Füllen Sie die Lücken! Ab in den „Wasserkerker“!

Am 19. März wurde die erste Bohrung meines Landes zur Speicherung und Rückführung von Kohlendioxid im Meeresboden offiziell gebohrt. Dies markiert, dass mein Land erstmals ein komplettes Set an Bohr- und Fertigstellungstechnologien sowie Ausrüstungssystemen für die Injektion, Speicherung und Überwachung von Kohlendioxid auf See entwickelt hat und damit die Lücke in der Technologie meines Landes zur Speicherung von Kohlendioxid auf See schließt.

Geschrieben von Reporter Zhao Tianyu, Foto- und Textredakteur Chen Yongjie

Interview-Experten:

Chen Jianwen (Forscher am Qingdao Institute of Marine Geology, China Geological Survey)

Cheng Guoming (leitender Ingenieur, Chinesisches Institut für geologische Umweltüberwachung)

Mehreren Medienberichten zufolge wurde am 19. März die erste Bohrung in meinem Land zur Speicherung und Rückführung von Kohlendioxid im Meeresboden offiziell durchgeführt. Dies zeigt, dass mein Land erstmals über ein komplettes Set an Bohr- und Fertigstellungstechnologien sowie Ausrüstungssystemen für die Injektion, Speicherung und Überwachung von Kohlendioxid auf See verfügt und damit die Lücke in der Technologie meines Landes zur Speicherung von Kohlendioxid auf See schließt.

▲Die CCUS-Technologie ist eine der wichtigsten technischen Optionen, um der globalen Erwärmung in Zukunft zu begegnen. (Fotoquelle: China.com)

Unter der Technologie zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) versteht man den Prozess, bei dem Kohlendioxid aus industriellen oder damit verbundenen Emissionsquellen abgetrennt, zu einem Speicherort transportiert und für lange Zeit von der Atmosphäre isoliert wird. Diese Technologie gilt als der wirtschaftlichste und praktikabelste Weg, den Ausstoß von Treibhausgasen in großem Maßstab zu reduzieren und die globale Erwärmung in Zukunft zu verlangsamen. Bei der CCUS-Technologie (Carbon Capture, Utilization and Storage) handelt es sich um eine Technologie, die Kohlendioxid auf Basis der CCS-Technologie abfängt und reinigt und es dann zum Recycling oder zur Speicherung in neue Produktionsprozesse einspeist. Diese Technologie ist eine der wichtigsten technischen Optionen, um der globalen Erwärmung in Zukunft Herr zu werden.

Derzeit befindet sich die CCUS-Technologie meines Landes insgesamt noch in der Phase des Aufbaus von Demonstrationsprojekten und wird in Zukunft schrittweise in Richtung Kommerzialisierung und Skalierung voranschreiten. Allerdings ist die CCUS-Technologie der breiten Öffentlichkeit relativ unbekannt. Sie weiß nur sehr wenig über diese revolutionäre Technologie der sauberen Entwicklung und muss dringend interpretiert und bekannt gemacht werden.

CCUS:

Wichtige Lösungen zur Bekämpfung des Klimawandels

Kohlendioxid ist das wichtigste Gas, das den Treibhauseffekt verursacht. Mit dem Fortschritt der wissenschaftlichen Forschung zur Atmosphärenregulierung wurde eine neue Theorie vorgeschlagen: Da der größte Teil des von Menschen ausgestoßenen Kohlendioxids aus unter der Erde vergrabenen fossilen Brennstoffen freigesetzt wird, stellt sich die Frage, ob es möglich ist, es wieder unter der Erde zu vergraben.

Die CCUS-Technologie gibt es noch nicht lange, sie wird jedoch als wichtige Lösung für die globale Erwärmung angesehen. Der gesamte Prozess lässt sich einfach als Sammlung, Transport, Lagerung und Verwendung zusammenfassen.

„Sammlung“ bezieht sich auf die Kohlendioxidabscheidung, also den Prozess der Trennung von Kohlendioxid aus der industriellen Produktion, der Energienutzung oder der Atmosphäre zur anschließenden Behandlung. Dabei wird im Wesentlichen zwischen der Abscheidung vor der Verbrennung, der Abscheidung nach der Verbrennung, der sauerstoffangereicherten Verbrennung, der Abscheidung in der chemischen Kette und der direkten Abscheidung aus der Atmosphäre unterschieden.

Mittlerweile ist die kommerzielle Nutzung der Kohlenstoffabscheidung relativ weit fortgeschritten. In der industriellen Kette sind zahlreiche Unternehmen beteiligt, und die globale jährliche Abscheidungskapazität liegt bei über 40 Millionen Tonnen. Es hat sogar Internetunternehmen wie Tencent dazu bewogen, sich anzuschließen und mit dem isländischen Kohlenstoffspeicherunternehmen Carbfix zusammenzuarbeiten, um das erste Demonstrationsprojekt zur Speicherung von Kohlendioxid-Mineralisierung in China zu bauen.

Unter „Transport“ versteht man die Abgabe von Kohlendioxid. Das abgeschiedene Kohlendioxid muss zur Lagerung an einen geeigneten Ort transportiert werden. Der Transport kann per Auto, Bahn, Schiff oder Pipeline erfolgen. Da während des Lagerungsprozesses die Gefahr eines Kohlendioxidaustritts besteht, ist die Echtzeitüberwachung des Kohlendioxidmigrationsprozesses in der internationalen akademischen Gemeinschaft zu einem heißen Thema geworden.

Unter „Speicherung“ versteht man die Speicherung von Kohlendioxid, d. h. die Injektion des abgeschiedenen Kohlendioxids in tiefe geologische Reservoirs, um das Kohlendioxid für lange Zeit von der Atmosphäre zu isolieren und es so in einen „Ruhezustand“ zu versetzen. Generell kann man sie in zwei Kategorien unterteilen: geologische Speicherung und Meeresspeicherung.

▲Nationales CCUS-Demonstrationsprojekt im Gebiet Huang 3 des Changqing-Ölfelds, PetroChina (Fotoquelle: China.com)

Mit „Verwendung“ ist die Nutzung von Kohlendioxid gemeint. Dabei handelt es sich um den Prozess der Ressourcennutzung des abgeschiedenen Kohlendioxids durch technische Mittel, wodurch die wahre Bedeutung von „Kohlenstoff in einen Schatz verwandeln“ verwirklicht wird.

Daten der Internationalen Energieagentur zeigen, dass die CCUS-Technologie den Kohlendioxidausstoß künftig um 6,9 Milliarden Tonnen pro Jahr reduzieren kann. Nach 2050 wird es außerdem dazu beitragen, „notwendige Emissionen“ von Kohlendioxid auszugleichen, und sein Ausgleichseffekt wird bis 2070 15 % der kumulierten Reduzierung der Kohlendioxidemissionen ausmachen.

Es gibt noch technische Hürden bei der Speicheranbindung

In der CCUS-Industriekette ist die Kohlendioxidspeicherung das wichtigste Glied und zugleich der technisch schwierigste Teil. Derzeit gibt es auf internationaler Ebene noch keine kommerzielle Route im großen Maßstab und die Route wird weiterhin kontinuierlich erkundet.

Beispielsweise umfasst die geologische Speicherung im Allgemeinen das Einspritzen von Kohlendioxid in einem überkritischen Zustand (eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit) in geologische Strukturen. Solche Bedingungen gelten für Ölfelder, Gasfelder, Salzlagerstätten und nicht abbaubare Kohlebergwerke. Unter ihnen sind Technologien zur Kohlenstoffspeicherung in tiefen Salzwasserleitern und erschöpften Öl- und Gaslagerstätten mittlerweile am weitesten fortgeschritten. Insbesondere salzhaltige Grundwasserleiter gelten aufgrund ihrer weiten Verbreitung und großen Speicherkapazität als die besten Standorte für die geologische Speicherung.

Obwohl die Technologie zur Speicherung an Land derzeit relativ ausgereift ist, bestehen bei der Speicherung von Kohlendioxid einige Sicherheitsrisiken aufgrund von Änderungen der Spannungsfelder im Reservoir und der Unberechenbarkeit geologischer Strukturen.

Das bekannteste davon ist das Gorgon-Projekt in Westaustralien, das im März 2016 mit der Erdgasproduktion begann, seine CCS-Anlage jedoch erst im August 2019 in Betrieb nahm, also dreieinhalb Jahre später als geplant.

▲Gorgon-Projekt in Westaustralien (bestehend aus einer Erdgasproduktionsanlage und CCS-Ausrüstung) (Fotoquelle: China.com)

Der Grund dafür war, dass bei einer Inspektion Ende 2017 festgestellt wurde, dass sich in der Rohrleitung zwischen der Flüssigerdgasanlage der Fabrik und der Wasserinjektionsbohrung zu viel Wasser befand, was zu Undichtigkeiten und Korrosion an Ventilen und Rohrleitungen führte. Zudem verstopfte Sand die unterirdischen Gasinjektionsbohrungen und beschädigte das Druckmanagementsystem schwer.

Was mein Land betrifft, so belaufen sich die derzeitigen jährlichen Kohlendioxidemissionen auf etwa 10 Milliarden Tonnen, wovon fast die Hälfte auf die elf Küstenprovinzen und -städte entfällt. Da die terrestrischen Sedimentbecken in diesen Gebieten jedoch klein und verstreut sind, sind die geologischen Bedingungen für die Kohlenstoffspeicherung relativ schlecht und das Speicherpotenzial begrenzt. Die „Ozeanspeicherung“ ist daher ein neuer Ansatz geworden.

Unter mariner geologischer Kohlenstoffbindung versteht man den Transport von CO2 per Schiff oder Pipeline zu einem Standort im Ozean und die Injektion in geologische Körper unter dem Meeresboden zur Speicherung. Chen Jianwen, ein Forscher am Qingdao-Institut für Meeresgeologie des China Geological Survey, erklärte, dass das geologische Speicherpotenzial von Kohlendioxid im Meer groß sei, da sich unter dem Meeresboden eine dicke und weit verteilte Salzwasserschicht befinde.

Die konkrete Methode besteht darin, dass „das aufgefangene oder abgetrennte Kohlendioxid an die Offshore-Bohrplattform geleitet wird. Der Kompressor auf der Plattform setzt das Kohlendioxid unter Druck, bis es einen überkritischen Zustand erreicht, und versiegelt es schließlich durch Injektionsbohrungen in geologischen Körpern wie tiefen Salzschichten unter dem Meeresboden.“ Chen Jianwen sagte, dass China bereits über das Demonstrationsprojekt Enping 15-1 im Mündungsbecken des Perlflusses verfüge und derzeit Injektionsbohrungen durchführe. Es ist geplant, jährlich 300.000 Tonnen einzuspeisen, und das Speichervolumen wird in 5 Jahren 1,5 Millionen Tonnen erreichen.

▲Ein Panoramablick auf Chinas CCUS-Technologie (Bildquelle/Jahresbericht 2021 zur Abscheidung, Nutzung und Speicherung von Kohlendioxid (CCUS) in China)

Als Antwort auf externe Zweifel, dass „die Offshore-Speicherung nicht sicher sei“ und „die Offshore-Speicherung die ökologische Umwelt beeinträchtige“, sagte Chen Jianwen, es gebe keine direkten Beweise dafür, dass die Lagerung im Meer eine Verschmutzung der ökologischen Umwelt verursache. Im Rahmen des Sleipler-Projekts in norwegischen Gewässern werden beispielsweise seit 1996 Meeresbodenspeicher betrieben. Die technischen Demonstrationen der ersten fünf Jahre erwiesen sich als sicher. Seitdem wird der kommerzielle Betrieb aufgenommen und seit 27 Jahren wird Öl injiziert. Es wird immer noch injiziert und es wurden keine Auffälligkeiten festgestellt. Japan hat von 2016 bis 2019 300.000 Tonnen in die Gewässer vor Hokkaido geleitet und überwacht dies bislang. Es wurden keine Sicherheitsrisiken festgestellt.

Warum ist die Lagerung im Meer „sicherer“? Chen Jianwen sagte, dass die Meerwasserabdeckung nicht nur verhindert, dass Kohlendioxid bei einem Leck direkt in die Atmosphäre freigesetzt wird, sondern dass der zusätzliche Meerwasserdruck auch die Anforderungen an die Abdichtung der Deckschicht verringert, wodurch das unter dem Meeresboden eingeschlossene Kohlendioxid stabiler wird. Aufgrund des langfristigen Meerwasseraustauschs ähnelt die chemische Zusammensetzung der Porenflüssigkeit in der Meeresbodenformation eher der von normalem Meerwasser, wodurch das Risiko von Leckagen aufgrund von Rissaktivitäten aufgrund von Druckungleichgewichten während der Kohlendioxidinjektion verringert werden kann.

„Aus Kohlenstoff einen Schatz machen“

Wie kann Kohlendioxid genutzt werden?

Neben der Technologie sind auch die Kosten der Kohlendioxid-Speicherung ein Anliegen der Außenwelt. Der IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ist der Ansicht, dass CCUS nur dann in großem Maßstab gefördert werden kann, wenn die Gesamtkosten für die Abscheidung und Speicherung von CO2 auf 25 bis 30 US-Dollar pro Tonne (ungefähr 125 bis 200 RMB pro Tonne) sinken.

Ohne Berücksichtigung der Transport- und Lagerungskosten betragen die Kosten für die Abscheidung derzeit im Ausland etwa 11 bis 57 US-Dollar pro Tonne (etwa 65 bis 400 RMB), während die Kosten in meinem Land derzeit bei 300 bis 900 RMB pro Tonne liegen.

▲Die erste CO2-Speicher- und Reinjektionsbohrung meines Landes auf dem Meeresboden (Fotoquelle: Offizielle CNOOC-Website)

Cheng Guoming, leitender Ingenieur am China Geological Environment Monitoring Institute, glaubt, dass die Kosten in Zukunft im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit der Industrie stehen werden, nachdem die technischen Probleme mit Kohlendioxid allmählich überwunden sind. Derzeit ist der Preis für die Kohlenstoffspeicherung viel höher als der Preis für Kohlenstoffsenken, und Unternehmen sind eher bereit, sich an Letzteren zu beteiligen. Wenn die Kosten nicht unter Kontrolle bleiben, wird es großen Widerstand gegen eine Kommerzialisierung im eigentlichen Sinne geben.

„Die Speicherung von Kohlenstoff ist in China derzeit nicht wirtschaftlich, im Ausland hat sie sich jedoch als wirtschaftlich konkurrenzfähig erwiesen“, sagte Chen Jianwen. Die Kostenaufwendungen hängen eng mit den jeweiligen politischen Maßnahmen zusammen, und diese wirken sich auch auf die CO2-Marktpreise aus. Aus langfristiger Sicht wird sich die wirtschaftliche Machbarkeit nach dem CO2-Höhepunkt schrittweise verbessern und der Gesamttrend ist optimistisch.

Andererseits haben weltweit über 80 Unternehmen begonnen, neben der Kohlenstoffspeicherung eine weitere neue Möglichkeit zur Nutzung von Kohlendioxid zu untersuchen: Recycling und Wiederverwendung. Dies ist nicht nur eine Win-Win-Klimastrategie, sondern könnte auch ein neuer Weg im CCUS-Bereich werden.

Im Bereich der Ölexploration und -produktion ist beispielsweise die Nutzung von Kohlendioxid zur Steigerung der Rohölausbeute derzeit das am weitesten verbreitete Anwendungsszenario der Kohlendioxid-Nutzungstechnologie. Die Einnahmen aus der erhöhten Rohölproduktion können die Projektkosten decken und weisen eine hohe wirtschaftliche Machbarkeit auf. Auch die Kohlendioxid-Verdrängungstechnologie für Flözgas kann die Gewinnung von Flözgas deutlich verbessern.

Auch chemische Produkte sind ein wichtiges Szenario für die Wiederverwendung von Kohlendioxid, das im täglichen Leben sehr vielfältig ist, beispielsweise bei der Herstellung von Bier und kohlensäurehaltigen Getränken; Herstellung von Trockeneis zur Kühlung und zum Transport von Lebensmitteln; Synthese von Feinchemikalien wie organischen Kleinmolekülen oder gängigen Chemikalien wie Harnstoff und Hydrochlorid.

Derzeit wird im Ausland mit dem Bau von Direct Air Carbon Capture (DAC)-Anlagen begonnen, also Anlagen, die Kohlendioxid direkt aus der Luft abscheiden. Schätzungen zufolge können bis 2030 jährlich 85 Tonnen Kohlendioxid und bis 2050 sogar 980 Tonnen Kohlendioxid abgeschieden werden.

Vielleicht werden wir eines Tages mit Kohlendioxid-Abfällen angereichertes Erdgas verwenden, Nahrungsmittel mit Trockeneis kühlen, das durch CCUS-Technologie gewonnen wird, und Dosenbier und Cola trinken, die mit dem von Fabriken ausgestoßenen CO2 hergestellt werden, und so einen kohlenstoffarmen Lebensstil wirklich in unseren Alltag integrieren. Bis dahin werden Sie feststellen, dass CCUS nicht weit von Ihnen und mir entfernt ist. Das wird eine sehr schöne Szene.

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Pekinger Wissenschafts- und Technologiemedien

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