Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, wie funktioniert das?

Der Ausbau erneuerbarer Energien und Energieeffizienz sind zwei wesentliche Säulen der Klimaschutzbemühungen.

Aber angesichts der Größenordnung der zu erreichenden Emissionsreduktionen, so die Experten der Internationalen Energieagentur(AUTSCH) und IPCC berücksichtigen, dass der Einsatz von CO-Abscheidungs-, -Speicher- und -Rückgewinnungstechnologien₂ ist unerlässlich, um das Ziel der COXNUMX-Neutralität zu erreichen.

Der DMX-CO-Erfassungsprozess₂, das Ergebnis eines Jahrzehnts der Forschung in den Labors von IFP Énergies nouvelles, wird jetzt auf dem Gelände von Arcelor Mittal in Dünkirchen, einem Stahlgiganten, der mehr als 11 Millionen Tonnen CO emittiert, demonstriert₂ Chaque année

CO₂ könnten transportiert und dann in der Nordsee gelagert werden, zum Beispiel auf dem Gelände des norwegischen Projekts Nordlichter, der ebenfalls im vergangenen August unterschrieben hat seine erste kommerzielle Vereinbarung für den Transport und die Speicherung von CO₂, dieses Mal aufgenommen in einer Ammoniak- und Düngemittelfabrik in den Niederlanden.

Das Ziel der Abscheidung, Speicherung oder Rückgewinnung von Kohlendioxid (besser bekannt unter den Akronymen CCS oder CCU für Carbon Capture and Storage ou COXNUMX-Abscheidung und -Nutzung) soll zur Dekarbonisierung der Industrie beitragen: Es handelt sich um eine Reihe von Technologien zur Abscheidung und Speicherung und/oder Nutzung von CO₂ anstatt es in die Atmosphäre entweichen zu lassen. Tatsächlich ist die Schwerindustrie die Quelle von fast 20 % der weltweiten COXNUMX-Emissionen.₂ heute. In Frankreich setzt die National Low Carbon Strategy (SNBC) a Reduzierung der Industrieemissionen um 80 % bis 2050 im Vergleich zu 2015.

Im IEA-Szenario „nachhaltige Entwicklung“ sind diese Erfassungstechnologien 15 % zur kumulierten Reduktion der CO₂-Emissionen im Jahr 2070 beitragen würde.

Wie ? Durch die Abtrennung des CO₂ Industrieabgase, um sie in tiefen unterirdischen geologischen Formationen zu speichern und so von der Atmosphäre zu isolieren, oder um sie beispielsweise als Rohstoff für die Herstellung von Biokraftstoffen oder Düngemitteln zu verwenden.

Derzeit sind weltweit rund dreißig Großanlagen zur Dekarbonisierung der Stromerzeugung (Kohlekraftwerk, Gaskraftwerk) und der Industrie (Stahl, Zement, Chemie) in Betrieb und 35 bis 40 Millionen Tonnen erfasst und jährlich gespeichert, verglichen mit den 34 Milliarden Tonnen CO₂ die im Jahr 2020 ausgestellt wurden. Es wird geschätzt, dass es dauern würde bis 50 100- oder sogar 2035-mal mehr erfassen und speichern um die Ziele der Klimaneutralität zu erreichen – was den Einsatz von CCUS in großem Maßstab in Europa und weltweit erfordert. Bei der derzeitigen Reife der Technologien ist dies bis 2030 möglich.

Erster Schritt in der Kette: Capture

Abscheidungstechnologien sind seit Jahrzehnten im Einsatz, insbesondere für bestimmte Anwendungen wie Wärmekraftwerke, aber sie sind immer noch teuer. Von neue, energiesparendere und effizientere Prozesse werden daher innerhalb der ersten Demonstratoren wie dem von Dünkirchen getestet. Heute geht es auch darum, diese Prozesse in einen eigenen Bereich zu integrieren.

Es gibt drei Hauptfamilien von Prozessen. Die erste, „Post-Combustion“-Abscheidung, besteht in der Extraktion des CO₂ Industrieabgase aus der Verbrennung fossiler Ressourcen (Holz, Erdgas, Öl und Kohle) unter Verwendung eines Lösungsmittels, das a Affinität für CO-Moleküle₂. Industrieprozessen nachgeschaltet, kann diese Technologie in bereits bestehenden Anlagen implementiert und zur Behandlung von Abgasen aus verschiedenen Industrien eingesetzt werden. Wenn die Die Abscheidungsrate übersteigt 90 % des emittierten CO₂, geht aber dennoch ein hoher „Energienachteil“ einher, der bei der Abtrennung von CO benötigt wird₂ Lösungsmittel, was zu hohen Umsetzungskosten führt, nämlich zwischen 10 und 100 € pro Tonne CO₂ vermieden (und daher nicht ausgegeben).

Die zweite Familie, die als „Oxy-Combustion“-Abscheidung bezeichnet wird, besteht darin, die Verbrennung in Gegenwart von (fast) reinem Sauerstoff statt in Luft durchzuführen. Das dabei entstehende Verbrennungsgas besteht fast ausschließlich aus Wasserdampf und CO₂. Es ist dann viel einfacher, das CO zu extrahieren₂ als bei Verdünnung in Stickstoff aus der Luft. Diese Technologie weist somit einen geringeren Energieaufwand auf, erfordert jedoch eine Nachrüstung der Brennkammer. Es ist daher für bestimmte Anwendungen wie Zementwerke und für neue Umwandlungsanlagen für Biomasse und fossile Brennstoffe vorgesehen.

Die dritte Familie schließlich, die als „Precombustion“-Abscheidung bezeichnet wird, besteht aus der Extraktion von CO₂ vor der Verbrennung durch Umwandlung des ursprünglichen Brennstoffs in ein „Syngas“: Dabei wird der Brennstoff vergast, um ein Gemisch aus CO + H zu erhalten₂0, dann eine chemische Umwandlung durchzuführen, um eine Mischung CO zu erhalten₂ + H₂ und schließlich CO zu extrahieren₂ durch Lösungsmittel. Die Implementierung dieses Prozesses muss zum Zeitpunkt des Baus der Industrieeinheit vorgelagert integriert werden.

Dieser Prozess bindet CO₂ auf der Ebene von Industrieanlagen, sondern auch von wie am Orca-Standort in Island das in der Atmosphäre vorhandene CO₂ entfernen (die ungefähr 4000 Tonnen pro Jahr erfassen sollte).

Wie transportiert und speichert man CO₂?

Weiter unten in der Kette ist CO₂ wird wie Erdgas je nach CO-Menge per Gaspipeline, Bahn oder Schiff transportiert₂ Transport und Entfernung. Transport- und Speicherinfrastrukturen stellen daher kein besonderes technisches Problem dar, müssen es aber sein sichern und für deren Instandhaltung sorgen, wie es von jeder Industrieanlage verlangt wird.

Dann der CO₂ Das aufgefangene Wasser wird in alten Kohlenwasserstofflagerstätten oder porösen Gesteinen (tiefe Salzaquifere) gespeichert. CO₂ wird in dichter Form in einer Tiefe von mindestens 800 Metern injiziert. Er wird dann von gefangen chemische und geologische Mechanismen : Auflösung in der im Gestein vorhandenen Sole (Salzwasser), Immobilisierung in den Poren des Gesteins, dann schließlich Mineralisierung.

Unterirdische Speicherkapazitäten in Europa sind grob geschätzt auf 300 Milliarden Tonnen, was den weltweiten Emissionen von 100 Jahren im Jahr 2019 entspricht, aber wir brauchen immer noch bestätigen diese Kapazitäten und die Integrität der Standorte damit operative CO-Speicherprojekte₂, wie das von Nordlichter, kann entstehen.

Die Speicherstandorte unterliegen einer strengen Auswahl, um die Nachhaltigkeit und Sicherheit der Speicherung langfristig zu gewährleisten (Migration von CO₂ außerhalb der Lagerstätte). Speichervorgänge werden begleitet von a Überwachungsprotokoll Dazu gehört unter anderem die geophysikalische Überwachung des Verhaltens von CO₂ im Untergrund, Gasmessungen und Probenahmen in der Tiefe im Untergrund und an der Oberfläche, Überwachung mikroseismischer Ereignisse usw.

Welche wirtschaftlichen Modelle für den Einsatz dieser Technologien?

Der Nutzen des Einsatzes dieser Sektoren ist im Wesentlichen mit der Reduktion von CO-Emissionen verbunden₂, denen beispielsweise Kohlenstoffmärkte (Emissionsquotensysteme) einen wirtschaftlichen Wert verleihen: Abscheidung, Transport und Speicherung oder Verwertung sind keine voneinander unabhängigen Technologien, sondern Glieder derselben Wertschöpfungskette.

Aus diesem Grund muss der Einsatz des Sektors im Laufe der Zeit und auf einem freiwilligen Gebiet durch Investitionen in gemeinsame operative Projekte auf französischer und europäischer Ebene koordiniert werden. Der Einsatz von „CO-Hubs₂ – Netzwerke, die CO sammeln₂ B. durch unterschiedliche Branchen und die Bündelung von Transport- und Lagerinfrastrukturen – ist zu rechnen. Dies ist beispielsweise der Fall in Hauts-de-France und in der Normandie, die an der Entwicklung eines Hubs für die Abscheidung und den Transport von CO arbeiten₂ und Projekt Nordlichter das an einem kommerziellen CO-Transport- und Speicherprojekt arbeitet₂.

Entwickelt im Rahmen europäischer Forschungsprojekte wie z Strategie CCUS basierend auf technischen Faktoren (Mengen an CO₂ betroffene geografische Gebiete, mögliche Verwendungen von CO₂ in der Nähe von Fangstellen, möglichen Lagerstätten) und ökologischen (über Methoden der Lebenszyklusanalyse) berücksichtigen die Szenarien auch wirtschaftliche und soziale Faktoren wie die Schaffung von Arbeitsplätzen und die Anliegen der lokalen Gemeinschaften, die so bald wie möglich in die einbezogen werden müssen Aufbau eines Projektes.

Die Herausforderung besteht heute darin, die Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass der CCUS-Sektor ab 2030 in großem Umfang eingesetzt werden kann. Wenn die Technologien vorhanden sind, sind finanzielle Unterstützungsmechanismen und ein regulatorischer Rahmen erforderlich, um die Implementierung des Sektors zu beschleunigen. Nach aktuellen Schätzungen ist die COXNUMX-Quotenpreis Der CO-Ausstoß liegt immer noch unter den Kosten, die die Hersteller für Investitionen in diese Anlagen aufwenden müssten, nämlich zwischen 50 und 180 Euro pro Tonne CO₂ vermeiden.

Florence Delprat-Jannaud, Programmmanager für CO2-Abscheidung und -Speicherung, IFP Neue Energien

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