Carbon Capture and Storage

Ziel der unterirdischen Speicherung von Kohlendioxid (CO₂) ist die Verringerung von CO₂-Emissionen in die ⁠Atmosphäre⁠. Das zu speichernde ⁠CO₂⁠ kann entweder aus fossilen Energieversorgungsanlagen, aus Industrieanlagen, dem Einsatz von ⁠Biomasse⁠ zur Energieerzeugung, aus Müllverbrennungsanlagen oder direkt aus der Atmosphäre stammen. Denkbare Speicher sind teilweise oder ganz ausgeförderte Öl- und Gaslagerstätten oder saline Aquifere. Die Speicherung kann sowohl terrestrisch als auch im Meeresuntergrund erfolgen.

 Die Speicherung in die Wassersäule der Meere ist durch internationale Verträge ausgeschlossen.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass durch die Abscheidung von CO₂ bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und einer anschließenden unterirdischen Speicherung ca. 85% Prozent des CO₂ dauerhaft aus der Atmosphäre ferngehalten werden können. Ob die als Carbon Capture and Storage (⁠CCS⁠) bezeichnete Technik dieses Versprechen halten kann, ist jedoch noch nicht geklärt und gegenwärtig Thema verschiedener Forschungs- und Pilotprojekte.

Problematisch ist vor allem der enorme zusätzliche Energieaufwand für die Abscheidung, den Transport und die Speicherung. Der Einsatz der CCS-Technik erhöht den Verbrauch der begrenzt verfügbaren fossilen Rohstoffe um bis zu 40 Prozent.
Einen effektiven Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels kann die Speicherung von CO₂ nur leisten, wenn das eingelagerte CO₂ dauerhaft und vollständig 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 können sich aber infolge von Unfällen (etwa Entweichen des CO₂) oder durch eine allmähliche 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 Grundwässer aus tiefen Aquiferen verdrängen. Unter ungünstigen Bedingungen können diese verdrängten salzigen Grundwässer bis in oberflächennahe süße Grundwässer und an die Erdoberfläche gelangen. Dort können sie zu Schäden (Versalzungen) im Grundwasser, in Böden und Oberflächengewässern führen.

Die notwendigen oberirdischen Anlagen insbesondere für den Transport und die Speicherung können sich negativ auf ⁠Flora⁠, ⁠Fauna⁠, Landschaft und die ⁠Biodiversität⁠ 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 tatsächlich zum ⁠Klimaschutz⁠ beitragen kann, bestimmen – neben der anwendungsbereiten Abscheidetechnik – vor allem die tatsächlich verfügbaren Kapazitäten geeigneter Speicher. Im Gegensatz zu den Anlagen für Abscheidung und Transport hängt die Eignung der Speicher vor allem von den natürlichen Gegebenheiten ab. Aus wirtschaftlichen Gründen sollten sich die Speicher in der Nähe der Abscheidungsanlagen befinden.

Die Nutzung weiter Teile des tiefen Untergrundes für eine dauerhafte Speicherung von CO₂ über Jahrtausende kann andere Nutzungen einschränken. Nutzungskonflikte können sich insbesondere zur Geothermie, zur Speicherung von Erdgas oder regenerativ erzeugtem Methan und zu offshore-Windenergieanlagen 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.

Das  Übereinkommen von Paris  sieht vor, dass spätestens „[…] in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts ein Gleichgewicht zwischen den anthropogenen Emissionen von Treibhausgasen aus Quellen und dem Abbau solcher Gase durch Senken […] erreicht wird“, dies bedeutet Treibhausgasneutralität. Hierfür stehen grundsätzlich drei Strategien zur Verfügung:

1. Vermeidung durch reduzierten Verbrauch von Produkten oder reduzierte Aktivitäten, 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 ⁠Atmosphäre⁠.

Oberste Prämisse einer nachhaltigen Klimaschutzpolitik ist im Sinne des Vorsorgeprinzips die Vermeidung von Treibhausgasemissionen. Beispiele sind Energieeinsparungen im Gebäudebereich 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, Wärme, Verkehr), wo dies technisch möglich ist, sowie die Dekarbonisierung der Industrieprozesse ist darüber hinaus unabdingbar. Die Erschließung von Senken für CO₂, unabhängig ob natürlich oder technisch, wird eine notwendige Ergänzung sein und stellt keinen Ersatz für Vermeidung und Substitution dar. Das Umweltbundesamt empfiehlt die weitere Erforschung von CCS für den Fall, dass sich der Einsatz als zwingend notwendig erweisen sollte. Der Einsatz am Ende von langen Wertschöpfungsketten an thermischen Abfallbehandlungsanlagen für Restabfälle wäre dabei mit den geringsten negativen Nebeneffekten verbunden, hier besteht eine geringe Lock-In Gefahr. Erfolgt CCS an Anlagen der Energiewirtschaft oder Industrie, wird nur anteilig der Ausstoß entstandener fossiler Energien in die Atmosphäre verhindert.

Bei einer sehr ambitionierten Klimaschutzpolitik in allen Sektoren Deutschlands sowie einer sehr ambitionierten Biodiversitätsschutzpolitik können die natürlichen Senken die Residualemissionen in 2045 großteils ausgleichen. Hierbei können Co-Benefits wie Biodiversitäts- und Ökosystemdienstleistungen, Artenschutz, Verbesserung des Mikroklimas im Boden und des Wasserhaushalts erzielt werden. Der Bedarf an technischen Senken und dem Einsatz von CCS könnte unter idealen Bedingungen, sehr gering sein oder sogar auf Null reduziert werden. Weitere Informationen dazu sind auf der Internetseite des UBA zu technischen Kohlenstoffsenken und im UBA-Positionspapier zur Einordnung von CCS in die nationalen Klimaschutzstrategien.

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 lässt seit 2012 die Erforschung, Erprobung und Demonstration der CO₂-Speicherung in begrenztem Ausmaß zu. Die Frist für die Beantragung ist 2016 ausgelaufen und das Gesetz wird zur Zeit überarbeitet. Im KSpG ist die Menge des jährlich zu speichernden CO₂ für Deutschland insgesamt sowie für die einzelnen Speichervorhaben begrenzt. Den Bundesländern ist es erlaubt gesetzlich zu bestimmen, in welchen Gebieten die Erprobung und Demonstration zulässig sein soll und in welchen nicht. Für die Zulassung konkreter Speichervorhaben ist nach KSpG eine ⁠Planfeststellung⁠ erforderlich. Diese steht im behördlichen Ermessen und ist an strenge Umweltanforderungen geknüpft. Unter anderem ist gegen Beeinträchtigungen von Mensch und Umwelt Vorsorge nach dem anspruchsvollen „Stand von Wissenschaft und Technik“ zu treffen. Die Betreiber der CO₂-Speicher sind verpflichtet, umfangreiche Maßnahmen- und Monitoringkonzepte zu erarbeiten und anzuwenden. Die Zulassungsentscheidungen nach dem KSpG treffen die Landesbehörden.

Das KSpG setzt die Richtlinie der Europäischen 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. Außerdem gibt es materielle Anforderungen für deren Auswahl und Betrieb sowie für nachsorgende Maßnahmen. 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 Abfällen und anderen Stoffen), die Regelungen für die CO₂-Speicherung aufstellen. Diese verbieten die CO₂-Speicherung in der Wassersäule. Die Speicherung im Meeresuntergrund lassen sie grundsätzlich zu, stellen aber hohe Anforderungen zum Schutz der Meeresumwelt.

Das KSpG überträgt 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. Zulassungsbehörden für Untergrunduntersuchungen, Speichervorhaben und Speicherstilllegungen sind die Landesbehörden.

Im Rahmen der landesbehördlichen Verfahren kann das Umweltbundesamt Stellung nehmen. Dies gibt ihm die Möglichkeit, sich in Bezug auf die Umweltwirkungen in die Zulassungsvorhaben einzubringen und die Landesbehörden 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 Einvernehmensbehörde.

Das UBA-Positionspapier 2023 zu Carbon Capture and Storage ist ein Diskussionsbeitrag zur Integration der CCS-Technologie in die nationalen Klimaschutzstrategien. Um ⁠CO₂⁠ sicher und umweltgerecht abzuscheiden, zu transportieren und im Untergrund zu deponieren, formulierte das Umweltbundesamt bereits 2009 in einem Hintergrundpapier 2009 Anforderungen an den Einsatz der CCS-Technik,

Das Umweltbundesamt hatte schon 2006 eine Studie und ein Positionspapier zur technischen CO2-Abscheidung und -Speicherung veröffentlicht. Die Studie beschreibt die Grundlagen und technischen Möglichkeiten sowie die Umweltauswirkungen. Sie kommt zu dem Schluss, dass die CO2-Abscheidung und Speicherung nur eine zeitlich befristete Übergangstechnik ist.

Gemäß ⁠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 näher benannt, wobei für die Tätigkeit nach TEHG nach Anlagen zur Abscheidung (Nr. 29), Rohrleitungsanlagen zur Beförderung (Nr. 30) und Speicherstätten zur geologischen Speicherung (Nr. 31) von Treibhausgasen zu unterscheiden ist. Alle drei Tätigkeiten unterliegen in vollem Umfang den Anforderungen an die Überwachung von CO₂-Emissionen.

Für diese drei Tätigkeiten gilt die Monitoring-Verordnung  (MVO, Nr. 601/2012) der EU Kommission daher ebenso in vollem Umfang. In Anhang IV der MVO werden zusätzliche Vorgaben für aktivitätsspezifische 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. Gemäß Anhang IV Nr. 23 A. MVO muss der Betreiber eine qualitative Monitoringmethode vorschlagen. Diese muss geeignet sein, Leckagen aus dem Speicherkomplex zuverlässig zu identifizieren. Allein die Definition des Speicherkomplexes ist nicht trivial, die kontinuierliche Überwachung einer möglichen 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 Wassersäule“ in Betracht. Im Fall der Emissionen (Freisetzung in die Luft) ist ein flächendeckendes Bodenmonitoring erforderlich, inklusive eines vorgelagerten Baselinemonitorings. Im Fall der Leckage in die Wassersäule 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 wäre. Dies gilt sowohl für ein kontinuierliches qualitatives Monitoring, als auch für ein quantitatives Monitoring unter Berücksichtigung der zulässigen Gesamtunsicherheit von 7,5 Prozent.

Bedeutend für die Verbreitung von ⁠CCS⁠-Projekten ist die internationale Anerkennung der damit erzielten Emissionsminderung. Denn aus dieser resultiert gegebenenfalls ein finanzieller Erlös, der die Refinanzierung der Projekte ermöglicht. Für CCS-Projekte in Entwicklungsländern, den Non-Annex-I-Ländern 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. Anschließend wurde vom CDM-Exekutivrat eine Arbeitsgruppe (CCS WG) eingerichtet: Sie soll die Methodenvorschläge 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 bestätigen und einen nationalen Rechtsrahmen für Standortauswahl, Genehmigung, Schadensvermeidung und Schadensbehebung sowie Haftungsfragen für Schäden aller Art vorweisen.
• Die nationale CDM-Genehmigungsbehörde muss im „Letter of Approval“ (LoA) bestätigen, 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 späteres 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 ⁠Umweltverträglichkeitsstudie⁠ müssen erstellt werden.
• Die Projektgrenze enthält alle Teile der Prozesskette von der Abscheidungseinrichtung über die Transportstrecke bis zum Speicher in seiner erwarteten unterirdischen Ausdehnung.
• Die regelmäßigen Verifizierungen durch unabhängige 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 bestätigten Entweichens von CO₂ müssen die Projektentwickler entsprechende CER aus dem Projekt oder gleichwertige CO₂-Zertifikate löschen.
• Im Fall des Nicht-Einreichens eines Verifizierungsberichts müssen die Projektbeteiligten alle aus dem Projekt entstandenen CER durch Löschung anderer CO₂-Zertifikate kompensieren.
• Sofern die Projektbeteiligten ihrer Löschungspflicht 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 löschen.
• Für die Betriebsphase und die Schließungsphase 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 große Verantwortung beim Gesetzgeber und den Vollzugsorganen des Gastgeberstaats.
Bisher wurden keine konkreten Projektvorschläge eingereicht, die aktuelle Situation im Kohlenstoffmarkt bietet dazu derzeit auch kaum Anreize. Die vom CDM-Exekutivrat anerkannten Methoden und Kriterien können jedoch auch für internationale Klimaschutzprojekte in anderem Rahmen Maßstäbe setzen.