Carbon Capture and Storage

Die Speicherung von Kohlendioxid im Untergrund – sei es an Land oder im Meeresuntergrund – soll dem Klimaschutz dienen. Die gesetzlichen Vorschriften verlangen, den vollst?ndigen und dauerhaften Verbleib des Kohlendioxids im Untergrund. Im Falle von Leckagen kann es zu sch?dlichen Wirkungen auf das Grundwasser und den Boden kommen.

Inhaltsverzeichnis

 

Grundlegende Informationen

Ziel der unterirdischen Speicherung von Kohlendioxid (CO2) ist die Verringerung von CO2-Emissionen in die ⁠Atmosph?re⁠. Das zu speichernde ⁠CO2⁠ kann entweder aus fossilen Energieversorgungsanlagen, aus Industrieanlagen oder aus dem Einsatz von ⁠Biomasse⁠ zur Energieerzeugung stammen. Eine Speicherung ist in ausgebeuteten Gas- oder Erd?llagerst?tten, in salinen Aquiferen? oder im Meeresuntergrund m?glich. Die Speicherung in die Wassers?ule der Meere ist durch internationale Vertr?ge ausgeschlossen.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass durch die Abscheidung von CO2 bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und einer anschlie?enden unterirdischen Speicherung 65 bis 80 Prozent des CO2 dauerhaft aus der Atmosph?re ferngehalten werden k?nnen. Ob die als Carbon Capture and Storage (⁠CCS⁠) bezeichnete Technik dieses Versprechen halten kann, ist jedoch noch nicht gekl?rt und gegenw?rtig Thema verschiedener Forschungs- und Pilotprojekte.

Problematisch ist vor allem der enorme zus?tzliche Energieaufwand für die Abscheidung, den Transport und die Speicherung. Der Einsatz der CCS-Technik erh?ht den Verbrauch der begrenzt verfügbaren fossilen Rohstoffe um bis zu 40 Prozent.
Einen effektiven Beitrag zur Bek?mpfung des Klimawandels kann die Speicherung von CO2 nur leisten, wenn das eingelagerte CO2 dauerhaft und vollst?ndig in den Speichern verbleibt. Diese Anforderung setzt auch das Kohlendioxidspeicherungsgesetz.

Risiken der CO2-Speicherung

Im Normalbetrieb sind für die menschliche Gesundheit in aller Regel keine negativen Auswirkungen zu erwarten. Gesundheitsrisiken k?nnen sich aber infolge von Unf?llen (etwa Entweichen des CO2) oder durch eine allm?hliche Freisetzung aus dem Speicherkomplex ergeben.

Risiken für das Grundwasser und für den Boden entstehen vor allem durch Leckagen von CO2. Das freigesetzte CO2 kann Schadstoffe im Untergrund freisetzen sowie salzige Grundw?sser aus tiefen Aquiferen? verdr?ngen. Unter ungünstigen Bedingungen k?nnen diese verdr?ngten salzigen Grundw?sser bis in oberfl?chennahe sü?e Grundw?sser und an die Erdoberfl?che gelangen. Dort k?nnen sie zu Sch?den (Versalzungen) im Grundwasser, in B?den und Oberfl?chengew?ssern führen.

Die notwendigen oberirdischen Anlagen insbesondere für den Transport und die Speicherung k?nnen sich negativ auf ⁠Flora⁠, ⁠Fauna⁠, Landschaft und die ⁠Biodiversit?t⁠ auswirken. Eine effektive überwachung (⁠Monitoring⁠) ist daher eine zwingende Voraussetzung für den Einsatz der CCS-Technologie. Da Techniken für ein umfassendes Monitoring bislang nicht zur Verfügung stehen, besteht hier erheblicher Forschungsbedarf. Wie weit CCS tats?chlich zum ⁠Klimaschutz⁠ beitragen kann, bestimmen – neben der anwendungsbereiten Abscheidetechnik – vor allem die tats?chlich verfügbaren Kapazit?ten geeigneter Speicher. Im Gegensatz zu den Anlagen für Abscheidung und Transport h?ngt die Eignung der Speicher vor allem von den natürlichen Gegebenheiten ab. Aus wirtschaftlichen Gründen sollten sich die Speicher in der N?he der Abscheidungsanlagen befinden.

Die Nutzung weiter Teile des tiefen Untergrundes für eine dauerhafte Speicherung von CO2 über Jahrtausende kann andere Nutzungen einschr?nken. Nutzungskonflikte k?nnen sich insbesondere zur Geothermie und zur Speicherung von Erdgas oder regenerativ erzeugtem Methan ergeben. Um konkrete Konflikte in Bezug auf die Nutzung von geologischen Formationen zwischen CCS und anderen – vor allem nachhaltigen – Nutzungsformen zu vermeiden, ist eine unterirdische ⁠Raumordnung⁠ erforderlich. Für diese sind noch eindeutige rechtliche Grundlagen und die notwendigen fachlichen Konzepte zu erarbeiten.

 

Klimapolitische Einordnung von CCS

Die Folgen einer globalen Erw?rmung oberhalb 1,5 °C sch?tzt der Weltklimarat (⁠IPCC⁠) in seinem 1,5-Grad-Sonderbericht als gravierend ein. Um diesen Herausforderungen entgegenzutreten, hat sich die Staatengemeinschaft – überwiegend einvernehmlich – mit dem übereinkommen von Paris zum Ziel gesetzt, gemeinsam die Erderw?rmung im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter auf deutlich unter 2 °C zu begrenzen und Anstrengungen zu unternehmen, den Temperaturanstieg bereits bei 1,5 °C zu stoppen. Dies soll erreicht werden, in dem sp?testens ?[…] in der zweiten H?lfte dieses Jahrhunderts ein Gleichgewicht zwischen den anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen aus Quellen und dem Abbau solcher Gase durch Senken […] erreicht wird“, dies bedeutet Treibhausgasneutralit?t. Hierfür stehen grunds?tzlich drei Strategien zur Verfügung:

  1. Vermeidung durch reduzierten Verbrauch von Produkten oder reduzierte Aktivit?ten, die zu Treibhausgasemission führen,

  2. das Ersetzen (Substitution) von treibhausgasintensiven durch treibhausgasneutrale oder treibhausgasarme Techniken und Produkte und

  3. Senken, also die Entnahme von bereits emittiertem ⁠CO2⁠ aus der ⁠Atmosph?re⁠.

Oberste Pr?misse einer nachhaltigen Klimaschutzpolitik ist im Sinne des Vorsorgeprinzips die Vermeidung von Treibhausgasemissionen. Beispiele sind Energieeinsparungen im Geb?udebereich und Energiemanagement der Industrie sowie eine deutlich anspruchsvollere Kreislaufwirtschaft und Ressourcenverbrauchsminderung. Die Substitution, also beispielsweise ein ambitionierter Ausbau der erneuerbaren Energien und Umstellung auf direkte Stromnutzung in allen Bereichen (Strom, W?rme, Verkehr), wo dies technisch m?glich ist, sowie die Dekarbonisierung der Industrieprozesse ist darüber hinaus unabdingbar. Die Erschlie?ung von Senken für CO2, unabh?ngig ob natürlich oder technisch, wird eine notwendige Erg?nzung sein und stellt keinen Ersatz für Vermeidung und Substitution dar. Senken sind jedoch physikalisch in ihrer Kapazit?t begrenzt und generell mit einer h?heren Inanspruchnahme von Fl?chen-, Wasser- oder Energieressourcen verbunden. Auch technische Senken, wie ⁠CCS⁠, sind global nur begrenzt verfügbar und, wie oben beschrieben, mit Umweltrisiken verbunden. Senken als Beitrag zum ⁠Klimaschutz⁠ sollten also in allen Bereichen, wo Vermeidung und Substitution technisch m?glich sind, nicht berücksichtigt werden. Dies betrifft die Gesamtheit der energiebedingten Treibhausgasemissionen in der Industrie, in Geb?uden und im Verkehr.

Die RESCUE-Studie des Umweltbundesamtes (Wege in eine ressourcenschonende Treibhausgasneutralit?t) hat über verschiedene Szenarien den Weg zur Treibhausgasneutralit?t bis zum Jahr 2050 in Deutschland aufgezeigt. Unter den oben genannten Pr?missen verbleiben nach heutigem Kenntnisstand Treibhausgasemissionen in Landwirtschaft und Industrie, vornehmlich in der Zement-, Kalk- und Glasindustrie. Diese unvermeidbaren Treibhausgasemissionen k?nnen nur durch die Entnahme von Kohlenstoff aus der Atmosph?re und eine langanhaltende, sichere Bindung oder Einspeicherung ausgeglichen werden. In der RESCUE-Studie wird aufgezeigt, dass dies in Deutschland durch die natürlichen Senken (etwa W?lder) und nachhaltige Holzwirtschaft vollst?ndig gelingen kann, so dass CCS für die Erreichung der Treibhausgasneutralit?t in Deutschland nach derzeitigem Kenntnisstand nicht erforderlich ist.

Um auf verschiedene Entwicklungen vorbereitet zu sein, empfiehlt das Umweltbundesamt die Erforschung der CCS-Technologie, um sie, wenn sich der Einsatz als zwingend notwendig erweisen sollte, einsetzen zu k?nnen. Dabei muss insbesondere sichergestellt werden, dass der vollst?ndige und dauerhafte Verbleib des Kohlenstoffdioxids im Speicherkomplex gew?hrleistet werden kann.

 

Rechtsvorschriften für CCS

Das deutsche Recht regelt alle Glieder der CCS-Kette. Die Abscheidung des CO2 regelt vor allem das Bundesimmissionsschutzgesetz, den Transport und die Speicherung das Kohlendioxid-Speicherungsgesetz (KSpG) . Das KSpG l?sst seit 2012 die Erforschung, Erprobung und Demonstration der CO2-Speicherung in begrenztem Ausma? zu. Dabei begrenzt es die Menge des j?hrlich zu speichernden CO2 für Deutschland insgesamt sowie für die einzelnen Speichervorhaben. Zudem erlaubt das KSpG den L?ndern gesetzlich zu bestimmen, in welchen Gebieten die Erprobung und Demonstration zul?ssig sein soll und in welchen nicht. Für die Zulassung konkreter Speichervorhaben ist nach KSpG eine ⁠Planfeststellung⁠ erforderlich. Diese steht im beh?rdlichen Ermessen und ist an strenge Umweltanforderungen geknüpft. Unter anderem ist gegen Beeintr?chtigungen von Mensch und Umwelt Vorsorge nach dem anspruchsvollen ?Stand von Wissenschaft und Technik“ zu treffen. Die Betreiber der CO2-Speicher sind verpflichtet, umfangreiche Ma?nahmen- und Monitoringkonzepte zu erarbeiten und anzuwenden. Die Zulassungsentscheidungen nach dem KSpG treffen die Landesbeh?rden.

Das KSpG setzt die Richtlinie der Europ?ischen Union (EU) über die geologische Speicherung von Kohlendioxid um. Mit der Richtlinie schuf die EU einheitliche Mindestanforderungen für die CO2-Abscheidung, -transport und -speicherung in den Mitgliedstaaten. Unter anderem müssen CO2-Speicher genehmigt werden. Au?erdem gibt es materielle Anforderungen für deren Auswahl und Betrieb sowie für nachsorgende Ma?nahmen. Auf der internationalen Ebene sind es die Meeresschutzübereinkommen OSPAR (übereinkommen zum Schutz der Meeresumwelt des Nordostatlantiks) und das Londoner Protokoll (Protokoll zum Londoner übereinkommen über die Verhütung der Meeresverschmutzung durch das Einbringen von Abf?llen und anderen Stoffen), die Regelungen für die CO2-Speicherung aufstellen. Diese verbieten die CO2-Speicherung in der Wassers?ule. Die Speicherung im Meeresuntergrund lassen sie grunds?tzlich zu, stellen aber hohe Anforderungen zum Schutz der Meeresumwelt.

 

Aufgaben des Umweltbundesamtes nach Kohlendioxid-Speicherungsgesetz

Das KSpG übertr?gt dem Umweltbundesamt Aufgaben im Zusammenhang mit der CO2-Speicherung. Dabei stehen deren Umweltwirkungen im Mittelpunkt: Das ⁠UBA⁠ ist nach Paragraf 5 KSpG damit beauftragt, im Rahmen der Potenzialanalyse und -bewertung des Bundes die Grundlagen für eine wirksame Umweltvorsorge zu erarbeiten. Die Potenzialanalyse wird vom Bundeswirtschaftsministerium im Einvernehmen mit dem Bundesumweltministerium erstellt. Zulassungsbeh?rden für Untergrunduntersuchungen, Speichervorhaben und Speicherstilllegungen sind die Landesbeh?rden.

Im Rahmen der landesbeh?rdlichen Verfahren kann das Umweltbundesamt Stellung nehmen. Dies gibt ihm die M?glichkeit, sich in Bezug auf die Umweltwirkungen in die Zulassungsvorhaben einzubringen und die Landesbeh?rden fachlich zu beraten. Das UBA beteiligt sich zudem an dem im KSpG vorgesehenen Wissensaustausch über Vorhaben zur CO2-Abscheidung- und Speicherung und kann diese Erkenntnisse für seine wissenschaftliche Arbeit zu ⁠CCS⁠ verwenden. Bei der Führung des Registers über CO2-Leitungen und -speicher durch die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe ist das UBA Einvernehmensbeh?rde.

 

Positionspapiere des Umweltbundesamts

In einem Hintergrundpapier 2009 formuliert das Umweltbundesamt Anforderungen an den Einsatz der CCS-Technik, um ⁠CO2⁠ sicher und umweltgerecht abzuscheiden, zu transportieren und im Untergrund zu deponieren.
Mit der Stellungnahme? zu einem Antrag der Fraktionen DIE LINKE und BüNDNIS 90/DIE GRüNEN für ein CCS-Verbotsgesetz im Landtag Sachsen-Anhalt am 7. M?rz 2013 hat das Umweltbundesamt seine Position fortgeschrieben.

Das Umweltbundesamt hatte schon 2006 eine Studie und ein Positionspapier zur technischen CO2-Abscheidung und -Speicherung ver?ffentlicht. Die Studie beschreibt die Grundlagen und technischen M?glichkeiten sowie die Umweltauswirkungen. Sie kommt zu dem Schluss, dass die CO2-Abscheidung und Speicherung nur eine zeitlich befristete übergangstechnik ist.

 

CCS im Emissionshandel

Gem?? ⁠Treibhausgas⁠-Emissionshandelsgesetz (⁠TEHG⁠), durch das die EG-Emissionshandels-Richtlinie in nationales Recht überführt worden ist, sind auch Einrichtungen im Rahmen der ⁠CCS⁠-Kette vom Emissionshandel erfasst. Dies ergibt sich aus dem Anwendungsbereich § 2 Absatz 1 des TEHG, wobei hier auf den Anhang 1 Teil 2 verwiesen wird. Unter den Nummern 29 bis 31 sind die Anlagen der CCS-Kette n?her benannt, wobei für die T?tigkeit nach TEHG nach Anlagen zur Abscheidung (Nr. 29), Rohrleitungsanlagen zur Bef?rderung (Nr. 30) und Speicherst?tten zur geologischen Speicherung (Nr. 31) von Treibhausgasen zu unterscheiden ist. Alle drei T?tigkeiten unterliegen in vollem Umfang den Anforderungen an die überwachung von CO2-Emissionen.

Für diese drei T?tigkeiten gilt die Monitoring-Verordnung? (MVO, Nr. 601/2012) der EU Kommission daher ebenso in vollem Umfang. In Anhang IV der MVO werden zus?tzliche Vorgaben für aktivit?tsspezifische überwachungsmethoden formuliert. Unter die Nummern 21 bis 23 des Anhangs IV MVO fallen dabei auch die drei Glieder der CCS-Kette, wobei im Rahmen der Betrachtungen des KSpG nur die Speicherung nach Anhang IV Nummer 23 MVO relevant ist. Die oberirdischen Teile Abscheidung und Transport von CO2 sind nicht Bestandteil des KSpG und in ihrer Monitoringmethodik auch wesentlich weniger komplex.

Für die geologische Speicherung von CO2 gilt es aber, die Anforderungen an das Monitoring zu erfüllen. Hierzu müsste der Betreiber einer solchen emissionshandelspflichtigen (Speicherungs-) Anlage ein zweistufiges Monitoring aufsetzen. Gem?? Anhang IV Nr. 23 A. MVO muss der Betreiber eine qualitative Monitoringmethode vorschlagen. Diese muss geeignet sein, Leckagen aus dem Speicherkomplex zuverl?ssig zu identifizieren. Allein die Definition des Speicherkomplexes ist nicht trivial, die kontinuierliche überwachung einer m?glichen Leckage scheint bislang nur schwer umsetzbar zu sein. Tritt eine Leckage auf, so muss der Betreiber diese CO2-Mengen beim quantitativen Monitoring zwingend berücksichtigen. Hierbei kommen nach dem Wortlaut der MVO ?Emissionen“ oder eine ?Leckage in die Wassers?ule“ in Betracht. Im Fall der Emissionen (Freisetzung in die Luft) ist ein fl?chendeckendes Bodenmonitoring erforderlich, inklusive eines vorgelagerten Baselinemonitorings . Im Fall der Leckage in die Wassers?ule ist festzulegen, wie diese quantifiziert werden soll, die MVO fordert hier eine Quantifizierung der CO2-Leckage pro Kalendertag. Bei der Quantifizierung der CO2-Leckagen ist darüber hinaus zu berücksichtigen, dass nach Anhang IV Nr. 23 B.3. die Einhaltung einer Gesamtunsicherheit von 7,5 Prozent gefordert wird.

Bisher ist dem Umweltbundesamt nicht bekannt, dass die Einhaltung dieser Monitoringvorgaben durch Studien, Forschungen oder in der Praxis belegt worden w?re. Dies gilt sowohl für ein kontinuierliches qualitatives Monitoring, als auch für ein quantitatives Monitoring unter Berücksichtigung der zul?ssigen Gesamtunsicherheit von 7,5 Prozent.

 

CCS im Clean Development Mechanism (CDM)

Bedeutend für die Verbreitung von ⁠CCS⁠-Projekten ist die internationale Anerkennung der damit erzielten Emissionsminderung. Denn aus dieser resultiert gegebenenfalls ein finanzieller Erl?s, der die Refinanzierung der Projekte erm?glicht. Für CCS-Projekte in Entwicklungsl?ndern, den Non-Annex-I-L?ndern der Klimarahmenkonvention und des Kyoto-Protokolls , steht dafür das Instrument ?Clean Development Mechanism (CDM)“ zur Verfügung.

Die Anforderungen für eine Anerkennung von CCS im CDM wurden 2011 auf der 7. Vertragsstaatenkonferenz des Kyoto-Protokolls in Form von umfangreichen ?Modalities and Procedures“ konkretisiert. Anschlie?end wurde vom CDM-Exekutivrat eine Arbeitsgruppe (CCS WG ) eingerichtet: Sie soll die Methodenvorschl?ge von Projektentwicklern darauf überprüfen, ob sie die Anforderungen einhalten – Eine Voraussetzung für die Anerkennung von CCS-Projekten. Diese Arbeitsgruppe wird von José Miguez aus Brasilien geleitet.

Wesentliche Anforderungen aus den ?Modalities and Procedures“ des CDM-Exekutivrats sind:

  • Der Gastgeberstaat muss seine freiwillige Teilnahme am CCS-Projekt best?tigen und einen nationalen Rechtsrahmen für Standortauswahl, Genehmigung, Schadensvermeidung und Schadensbehebung sowie Haftungsfragen für Sch?den aller Art vorweisen.
  • Die nationale CDM-Genehmigungsbeh?rde muss im ?Letter of Approval“ (LoA) best?tigen, dass die Projektentwickler das Recht zur Speicherung von ⁠CO2⁠ besitzen, finanzielle Vorkehrungen für Betrieb und Abschluss getroffen haben, dass sie mit der im Project Design Document beschrieben Haftungsverteilung und -übertragung einverstanden ist und ob der Gastgeberstaat die Verantwortung für ein sp?teres Entweichen des CO2 übernehmen kann, oder diese Verantwortung bei den Nutzern der Certified ⁠Emission⁠ Reductions (CER) verbleiben soll.
  • Eine umfassende Risiko- und Sicherheitsanalyse sowie eine ⁠Umweltvertr?glichkeitsstudie⁠ müssen erstellt werden.
  • Die Projektgrenze enth?lt alle Teile der Prozesskette von der Abscheidungseinrichtung über die Transportstrecke bis zum Speicher in seiner erwarteten unterirdischen Ausdehnung.
  • Die regelm??igen Verifizierungen durch unabh?ngige Prüforganisationen (Designated Operational Entities) auf der Grundlage eines Monitorings durch den Betreiber müssen auch nach Ende des Anrechnungszeitraums bis zum offiziellen Ende des Projekts stattfinden.
  • Im Fall eines in der Verifizierung best?tigten Entweichens von CO2 müssen die Projektentwickler entsprechende CER aus dem Projekt oder gleichwertige CO2-Zertifikate l?schen.
  • Im Fall des Nicht-Einreichens eines Verifizierungsberichts müssen die Projektbeteiligten alle aus dem Projekt entstandenen CER durch L?schung anderer CO2-Zertifikate kompensieren.
  • Sofern die Projektbeteiligten ihrer L?schungspflicht nicht nachkommen, müssen entweder der Gastgeberstaat –? sofern er sich zur Haftungsübernahme zu Beginn verpflichtet hat – oder die Nutzerstaaten (Annex-I-Staaten) die ausstehende Menge an CO2-Zertifikaten l?schen.
  • Für die Betriebsphase und die Schlie?ungsphase liegt die Haftung für das Projekt und den Speicher bei den Projektteilnehmern, erst nach Ende des Monitorings (20 Jahre nach dem Ende des Anrechnungszeitraums) geht die Haftung an den Gastgeberstaat über.

Insgesamt sind diese Anforderungen damit als umfassend und streng zu bewerten, gleichzeitig liegt auch eine gro?e Verantwortung beim Gesetzgeber und den Vollzugsorganen des Gastgeberstaats.
Bisher wurden keine konkreten Projektvorschl?ge eingereicht, die aktuelle Situation im Kohlenstoffmarkt bietet dazu derzeit auch kaum Anreize. Die vom CDM-Exekutivrat anerkannten Methoden und Kriterien k?nnen jedoch auch für internationale Klimaschutzprojekte in anderem Rahmen Ma?st?be setzen.