Energie

Was sind eigentlich… Negative Emissionen?

Energiesysteme sind komplex – jegliche erst recht tiefgreifende Umstellung bedarf Material, Personal und angepasster politischer Rahmenbedingungen. Insbesondere wenn die Netze und Geschäftsbeziehungen komplizierter und vielseitiger werden – ein Nebeneffekt einer diversifizierten und weniger zentral organisierten Energieinfrastruktur. Hinzu kommt die sogenannte Sektorkopplung. Das heißt: Prozesse, die bislang direkt mit fossilen Energieträgern befeuert wurden, werden zunehmend elektrifiziert, um die Klimaschutzpotenziale von emissionsfreiem Strom auszunutzen. Allein: Die Übergangsphase zu klimaneutralen Energieträgern ist mühselig und zeitintensiv. Ob die Zeitpläne eingehalten werden können, ist schon in Deutschland längst nicht mehr klar. Aber Deutschland spielt in Sachen Treibhausgasemissionen im globalen Vergleich nur eine untergeordnete Rolle. Etwa zwei Prozent der globalen Emissionen werden von Deutschland verursacht. Aus einer Klimaperspektive ist die exponentiell wachsende Energienachfrage in den Ländern des globalen Südens eher besorgniserregend. Aus einer wirtschaftlichen Perspektive ist das eigentlich eine gute Nachricht: Zeigt es doch, dass sich immer mehr Menschen immer mehr leisten können und das Wohlstandsniveau auch in historisch armen Regionen langsam ansteigt. Doch das Wachstum hat auch Schattenseiten. Um dem steigenden Energiebedarf Rechnung zu tragen, erlebt die Kohle in einigen Ländern Asiens, Südamerikas und Afrikas eine Renaissance. Bei einer zu erwartenden Nutzungsdauer der neuen Kraftwerke zwischen 30 und 60 Jahren strapazieren diese Pläne die Erreichung der Klimaziele deutlich. Nun müssen alle technologischen Register gezogen werden, um innerhalb des Zielkorridors zu bleiben.

Negative Emissionen

Der Bericht des Weltklimarates (IPCC) stellt fest, dass das Erwärmungsziel von maximal 1,5° C bis 2100 ohne sogenannte „negative Emissionen“ nicht erreichbar sein wird. Was aber heißt das? Zunächst bedeutet es, dass Kohlenstoff aus der Atmosphäre entzogen werden muss. Das kann entweder auf natürlichem Wege, durch Photosynthese in Pflanzen oder auf technischem Wege durch unterschiedliche chemische oder physikalische Abscheidungsverfahren geschehen.

Natürliche Potenziale

Pflanzen entziehen der Luft Kohlenstoffdioxid und bilden daraus unterschiedliche Kohlenhydrate und Sauerstoff. Dadurch schaffen sie ein immenses Potenzial für negative Emissionen – und schaffen gleichzeitig wertvolle und nachwachsende Ressourcen: Holz bzw. Biomasse. Um dieses natürliche Potenzial weiter zu unterstützen, muss zunächst erst mal die Entwaldung und Zerstörung wichtiger und fragiler Ökosysteme gestoppt werden. Projekte zum Schutz der Regenwälder und Savannen sind wichtige Bestandteile dieses natürlichen Klimaschutzes. Zum anderen werden aber auch neue Aufforstungsprojekte verfolgt. Die meisten davon an Land. Das schafft auch weitere Vorteile. Denn Bäume speichern nicht nur das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid, sondern beeinflussen auch lokale Wasserkreisläufe. Das fördert die Wolkenbildung, was insbesondere in landwirtschaftlich geprägten Räumen einen wichtigen Unterschied machen kann, gerade angesichts der zu erwartenden zukünftigen Häufung von Extremwetterereignissen und Dürren. In einigen Ländern des globalen Südens werden aus diesen Gründen große Aufforstungsprojekte vorangebracht. Auch Landwirte können bei der Bestellung ihrer Felder zusätzliches Kohlendioxid im Boden speichern. Das kann beispielsweise durch eine entsprechend angepasste Fruchtfolge oder humusbildende Maßnahmen geschehen. Jenseits der Kohlenstoffbindungspotenziale kann so zuweilen auch die Fruchtbarkeit des Bodens gesteigert werden, was der wirtschaftlichen Nutzung der entsprechenden Flächen zuträglich ist.

Zusätzlich zu den Möglichkeiten, Kohlenstoffdioxid an Land zu binden, bieten sich weitere Potenziale im und vor allem unter Wasser. Dabei könnte beispielsweise Seegraswiesen eine wichtige Rolle zukommen. Das könnte auch maritimen Ökosystemen zugutekommen, denn Tangwälder und Seegräser bieten wichtige Lebensräume und Kinderstuben für viele überfischte und gefährdete Arten und wirken außerdem der Übersäuerung der Ozeane entgegen – zudem sind sie sehr effektive Kohlenstoffsenken.

Das volle Potenzial können natürliche Abscheidungsmethoden aber erst entfalten, wenn der Kohlenstoff auch bleibend eingespeichert wird. Daher ist es aus einer Klimaschutzperspektive durchaus sinnvoll, Wälder auch weiterhin zu bewirtschaften. Denn erst wenn Holz geschlagen und in Möbeln oder im Bau verwendet wird, wird der darin gebundene Kohlenstoff auch der Atmosphäre entzogen und langfristig eingespeichert. Fest steht natürlich auch: Wenn die Holzerzeugnisse verbrannt werden, wird das Kohlenstoffdioxid wieder freigesetzt.

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Technologische Lösungen

Neben den natürlichen Potenzialen können auch technologische Verfahren bei der Abscheidung von Kohlenstoffdioxid helfen. Die Herangehensweisen unterscheiden sich dabei grundlegend.

1. Nachgeschaltete Abscheidung im Abgas: Bei diesem Verfahren wird wie gehabt in einem konventionellen Verbrennungskraftwerk ein Kraftstoff verfeuert. Die entstehenden Abgase werden dann mit Chemikalien versetzt oder durch spezielle Membranen gepresst, die einen wesentlichen Teil des Kohlenstoffdioxids fällen. Dabei sind Emissionsreduktionen um bis zu 90 Prozent möglich. Sowohl die tatsächlich erreichten Emissionsreduktionen als auch der damit einhergehende energetische Wirkungsgradverlust hängen dabei von verschiedenen Faktoren ab – es ist jedoch damit zu rechnen, dass der energetische Wirkungsgrad um 30 bis 50 Prozent sinkt. Abhängig von der bestehenden Kraftwerksinfrastruktur können konventionelle Kohlekraftwerke mit einer entsprechenden Anlage aufgerüstet werden.
2. Abscheidung vor der Verbrennung (IGCC-Kraftwerk): Bei dieser Methode wird Kohle vor ihrer Verbrennung mit Hilfe der sogenannten Wassergasreaktion von einem Großteil des in ihr gebundenen Kohlenstoffmonoxids befreit. Das Kohlenmonoxid reagiert mit vorbeiströmendem Wasserdampf. Dabei entsteht ein Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserstoff. Dies lässt sich dann wiederum vergleichsweise einfach auftrennen. Der Wasserstoff kann anderweitig verwendet werden – übrig bleibt dann reines Kohlenstoffdioxid. In weiteren Reinigungsstufen kann dem verbleibenden Rest der Kohle unter anderem auch der Schwefelanteil entzogen werden. Somit wird im Rahmen der Verbrennung auch der Ausstoß giftiger Abgase verhindert. Am Ende bleibt ein Synthesegas übrig, das dann verfeuert wird – dabei wird deutlich weniger Kohlenstoffdioxid freigesetzt als bei einem konventionellen Kohlekraftwerk. Diese Methode setzt allerdings einen gänzlich neuen und komplexen Kraftwerkstypus voraus. Der berechnete energetische Wirkungsgrad ist dabei deutlich höher als bei konventionellen Kraftwerken mit Abgasabscheidungsanlagen.
3. Oxyfuel-Verfahren: Bei dieser Herangehensweise wird die Kohle mit reinem Sauerstoff verbrannt. Das bedeutet, das Abgas besteht hauptsächlich aus reinem Kohlendioxid und Wasserdampf. Der Wasserdampf kann dann vergleichsweise unkompliziert durch Kondensation abgetrennt werden. Dabei bleibt dann nur das reine Kohlenstoffdioxid übrig. Verglichen mit der Abgasabscheidung in konventionellen Verbrennungskraftwerken besticht diese Methode dadurch, dass das Abgas nicht durch Luft-Stickstoff verunreinigt ist. Dadurch bleibt die aufwändige Kohlenstoff-Fällung aus den Abgasen aus. Stattdessen wird nur mehr Energie für die Luftzerlegung benötigt, was den tatsächlichen energetischen Wirkungsgrad um ca. 10 Prozent verringert.

Kohlenstoffabscheidung kann zum Teil auch bei prozessbedingten Treibhausgasemissionen, wie etwa in der Zement- oder Gipsherstellung angewandt werden. Dadurch wird der Klimaeffekt einzelner Branchen deutlich verringert.

Nutzung der Potenziale

Nach der Abscheidung bestehen prinzipiell zwei mögliche Vorgehensweisen. Entweder das Kohlendioxid wird eingelagert oder zur weiteren Verwendung entlang der Wertschöpfungskette bereitgestellt. Eine langfristige Bindung des Kohlendioxids wird natürlich besonders interessant, wenn dabei auch noch wirtschaftlicher Mehrwert entsteht – folglich ist besonders eine stoffliche Verwertung interessant. Die dafür benötigte Reinheit des Kohlenstoffdioxids macht allerdings die Anwendung aufwändiger Aufbereitungsmaßnahmen notwendig – was den energetischen Wirkungsgrad der Kraftwerke verringern kann. Liegt reines Kohlenstoffdioxid vor, dann kann der Stoff chemisch weitergenutzt werden und beispielsweise in der Baustoffwirtschaft, in der Düngemittelproduktion, der Getränkewirtschaft oder in der Grundstoffindustrie verwendet werden.

Einlagerung

Alternativ kann Kohlenstoffdioxid auch in geologischen Formationen verpresst werden. Will heißen: Unterirdische Kavernen und Hohlräume werden genutzt, um das Gas einzulagern. Dazu wird der Stoff mehrere Kilometer unter die Erde gepumpt. Die unterirdische Lagerung des Kohlenstoffes birgt allerdings ein nicht unwesentliches Risiko. Durch das Verpressen des Kohlenstoffdioxids steigt der Druck in den entsprechenden Gesteinsschichten. Dadurch kann mit mineralischen Giftstoffen oder Salzen belastetes Wasser verdrängt werden, was wiederum unvorhergesehene Folgen haben kann. So könnten beispielsweise im schlimmsten Fall Grundwasserreserven verseucht werden. Außerdem könnten Erdbeben oder andere Umstände zu Lecks in den Gesteinsschichten führen und die Treibhausgase in die Atmosphäre entlassen. Es bleibt festzuhalten: Die Risiken der Kohlenstoffeinspeicherung sind von den geologischen Gegebenheiten in der entsprechenden Region abhängig. So ermöglichen die Bedingungen mancher Regionen eine rasche Mineralisierung des Gases – damit wird das Kohlenstoffdioxid in Feststoffen gebunden und ist somit weniger volatil.

Liberale Argumente

Bislang sind die politischen und wirtschaftlichen Anreizstrukturen nicht auf einen Ausbau der Potenziale der negativen Emissionen angepasst. Mehr noch: In Deutschland ist das industrielle Verpressen von Kohlenstoffdioxid in geologische Formationen bislang verboten. Ein neuer, technologieoffenerer Gesetzesentwurf soll nun in 2023 auf den Weg gebracht werden. Dafür sprechen unter anderem folgende Punkte:

• Streckung der Transformation: Mit der Umstellung auf ein klimaneutrales Energiesystem gehen immense Kosten und Aufwände für die Gesellschaft einher – das wird sich auch durch die Möglichkeiten der technologischen Emissionsabscheidung nicht ändern. Die Technologie ermöglicht allerdings eine zeitliche Streckung – und damit einhergehend eine friktionslosere Umstellung. Angesichts der vielen Hürden, die Deutschland für die klimaneutrale Transformation noch nehmen muss, kann diese Technologie eine merkliche zeitliche Entlastung darstellen.
• Technologische Stagnation: Im deutschen Diskurs um Fortschrittspotenziale überwiegen allzu häufig die Bremser. Ob bei Windkraftanlagen und ihren potenziellen Gesundheitsauswirkungen, der Kernkraft oder bei den technischen Emissionsabscheidungstechnologien: Zu häufig werden teils nicht valide Bedenken und potenzielle Risiken vorgeschoben. Dabei muss klar sein, dass mit allen Technologien gewisse Risiken einhergehen. Objektive und zielführende Entscheidungen bedürfen einer Abwägung dieser Risiken und der Vorteile, die man durch die Technologie erhält. Als Industrie-und Wissenschaftsnation sollte Deutschland daher zum Goldstandard einer technologieoffenen und objektiven Bewertung von Risiken und Potenzialen zurückkehren.
• Solidarität unter Partnern: Die beschriebene Risikoaversion endet allzu häufig an den deutschen Landesgrenzen. Das führt dazu, dass Prozesse, mit denen ein gewisses Risiko einhergeht, aus Deutschland an andere Orte ausgelagert werden. Dort werden sie dann zum Teil unter deutlich schlechteren Bedingungen und unzureichenden Sicherheitsstandards umgesetzt. In der Folge kommt es zu mehr Unfällen und insgesamt höheren Schäden. Bei lokal beschränkbaren Problemen ist das nur Ausdruck des St. Floriansprinzips – bei einem globalen Phänomen wie dem Klimawandel überdies fahrlässig und unklug. Denn Emissionen, die bei Lecks in den Gesteinsschichten in die Atmosphäre austreten, beeinflussen das globale Klima. Daher sind die Folgen und Risiken in einem solchen Fall unbeschränkt. Folglich ist eine Offenheit für derartige Lösungen in Deutschland solidarisch und im Zweifel auch klüger als eine Auslagerung etwaiger Prozesse unter Inkaufnahme höherer Risiken.

Fazit

Negative Emissionen bieten wichtige Potenziale für die Übergangszeit. Wie der IPCC feststellt, ist eine Zielerreichung der globalen Klimaziele ohne diese Möglichkeiten unwahrscheinlich. Deutschland sollte sich diesen Technologien auf Grund seiner technologischen Kapazitäten und hervorragenden geologischen Voraussetzungen nicht verschließen, sondern sich als Vorreiter und Technologieführer etablieren. Trotzdem steht fest: Eine Emissionsabscheidung kann nur einer vorübergehenden Übergangslösung sein. Denn die geologischen Kapazitäten sind beschränkt und klimaneutrale Alternativen stehen zur Verfügung. Unser Fokus sollte also auf der rationalen Umstellung des Energiesystems liegen – nicht auf deren Verschleppung.