Der Traum von der sauberen Kohle

Mit dem Wasserdampf entweicht das CO₂

In Deutschland stehen die meisten Braunkohlenkraftwerke Europas. Bei der Verfeuerung von Braunkohle entstehen pro Kilowattstunde erzeugtem Strom durchschnittlich rund 1,2 Kilogramm des Klimakillers Kohlendioxid (CO₂). Ein Spitzenwert, der Braunkohle zum schmutzigsten Energieträger macht und der Politikern ein schlechtes Klimagewissen bereitet. Ab 2020 soll sich das ändern. Die Europäische Union, die Bundesregierung und die Stromkonzerne fördern mit Milliarden von Euro die Entwicklung von Verfahren, die es ermöglichen sollen, CO₂ zu entsorgen. Die Rede ist von der sogenannten CCS-Technologie, „Carbon Capture and Storage“, das heißt: CO₂-Abtrennung und -Speicherung. Drei Techniken stehen zur Auswahl, um CO₂ zunächst erst einmal zu sammeln: Man kann das CO₂ aus der Braunkohle vor, während oder nach der Verbrennung herauslösen.

Wie CO₂ aufgefangen wird

Eine kleine Chemiefabrik ist notwendig, um das CO₂ einzusammeln

Bei dem sogenannten IGCC-Verfahren („Pre-Combusting“) wird das CO₂ durch eine Vergasung vor der Verstromung gesammelt. Bei dieser Technik wird die Braunkohle nach der Entschwefelung in einem Vergaser bei Temperaturen von 1.400 bis 1.800 Grad Celsius und unter Druck in ein brennbares Rohgas umgewandelt. Übrig bleibt ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. In einem zweiten Prozess wird das Kohlenmonoxid durch die Zugabe von Sauerstoff in Kohlendioxid umgewandelt, das man nun mit Hilfe von Filtern absaugen und einsammeln kann. Der Wasserstoff wird währenddessen in einer Gasturbine verbrannt und treibt die Stromgeneratoren an. Die Vorteile dieser Technik: IGCC-Kraftwerke können nicht nur mit Braun- und Steinkohle, sondern auch mit Biomasse und Reststoffen betrieben werden.

Beim sogenannten Oxyfuel-Verfahren verbrennt die Braunkohle im Kessel nicht mit Luft, sondern mit reinem Sauerstoff. Dadurch kann das CO₂ relativ leicht abgeschieden werden. Die Bereitstellung von reinem Sauerstoff ist allerdings teuer.

Bei der dritten Trenntechnik - der„CO₂-Wäsche“ („Post-Combusting“) - wird Kohlendioxid nach der Verfeuerung aus dem Rauchgas mit Hilfe von Lösungsmitteln herausgewaschen. Der Vorteil dieser Technik gegenüber den anderen beiden Verfahren: Bereits bestehende Kraftwerke können mit dieser Technik nachgerüstet werden.

Alle drei Techniken filtern das CO₂ allerdings nicht vollständig aus der Abluft heraus. Zwischen zehn und zwanzig Prozent des CO₂ gelangen je nach Verfahren auch trotz der CCS-Technologien noch in die Atmosphäre.

Neue Kraftwerkstechnik

Im Kraftwerk „Schwarze Pumpe“ in Brandenburg testet der schwedische Energiekonzern Vattenfall die CO₂-Abtrennung. Diese erste deutsche Pilotanlage ging 2008 in Betrieb. Die 30-Megawatt-Anlage arbeitet nach dem Oxyfuel-Verfahren, trennt also das CO₂ während der Verbrennung ab. Das abgefangene CO₂ wird mit Tankwagen in der Altmark in Sachsen-Anhalt in einem ehemaligen Erdgasfeld unter der Erdoberfläche entsorgt. Auch in Holland, Kanada, Norwegen, Australien, Algerien gibt es ähnliche Testanlagen. Sie sind aber alle recht klein.

RWE plant das erste größere CO₂-arme Braunkohlenkraftwerk. Es soll 2014 in Köln-Hürth mit einer Leistung von 450 Megawatt ans Netz gehen. RWE setzt auf das IGCC-Verfahren. Eine kleine Chemiefabrik soll die Braunkohle vor der Verstromung reinigen. Das abgetrennte CO₂ wird gesammelt, per Pipeline nach Norddeutschland transportiert und soll dort unter der Erde in CO₂-Speicher entsorgt werden. Der genaue Standort für das Endlager ist noch nicht bekannt. Das Unternehmen führt aber trotzdem schon erste Tests durch.

Die Frage nach dem Endlager

Die meisten möglichen CO₂-Speicher liegen in Norddeutschland. Erzeugt wird das Treibhausgas aber meist woanders. Deswegen werden lange Pipelines nötig

Auch die Bundesregierung sucht nach geeigneten CO₂-Speichern und lässt gerade eine Deutschlandkarte mit möglichen Endlagern erstellen. Neben leergepumpten Erdgas- und Erdölfeldern eignen sich besonders salzwasserführende Sandsteinschichten mit dichtem Deckgestein für die CO₂-Einlagerung. Die größten und besten Lager liegen alle im Norden, vor allem in Nordfriesland und Ostholstein. Die großen Braun- und Steinkohlenkraftwerke stehen dagegen tief im Westen und Osten. Mehrere Hundert Kilometer lange CO₂-Pipelines sollen den Transport übernehmen. Die EU und die Bundesregierung bereiten gerade ein Gesetz vor, dass die Genehmigung, Haftung und Kontrolle des CO₂–Transportes sowie die Speicherung regelt. Angedacht ist, dass die Bundesnetzagentur für die Pipelines und die Landesregierungen für die Lager zuständig sind. Die Geologen schätzen, dass die deutschen Speicher zwischen 12 und 28 Milliarden Tonnen CO₂ aufnehmen können. Das reicht gerade, um 50 Jahre den CO₂-Abfall der deutschen Kohlekraftwerke zu aufzunehmen. Dann wären die Speicher voll – und müssten mindestens 1000 Jahre dicht halten. Denn sonst lohnt sich der ganze Aufwand fürs Klima gar nicht.

CO₂-Speicherung im Test

Gasundurchlässige Deckgesteine ummanteln die CO₂-Speicher

Forscher vom Geoforschungsinstitut in Potsdam untersuchen, mit welchen Methoden man die CO₂-Einspeicherung am besten überwachen kann. Sie pumpen dafür mit einem Druck von 200 bar Kohlendioxid aus der Lebensmittelindustrie in ein altes Erdgasfeld. In 800 Meter Tiefe befindet sich dort eine poröse, mit Salzwasser gefüllte Sandsteinschicht. Die bei der CO₂-Speicherung verwendete Technik ist die gleiche wie bei der Erdgas- und Erdölförderung. Das CO₂ strömt gasförmig ein, verdrängt das Salzwasser und sammelt sich unterhalb des Deckgesteins. Mit elektrischen Messungen und Schallwellen prüfen die Forscher, wie sich das CO₂ ausbreitet und ob das Lager dicht ist. Bislang haben sie noch kein Leck gefunden, aber die Potsdamer pumpen auch erst seit einem halben Jahr das Treibhausgas in die Erde.

Höchstens eine Zwischenlösung

Die CO₂-Entsorgung (CCS) kostet Energie. Dafür muss rund 25 Prozent mehr Kohle abgebaut werden

Das eigentliche Manko der CO₂-Entsorgung: Sie kostet viel Energie. Um eine Kilowattstunde Braunkohlenstrom CO₂-arm zu gewinnen, muss ein Viertel mehr Kohle verbrannt werden. Dadurch reichen die Kohlevorräte in den genehmigten Tagebauen für deutlich weniger Strom. Die Frage nach einem neuen Tagebau stellt sich so schneller – verbunden mit all den Problemen, die der für die Menschen und die Natur in einem Braunkohlenrevier mit sich bringt.

Trotzdem fördert die EU gleich zwölf große Forschungsprojekte zur CO₂-Speicherung. Die CCS-Technik könnte nämlich zu einem Exportschlager werden. In China geht jede Woche ein neues Kohlekraftwerk ans Netz und auch Indien deckt seinen Energiehunger größtenteils mit eigener Kohle. Schon heute geht mehr als die Hälfte des weltweiten CO₂-Ausstoßes auf das Konto der Schwellenländern, zu denen neben China und Indien auch Südafrika, Mexiko, Brasilien, Malaysia, die Philippinen, Thailand, Russland und die Türkei zählen. Nur wenn es gelingt, auch in diesen Ländern den Kohlendioxid-Ausstoß zu drosseln, kann die Erderwärmung gemindert werden.

Die CO₂-Abtrennung und Speicherung löst nicht das Klimaproblem. Sie kann eine Überbrückungstechnologie sein, mit der man Zeit gewinnt, um Strom effizienter zu nutzen und alternative Energien weiter zu entwickeln, die die Kohle langfristig ersetzen können. Doch vor 2020 wird die CCS-Technologie nicht auf dem Markt sein.