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Klimakiller in Dunkelhaft?

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 15.03.2010 18:33

Perspektiven zur Verminderung und Entschärfung des Treibhausgases CO2. Ein Interview mit Dr. Ludwig Stroink.

Kohlendioxid ist einer der gefährlichsten Klimakiller und Stoff unzähliger Diskussionsrunden, Klimakongresse und Hiobsbotschaften. So verkündete die US-Behörde NOAA jüngst, die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre sei allein im letzten Jahr so stark angestiegen wie selten zuvor - auf Rekordwerte, wie sie vermutlich seit Jahrmillionen nicht mehr erreicht wurden. Der Handlungsdruck auf die internationale Staatengemeinschaft wächst spürbar. Ende 2005 einigten sich in Montreal mehr als 150 Unterzeichnerstaaten auf den Montreal Action Plan - eine Art Leitfaden zukünftiger CO2-Strategien. Diese umfassen nicht nur die Verminderung des Ausstoßes des Treibhausgases, sondern auch dessen "Entschärfung". Hier gilt die unterirdische Lagerung von CO2 als eine mögliche Schlüsseltechnologie. Im Rahmen des Themenschwerpunkts "Erkundung, Nutzung und Schutz des unterirdischen Raums" des FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN werden die technologischen, ökologischen und ökonomischen Perspektiven eben jener CO2-Versenkung untersucht. Dazu 10 Fragen an den Leiter des Koordinierungsbüros GEOTECHNOLOGIEN, Dr. Ludwig Stroink.

Dr. Ludwig Stroink, Leiter des Koordinierungsbüros GEOTECHNOLOGIEN

Dr. Ludwig Stroink, Leiter des Koordinierungsbüros GEOTECHNOLOGIEN (c) GFZ Potsdam


planeterde
: Herr Dr. Stroink, zunächst eine ganz allgemeine Frage zum Programm GEOTECHNOLOGIEN: Welches zentrale Ziel verbindet die über 50 laufenden Förderprojekte des Programms?

Stroink: Die Forschungsprojekte im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOGIEN erforschen das System Erde. Das hört sich zunächst einmal sehr akademisch an, ist aber von außerordentlich praktischem Nutzen. Dass die Erde ein dynamischer Planet ist, der sich in einem ständigen Wandel befindet, ahnten bereits die alten Griechen. Wie komplex jedoch alle Vorgänge in, auf und "über" der Erde miteinander verknüpft sind, darüber werden sich die Wissenschaftler erst jetzt klar. Es hat sich deshalb die Erkenntnis durchgesetzt, dass sinnvolle Konzepte und Lösungsansätze nur dann möglich sind, wenn wir dieses Netz der verschiedenen Prozesse verstehen und sinnvoll entschlüsseln können. Hier setzt das Forschungsprogramm GEOTECHNOLOGIEN an. Nicht nur die 13 thematischen Schwerpunkte sind mit Blick auf das Systemverständnis aufeinander abgestimmt. Auch die Forschungsprojekte sind so ausgelegt, dass sie nur über den interdisziplinären und internationalen Ansatz zum Ziel kommen. Aktuelles Beispiel sind die in Kürze beginnenden Forschungsarbeiten zur Entwicklung von Frühwarnsystemen gegen Naturgefahren, die auf das Know-how gleich mehrerer Forschungsschwerpunkte der GEOTECHNOLOGIEN zurückgreifen werden.

planeterde: Einer der Programmschwerpunkte im GEOTECHNOLOGIEN-Programm ist der "sicheren und dauerhaften Speicherung des Treibhausgases CO2" gewidmet. Können Sie anhand von Beispielen zeigen, wie ein typisches Forschungsvorhaben aus diesem Bereich aussieht?

Stroink: Die Forschungsprojekte in den GEOTECHNOLOGIEN sind - wie gesagt - immer interdisziplinäre Verbundprojekte. Das heißt, Experten aus verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen und Forschungseinrichtungen arbeiten nicht nur untereinander eng zusammen, sondern auch Hand in Hand mit ihren Kollegen aus der Wirtschaft. Kleine und Mittelständische Unternehmen, aber auch die Großindustrie sind daher bei vielen Projekten Partner der Wissenschaftler, wenn es darum geht, die neuen Technologien konkret einsetzen und zu vermarkten. Um beispielsweise verlässlich beurteilen zu können, ob das Treibhausgas CO2, nachdem es aus den Kraftwerksdämpfen "herausgefiltert" wurde, auch sicher im Untergrund gelagert werden kann, ist das Fachwissen von Geowissenschaftlern, Chemikern, Physikern und Ingenieuren gefragt. Im brandenburgischen Ketzin beispielsweise, wo unter Federführung des GFZ Potsdam die erste Demonstrationsanlage zur CO2-Speicherung in Deutschland gebaut wird, testen Geophysiker und ihre Kollegen aus der Industrie neue Beobachtungsverfahren und Sensoren, die sowohl das Aufspüren potentieller Lecks unterirdischer Speicherstätten als auch die optische Verfolgung der CO2-Ausbreitung im Untergrund ermöglichen.

planeterde: Kohlegruben und saline Aquiferen gelten als perfekte Heimstätten für das Treibhausgas. Hat man sich bereits auf bestimmte Lokationen geeinigt, an denen das CO2 in den Untergrund verfrachtet werden soll?

Stroink: Ja, das hat man. Pilotanlagen sind weltweit in Betrieb - so z. B. in den USA, in Kanada und Australien. In Norwegen pumpt die Firma Statoil bereits seit 1996 jährlich 1 Million Tonnen CO2 in Sandsteine tief unterhalb der Nordsee. Das Treibhausgas stammt aus dem geförderten Erdgas, das sich durch hohe CO2-Verunreinigungen auszeichnet. Das Vorhaben ist offenbar so erfolgreich, dass die Firma nun auch bei der Erschließung eines Erdgasfeldes in der Barentssee auf dieses Konzept zurückgreift. Auf die erste deutsche Pilotanlage in Ketzin habe ich schon verwiesen. CO2 soll hier ausschließlich zu Testzwecken über mehrere, cirka 800 Meter tiefe Bohrungen in eine poröse Sandsteinschicht injiziert werden, die über 40 Jahre lang als Porenspeicher zur Bevorratung von Erdgas genutzt wurde. Die Anlage wird im Rahmen eines Forschungsprojektes der Europäischen Union betrieben und mit Geldern aus Brüssel finanziert. Zwei Projekte aus dem GEOTECHNOLOGIEN-Programm wollen sie zum Test neuer Erkundungs- und Sicherheitstechnologien nutzen.

planeterde: Sie sprachen es gerade an: Auch Risiken und Sicherheitsaspekte sind Bestandteile des Programmpunkts CO2-Speicherung. Um was genau geht es dabei?

Stroink: Die Entwicklung von Sicherheitskonzepten ist neben der Auswahl und Untersuchung geeigneter Standorte und Speichermechanismen wichtigster Baustein der Forschungsprojekte - das in der Tiefe eingelagerte CO2 darf schließlich nicht wieder in die Atmosphäre gelangen. Dies gilt nicht nur für die Zeit des Betriebes sondern auch weit darüber hinaus. Leckagen können beispielsweise auftreten wenn das überlagernde Gestein die CO2 Lagerstätte nicht ausreichend nach oben hin "abdichtet". Auch Bohrlöcher zur CO2-Injektion oder alte, nicht mehr genutzte Bohrungen sind potenzielle "Lecks". Essentiell ist in diesem Zusammenhang die Zusammensetzung der Bohrlochzemente. Herkömmliche Zemente, wie sie bei Erdöl- und Erdgasbohrungen eingesetzt werden, würden in Anwesenheit von CO2 sehr schnell korrodieren und damit durchlässig werden. Ziel der Forschungsarbeiten ist es daher, ein verlässliches Instrumentarium zu entwickeln, das nicht nur der direkten Sicherheit der Lagerstätten dient, sondern auch eine verlässliche Langzeitüberwachung ermöglicht: optimalerweise mit einem aufeinander abgestimmten Mix aus indirekten geophysikalischen und direkten geochemischen Überwachungsmethoden.

planeterde: Stichwort Ökonomie: Das Projekt CO2TRAP beispielsweise erwägt die Möglichkeit der Kombination der CO2-Verpressung mit geothermischer Energiegewinnung. Derartige Allianzen gibt es auch in Sachen Erdöl- und Erdgasförderung - beispielsweise in Form der so genannten Enhanced Gas Recovery. Was muss man sich darunter vorstellen?

Stroink: Unter EOR (Enhanced Oil Recovery) und EGR (Enhanced Gas Recovery) versteht man spezielle Verfahren zur Steigerung der Erdöl- bzw. Erdgasproduktion aus langsam versiegenden Lagerstätten. Um den nachlassenden natürlichen Lagerstättendruck zu erhöhen oder das hoch viskose Erdöl fließfähiger zu machen, wird neben anderen Medien wie beispielsweise Wasserdampf auch CO2 in die Lagerstätte gepumpt, und zwar unter sehr hohem Druck. In den USA wird diese Methode bereits seit Mitte der 50er Jahre erfolgreich eingesetzt. Bislang wurde das dafür notwendige Kohlendioxid jedoch aus natürlichen Quellen abgezapft und in den Untergrund geleitet. In einem internationalem Forschungsprojekt im kanadischen Weyburn wird derzeit ein Feldversuch durchgeführt, in dem CO2 aus einer Kohlevergasungsanlage in eine versiegende Erdöllagerstätte gepumpt wird: 1,8 Millionen Tonnen jährlich. Während das umweltschädliche CO2 auf Dauer in den zerklüfteten Kalksteinen verbleibt, rechnen die Betreiber am Ende der Versuchsphase im Jahr 2015 mit einer zusätzlichen Fördermenge von 130 Millionen Barrel Öl (1 Barrel entspricht 159 Litern, Anm. d. Red.). Bei einem hohen Ölpreis ein durchaus lohnenswertes Unterfangen, auch wenn die Anfangsinvestitionen bei ca. 25 Millionen US-Dollar liegen. Technologische Erfahrungen zur Produktivitätssteigerung von Erdgaslagerstätten durch die Einspeisung von CO2 liegen dagegen bislang kaum vor. Dieses vergleichsweise neue Technologiefeld wird daher intensiv in den GEOTECHNOLOGIEN bearbeitet.

planeterde: Neben Forschungsvorhaben zur Speicherung des Kohlendioxids werden heute auch Innovationen im Bereich der Kraftwerkstechnik wie das Oxyfuel-Verfahren diskutiert. In wie fern werden solche industriellen Anwendungen im GEOTECHNOLOGIEN-Programm berücksichtigt?

Stroink: Der Transfer neuer, innovativer Technologien aus den Projekten der GEOTECHNOLOGIEN in die Anwendung ist ein wichtiges Merkmal des Gesamtprogramms. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft ist daher unerlässlich: auch in den Verbundprojekten zur geologischen CO2-Lagerung. Die großen Energieversorger sind ebenso Partner wie kleine und mittelständische Unternehmen - hier in erster Linie Technologieentwickler. Den Firmen ist dieses Engagement immerhin mehr als 1 Million Euro wert, die aus eigenen Mitteln beigesteuert werden. Erste Erfolge sind bereits sichtbar, beispielsweise in der oben beschriebenen Sensorentwicklung zur "Echtzeitüberwachung" der unterirdischen CO2-Ausbreitung. Die beteiligten Unternehmen sehen in dieser Technologie ein besonderes Potential, da die Entwicklung von messtechnisch hochempfindlichen aber robusten und preiswerten Lösungen auf diesem Gebiet offenbar noch in den Kinderschuhen steckt.

planeterde: Kritische Frage: Immer wieder taucht der Vorwurf auf, neue CO2-Technologien würden die alten Industriestrukturen hoffähig machen und damit die Entwicklung regenerativer Energiequellen behindern. Aus Ihrer Sicht eine reale Gefahr?

Stroink: Man muss hier sicherlich differenzieren. Es gibt derzeit eine Reihe ernstzunehmender Studien, die besagen, dass der Energiebedarf in den nächsten Jahren weltweit ansteigen wird. Wir müssen darauf vorbereitet sein - mit einem möglichst breit angelegten Energieportfolio, in dem sowohl regenerative als auch fossile Energieträger ihren Platz haben. Vor dem Hintergrund einer nachhaltigen Energiewirtschaft ist dies jedoch nur dann möglich, wenn das CO2, das bei der Verbrennung von fossilen Rohstoffen entsteht, minimiert oder erst gar nicht in die Atmosphäre gelangt. Die Abscheidung des Treibhausgases CO2 aus den Kraftwerksdämpfen und seine unterirdische Lagerung könnten eine Möglichkeit sein, die CO2-Emissionen von Kohlekraftwerken auf ein Minimum herunterzuschrauben. Aus Sicht des Nachhaltigkeitsrates der Bundesregierung ist diese Technologie daher "eine wichtige Brücke ins Zeitalter der regenerativen Energien." Bevor jedoch über den großtechnischen Einsatz entschieden wird, muss nachgewiesen sein, dass das CO2 sicher im Untergrund gelagert werden kann, ohne gewissermaßen durch die "Hintertür" wieder in die Atmosphäre zu gelangen. Die Projekte die im Rahmen der GEOTECHNOLOGIEN durchgeführt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit mehr als sieben Millionen Euro gefördert werden, sollen hierauf schlüssige Antworten geben.

planeterde: Welche der heute geförderten Projekte werden tatsächlich in, sagen wir, 5 Jahren Bestandteil unseres (Energieversorgung-)alltags sein?

Stroink: Das lässt sich zum augenblicklichen Zeitpunkt nicht sagen. Die CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage) steckt nicht nur hier in Deutschland noch im Entwicklungsstadium. Vermutlich brauchen wir noch cirka 10 Jahre intensiver Forschung, bis eine großtechnische Anwendung möglich sein wird. Neben der technologischen Machbarkeit hängt es aber auch von den ökonomischen Rahmenbedingungen ab, ob und wann die CCS-Technologie eingesetzt wird. Bislang ist sie jedenfalls noch viel zu teuer. Heute eingesetzt würden die Kosten für die Erzeugung von einer Kilowattstunde elektrischer Energie auf cirka das Doppelte steigen. Trotzdem könnte sich die Technologie zukünftig nicht nur ökologisch rechnen. Stichwort ist hier der internationale Handel mit Emissionszertifikaten, bei dem Länder, die unter einer festgelegten Schadstoff-Obergrenze bleiben, nicht genutzte Emissionsrechte an andere Teilnehmerländer verkaufen können, die einen Überschuss an CO2-Emissionen zu decken haben. Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) in Berlin hat beispielsweise errechnet, dass eine Stromerzeugung aus emissionsfreien Kohlekraftwerken ab einem Zertifikatpreis von über 30 Euro pro Tonne wirtschaftlich werden könnte. Derzeit liegt er bei deutlich über 20 Euro/t CO2.

planeterde: Wie sieht ein realistisches Anwendungsszenario dieser Technologien aus?

Stroink: Am sinnvollsten setzt man in Sachen CO2-Abscheidung bei den großen Punktquellen, also den Kraftwerken an. Das "Zero-Emission-Kraftwerk" ist heute bereits technisch möglich. Der schwedische Energiekonzern Vattenfall wird beispielsweise bis 2008 nahe der Stadt Cottbus das erste CO2-freie Kohlekraftwerk in Deutschland bauen. Zwar nur eine Pilotanlage mit 30 MW thermischer Leistung, aber sicher ein technologischer Meilenstein. Gelagert wird das CO2 in möglichst kurzer Entfernung zur "Quelle", damit lange Transporte, zum Beispiel in Pipelines, entfallen. In Deutschland bieten sich dazu die tief liegenden Sandsteinschichten der Erdöl- und Erdgasprovinzen in Nord- und Mitteldeutschland an. Ebenso könnten in großer Tiefe auftretende, Salzwasser führende Schichten als potenzielle Speicher genutzt werden. Diese Möglichkeiten werden im Rahmen des Forschungsprogramms auf Herz und Nieren geprüft. Wenn sich die Technologie also rechnen sollte und das CO2 sicher gelagert werden kann, ist es durchaus denkbar, dass zukünftige Kohlekraftwerke auch großtechnisch und flächendeckend mit dieser Technologie ausgestattet werden. Experten rechnen, wie bereits gesagt, jedoch keinesfalls vor 2015 damit.

planeterde: Mitte 2008 läuft die Förderung im Rahmen des FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN aus. Wie geht es danach weiter?

Stroink: Wie es dann konkret mit den laufenden Projekten weiter gehen wird, lässt sich zum augenblicklichen Zeitpunkt natürlich noch nicht sagen: Ein Großteil der Projekte ist nicht mal ein Jahr in der Förderung. Ein gewichtiges Wort werden hier auch die internationalen Gutachter mitzureden haben, die alle Projekte wissenschaftlich und technologisch begleiten. Derzeit werden eine Reihe sehr innovativer Technologien zur geologischen Lagerung noch im Labor- und Modellmaßstab durchgeführt. Hierzu zählen beispielsweise die Stimulierung versiegender Erdgaslagerstätten durch die Injektion von CO2, die Umwandlung des flüchtigen CO2 in feste kalksteinartige Verbindungen, die mikrobielle Umwandlung von CO2 in Erdgas oder die Behandlung von Flugaschen stillgelegter Tagebaue mit dem Treibhausgas. Bestehen diese eher noch unkonventionellen Speicheroptionen die Machbarkeitsstudie und die Phase der Labor- und Modelltests, wäre es durchaus denkbar, in einer zweiten Förderphase Demonstrations- und Versuchsanlagen zu etablieren, ähnlich wie in Ketzin, um diese Technologien dann auch im Großversuch unter realen Bedingungen zu testen. 


Weitere Informationen zu den laufenden Projekten des Themenschwerpunkts "Erkundung, Nutzung und Schutz des unterirdischen Raumes" im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Programms finden Sie hier.

Informationen der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zum globalen Kohlendioxid-Trend finden Sie hier.

TM, iserundschmidt 03/2006

Verweise
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