CCS – ein Beitrag für den Klimaschutz?
Eine ökologische und sozio-ökonomische Bewertung
Dr. Daniel VallentinForschungsgruppeZukunftsfähige Energie- und Mobilitätsstrukturen
Informationsveranstaltung „CCS – Risiken und Nebenwirkungen“B‘90/Grüne Landtagsfraktion Brandenburg18.4.2010
217.04.10
Das Wuppertal Institut
1991 gegründet unter Leitung von Prof. Dr. Ernst Ulrich von Weizsäcker
Leitung heute durch Prof. Dr. Uwe Schneidewind
Ca. 171 Mitarbeiter (2/3 Wissenschaftler) aus den Disziplinen
•Natur- und Umweltwissenschaften, •Geographie, •Systemwissenschaften, •Ingenieurwissenschaften, •Planungswissenschaften, •Politik-, Rechts- und Wirtschafts-wissenschaften•Sozialwissenschaften
2004 Büro Berlin2005 UNEP Center CSCP
317. April 2010 :
CO2-AbscheidungTechnologische Optionen
KonventionellesDampfkraftwerk Rauchgasreinig.
Kohle
LuftCO2- Abtrennung CO2
Post-Combustion CO2 Capture (Dampfkraftwerke)
O2
CO2Kohle
Rauchgas-
reinigungKondensationKessel
VergasungGasreinigung CO2- Abtrennung
CO2
Kohle
IGCC- Prozess (Kohle) o. NGCC- Prozess (Gas) H2
Luft/O2
Ewers, Renzenbrink, VGB PowerTech 4/2005
Oxyfuel-Prozess (Kombikraftwerke oder konv. Kraftwerke)
Pre-Combustion CO2 Capture (Kombikraftwerke/IGCC)
GuD
4
CO2-Transport und -Speicherung
517.04.10
CO2-SpeicherungSpeicherkapazität in Deutschland – hohe Unsicherheiten
WI-Basis:
Jährlich einzuspeicherndes CO2: 454 Mt
Reichweite von ca. 12 Jahren
6
CO2-Speicherung und InfrastrukturSpeicherorte und Emissionsquellen in Deutschland
Quellen/Senken-Abgleich wichtig Infrastrukturaufwand-Ermittlung Erkundung und Analyse potenzieller
Speicherorte essentiell
717. April 2010
Zeitliche Verfügbarkeit von CCS
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Pilot- und Demonstrationsprojekte in Deutschland
17.04.10 Quelle:
Post Combustion:E.On plant bzw. betreibt sieben Pilotprojekte zur Entwicklung der Post Combustion-Technologie; Pilotanlage Staudinger 2009 in Betrieb genommenRWE: Pilotanlage am KW Niederaußem wurde im August 2009 in Betrieb genommen; 300 kg CO2/hVattenfall: Nachrüstung von Post Combustion-Verfahren an Braunkohlekraftwerk in Jänschwalde (Lausitz), 250 MWel; Inbetriebnahme 2015
Oxyfuel: V
attenfall: Errichtung einer 30 MWth Demoanlage durch Vattenfall in der Lausitz 2008; 250 MWel-Oxyfuel-Kessel am Braunkohlekraftwerk in Jänschwalde; perspektivische Einlagerung in unterirdischem Gasspeicher; derzeit Erkundung von zwei Lagerstätten in Ost-Brandenburg, Beeskow
Pre-Combustion:
RWE: IGCC-Projekt in Hürth, 450 MWel(brutto) / 330 MWel(netto), wurde vorerst gestoppt; CO2-Einbringung war in Schleswig-Holstein geplant
CO2-Lagerung:C
O2 SINK: CO2-Speicherung in salinem Aquifer in Ketzin (Brandenburg); Einlagerung von ca. 30.000 t CO2 in 600-700 m Tiefe; unterstützt durch EU-Kommission und CSLF
9Quelle:
CCS – Gegenstand gesellschaftlicher KontroverseVerbreitertes Akteursspektrum seit 2007
27.01.2010
RECCS-Studie 2007
Umweltverbände
Parteien (Bundesebene)
Bundesministerien (BMWi, BMU/UBA, BMF)
Wissenschaftliche Beratungsgremien
Industrie/Verbände
RECCS Plus-Studie 2010
Kirchen
Parteien (Landesebene)
Bundesrat + Landesregierungen (v.a. Energie- und Speicherregionen)
Kommunalgremien in Speichergebieten
Stärkere Ausdifferenzierung der Positionierungen
Stärkere Vertretung regionaler/kommunaler Interessen
10Quelle:
Aktuelle Akteurskonstellation für CCS in Deutschland 3.4 Treibende Kräfte und Haltung relevanter Gruppen zu CCS
27.01.2010
Positiv
Negativ
Neutral
SPDBund+Brdb.
SPDBund+Brdb.
CDUBund
+ NRW
CDUBund
+ NRW
FDPBund
+ NRW
FDPBund
+ NRW
LinkeBund
LinkeBund
B‘90/GrüneBund
B‘90/GrüneBund
CDUSH
CDUSH
FDPSH
FDPSH
LinkeBrdb.
LinkeBrdb.
Öko-Institut
Öko-Institut
PIKPIK
FZ Jülich
FZ Jülich
IZTIZT
SRUSRU
TABTAB WB GU
WB GU
Rat f. nach-
haltige Ent-
wicklung
Rat f. nach-
haltige Ent-
wicklung
UBAUBA
DGBDGB
BDI + BDEW
+DEBRIV
BDI + BDEW
+DEBRIV
IG BCE+ Wirt-
schafts-vereini-
gung Stahl
IG BCE+ Wirt-
schafts-vereini-
gung Stahl
Kirchen-kreise/
BIs
Kirchen-kreise/
BIs
WWFWWFGer-man-watch
Ger-man-watch
NABUNABU
DUHDUH
BUND +
Green-peace
+ Robin Wood
BUND +
Green-peace
+ Robin Wood
Politik Beratungsgremien Industrie WissenschaftNROs/Intessen-
verbände/Kirchen
Komm-unal-vertr.
Komm-unal-vertr.
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Ökologische BewertungVerminderung der THG-Emissionen mit CCS (2020,2025,2050)
17.04.10
Erzielbare THG-Minderung: -67-87%CO2äquiv. (in Ausnahmefällen 95%)
12
Ökologische BewertungVergleich THG-Minderungen CCS - Erneuerbare
17.04.10
13
Ökonomische BewertungVergleich Braunkohlekraftwerk-Erneuerbare
17.04.10
Erneuerbare sind zwischen 2025-2030 konkurrenzfähig mit CCS
AC: hoher Energieträgerpreis; geringer Zertifikatepreis
CA: geringer Energieträgerpreis; starker Anstieg Zertifikatepreis
14
Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandVergleich CCS-EE/KWK
15
Alternative Nutzungsfelder für CCSGroße industrielle Punktquellen
CO2-Abtrennung auch bei anderen großen Punktquellen möglich
Stahlwerke Zementindustrie Chemische Industrie Mineralöl- und
Gasraffinerien
Vorteil:
CO2 liegt sehr konzentriert vor und kann effizienter abgetrennt werden
Quelle: WI 2009 (Nachrüstung von CCS in NRW)
Beispiel: NRW
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Alternative Nutzungsfelder von CCSCCS bei Biomasseanlagen
Grundidee
Pflanzen entnehmen während des Wachstums CO2 aus der
Atmosphäre
Nutzen der Pflanzen zur Energieerzeugung
Abtrennung und Speicherung des CO2
als Resultat des gesamten Prozesses: „negative Emissionen“
Einsatzfelder
Stromerzeugung in Dampfkraftwerken Zufeuerung („Co-Firing“) bereits jetzt schon (Niederlande: 10%)
Upscaling nötig (derzeit maximal 30 MWel)
Wirkungsgrad derzeit bei etwa 20% Wärmeversorgung von Objekten (Heiz[kraft]werke) Treibstofferzeugung Industrie und Brennstoffumwandlung
1717.04.10
CCS auf internationaler EbeneSchlüsselmärkte in Asien und den USA
IEA 2009
18
Fazit (1)
Für den Einsatz von CCS ist noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsaufwand notwendig
Der mögliche kommerzielle Einsatzpunkt der gesamten CCS-Kette wird zunehmend in Richtung 2030 verlagert
Das Akteursspektrum hat sich insbesondere um politische und gesellschaftliche Akteure aus den Speicherregionen erweitert
Akzeptanzfragen spielen daher eine entscheidende Rolle für eine mögliche Nutzung der Technologie
19
Fazit (2)
Speicherpotenzial ist ausreichend, unter konservativen Annahmen jedoch begrenzt; Sicherheitsrisiken müssen vor einer Nutzung ausgeräumt werden
Langfristszenarien zeigen: Energiepolitische Ziele von EU und Dtl. lassen wenig Spielraum für CCS Werden die Laufzeiten von AKWs verlängert, verringert sich das
Umsetzungsfenster von CCS deutlich
Daher: CCS ist in Deutschland vorrangig für industrielle CO2-Quellen und
langfristig in Kombination mit Biomasse relevant Auf internationaler Ebene ist die Relevanz von CCS möglicherweise höher;
detaillierte Analysen zu möglichen Schlüsselmärkten liegen noch nicht vor
Daniel [email protected]
www.wupperinst.org
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Update RECCS Plus erscheint in Kürze
21
5. Technikbewertung: Speicher und InfrastrukturCO2-Speicherstruktur und Vorgänge im Untergrund
Quelle: Umweltbundesamt
22
Ökologische BewertungWeitere Umweltwirkungen (Bsp. Steinkohle-KW)
Quelle: Wuppertal Institut / DLR / ZSW / PIK 2007 (RECCS-Studie)
Nicht mittels LCA beurteilt:
MEA-Salze sind als Sonderabfälle einzustufen.
Der Kühlwasserverbrauch erhöht sich um 30%.
Erheblich erhöhte Nutzung endlicher fossiler Ressourcen.
23
Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandAngenommene Anzahl CCS-Kraftwerke/CO2-Emissionen Stromsektor
24
Stromgestehungskosten Erneuerbare im Vergleich
25
Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandAbzuscheidende Mengen CO2
26
4. CCS für andere Prozesse und BiomassenutzungBiomasse-CCS in Szenarien
Quelle: Bellona 2008
2717.04.10 Quelle: Climate Research Unit 2008
Jährliche globale Durchschnittstemperaturen von 1850 bis 2007 im Verhältnis zum Mittelwert von 1961-1990 (Mittellinie), basierend auf Messdaten
Temperaturänderungen in der VergangenheitDie vergangenen 160 Jahre
2817.04.10
Weltweite Kohleförderung und -reserven
Quelle: LBST 2008 (Vortrag Öl, Gas und Kohle, Wuppertal)
2917.04.10 Quelle: BMWi 2009
75%
Fossile Energieimporte nach DeutschlandHohe Abhängigkeit
3017.04.10 Quelle: BMWi 2009
CO2-EmissionenAusgewählte Regionen im Vergleich
Asien/Ozean.
Nordamerika
Europa/OECD
Mittlerer Osten
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Langfristszenarien von CCS und EE in DeutschlandAngenommene Anzahl CCS-Kraftwerke/CO2-Emissionen Stromsektor
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Speicher und InfrastrukturHohe Infrastrukturanforderungen ab 2020
Beispiel NRW-CCS
Abscheidung von CO2 bei allen in den kommenden Jahren in Betrieb gehenden Kohlekraftwerken in NRW ab 2020
CO2-Minderungsanforderung: -80% bis 2050 (Basis 1990)
Abzuscheidendes CO2: Ca. 130 Mt/a
Bau von 11 Pipelines entlang bereits vorhandener Erdgastrassen; Gesamtlänge: 4.300 km
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Speicher und InfrastrukturHohe Infrastrukturanforderungen ab 2020
Beispiel NRW-CCS
Abscheidung von CO2 bei allen in den kommenden Jahren in Betrieb gehenden Kohlekraftwerken in NRW ab 2020
CO2-Minderungsanforderung: -80% bis 2050 (Basis 1990)
Abzuscheidendes CO2: Ca. 130 Mt/a
Bau von 11 Pipelines entlang bereits vorhandener Erdgastrassen; Gesamtlänge: 4.300 km
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CO2-SpeicherungVoraussetzungen für CO2-Speicherung
Quelle: Höller 2009
Speichergesteine: Karbonate und Sandsteine
Wichtige Eigenschaften: Undurchlässige Deckschicht Porosität Permeabilität Lagerung zwischen 800 m und 2.500 m Tiefe im
superkritischen Zustand möglich
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Ökonomische BewertungVergleich Erdgas (GuD)-Kraftwerk-Erneuerbare
Erneuerbare sind bereits um 2020 konkurrenzfähig
AC: hoher Energieträgerpreis; geringer Zertifikatepreis
CA: geringer Energieträgerpreis; starker Anstieg Zertifikatepreis
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