Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung

Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS) ist eine potenzielle Treibhausgasminderungstechnologie, die durch die Kombination von Bioenergie (Energie aus Biomasse) mit geologischer Kohlenstoffabscheidung und -speicherung negative Kohlendioxidemissionen erzeugt. Das Konzept des BECCS beruht auf der Integration von Bäumen und Feldfrüchten, die Kohlendioxid (CO 2 ) aus der Atmosphäre während des Wachstums extrahieren, der Nutzung dieser Biomasse in Verarbeitungsbetrieben oder Kraftwerken sowie der Anwendung von Kohlenstoffabscheidung und -speicherung CO 2 -Injektion in geologische Formationen. Es gibt andere Formen der Kohlendioxid-Entfernung und -Speicherung, die nicht zu den BECCS-Arten gehören, z. B. Technologien wie Biokohle, Kohlendioxid-Abscheidung und Biomassevergraben sowie verbesserte Bewitterung.

Laut einem kürzlich veröffentlichten Biorecro-Bericht werden derzeit 550 000 Tonnen CO 2 / Jahr an der gesamten BECCS-Kapazität betrieben, die auf drei verschiedene Anlagen verteilt sind (Stand Januar 2012).

Im vierten IPCC-Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) wurde BECCS als eine Schlüsseltechnologie für das Erreichen von Zielen für eine niedrige CO2-Konzentration in der Atmosphäre angegeben. Die negativen Emissionen, die durch BECCS erzeugt werden können, wurden von der Royal Society als einer Verringerung der globalen atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration um 50 bis 150 ppm gewertet. Laut der Internationalen Energieagentur erfordert das BLUE map Klimaschutz-Szenario mehr als 2 Gigatonnen negativer CO2 -Emissionen pro Jahr mit BECCS im Jahr 2050. Laut Stanford University sind bis zu diesem Datum 10 Gigatonnen erreichbar.

Das Imperial College London, das britische Met Office Hadley Centre für Klimaprognose und Forschung, das Tyndall Center for Climate Change Research, das Walker Institut für Klimasystemforschung und das Grantham Institute for Climate Change haben einen gemeinsamen Bericht über Kohlendioxidentfernungstechnologien veröffentlicht Teil des AVOID: Vermeidung eines gefährlichen Forschungsprogramms zum Klimawandel: “Insgesamt ist das BECCS bei den in diesem Bericht untersuchten Technologien am besten ausgereift und es gibt keine wesentlichen praktischen Hindernisse für seine Einführung in das heutige Energiesystem Produkt wird die frühe Bereitstellung unterstützen. ”

Laut der OECD hängt die Erreichung niedrigerer Konzentrationsziele (450 ppm) wesentlich vom Einsatz von BECCS ab.

Bioenergie

Skalierungsoptionen
Bioenergie wird oft als potentiell großflächiger “CO2-neutraler” Ersatz für fossile Brennstoffe angesehen. Zum Beispiel schätzt die Internationale Energieagentur Bioenergie als eine mögliche Quelle von mehr als 20% der Primärenergie bis zum Jahr 2050 ein. Ein Bericht des UNFCCC-Sekretariats schätzt das Potenzial von Bioenergie mit 800 Exadjoule pro Jahr (EJ / Jahr) ein aktueller globaler Energieverbrauch. Gegenwärtig verbraucht die Menschheit jährlich etwa 12 Milliarden Tonnen pflanzliche Biomasse (wodurch die für terrestrische Ökosysteme verfügbare Biomasse um 23,8% reduziert wird), ihre chemische Energie beträgt nur 230 EJ. Die bestehenden Praktiken der Land- und Forstwirtschaft erhöhen nicht die gesamte Biomasseproduktion auf dem Planeten, sondern verteilen sie nur von natürlichen Ökosystemen zugunsten der menschlichen Bedürfnisse. Eine Befriedigung auf Kosten von Biokraftstoffen mit 20-50% des Energiebedarfs würde einen Anstieg der auf landwirtschaftlich genutzten Flächen erzeugten Biomasse um den Faktor 2-3 bedeuten. Gleichzeitig wird es notwendig sein, Nahrungsmittel für eine wachsende Bevölkerung bereitzustellen. Das derzeitige Niveau der landwirtschaftlichen Produktion betrifft bereits 75% der von Wüsten und Gletschern freien Landoberfläche, was zu exorbitanter Belastung der Ökosysteme und erheblichen CO 2 -Emissionen führt. Die Fähigkeit, in Zukunft große Mengen an zusätzlicher Biomasse aufzunehmen, ist daher sehr problematisch.

“Klimaneutralität” der Bioenergie
BECCS basiert auf der Vorstellung, dass Bioenergie die Eigenschaft von “Kohlenstoffneutralität” hat, das heißt, die Energiegewinnung aus Pflanzen führt nicht zur CO 2 -Zugabe in die Atmosphäre.Diese Ansicht wird von Wissenschaftlern kritisiert, ist aber in offiziellen Dokumenten der Europäischen Union enthalten. Insbesondere liegt es der Richtlinie zugrunde, den Anteil der Bioenergie auf 20% und der Biokraftstoffe im Verkehr auf 10% bis 2020 zu erhöhen. Gleichzeitig gibt es immer mehr wissenschaftliche Erkenntnisse, die diese These in Frage stellen. Wachsende Pflanzen für die Produktion von Biokraftstoffen erfordern, dass Land entfernt und von anderer Vegetation befreit wird, die Kohlenstoff natürlich aus der Atmosphäre entfernen könnte. Darüber hinaus führen viele Stadien des Biokraftstoffproduktionsprozesses auch zu CO 2 -Emissionen.Gerätebetrieb, Transport, chemische Verarbeitung von Rohstoffen, Störung der Bodenbedeckung sind zwangsläufig mit CO 2 -Emissionen in der Atmosphäre verbunden. Die endgültige Bilanz kann in einigen Fällen schlechter sein als bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Eine weitere Möglichkeit der Bioenergie besteht darin, Energie aus verschiedenen Abfällen der Landwirtschaft, der Holzverarbeitung usw. zu beziehen. Es bedeutet, diese Abfälle aus der aufnehmenden Umgebung zu entfernen, wo bei natürlichen Ereignissen der in ihnen enthaltene Kohlenstoff in der Regel in den Boden des Verfalls gelangen könnte . Stattdessen wird es in die Atmosphäre freigesetzt, wenn es verbrannt wird.

Ganzheitliche Bewertungen von Bioenergietechnologien basierend auf dem Lebenszyklus liefern eine breite Palette von Ergebnissen in Abhängigkeit davon, ob direkte oder indirekte Änderungen der Landnutzung berücksichtigt werden, die Möglichkeit, Nebenprodukte (zum Beispiel Viehfutter), das Gewächshaus zu erhalten Rolle von Lachgas aus der Düngemittelproduktion und andere Faktoren.Nach Farrell et al. (2006) ist der Ausstoß von Biokraftstoffen aus Getreidepflanzen um 13% niedriger als der von konventionellem Benzin. Eine Studie der US Environmental Protection Agency zeigt, dass Biodiesel aus Getreide im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen bei einem Zeithorizont von 30 Jahren je nach getroffenen Annahmen zwischen einer Reduktion von 26% und einem Anstieg der Emissionen um 34% reicht.

“Kohlenstoffschuld”
Die Nutzung von Biomasse in der Elektroindustrie ist mit einem anderen Problem für die CO2-Neutralität verbunden, das für Biokraftstoffe im Verkehrssektor nicht typisch ist. In der Regel sprechen wir hier über das Verbrennen von Holz. CO 2 aus verbranntem Holz gelangt direkt in den Verbrennungsprozess in die Atmosphäre und seine Extraktion aus der Atmosphäre erfolgt, wenn neue Bäume für Dutzende und Hunderte von Jahren wachsen. Diese Zeitverschiebung wird gewöhnlich als “Kohlenstoffschuld” bezeichnet, für europäische Wälder wird sie zweihundert Jahre lang erreicht. Daher kann die “Kohlenstoffneutralität” von Holz als Biokraftstoff kurz- und mittelfristig nicht erreicht werden, während die Ergebnisse der Klimamodellierung auf die Notwendigkeit einer schnellen Reduktion der Emissionen hinweisen. Die Verwendung von schnell wachsenden Bäumen unter Verwendung von Düngemitteln und anderen Methoden der industriellen Landwirtschaft führt dazu, Wälder durch Plantagen zu ersetzen, die viel weniger Kohlenstoff enthalten als natürliche Ökosysteme. Die Schaffung solcher Plantagen führt zum Verlust der biologischen Vielfalt, der Erschöpfung des Bodens und anderer Umweltprobleme, ähnlich den Folgen der Ausbreitung von Getreide-Monokulturen.

Auswirkungen für Ökosysteme
Laut einer Studie, die in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, wird die Einführung von CO2 -Emissionen aus fossilen Brennstoffen, während die Emissionen von Biokraftstoffen ignoriert werden, die Nachfrage nach Biomasse erhöhen, die bis 2065 praktisch alle verbleibenden natürlichen Wälder, Wiesen und die meisten anderen Ökosysteme in Biokraftstoffplantagen. Wälder werden bereits für Biokraftstoffe zerstört. Die steigende Nachfrage nach Pellets führt zu einer Ausweitung des internationalen Handels (vor allem mit Lieferungen nach Europa), der die Wälder weltweit bedroht. So plant der englische Stromerzeuger Drax, die Hälfte seiner 4 GW-Kapazität aus Biokraftstoffen zu produzieren. Das bedeutet, dass 20 Millionen Tonnen Holz pro Jahr importiert werden müssen, doppelt so viel wie im Vereinigten Königreich selbst.
Energie-Rentabilität von Biokraftstoffen

Die Fähigkeit von Biokraftstoffen, als primäre Energiequelle zu dienen, hängt von seiner Energieeffizienz ab, dh dem Verhältnis der empfangenen Nutz- zur verbrauchten Energie. Die Energiebilanz von Ethanol aus Getreide wird in Farrell et al. (2006). Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Energie, die aus dieser Art von Brennstoff gewonnen wird, deutlich höher ist als der Energieverbrauch für ihre Produktion. Auf der anderen Seite beweisen Pimentel und Patrek, dass die Energiekosten um 29% höher sind. Die Diskrepanz ist hauptsächlich auf die Bewertung der Rolle von Nebenprodukten zurückzuführen, die nach optimistischen Schätzungen als Viehfutter verwendet werden können und den Bedarf an Sojabohnenproduktion reduzieren.

Auswirkungen auf die Ernährungssicherheit
Da trotz jahrelanger Bemühungen und erheblicher Investitionen die Produktion von Treibstoff aus Algen nicht aus den Laboren herausgeholt werden kann, erfordern Biokraftstoffe die Beseitigung von Ackerland. Laut IEA-Daten für 2007 benötigt die jährliche Produktion von 1 EJ Biokraftstoff für den Transport von Biokraftstoffen pro Jahr 14 Millionen Hektar landwirtschaftliche Fläche, dh 1% der Transportkraftstoffe benötigt 1% der landwirtschaftlichen Flächen.

Kohlenstoffsequestrierung und Speicherung

Physikalische Grundlagen
Die Hauptmethode der Kohlenstoffspeicherung und -speicherung ist die Injektion in den Untergrund.Unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften von CO 2 und des geothermischen Gradienten mit einer Eindüsungstiefe von mehr als 750 Metern befindet sich CO 2 in der Regel in einem überkritischen Zustand. Die Dichte des eingespritzten CO 2 beim Übergang in den überkritischen Zustand beträgt 660 kg / m 3, mit einer Zunahme der Injektionstiefe steigt sie an.Nach Angaben des ZEP bieten 90% aller Möglichkeiten zur Entsorgung von CO 2 die salzhaltigen Aquifere in den Eingeweiden der Erde, die mit Salzlösung gefüllt sind, und in einigen Fällen ist es möglich, die entwickelten Öl- und Gasfelder zu nutzen.

CO 2 -Injektion in den Untergrund führt zu einer Anschwellung der Erdoberfläche über die Injektionsstelle, die von Satelliten beobachtet werden kann. Eine weitere Methode zur Kontrolle des CO 2 -Verhaltens am Speicherort sind seismische Tests, bei denen durch die Explosion von Dynamit-Testladungen oder durch spezielle seismische Wellengeneratoren verursachte Bodenwellenoszillationen aufgezeichnet und analysiert werden. Die Genauigkeit der vorhandenen Kontrollmethoden reicht nicht aus, um den Erfolg von Projekten und die Erkennung von Lecks zu bewerten. Es gibt derzeit kein zuverlässiges Modell für die Wechselwirkung von CO 2 , Sole und Gesteinen, so dass es unmöglich ist, die physikalischen und chemischen Effekte dieser Wechselwirkung mit Sicherheit vorherzusagen. Dies führt zu einer Unsicherheit bei der Beurteilung der Langzeitergebnisse der CO 2 -Einlagerung. Es ist bekannt, dass die Wechselwirkung von CO 2mit Salzlösung den letzteren Eigenschaften verleiht, was zur Auflösung von Carbonaten im Mineral “Schild” sowie zur Erosion von Silikaten führt. Chemische Reaktionen mit überkritischem CO 2 und Gesteinen können Zonen mit hoher Permeabilität erzeugen, die zu einem fortschreitenden CO 2 -Leck führen. Ähnliche Phänomene wurden während des Experiments mit der Injektion von CO 2 in der Frio-Formation an der Golfküste in den Vereinigten Staaten beobachtet. Die Lösung der Frage nach der Eignung des Minerals “shield” für die Begrenzung von CO 2 -sequestriert erfordert eine große Menge an Kontrollen und Experimenten. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Bestimmung der Festigkeits- und Verformungseigenschaften von Gesteinsformationen, einschließlich Keimbildung, Entwicklung und Wechselwirkung von Spalten und Rissen, sehr schwierig ist und ein beliebiger Grad an CO 2 -Durchdringung durch die Defekte der darüber liegenden obersten Schicht von Mineralien stellt eine potenzielle Bedrohung für die Umwelt dar.Geochemisches “Verhalten” von überkritischem CO 2 in geologischen Formationen bei hoher Temperatur und hohem Druck wurde wenig untersucht. Die Möglichkeiten experimenteller Tests in künstlich wiederhergestellten Bedingungen sind begrenzt, da es schwierig ist, die Ergebnisse dieser Tests in einem Zeitraum von mindestens mehreren Jahrzehnten zu extrapolieren. Es ist bekannt, dass gewöhnlicher Portlandzement solchen Bedingungen nicht standhalten kann.

Schätzungen der Verfügbarkeit eines geeigneten Ortes in geologischen Formationen
Die weit verbreitete Meinung, dass für die Entsorgung von CO 2 genügend Platz in der Tiefe ist, wird von den Autoren der Economides-Studie 2010 bestritten. Sie weisen darauf hin, dass in der Literatur der analytische Ansatz dominiert, nach dem der Druck an der Grenze des Während der CO 2 -Injektion ändert sich das Reservoir nicht. Es wird implizit eine Tankkapazität angenommen, die unendlich ist. Dies erleichtert die Berechnungen, kann jedoch zu falschen Schlussfolgerungen führen. In der Realität ist die Druckkonstanz nur möglich, wenn das Reservoir mit der Erdoberfläche oder dem Meeresboden in Verbindung steht, was nach Ansicht der Autoren für eine CO2-Injektion ungeeignet ist. In dieser Arbeit wird ein analytisches Modell eines geschlossenen Reservoirs vorgeschlagen, dessen Berechnungen erlauben, die verfügbare Kapazität bekannter geologischer Formationen abzuschätzen. Die Ergebnisse unterscheiden sich signifikant von den geschätzten 1 bis 4% ihrer porösen Volumen in der Literatur, 1% wird als obere Grenze anerkannt und der wahrscheinliche Wert der Kapazität ist 0,01%, was die Autoren zu der Schlussfolgerung führt, dass das CFS praktisch ist nutzlos, um Emissionen zu reduzieren. Die Autoren erwähnen auch einige Daten aus dem aktuellen Sleipner-Projekt. Bickleet al. 2007 zeigt sich, dass die radiale Ausbreitung von CO 2 viel geringer ausfiel als erwartet, mit signifikantem CO 2 – Einstrom in die höher gelegenen Gesteinsschichten. Die Ergebnisse von Economides 2010 haben eine extrem negative Reaktion von Forschern verursacht, die an Demonstrationsprojekten für die Entsorgung von CO 2 beteiligt waren .Die führende europäische Organisation in diesem Bereich, ZEP, stellt in ihrer offiziellen Stellungnahme fest, dass “Tanks normalerweise offene Grenzen haben, so dass Wasserströme in horizontaler und vertikaler Richtung aus ihnen herausfließen können”, ohne Schaden für die Aufrechterhaltung des injizierten CO 2 zu verursachen . Darüber hinaus ist die Mobilität von CO 2 in geologischen Formationen ihrer Ansicht nach nützlich, um sie durch physikalische und chemische Mechanismen zu verbinden, die seit Hunderten und Tausenden von Jahren aktiv waren. Auf der anderen Seite ist in der wissenschaftlichen Literatur die Idee der Schließung als notwendige Eigenschaft von unterirdischen Reservoirs weit verbreitet. Zum Beispiel zeigen Shukla et al., In seiner Überprüfung der wissenschaftlichen Arbeiten an der CFS, dass “effektive Langzeitspeicherung von CO 2 ist nur möglich, wenn der Speicherort ist ausreichend umfangreich und ist isoliert, und die Lagerstätte Felsen des Reservoirs ausreichende Rückhalteeigenschaften aufweisen. Diese wenig durchlässigen Formationen sollen die Migration von überkritischem CO 2aus dem Reservoir oder potentiell mögliche Kontaminationen auf der Oberfläche verhindern. ”

Die Ergebnisse der Demonstrationsprojekte
Die führende Position in der Welt bei der Erstellung von Pilotprojekten des CFS ist Norwegen. Ein großes Projekt (Sleipner) arbeitet seit 1996, ein weiteres Projekt sollte in Mangstat eröffnet werden.Die Finanzierungsmöglichkeiten werden durch die CO2-Steuer in Norwegen bestimmt. Das Projekt in Mangstat wurde mit großen Schwierigkeiten und Verzögerungen durchgeführt, die finanziellen Kosten überstiegen die ursprüngliche Schätzung um das Zehnfache. Im September 2013 wurde es endgültig geschlossen.
Das Sleipner-Projekt wird in der Nordsee auf Offshore-Plattformen 250 km vor der norwegischen Küste betrieben. Es wurde im Oktober 2006 ins Leben gerufen, etwa 1 Million Tonnen CO 2, die aus Erdgas abgeschieden werden, werden in den Erdinneren gepumpt. Die Injektion erfolgt durch eine Bohrung bis in eine Tiefe von etwa 1000 Metern. CO 2 tritt in den etwa 200 Meter dicken Grundwasserleiter aus Sandstein ein. Seismische Tests wurden in 1999, 2001 und 2002 durchgeführt. Ihre Ergebnisse waren rätselhaft, da die horizontale Verteilung von CO 2 viel geringer ausfiel als erwartet, eine gute Übereinstimmung mit der Theorie wurde mit der Menge an CO 2 in den Tiefen von 19 erhalten % von hochgeladenen. Peter M. Hogan, Direktor des Geophysikalischen Instituts (Universität Bergen) skizzierte mögliche Gründe: “Die Schichten haben bereits begonnen, sich zu füllen. Lecks entstehen durch dünne Schichten von Argillit. Die Übereinstimmung der Messdaten und des theoretischen Modells erfordert, dass entweder die CO 2 -Penetrationsfähigkeit um eine Größenordnung geringer ist als die, die wir an Kernproben gemessen haben, oder wir müssen annehmen, dass die Dicke der CO 2 -Schicht aus seismischen Beobachtungen zu groß ist.Es ist auch möglich, dass die Konzentration von CO 2 niedrig ist und es nicht mehr an der Stelle der Lagerung ist. “Später wurde in 25 km von der Injektionsstelle entfernt liegenden geologischen Formationen auf dem Meeresboden ein bisher unbekannter Fehler entdeckt, aus dem Gase austreten. Nichtsdestoweniger halten die Forscher es für unwahrscheinlich, dass durch diesen Spalt ein Leck aus dem Sleipner-Reservoir austritt.

Das Projekt In Salah in Algerien, das zweitgrößte nach dem norwegischen Sleipner, nahm im Jahr 2004 seinen Betrieb auf. CO 2 wurde im Zuge seiner Vorbereitung zur Lieferung an den Verbraucher getrennt von Erdgas entsorgt. Insgesamt arbeiteten 3 Brunnen, die Grabtiefe betrug 1.800 m. Die CO 2 -Einspritzung in den Untergrund wurde 2011 gestoppt, 4 Millionen Tonnen wurden insgesamt begraben. Die beginnende Zerstörung der Deckschicht der Gesteine ​​und das Eindringen von CO 2näher zur Oberfläche wurden gefunden. Der Prozess wird durch Satellitenbeobachtung festgelegt.Ein unbeabsichtigtes hydraulisches Fracturing während des Einspritzvorgangs, ähnlich dem bei der Ölproduktion, wird als wahrscheinlicher Mechanismus der Zerstörung erkannt.

Das Boundary-Dam-Projekt ist ein Upgrade für eines der Kohlekraftwerke in der kanadischen Provinz Saskatchewan, in dessen Verlauf Geräte installiert wurden, die 90% des bei der Verbrennung von Kraftstoffen an der Antriebseinheit erzeugten CO 2 auffangen EOR. Angekündigt, dass es 1 Million Tonnen CO 2 pro Jahr, die Leistungsteilleistung von 110 MW (vor der Modernisierung von 139 MW) erfassen wird. Kritiker weisen darauf hin, dass nicht mehr als die Hälfte des eingefangenen CO 2 aufgrund von Lecks in der EOR-Phase im Boden verbleiben wird.Die Anlage wurde im Oktober 2014 in Betrieb genommen und war das erste Beispiel für den Einsatz von SHU in einem Kohlekraftwerk. Im Jahr 2015 gab das interne Dokument des Energieversorgers “schwerwiegende Konstruktionsfehler” des Erfassungssystems an, die zu systematischen Ausfällen und Fehlfunktionen führten, so dass dieses System nicht mehr als 40% der Zeit funktionierte. Die Firma – der Entwickler, nach dem gleichen Dokument, “hatte weder den Wunsch noch die Fähigkeit”, diese “grundlegenden” Konstruktionsfehler zu beseitigen. Das Energieunternehmen konnte seine Verpflichtungen zur Lieferung von CO 2 an die Ölindustrie nicht erfüllen, musste sie revidieren und eine Strafe zahlen. Eine Reihe von maßgeblichen Medien kritisierte die wirtschaftliche Seite des Projekts in ihren Publikationen. Kritiker weisen darauf hin, dass Steuerzahler und Stromverbraucher Kosten in Höhe von mehr als 1 Milliarde Kanadischer Dollar verursachen müssen, während es in Form von Windgeneratoren eine viel günstigere Alternative gibt. Gleichzeitig ist das Projekt für ein Ölunternehmen profitabel, das CO 2 für EOR erhält.

Maßstab für Infrastruktur und Timing
Der Klimatologe Andy Skus schätzt die erforderlichen CO 2 -Speichervolumina und die dazu notwendige Infrastruktur in dem Szenario von Van Vuuren et al. (2011). Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht CO 2 in der Menge von 2,8 – 3,7 Masse an Brennstoff. Die Berechnungen zeigen eine riesige Masse von CO 2 , die bis zum Ende des Jahrhunderts jährlich in Gräber gelegt werden muss: etwa vier Massen von fossilen Brennstoffen im Jahr 2000 extrahiert. Angesichts der Dichte von CO 2, wenn in den Tiefen von etwa begraben 0,6 g / cm 3, dies erfordert die Injektion des Volumens des Erieseckgrundes alle 7 – 8 Jahre. Da sich in den Tiefen keine Hohlräume befinden, werden die dort befindlichen Flüssigkeiten (meist Salzlösungen) an die Oberfläche gedrückt, was zu schwerwiegenden Folgen führt. Darüber hinaus erweisen sich Grabungsstätten in solchen Maßstäben unweigerlich als alles andere als ideal für geologische Eigenschaften, was die Kosten erhöht und zu zusätzlichen Risiken führt. Wenn wir den Wert von 2 Millionen Tonnen pro Jahr zugrunde legen, ist es ab 2030 erforderlich, ein solches Projekt pro Tag für 50 Jahre in Auftrag zu geben. Bei einem Preis von 50 Dollar pro Tonne hätten die Ausgaben bis zum Ende des Jahrhunderts astronomische 2 Billionen Dollar erreicht. im Jahr. Nach Ansicht des Autors ist es nicht klug, auf die Umsetzung solcher Pläne zu hoffen. Durch ähnliche Schlussfolgerungen kommt Professor Vaclav Zmil. Seinen Worten zufolge muss nur ein Zehntel der derzeitigen weltweiten CO 2-Emissionen (weniger als 3 Tonnen) durch die Schaffung einer globalen Industrie gedeckt werden, die unterirdisches Druckgas fördert, das größer oder gleich der derzeitigen globalen Ölförderinfrastruktur ist Jahrhundert. Gleichzeitig sprechen wir im Gegensatz zur Ölindustrie, die ein offensichtliches wirtschaftliches Interesse daran hat, riesige Investitionen in ihre Infrastruktur zu tätigen, von einer Finanzierung auf Kosten der Steuerzahler der reichen Länder in einer viel kürzeren Zeit. Die obigen Schätzungen des Umfangs der Infrastruktur sind Näherungswerte, da sie nur auf einer Schätzung des Volumens von injiziertem CO 2 basieren, das Problem der eigenen Infrastruktur im Prozess der Schaffung und des Betriebs wird nicht berücksichtigt.

Negative Emission
Die Hauptattraktivität von BECCS liegt in seiner Fähigkeit, zu negativen CO 2 -Emissionen zu führen.Die Abscheidung von Kohlendioxid aus Bioenergiequellen entfernt effektiv CO 2 aus der Atmosphäre.

Bioenergie wird aus Biomasse gewonnen, die eine erneuerbare Energiequelle darstellt und während ihres Wachstums als Kohlenstoffsenke dient. Bei industriellen Prozessen setzt die verbrannte oder verarbeitete Biomasse das CO 2 wieder in die Atmosphäre frei. Der Prozess führt somit zu einer Netto-Nullemission von CO 2 , obwohl dies in Abhängigkeit von den Kohlenstoffemissionen, die mit Biomassewachstum, -transport und -verarbeitung verbunden sind, positiv oder negativ verändert werden kann, siehe unten unter Umweltgesichtspunkten. Die CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage) dient dazu, die Freisetzung von CO 2 in die Atmosphäre abzufangen und in geologische Speicherorte umzulenken. CO 2 mit Biomasse kommt nicht nur aus mit Biomasse betriebenen Kraftwerken, sondern auch bei der Produktion von Zellstoff zur Herstellung von Papier und bei der Herstellung von Biokraftstoffen wie Biogas und Bioethanol. Die BECCS-Technologie kann auch für solche industriellen Prozesse eingesetzt werden.

Es wird argumentiert, dass Kohlendioxid durch die BECCS-Technologie für sehr lange Zeiträume in geologischen Formationen gefangen ist, während beispielsweise ein Baum seinen Kohlenstoff nur während seiner Lebenszeit speichert. In seinem Bericht über die CCS-Technologie geht IPCC davon aus, dass mehr als 99% des Kohlendioxids, das durch geologische Sequestrierung gespeichert wird, wahrscheinlich mehr als 1000 Jahre bestehen bleiben. Während andere Arten von Kohlenstoffsenken, wie der Ozean, Bäume und Böden, das Risiko negativer Rückkopplungsschleifen bei erhöhten Temperaturen beinhalten können, wird die BECCS-Technologie wahrscheinlich eine bessere Permanenz durch die Speicherung von CO 2 in geologischen Formationen bereitstellen.

Es wird angenommen, dass die Menge an CO 2 , die bisher freigesetzt wurde, zu hoch ist, um von herkömmlichen Senken wie Bäumen und Erde absorbiert werden zu können, um niedrige Emissionsziele zu erreichen. Zusätzlich zu den derzeit akkumulierten Emissionen werden in diesem Jahrhundert auch in den ehrgeizigsten emissionsärmeren Szenarien erhebliche zusätzliche Emissionen entstehen. BECCS wurde daher als eine Technologie vorgeschlagen, um den Emissionstrend umzukehren und ein globales System negativer Nettoemissionen zu schaffen. Dies bedeutet, dass die Emissionen nicht nur Null, sondern auch negativ wären, so dass nicht nur die Emissionen, sondern auch die absolute CO 2 -Menge in der Atmosphäre reduziert würde.

Anwendung

Quelle CO 2 Quelle Sektor
Elektrische Kraftwerke Die Verbrennung von Biomasse oder Biokraftstoff in Dampf- oder Gasgeneratoren setzt CO 2 als Nebenprodukt frei Energie
Wärmekraftwerke Die Verbrennung von Biokraftstoff zur Wärmeerzeugung setzt CO 2 als Nebenprodukt frei. Normalerweise für Fernwärme verwendet Energie
Zellstoff- und Papierfabriken
  • CO 2, das in Rückgewinnungskesseln produziert wird
  • CO 2 wird in Kalköfen hergestellt
  • Für Vergasungstechnologien wird CO 2 bei der Vergasung von Schwarzlauge und Biomasse wie Baumrinde und Holz produziert.
  • Durch die Verbrennung von Synthesegas, einem Produkt der Vergasung, werden im kombinierten Kreislaufprozess auch große Mengen CO 2 freigesetzt.
Industrie
Ethanol-Produktion Die Vergärung von Biomasse wie Zuckerrohr, Weizen oder Mais setzt CO 2 als Nebenprodukt frei Industrie
Biogas-Produktion Bei der Biogasaufbereitung wird CO 2 vom Methan abgetrennt, um ein Gas mit höherer Qualität zu erzeugen Industrie

Technologie
Die Haupttechnologie für die CO 2 -Abtrennung aus biotischen Quellen verwendet im Allgemeinen die gleiche Technologie wie die Abscheidung von Kohlendioxid aus konventionellen fossilen Quellen.Im Allgemeinen gibt es drei verschiedene Arten von Technologien: Nachverbrennung, Vorverbrennung und Oxy-Fuel-Verbrennung.

Kosten
Das nachhaltige technische Potenzial für negative Nettoemissionen mit BECCS wurde auf 10 Gt CO2 -Äquivalent jährlich geschätzt, mit einem wirtschaftlichen Potenzial von bis zu 3,5 Gt CO 2 -Äquivalent pro Jahr bei Kosten von weniger als 50 € / Tonne und bis zu 3,9 Gt CO 2 -Äquivalent pro Jahr zu Kosten von weniger als 100 € / Tonne.

Gegenwärtig sind die meisten schematischen BECCS-Systeme im Vergleich zu normalem CCS nicht kosteneffizient. Der IPCC gibt an, dass Schätzungen für BECCS-Kosten zwischen 60 und 250 US-Dollar pro Tonne CO 2 liegen . Auf der anderen Seite sind “normale” CCS-Kosten (aus Kohle- und Erdgasverarbeitung) auf weniger als 35 US-Dollar pro Tonne gesunken. Mit begrenzten Tests im großen Maßstab steht BECCS vor vielen Herausforderungen, um eine finanziell tragfähige Alternative zu sein.

Politik
Auf der Grundlage des aktuellen Kyoto-Protokolls sind Projekte zur CO2-Abscheidung und -Speicherung nicht als Emissionsreduktionsinstrument für den Clean Development Mechanism (CDM) oder Joint Implementation (JI) -Projekte anwendbar. Die Anerkennung von CCS-Technologien als Emissionsreduktionsinstrument ist für die Umsetzung solcher Anlagen von entscheidender Bedeutung, da es keine andere finanzielle Motivation für die Implementierung solcher Systeme gibt.Es gibt zunehmend Unterstützung für die Aufnahme fossiler CCS und BECCS in das Protokoll.Buchführungsstudien, wie dies umgesetzt werden kann, einschließlich BECCS, wurden ebenfalls durchgeführt.

Technoökonomie des BECCS und des TESBiC-Projekts
Die größte und detaillierteste technoökonomische Bewertung von BECCS wurde von cmcl innovations und der TESBiC-Gruppe (Techno-Economic Study of Biomass to CCS) im Jahr 2012 durchgeführt. Dieses Projekt empfahl die vielversprechendsten mit Biomasse betriebenen Technologien zur Energieerzeugung in Verbindung mit Kohlenstoff Erfassung und Speicherung (CCS). Die Projektergebnisse führten zu einer detaillierten “Biomasse-CCS-Roadmap” für das Vereinigte Königreich.

Umwelterwägungen
Einige der Umweltaspekte und andere Bedenken hinsichtlich der weitverbreiteten Umsetzung von BECCS sind denen von CCS ähnlich. Ein Großteil der Kritik an CCS besteht jedoch darin, dass es die Abhängigkeit von abbaubaren fossilen Brennstoffen und dem umweltbedingten Kohleabbau verstärken könnte. Dies ist bei BECCS nicht der Fall, da es sich auf erneuerbare Biomasse stützt. Es gibt jedoch andere Überlegungen, die BECCS betreffen, und diese Bedenken beziehen sich auf die mögliche verstärkte Verwendung von Biokraftstoffen.

Die Biomasseproduktion unterliegt einer Reihe von Nachhaltigkeitsbeschränkungen, wie: Mangel an Ackerland und Frischwasser, Verlust der Biodiversität, Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, Entwaldung und Phosphorverknappung. Es ist wichtig sicherzustellen, dass Biomasse so genutzt wird, dass sowohl der Energie- als auch der Klimanutzen maximiert wird. Einige vorgeschlagene BECCS-Einsatzszenarien, bei denen eine starke Abhängigkeit von einem erhöhten Biomasseeinsatz herrschte, wurden kritisiert.

Große Flächen würden benötigt, um BECCS im industriellen Maßstab zu betreiben. Um 10 Milliarden Tonnen CO 2 zu beseitigen, wären mehr als 300 Millionen Hektar Landfläche (größer als Indien) erforderlich. Daher riskiert BECCS die Nutzung von Land, das für die Landwirtschaft und die Nahrungsmittelproduktion, insbesondere in Entwicklungsländern, besser geeignet wäre.
Diese Systeme können andere negative Nebenwirkungen haben. Es besteht jedoch derzeit keine Notwendigkeit, die Verwendung von Biokraftstoffen in Energie- oder Industrieanwendungen auszuweiten, um den Einsatz von BECCS zu ermöglichen. Es gibt bereits heute erhebliche Emissionen aus Punktquellen von Biomasse abgeleitet CO 2 , die für BECCS verwendet werden könnte. In möglichen zukünftigen Szenarios der Bioenergiesystem-Skalierung kann dies jedoch eine wichtige Überlegung sein.

Der BECCS-Prozess ermöglicht die Sammlung und Speicherung von CO 2 direkt aus der Atmosphäre und nicht aus einer fossilen Quelle. Dies bedeutet, dass eventuell anfallende Emissionen aus der Lagerung durch Wiederholung des BECCS-Prozesses wieder gesammelt und wiederhergestellt werden können. Dies ist mit CCS alleine nicht möglich, da CO 2, das in die Atmosphäre emittiert wird, nicht wiederhergestellt werden kann, indem mehr fossiler Brennstoff mit CCS verbrannt wird.

Gefahr von Unfällen und Vorfällen
Die langfristige Zuverlässigkeit von CO 2 -Endlagerstätten kann nicht garantiert werden. Das IPCC stellt in seinem Beitrag über das CFS ein vereinfachtes Diagramm des CO 2 -Einstroms vor, einschließlich verschiedener Arten von Lecks. Darüber hinaus besteht die Gefahr, die Integrität geologischer Strukturen zu stören, die CO 2 infolge von Erdbeben und anderen tektonischen Aktivitäten zurückhalten. Der hohe Druck des injizierten CO 2 kann im Entsorgungsbereich seismische Aktivität verursachen. Der Gefahr, unbeabsichtigt die Isoliereigenschaften eines Reservoirs aufgrund von Druckschwankungen in ihm zu brechen, ist besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Die schnelle Freisetzung großer Mengen CO 2 kann gefährlich sein. Konzentration in Luft von 3% ist giftig, 20% führen schnell zum Tod. Die Gefahr für Menschen wird dadurch verstärkt, dass CO 2 schwerer als Luft ist und sich im unteren Teil des ihm zur Verfügung stehenden Raumes ansammelt.

Es gibt bereits Beispiele für den Widerstand der örtlichen Bevölkerung vor CO 2-Bestattungsversuchen. In Greenville, Ohio, USA, widersetzten sich Anwohner erfolgreich den Plänen für die unterirdische Lagerung von CO 2 . In Deutschland blockierten Demonstranten den Zugang zur Urlaubsinsel Silt in der Nordsee, um auf Pläne für den Transport von CO 2 zur Beerdigung unter dem Meeresboden aufmerksam zu machen. In Barendrecht, Holland, wurden die CO 2 –Bestattungsvorhaben in einem entwickelten Gasfeld unter der Stadt mit einer entscheidenden Zurückweisung konfrontiert, die die Regierung veranlasste, dieses Projekt nicht nur zu schließen, sondern auch alle ähnlichen Projekte in den Niederlanden einzustellen.
Aktuelle Projekte

Die meisten CCS-Projekte beinhalten das Hinzufügen von Capture zu einem bestehenden Kraftwerk, in der Regel Kohle oder einem anderen fossilen Brennstoff. Mit der vollständigen Erfassung wären diese Prozesse klimaneutral. Decatur, Illinois in den Vereinigten Staaten hat viele Maispflanzen, die von Archer Daniels Midland (ADM) betrieben werden, wo Mais zu Sirup und Ethanol verarbeitet wird.Die Pflanze emittiert große Mengen Kohlendioxid als Nebenprodukt des Prozesses. Mit der CCS-Anpassung wird die Pflanze idealerweise Kohlenstoff-negativ, da Mais Kohlendioxid aufnimmt, wenn es wächst, und das gesamte Kohlendioxid, das während der Verarbeitung entsteht, wird im Mount-Simon-Sandstein gefangen und abgeschieden. Das Projekt kann nicht vollständig Kohlenstoff-negativ sein, da Kohlendioxid bei der Verbrennung des produzierten Ethanols entsteht. Das Projekt ist eines der wenigen CCS-Projekte, die nicht mit EOR gekoppelt sind. Das Southern Illinois Basin wird aufgrund seiner Sandsteinzusammensetzung und -tiefe (Injektionsstelle liegt 2.000 Meter unter der Oberfläche) sowie seiner möglichen Kapazität (Geologen haben eine Speicherkapazität von 27-109 Gt Kohlendioxid) als eine der besten Injektionsstellen angesehen. .