damit ein positiver Beitrag zum Klimaschutz erzeugt werden kann, muss gesichert sein, dass das CO2 nicht wieder in die Atmosphäre gelangt. Neben der Ablagerung in geologischen Schichten (Sequestrierung) bestehen hierfür verschiedene andere Möglichkeiten: Unter anderem kann es zum Aufbau von Humusschichten genutzt, oder in Karbonaten langfristig gebunden werden (Mineralisierung). Diskutiert wird auch die Option, das CO2 nicht zu »entsorgen«, sondern einer sinnvollen Nutzung zuzuführen.

Die Nutzung von CO2-Strömen für sinnvolle Produkte und Anwendungen

Der gedankliche Ausgangspunkt dieser Konzepte ist, bei der Nutzung fossiler Energieträger anfallendes CO2 nicht als Abfallstoff sondern als Ressource zu betrachten. Verglichen mit der Ablagerung in geologischen Formationen, die zurzeit als Möglichkeit zur CO2-Minderung diskutiert und entwickelt wird, erscheint eine effektive Nutzung von CO2 auf den ersten Blick attraktiv. Möglichkeiten hierzu bestehen z.B. in der direkten Nutzung (z.B. als Löse- und Reinigungsmittel, als Inertgas, in der Getränkeindustrie), als Grundstoff in der chemischen Industrie, wo es zu höherwertigen Produkten verarbeitet werden kann (z.B. zu Harnstoff, Methanol etc.), in der Umwandlung zu Energieträgern, insbesondere Kraftstoffen (Biodiesel, Ethanol u.a.), oder zur Beschleunigung des Wachstums von Pflanzen (vor allem Mikroalgen) zwecks Biomassegewinnung. zur stofflichen oder energetischen Nutzung.

Bevor diese Konzepte einen Beitrag zur CO2-Minderung leisten können, gilt es zunächst beträchtliche Herausforderungen zu überwinden. So gibt es bislang nur wenige Nutzungsformen, bei denen das CO2 dauerhaft von der Atmosphäre ferngehalten wird. Stellt man z.B. aus CO2 Kraftstoff her, so wird dieses bei der Nutzung (im allgemeinen Verbrennung) des Kraftstoffs wieder frei. Ferner existiert ein Mengenproblem: Weltweit werden derzeit etwa 110 Mio. t CO2 in chemischen Prozessen verwendet. Dem steht ein CO2-Ausstoß von mehr als 25 Mrd. t gegenüber (allein in Deutschland: etwa 800 Mio. t). Schließlich ist CO2 ein verhältnismäßig stabiles chemisches Molekül (z.B. findet die thermische Zersetzung in Kohlenmonoxid und Sauerstoff erst bei Temperaturen oberhalb 2.400 °C statt). Daher ist ein erheblicher Energieeinsatz erforderlich, um das CO2 in andere Stoffe umzuwandeln. Diese Energie müsste aus CO2-armen Quellen stammen, damit die Chance auf eine positive CO2-Bilanz dieser Verfahren besteht. Hierbei stellt sich die Frage, ob die direkte Nutzung dieses Energieinputs nicht in der Gesamtbilanz effizienter wäre.

Trotz dieser Restriktionen gibt es einige interessante Konzeptideen, bei denen positive Beiträge zur CO2-Minderung möglich sein könnten, z.B. wenn Synergien mit anderen Bereichen genutzt würden. So könnten bestimmte Mikroalgen CO2 fixieren, dabei gleichzeitig ihren Nährstoffbedarf aus Abwässern decken und auf diese Weise zur Abwasserreinigung dienen. Dies wäre ein echter Sprung in Richtung Nachhaltigkeit, da die in Abwässern enthaltenen Nährstoffe nicht wie bisher vernichtet (d.h. ausgefällt und entsorgt) sondern zur Produktion von Grünalgen genutzt würden. Als Vision würde am Ende einer längeren Optimierung eine Prozesstechnik stehen, in der die Abwasserreinigung und CO2-Fixierung in Biomasse kombiniert werden. Die resultierende Biomasse könnte auf verschiedene Weise energetisch (direkt als Brennstoff oder indirekt zur Erzeugung von Biodiesel, Methan oder Ethanol) genutzt werden.

Bearbeitung und Vorgehensweise

Ziel des TAB-Projekts ist es, einen Überblick über technologische Möglichkeiten zum CO2-Management zu geben. Viele der zu untersuchenden Technologien und Verfahren, die möglicherweise zukünftig zum Management des CO2-Kreislaufs eingesetzt werden könnten, befinden sich derzeit noch im Stadium der Grundlagenforschung oder existieren sogar nur als Konzeptideen.

Da die Datengrundlage für viele der zu betrachtenden Technologien absehbar dürftig ist, wird es kaum möglich sein, komplette Lebenszyklusanalysen, Energiebilanzen oder Kosten-Nutzen Abschätzungen durchzuführen. Daher könnten allenfalls grobe Einschätzungen zur technischen Machbarkeit, den Möglichkeiten und Vorzügen einerseits und den Limitierungen und Problemen andererseits abgegeben werden.

Als Untersuchungsgegenstand schließt das vorgeschlagenen TAB-Projekt die Abscheidung von CO2 aus dem Abgasstrom von Kraftwerken und Industrieanlagen und dessen Lagerung in geologischen Formationen aus, da diese bereits im kürzlich erschienenen TAB-Arbeitsbericht »CO2-Abscheidung und -Lagerung« ausführlich untersucht wurde.

Im bisherigen Verlauf des Projekts wurde zunächst eine Sichtung der vorhandenen Literatur sowie eine Aufarbeitung der wissenschaftlichen und politischen Debatte im Themenbereich »CO2-Entnahme aus der Atmosphäre« durchgeführt. Ziel war es, einen Überblick über den Stand des Wissens zu geben und Wissenslücken sowie mögliche Forschungsdefizite zu identifizieren. In dieser Vorphase soll z.B. untersucht werden, ob Themen wie »Landnutzung und Forstwirtschaft« – in der Terminologie des Weltklimarats IPCC »Land Use, Land Use Change and Forestry, LULUCF« – sowie »Geo-Engineering« (z.B. großflächige Düngung von Ozeanen, um das Wachstum von Algen zu stimulieren, die CO2 binden) für eine weiter gehende Analyse in Frage kommen.

Für den Themenbereich »CO2-Nutzung« wurden aktuelle Studien gesichtet. Bereits jetzt ist abzusehen, dass z.B. die Synergiepotenziale zwischen der Abwasserbehandlung und der CO2-Fixierung durch Biomasse mit anschließender energetischer Nutzung der Biomasse ein Themenbereich von Interesse sein könnte.

Augenblicklich werden die Ergebnisse strukturiert und dokumentiert. Es ist geplant, die Ergebnisse und weitere Analyseschritte in ein neues TAB-Projekt »Geoengineering« zu integrieren und fortzuführen, das voraussichtlich im Juni 2011 beginnen wird.

Zum Seitenanfang