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Carbon Capture in den Zement- und Kalkindustrien regulieren

  • Stark

Übersicht

Bis ausreichend erneuerbare Energie zur Verfügung steht, ist Abscheidung von CO2 (Carbon Capture) dynamisch für Restemissionen wie die der Kalzinierung zu ermöglichen, ansonsten aber zu beschränken. Die Begrenzung des Carbon Capture-Einsatzes auf prozessbedingte unvermeidliche Emissionen soll sichergestellt werden. Darauf aufbauend ist die Nutzung des abgeschiedenen CO2 (CCU) in geschlossenen Kreisläufen zu priorisieren, kann dies nicht sichergestellt werden, die Speicherung (CCS).

Argumentation

Für die umfassende Emissionsreduktion in der Zement- und Kalkherstellung ist die CO2-Abscheidung (Carbon Capture) ein wichtiges Instrument. Zugleich wird Carbon Capture bis 2030 als eine der teuersten und im Vergleich zum Energieträgerwechsel auch weniger wirkungsvolle Maßnahmen eingeschätzt .

Wissenswert

  • Durchschnittliche Vermeidungskosten liegen allein für Emissionsabscheidung in der Zementherstellung je nach Verfahren zwischen 40 und 92 € pro Tonne CO2, während Vermeidungskosten bspw. im Bereich der Energieeffizienz mit teils weniger als 20 $ pro Tonne CO2 beziffert werden (IPCC).

    Quelle: Santos et al. (2022)

  • Laut Industrievertretern sind 52 % der von Zementherstellung in Deutschland verursachten Emissionen durch Carbon Capture zu adressieren (Stand 2019, Zieljahr 2050).

    Quelle: Verein Deutscher Zementwerke (2020)

  • Zwischen 2010 und 2020 wurden nur 13 % der als Ziel ausgegebenen Abscheidungs- und Nutzungs-Kapazitäten realisiert.

    Quelle: IEA (2020)

  • Nachfrage-Strategien zur Verbesserung der Materialeffizienz können den Druck auf die Angebotsseite, insbesondere in Bezug auf CO2-Abscheidung und Speicherung (CCS), erheblich verringern.

    Quelle: Watari et al. (2022)

  • Laut Umweltbundesamt können bis zu 80 % der Emissionen aus der Zementherstellung ohne Carbon Capture Einsatz vermieden werden und die verbleibenden Prozessemissionen durch natürliche Senken ausgeglichen werden.

    Quelle: Purr et al. (Umweltbundesamt, 2019)

Im Detail

  • Rechtliche Grundlage

    Kohlenstoffspeichergesetz - KSpG

    Quelle: Gesetz zur Demonstration der dauerhaften Speicherung von Kohlendioxid

  • Ausführliche Maßnahmenbeschreibung

    Auch bei der Speicherung von CO2 ist die nachträgliche atmosphärische Freisetzung unbedingt zu verhindern. Neben Fragen zur Umweltverträglichkeit und zur technischen Umsetzung der Verfahren sind (überregionale) Transportinfrastruktur und ökonomische Abwägungen u.a. zur Finanzierung langfristigen Monitorings zu betrachten. Dringend benötigt werden öffentliche Beteiligung sowie raumordnerische Kompetenz des Bundes in der Planung von CCS-Projekten.

Potentiale

  • Verschiedene Projekte zur Herstellung von Kunststoffen oder synthetischer Kraftstoffe sowie zur Nutzung des CO2-Gases in biotechnologischen Anwendungen sind im Gange.

    Quelle: Mennicken et al. (2016)

  • Es existieren Ansätze zur Zirkularität von Zementfüllstoff. Dabei wird zuvor abgeschiedenes CO2 für die Re-Karbonatisierung mineralischer (Bau-)Stoffe genutzt.

    Quelle: Batuecas et al. (2021)

Risiken

  • Risiken assoziiert mit Leckagen beinhalten schädliche Effekte auf Zellmetabolismus (v.a. Transportleckagen), Beeinträchtigungen der Grundwasserqualität (Leckage onshore Storage) und verstärkte Versauerung der Meere (Leckage offshore Storage).

    Quelle: Fogarty et al. (2010)

  • Marine CO2-Leckagen können zu Biodiversitätsverlust führen und zentrale ökologische Vorgänge in Tiefsee-Ökosystemen stören.

    Quelle: Kim (2016)

  • Möglichkeit des Austritts von karzinogenen Nitrosaminen und Nitraminen (Aminwäsche), deren Konzentration in Bezug auf karzinogene Potenziale kontrolliert werden sollte.

    Quelle: Låg et al. (2023)

  • Im Rahmen des onshore "In Salah CO2 Speicherprojektes" (Algerien) wurden mikro-seismische Aktivitäten hervorgerufen.

    Quelle: Stork et al. (2015)

Praxisbeispiele

Zementwerk mit integrierter Carbon Capture Technologie in Planung (Norwegen)

Als weltweit erstes Zementwerk mit integrierter Carbon Capture Technologie soll eine Anlage in Brevik (Norwegen) ab 2024 jährlich bis zu 0,4 Mt CO2 und damit etwa die Hälfte der dort generierten Emissionen einfangen.

Quellen

Knudsen et al. (2014)https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.11.682

Offshore CO2 Capture und Storage-Projekt im Sleipner-Feld (Nordsee)

Die Gasförderung im Sleipner-Feld wird seit 1996 mit der Abscheidung von CO2 und dessen Injektion in Salzlagerstätten gekoppelt. Dabei wird von einer jährlichen Einbringung von 0,9 Mt CO2 berichtet.

Quellen

Furre et al. (2017)https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1523

CO2-Speicherprojekt in Ketzin (Deutschland)

Im Rahmen des ersten deutschen CO2-Speicherprojektes in Ketzin wurden von Juni 2008 bis August 2013 insgesamt ca. 67 kt CO2 in Tiefen von 630 bis 700 m gespeichert.

Quellen

Förster et al. (2020)https://doi.org/10.2312/GFZ.b103-20097

Quellen & Links

IPCC (2023)https://doi.org/10.1017/9781009157926

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (Ed.). (2023).

Climate Change 2022 - Mitigation of Climate Change: Working Group III Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change

. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/9781009157926

Besonders relevant sind die Seiten 28 und 1191.

Entnommen - 25.08.2023

Fogarty et al. (2010)https://doi:10.1001/jama.2009.1951

Fogarty, J., & Mccally, M. (2010).

Health and Safety Risks of Carbon Capture and Storage

. https://jamanetwork.com/journals/jama/article-abstract/185135.

Entnommen - 27.08.2023

Låg et al. (2023)https://www.fhi.no/en/publ/2011/co2-capture-health-effects-of-amine/

Låg, M., Lindeman, B., Instanes, C., Brunborg, G., & Schwarze, P. E. (2011). Health effects of amines and derivatives associated with C02 capture Entnommen - 27.08.2023

Besonders relevant sind die Seiten 26 und 30.

Entnommen - 27.08.2023

Gesetz zur Demonstration der dauerhaften Speicherung von Kohlendioxidhttps://www.gesetze-im-internet.de/kspg/__2.html

Gesetz zur Demonstration der dauerhaften Speicherung von Kohlendioxid §2 Absatz 2 Satz 1 KSpG.

Entnommen - 27.08.2023

Verein Deutscher Zementwerke (2020) www.vdz-online.de/dekarbonisierung

Verein Deutscher Zementwerke, VDZ, Hrsg. Dekarbonisierung von Zement und Beton – Minderungspfade und Handlungsstrategien. Düsseldorf, 2020 Entnommen - 28.08.2023

Knudsen et al. (2014)https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.11.682

Knudsen, J. N., Bade, O. M., Askestad, I., Gorset, O., & Mejdell, T. (2014). Pilot plant demonstration of CO2 capture from cement plant with advanced amine technology.

Energy Procedia

, 63, 6464-6475.

Entnommen 28.08.2023

Furre et al. (2017)https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.1523

Anne-Kari Furre, Ola Eiken, Håvard Alnes, Jonas Nesland Vevatne, Anders Fredrik Kiær, 20 Years of Monitoring CO2-injection at Sleipner, Energy Procedia, Volume 114, 2017,

Pages 3916-3926,

Entnommen - 28.08.2023

Förster et al. (2020)https://doi.org/10.2312/GFZ.b103-20097

Förster, H. J., Wilke, F., Bock, S., Eisner, D., & Förster, A. (2020). Mineralogical responses to 9-years of interaction of a CO2-charged brine with a sandstone aquifer: Observations from the Ketzin CO2-storage pilot site (Germany). Entnommen 29.08.2023

Stork et al. (2015)https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2014.11.014

Stork, A. L., Verdon, J. P., & Kendall, J. M. (2015). The microseismic response at the In Salah Carbon Capture and Storage (CCS) site. International Journal of Greenhouse Gas Control, 32, 159-171.

Entnommen 29.08.2023

Mennicken et al. (2016)https://doi.org/10.1007/s11356-016-6641-1

Mennicken, L., Janz, A. & Roth, S. The German R&D Program for CO2 Utilization—Innovations for a Green Economy. Environ Sci Pollut Res 23, 11386–11392 (2016).

Entommen 29.08.2023

Watari et al. (2022)https://doi.org/10.1038/s41467-022-31806-2

Watari, T., Cao, Z., Hata, S.

et al.

Efficient use of cement and concrete to reduce reliance on supply-side technologies for net-zero emissions.

Nat Commun

13, 4158 (2022).

Entnommen 29.08.2023

Batuecas et al. (2021)https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101446

E. Batuecas, F. Liendo, T. Tommasi, S. Bensaid, F.A. Deorsola, D. Fino, Recycling CO2 from flue gas for CaCO3 nanoparticles production as cement filler: A Life Cycle Assessment,

Journal of CO2 Utilization, Volume 45, 2021

Entnommen - 29.08.2023

Leeson et al. (2017)https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2017.03.020

D. Leeson, N. Mac Dowell, N. Shah, C. Petit, P.S. Fennell, A Techno-economic analysis and systematic review of carbon capture and storage (CCS) applied to the iron and steel, cement, oil refining and pulp and paper industries, as well as other high purity sources, International Journal of Greenhouse Gas Control, Volume 61, 2017, Pages 71-84

Entnommen - 29.08.2023

Besonders relevant ist Seite 75

Santos et al. (2022)https://doi.org/10.1007/s11705-022-2151-5

Santos, M.P.S., Hanak, D.P. Carbon capture for decarbonisation of energy-intensive industries: a comparative review of techno-economic feasibility of solid looping cycles.

Front. Chem. Sci. Eng.

16, 1291–1317 (2022).

Entnommen - 30.08.2023

Besonders relevant ist Seite 73

IEA (2020)https://doi.org/10.1787/208b66f4-en

IEA (2020),

Energy Technology Perspectives 2020 - Special Report on Carbon Capture Utilisation and Storage: CCUS in clean energy transitions

, OECD Publishing, Paris Besonders relevant S. 28

Purr et al. (Umweltbundesamt, 2019)https://www.umweltbundesamt.de/rescue

Purr, K., Günther, J., Lehmann, H., & Nuss, P. (2019). Wege in eine ressourcenschonende Treibhausgasneutralität.

RESCUE-Studie. Hg. v. Umweltbundesamt. Dessau-Roßlau (CLIMATE CHANGE, 36/2019). Entnommen - 06.10.2023

Besonders relevant sind S.263/S.264 sowie S.342/343

Kim (2016)https://doi.org/10.1016/j.eiar.2015.11.004

Kim, Hyewon, et al. "Development of environmental impact monitoring protocol for offshore carbon capture and storage (CCS): A biological perspective."

Environmental Impact Assessment Review

57 (2016): 139-150.

Zusammenhängende Maßnahmen