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Was ist CO₂-Sequestrierung ?
Veröffentlicht: 4. Juni 2024
Mitwirkende: Alexandra Jonker, Amanda McGrath
CO2-Sequestrierung ist der Prozess der Abscheidung und Speicherung von atmosphärischem Kohlenstoffdioxid (CO2), einem der Treibhausgase, das zur Erderwärmung beiträgt.
Die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoffdioxid erfolgt auf natürliche Weise durch biologische und geologische Prozesse sowie durch den Einsatz von durch Menschenhand geschaffenen Technologien. Beide Methoden fördern die Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre und können zur Eindämmung der Auswirkungen des Klimawandels beitragen. Daher ist davon auszugehen, dass das Interesse an der CO2-Sequestrierung zunimmt, da Länder Netto-Null-Emissionsziele verfolgen und Unternehmen nach nachhaltigeren Verfahren suchen.
Durch den Anstieg der Treibhausgasemissionen – hauptsächlich aufgrund menschlicher Aktivitäten wie der Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Abholzung von Wäldern – steigt die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Erdatmosphäre auf ein nie dagewesenes Niveau. Dieser Anstieg von CO2 aus Schadstoffen speichert Wärme und führt zur globalen Erwärmung und ihren Folgen, darunter steigende Meeresspiegel, extreme Wetterereignisse und Störungen des Ökosystems.
Laut dem Zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) müssen sofortige Maßnahmen ergriffen werden, um die globale Erwärmung auf 1,5 °C (34,7 °F) über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen.1 Die CO2-Sequestrierung kann eine entscheidende Rolle bei der Erreichung dieses Ziels spielen. Durch die Abscheidung und Speicherung von CO2 wird dessen Präsenz in der Atmosphäre direkt reduziert, was die Geschwindigkeit der globalen Erderwärmung verlangsamt und die Schwere und Häufigkeit durch den Klimawandel bedingter Ereignisse verringert.
Neben der Eindämmung des Klimawandels bietet die CO2-Sequestrierung noch weitere Vorteile. Natürliche Kohlenstoffbindungsprozesse wie die Photosynthese spielen eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung gesunder Ökosysteme. Bemühungen zur Abscheidung und Speicherung von CO2 können auch die Bodengesundheit verbessern, die landwirtschaftliche Produktivität steigern und die biologische Vielfalt schützen, indem sie das Wachstum von Kohlenstoffsenken (wie Wäldern und Feuchtgebieten) fördern.
Methoden zur Abscheidung und Speicherung von CO2 lassen sich im Allgemeinen in die folgenden vier Kategorien einteilen:
Bei der biologischen CO2-Sequestrierung wird Kohlenstoffdioxid durch natürliche Prozesse in Ökosystemen gebunden und gespeichert. Beispielsweise nehmen Pflanzen durch die Photosynthese aus der Atmosphäre auf und wandeln es in organische Materie um. Naturgebiete wie Wälder, Grasland und Feuchtgebiete fungieren als bedeutende Kohlenstoffsenken und können große Mengen an Kohlenstoffdioxid über längere Zeiträume speichern. Auch der Boden kann auf natürliche Weise Kohlenstoffdioxid binden, aber diese Fähigkeit wird beeinträchtigt, wenn landwirtschaftliche Praktiken den Boden stören und umgraben, wodurch der gebundene organische Kohlenstoff freigesetzt wird.
Mehrere Landbewirtschaftungspraktiken fördern die biologische Kohlenstoffbindung. Durch Aufforstung und Wiederaufforstung wird die Kohlenstoffspeicherkapazität erheblich erhöht. Nachhaltige Landwirtschaft – wie z. B. reduzierte oder pfluglose Bodenbearbeitung, die die Störung des Bodenkohlenstoffs minimiert, oder Agroforstwirtschaft, bei der Bäume und Sträucher neben Nutzpflanzen und Vieh integriert werden – trägt ebenfalls zur Bindung bei. Die Wiederherstellung degradierter Feuchtgebiete wie Moore und Mangroven verbessert deren Kohlenstoffspeicherung in Sedimenten und Biomasse. Diese Ökosysteme können aber auch Methan ausstoßen.
Bei der CO2-Sequestrierung im Ozean wird Kohlenstoffdioxid in den Ozeanen gespeichert. Die Ozeane absorbieren auf natürliche Weise etwa ein Viertel des vom Menschen produzierten CO2.
Es gibt zwei Hauptstrategien zur Unterstützung der CO2-Sequestrierung im Ozean:
- Bei der Direktinjektion wird das bei der Verbrennung entstehende CO2 aus den Emissionsquellen entnommen und direkt in die Tiefsee eingebracht. Durch den hohen Druck und die niedrigen Temperaturen im Meer löst sich das CO2 oder bildet feste Strukturen, die als Hydrate bezeichnet werden.
- Die Methode der Ozeandüngung zielt darauf ab, die natürliche Absorption des Ozeans zu verbessern, indem Nährstoffe, in der Regel Eisen, an der Meeresoberfläche hinzugefügt werden. Diese Methode regt das Wachstum mikroskopisch kleiner Pflanzen und Mikroben an, die durch Photosynthese das CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen. Wenn sie absterben, sinken sie auf den Meeresboden und nehmen den absorbierten Kohlenstoff mit. Diese Methode befindet sich jedoch noch in der Erprobungsphase und ihre langfristigen Auswirkungen auf die Meeresökosysteme sind noch nicht vollständig erforscht.
Bei der geologischen CO2-Sequestrierung wird CO2 abgeschieden und zur langfristigen Lagerung (d. h. für Jahrtausende) in tiefe, unterirdische poröse Gesteinsformationen injiziert. Das CO2 wird komprimiert, durch Pipelines transportiert und an Orten wie erschöpften Öl- und Erdgaslagerstätten, unbrauchbaren Kohleflözen oder tiefen salinen Aquiferen gelagert. Bei einer Injektion in Tiefen von mindestens 800 Metern sorgen hohe Druck- und Temperaturbedingungen für eine effiziente Lagerung in den natürlichen Porenräumen
Die technologische CO2-Sequestrierung umfasst eine Reihe von vom Menschen entwickelten Methoden, die darauf abzielen, Kohlenstoffdioxid aus großen Punktquellen oder direkt aus der Atmosphäre zu erfassen und zu speichern. Diese Technologien zielen darauf ab, Kohlenstoffemissionen aus dem Kohlenstoffkreislauf zu entfernen und ihre Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern.
Der bekannteste technologische Ansatz zur Sequestrierung von Kohlenstoff ist die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff (Carbon Capture and Storage, CCS). Dabei werden CO2-Emissionen von Hauptverursachern wie Kraftwerken, Fabriken und Industrieanlagen aufgefangen. Das aufgefangene CO2 wird komprimiert und (in der Regel über Pipelines) zu geeigneten geologischen Lagerstätten transportiert. Die geologische CO2-Sequestrierung ist ein Teil des Prozesses, aber CCS ist ein weiter gefasster Begriff, der den gesamten Prozess der Abscheidung, des Transports und der Speicherung von Kohlenstoff umfasst.
Weitere technologische Methoden:
- „Direct Air Capture (DAC)“, bei dem CO2 direkt aus der Umgebungsluft extrahiert wird, bietet eine Möglichkeit, historische Emissionen zu entfernen, die sich bereits in der Atmosphäre befinden.
- Bioenergie mit Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff (Bioenergy with carbon capture and storage, BECCS) umfasst die Verbrennung von Biomasse (Pflanzen oder landwirtschaftliche Erzeugnisse) zur Energieerzeugung und die anschließende Abscheidung und Speicherung der entstehenden CO2-Emissionen. Diese Methode könnte das Potenzial für „negative Emissionen“ bieten, da das von der Biomasse während des Wachstums aufgenommene CO2 aus der Atmosphäre entfernt und gespeichert wird.
- Mineralische Karbonatisierung, eine Methode zur Umwandlung von CO2 in stabile Karbonatmineralien (wie Kalkstein) durch Reaktionen mit Metalloxiden oder Silikaten. Durch diese Umwandlung wird verhindert, dass sie die Atmosphäre beeinflussen.
Auch wenn die Begriffe „CO2-Speicherung“ und „CO2-Sequestrierung“ manchmal synonym verwendet werden, gibt es zwischen den beiden wesentliche Unterschiede.
Die CO2-Speicherung ist der statische Zustand von Kohlenstoff, der in einem System gehalten wird, das als Kohlenstoffpool oder -reservoir bezeichnet wird. Es handelt sich um eine Momentaufnahme.
Die CO2-Sequestrierung ist ein aktiver Prozess, bei dem atmosphärisches Kohlendioxid abgeschieden und in Langzeitspeicher überführt wird. Es handelt sich um einen dynamischen Vorgang, bei dem CO2 aus der Atmosphäre entfernt wird.
Herausforderungen und Grenzen der CO₂-Sequestrierung
Die CO2-Sequestrierung ist zwar eine vielversprechende Möglichkeit, die Menge an klimaschädlichem Kohlendioxid zu reduzieren, bringt jedoch auch einige Herausforderungen und Einschränkungen mit sich:
Groß angelegte Sequestrierungsprojekte sind mit hohen Investitionskosten und laufenden Betriebsausgaben verbunden, was ihre Umsetzung und Aufrechterhaltung teuer macht.
Es gibt Bedenken hinsichtlich der Sicherheit und langfristigen Wirksamkeit der geologischen Speicherung sowie der Gefahr von Austritten.
Die Sequestrierung ist mit einigen negativen Umweltauswirkungen verbunden, wie z. B. Landnutzungsänderungen, Versauerung der Ozeane, Waldbrände und andere Störungen des Ökosystems.
Trotz dieser Herausforderungen wird erwartet, dass Fortschritte in der Technologie und Politik die CO2-Sequestrierung zu einem Schlüsselinstrument im Kampf gegen den Klimawandel machen werden.
Die CO2-Sequestrierung wird voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle im Kampf gegen den Klimawandel spielen. Eine Studie ergab, dass verschiedene CCS-Methoden mindestens 550 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid pro Jahr binden könnten – das entspricht der Stilllegung von über 1 Milliarde Personenkraftwagen.2
Die Nachfrage nach effektiven Lösungen zur CO2-Sequestrierung steigt, da Länder und Unternehmen sich ehrgeizige Ziele zur Emissionsreduzierung setzen. Durch die fortlaufende Forschung und Entwicklung in Bereichen wie DAC und BECCS wird erwartet, dass Umfang und Wirkung der CO2-Sequestrierung in den kommenden Jahren zunehmen werden. Auch die Verbesserung natürlicher Kohlenstoffsenken durch Aufforstung, verbessertes Landmanagement und die Wiederherstellung von Feuchtgebieten gewinnt an Bedeutung.
Außerdem führen Regierungen Mechanismen zur Bepreisung von Kohlenstoff, Steuergutschriften und andere Anreize ein, um Investitionen in Projekte zur CO2-Sequestrierung im Inland und durch grenzüberschreitende Partnerschaften und Zusammenarbeit zu fördern. In den Vereinigten Staaten beispielsweise können Unternehmen, die CO2 abscheiden und speichern, eine Steuergutschrift pro Tonne gebundenem Kohlenstoffdioxid erhalten.3
Weiterführende Lösungen
Die Geodatenanalysefunktionen der IBM Environmental Intelligence Suite können die Auswirkungen des Klimawandels auf Ihr Unternehmen erkennen und abmildern.
IBM Environmental Intelligence Suite bietet umfangreiche Wetterdatenquellen und einen API-Schlüssel, mit dem Sie diese integrieren können, um umsetzbare, datengestützte Entscheidungen zu treffen.
Vereinfachen Sie Ihre Berichterstattung über Treibhausgasemissionen mit einer Software, mit der Sie Ihre Emissionsdaten gemäß Scope 1,2 und 3 genau berechnen, verfolgen und melden können.
Ressourcen
Dekarbonisierung ist eine Methode zur Eindämmung des Klimawandels, die den Ausstoß von Treibhausgasen reduziert.
Vom Klimawandel über die Überbevölkerung bis hin zur Biodiversität – Umweltprobleme sind komplexe und miteinander verbundene Herausforderungen, mit denen die Erde und ihre natürlichen Systeme konfrontiert sind.
Experten und politische Entscheidungsträger unternehmen Schritte, um die Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen und zu messen und Wege zur Minderung der Risiken zu finden.
Hier erfahren Sie, wie neue Technologien den Menschen helfen können, sich heute an die Auswirkungen des Klimawandels anzupassen und sich auf die Zukunft vorzubereiten.
Es ist wichtig, dass wir uns nicht nur darauf konzentrieren, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Umwelt von morgen zu minimieren, sondern auch lernen, uns an die Auswirkungen anzupassen, mit denen wir schon heute konfrontiert sind.
CO2-Abscheidung und -Speicherung (CSS) ist ein Verfahren zur Abscheidung und Bindung von Kohlendioxidemissionen, bevor diese in die Erdatmosphäre gelangen und zur globalen Erwärmung beitragen.
Fußnoten
¹ „IPCC Sixth Assessment Report“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Intergovernmental Panel on Climate Change, April 2022.
² „The technological and economic prospects for CO2 utilization and removal“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), Nature, 6. November 2019.
³ „Carbon capture and storage in the United States“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), United States Congressional Budget Office, Dezember 2023.
