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Was sagt der jüngste IPCC-Bericht über CO2-abscheidung?  

April 20, 2022 Arbeitsbereich: CO2-abscheidung

CO2-abscheidung und Speicherung bleiben in dem Beitrag der Arbeitsgruppe III zum AR6 ein zentrales Element der Klimaschutzstrategien.

Die Berichte des IPCC sind nichts für schwache Nerven. Mit einem Umfang von 2.913 Seiten ist der jüngste Bericht der Organisation - der Beitrag der Arbeitsgruppe III (WGIII) zum Sechsten Sachstandsbericht (AR6) - ernüchternd. Er macht deutlich, dass wir nichts Geringeres als eine sofortige, überwältigende und koordinierte globale Anstrengung brauchen, um die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels abzuwehren.     

Zoomt man jedoch für eine Minute heraus, so ist die allgemeine Bedeutung des Berichts hoffnungsvoll. Ja, die Emissionen sind im vergangenen Jahrzehnt gestiegen, und ja, um die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, ist eine beispiellose Umgestaltung unseres Energiesystems erforderlich. Dennoch stellt der WGIII-Bericht des IPCC klar, dass die Menschheit über die Instrumente (in verschiedenen Stadien der Kommerzialisierung) zur Dekarbonisierung verfügt. 

Eine der Technologien, über die die Arbeitsgruppe III viel zu sagen hatte, war CO2-abscheidung und Speicherung (im gesamten Bericht als CCS bezeichnet) und ihre Ableitungen Direct Air CO2-abscheidung and Storage (DACCS) und Bioenergy with CO2-abscheidung and Storage (BECCS). Alle drei Technologien nutzen eine ähnliche Art von Chemie, um Kohlendioxid "abzuscheiden", und alle drei stützen sich auf die gleichen geologischen Gegebenheiten für die dauerhafte unterirdische Speicherung. DACCS und BECCS sind wichtige Untergruppen von CO2-abscheidung und Speicherung, da sie in der Lage sind, die atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen zu verringern - auch bekannt als Kohlendioxidabscheidung (CDR). Bei DACCS wird das vorhandene Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt, während bei BECCS das aus biomassebasierten Prozessen freigesetzte Kohlendioxid aufgefangen und gespeichert wird.  

Der Bericht enthält eine ausgewogene Bewertung der Chancen und Herausforderungen für CO2-abscheidung. Im Folgenden sind die wichtigsten Ergebnisse mit begleitenden Zitaten aus der Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger aufgeführt.

CO2-abscheidung und Speicherung (einschließlich DACCS und BECCS) ist ein zentraler Bestandteil der IPCC-Minderungspfade

Die WGIII hat deutlich gemacht, dass CO2-abscheidung und Speicherung eine entscheidende Dekarbonisierungsstrategie für die meisten Minderungspfade ist. Unter den 97 bewerteten Pfaden, die die globale Erwärmung auf unter 1,5 ºC begrenzen, ohne oder mit nur begrenzter Überschreitung (d. h. mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit, dass 1,5 ºC in naher Zukunft überschritten wird), gibt es eine große Bandbreite möglicher Einsatzniveaus für die Technologie, mit einem durchschnittlichen Mittelwert von 665 Gigatonnen (Gt) Kohlendioxid, die zwischen heute und 2100 kumulativ abgeschieden und gespeichert werden.  

Die WGIII legt auch sieben spezifische Pfade fest, die als "Illustrative Mitigation Pathways" (IMPs) bezeichnet werden und verschiedene Dekarbonisierungsstrategien am besten zusammenfassen und hervorheben - vier, die 1,5ºC erreichen, und drei, die die Temperaturen "wahrscheinlich unter 2ºC" halten. Nur einer der sieben IMPs sieht keine CO2-abscheidung vor. Dieses Szenario setzt jedoch voraus, dass sich die globale Energienachfrage in den nächsten 30 Jahren fast halbiert, was angesichts der bestehenden Energiearmut in der Welt und der Tatsache, dass die Energienachfrage im Zuge der Industrialisierung und Urbanisierung in weiten Teilen der Welt steigen muss, gesellschaftspolitisch unrealistisch ist. Selbst das IMP-Szenario, das von einer besonders hohen Nutzung erneuerbarer Energien ausgeht, erfordert, dass bis 2050 jährlich mehr als 3 Gt Kohlendioxid abgeschieden und gespeichert werden (Abbildung 3.15 im vollständigen Bericht).  

BECCS und DACCS spielen eine zentrale Rolle in den IPCC-Minderungspfaden

Die Kohlendioxidabscheidung (CDR) durch BECCS und DACCS wird in den meisten IPCC-Minderungspfaden ebenfalls in hohem Maße berücksichtigt, wenngleich die Rolle von BECCS geringer ist als in früheren IPCC-Berichten:  

"Der Einsatz von CDR zum Ausgleich schwer abbaubarer Restemissionen ist unumgänglich, wenn Netto-Null-CO2 oder Treibhausgasemissionen erreicht werden sollen. Das Ausmaß und der Zeitplan des Einsatzes werden von den Verläufen der Brutto-Emissionsreduktionen in den verschiedenen Sektoren abhängen". - Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger (SPM), S.47 

Bis zum Jahr 2100 werden durchschnittlich 334 Gt aus Biomasse gewonnenes Kohlendioxid aus BECCS in den IPCC-Pfaden gespeichert, die 1,5 ºC ohne oder mit begrenzter Überschreitung erreichen, und sogar noch mehr (464 Gt) in den Pfaden, bei denen die Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung größer ist - bei Pfaden mit höherer Überschreitung ist ein größerer Abbau erforderlich, um die Auswirkungen der langsameren Emissionssenkungen Anfang des Jahrhunderts umzukehren. Trotz dieser großen Mengen bindet BECCS im Vergleich zu früheren IPCC-Berichten weniger Kohlendioxid in den Minderungspfaden, da die Landnutzung und andere gesellschaftliche und wirtschaftliche Herausforderungen, die mit der Nutzung so großer Mengen an Biomasse verbunden sind, berücksichtigt werden (Kapitel 7).

Eine weitere bemerkenswerte Änderung gegenüber früheren IPCC-Bewertungen ist die größere Rolle von DACCS, das in den letzten fünf Jahren erhebliche Fortschritte gemacht hat, so dass es in die Klimaschutzpläne mehrerer Länder aufgenommen wurde. Die Technologie muss jedoch erst noch in großem Maßstab demonstriert werden und ist nach wie vor kostspieliger und energieintensiver als der Abbau auf der Grundlage von Biomasse. Daher spielt sie in den meisten Pfaden eine geringere Rolle, wobei im Median 30 Gt in den 1,5ºC-Pfaden mit begrenztem Overshoot und 109 Gt in den Pfaden mit hohem Overshoot erfasst werden (Kapitel 3). 

CO2-abscheidung und Speicherung ist in der Lage, viele industrielle Prozesse zu dekarbonisieren

Wie in Kapitel 11 des Berichts erörtert, ist CO2-abscheidung und Speicherung von entscheidender Bedeutung für die Dekarbonisierung schwer abbaubarer Industrieemissionen, die Hochtemperaturwärme benötigen oder von Natur aus Kohlendioxid erzeugen. Die Emissionen aus diesem Sektor steigen seit 2000 schneller als alle anderen Sektoren, was auf das Wachstum des BIP und die Materialintensität der Gesellschaft zurückzuführen ist. 

"Die Verwendung von Stahl, Zement, Kunststoffen und anderen Materialien nimmt weltweit und in den meisten Regionen zu." - SPM, S. 38 

"Fortschritte auf dem Weg zu Netto-Null-THG-Emissionen in der Industrie werden durch die Einführung neuer Produktionsprozesse ermöglicht, bei denen treibhausgasarme oder -freie Elektrizität, Wasserstoff, Kraftstoffe und Kohlenstoffmanagement zum Einsatz kommen." - SPM, S. 38 

Kurzfristig ist CO2-abscheidung und Speicherung die einzige machbare technologische Lösung zur Dekarbonisierung von Zement. 

"Bis zur Beherrschung neuer chemischer Verfahren wird eine tiefgreifende Verringerung der Emissionen aus dem Zementprozess von der bereits kommerzialisierten Substitution zementhaltiger Materialien und der Verfügbarkeit von CCS abhängen". - SPM, S. 38 

Die Optionen zur Dekarbonisierung des Stahlherstellungsprozesses hängen weitgehend vom Einsatz wasserstoffbasierter Produktionsmethoden (in Kombination mit Elektrolichtbogenöfen, die mit kohlenstofffreiem Strom betrieben werden) oder von CO2-abscheidung ab. Auch für die Herstellung und Verwendung von Chemikalien ist CO2-abscheidung eine wichtige Dekarbonisierungsstrategie.  

"Die Verringerung der Emissionen aus der Herstellung und Verwendung von Chemikalien müsste sich auf einen Lebenszyklus-Ansatz stützen, der ein verstärktes Kunststoffrecycling, die Umstellung auf andere Brenn- und Einsatzstoffe und die Gewinnung von Kohlenstoff aus biogenen Quellen sowie, je nach Verfügbarkeit, CCU, direktem Luft-CO2 Abscheidung sowie CCS." - SPM, S. 38 

Viele Minderungspfade weisen daher eine erhebliche Nutzung von CO2-abscheidung im Industriesektor auf. Selbst die IMP, die auf einem hohen Anteil erneuerbarer Energien und der Elektrifizierung von Prozessen basiert (IMP-Ren), erfordert einen raschen Anstieg auf fast zwei Gt abgetrenntes industriellesCO2 bis 2030, während bei Pfaden, die auf langsamere Maßnahmen setzen, die durch Kohlendioxidabscheidung ausgeglichen werden, BECCS in der Industrie in großem Umfang eingesetzt wird (Abbildung 11.12 im vollständigen Bericht). 

CO2-abscheidung können auch bei Netto-Null-Energie-Systemen eine Schlüsselrolle spielen

Obwohl kostengünstige erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie eine wachsende Rolle in unserem Energiesystem spielen werden, zeigen die Minderungspfade, dass ein breiter Mix von Stromerzeugungstechnologien eingesetzt wird, einschließlich CO2-abscheidung (Kapitel 6). Im Bericht heißt es insbesondere, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe mit CO2-abscheidung eine von mehreren Optionen ist, um die Gesamtkosten der Dekarbonisierung in Energiesystemen zu senken, in denen erneuerbare Energien den größten Teil des Energieverbrauchs decken. CO2-abscheidung kann auch die emissionsarme Produktion von CO2-freie kraftstoffe ermöglichen, die für die Dekarbonisierung von Sektoren wie Industrie, Verkehr und Gebäude benötigt wird. 

"Netto-Null-CO2 Energiesysteme setzen voraus, dass der Gesamtverbrauch an fossilen Brennstoffen erheblich reduziert wird, dass nur minimale Mengen unveränderter fossiler Brennstoffe verwendet werden und dass CCS im verbleibenden fossilen System eingesetzt wird.2emittieren; weitreichende Elektrifizierung des Energiesystems einschließlich der Endverbraucher; Energieträger wie nachhaltige Biokraftstoffe, emissionsarmer Wasserstoff und Derivate in Anwendungen, die sich weniger gut elektrifizieren lassen; Energieeinsparung und -effizienz sowie eine stärkere physische, institutionelle und betriebliche Integration des gesamten Energiesystems." - SPM, S.36 

CO2-abscheidung die Nutzung fossiler Brennstoffe wirksam einschränken kann

Das Kapitel 6 der WGIII macht deutlich, dass wir entweder die bestehenden Anlagen für fossile Brennstoffe umbauen oder sie stilllegen müssen. Wir dürfen keine neuen Formen unverminderter Emissionen zulassen, und CO2-abscheidung ist eine der am besten geeigneten Technologien dafür. Ein Medianwert von 196 Gt fossilen Kohlendioxids wird kumulativ über die 1,5ºC-Pfade mit geringem Überschreitungsrisiko aufgefangen und gespeichert. Die Nutzung von CO2-abscheidung im verbleibenden fossilen System wird als Schlüsselkomponente eines Netto-Null-Energiesystems hervorgehoben. 

"Alle globalen modellierten Pfade, die die Erwärmung auf 1,5°C (>50%) ohne oder mit begrenzter Überschreitung begrenzen, und die Pfade, die die Erwärmung auf 2°C (>67%) begrenzen, erfordern eine schnelle und tiefgreifende und in den meisten Fällen sofortige Reduzierung der Treibhausgasemissionen in allen Sektoren. Zu den modellierten Minderungsstrategien, mit denen diese Reduktionen erreicht werden sollen, gehören der Übergang von fossilen Brennstoffen ohne CCS zu sehr kohlenstoffarmen oder kohlenstofffreien Energiequellen, wie erneuerbare Energien oder fossile Brennstoffe mit CCS, nachfrageseitige Maßnahmen und Effizienzsteigerungen, die Verringerung von Nicht-CO2 Emissionen und der Einsatz von Methoden zur Beseitigung von Kohlendioxid (CDR), um die verbleibenden Treibhausgasemissionen auszugleichen". - SPM, S. 32. 

Es gibt ausreichend Speicherkapazität für alle Formen von CO2-abscheidung und Lagerung

Entscheidende Synergien bestehen für CO2-abscheidung und Speicherung, DACCS und BECCS. Alle drei nutzen dieselben unterirdischen Speicherbereiche und es gibt ausreichend unterirdische Speicher für alle drei.  

"Die technische geologische CO2 Speicherkapazität wird auf eine Größenordnung von 1000 Gigatonnen CO2geschätzt, was mehr ist als die CO2 Speicherbedarf bis 2100, um die globale Erwärmung auf 1,5°C zu begrenzen, obwohl die regionale Verfügbarkeit geologischer Speicher ein begrenzender Faktor sein könnte." - SPM, S. 37 

Die Zusatznutzen von CO2-abscheidung sind wichtig, um die Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) zu erreichen. 

Die 17 Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) der Vereinten Nationen sollen dazu beitragen, die Lebensqualität der Menschen auf der ganzen Welt zu verbessern, und umfassen Ziele wie "Gute Gesundheit und Wohlbefinden" (SDG 3), "Menschenwürdige Arbeit und Wirtschaftswachstum" (SDG 8) und "Industrie, Innovation und Infrastruktur" (SDG 9). Wie in Abbildung SPM.8 dargestellt und in Kapitel 11 erörtert, ist CO2-abscheidung eine Technologie, die Gesellschaften dabei helfen kann, die Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) zu erreichen, und die wichtige wirtschaftliche und soziale Zusatznutzen bietet. 

Die Herausforderungen für eine robuste Ausweitung CO2-abscheidung bestehen vor allem im Stromsektor.

Wie in Kapitel 6 dargelegt, können die Kosten für CO2-abscheidung und die Speicherung je nach Anwendung und Region, in der die Technologie zum Einsatz kommt, kurzfristig erheblich variieren. Diese Kosten müssen sowohl durch Innovation als auch durch Einführung gesenkt werden, was zu Skaleneffekten und "Learning by doing" führt. Abbildung SPM.7 zeigt jedoch auch, dass alle Technologien im Energiesektor außer Wind- und Solarenergie kurzfristig teuer sind. Wasserknappheit könnte auch eine technische Herausforderung für den Einsatz von CO2-abscheidung in Kraftwerken in eher trockenen Regionen sein, obwohl verschiedene Strategien und Technologien zur Reduzierung des Wasserverbrauchs im Entstehen sind. Schließlich müssen mehrere wichtige Anwendungen von CO2-abscheidung noch weiterentwickelt werden, um die volle technische Reife und Kommerzialisierung zu erreichen.  

"CCS ist im Energiesektor sowie in der Zement- und Chemieproduktion weniger ausgereift, wo es eine wichtige Option zur Emissionsminderung darstellt." - SPM, S. 37. 

Die wachsende Unterstützung der Politik und der Öffentlichkeit für CO2-abscheidung und die Speicherung ist entscheidend für die Beschleunigung der Einführung

Der Bericht macht deutlich, dass die Einführung von CO2-abscheidung stark hinter dem Zeitplan zurückbleibt, der zur Erreichung der globalen Klimaschutzziele erforderlich ist. Eine gut durchdachte Politik, öffentliche Unterstützung und Innovation sind der Schlüssel zur Verbesserung der Einführungsraten von CO2-abscheidung . Die Verbesserung des öffentlichen Bewusstseins und der Akzeptanz von CO2-abscheidung wird einen großen Beitrag zu seiner Verbreitung leisten (Kapitel 11).  

"Gegenwärtig liegen die weltweiten Einsatzraten von CCS weit unter denen der modellierten Pfade zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5°C oder 2°C. Ermöglichende Bedingungen wie politische Instrumente, größere öffentliche Unterstützung und technologische Innovation könnten diese Hindernisse verringern. - SPM, S. 37 

Das Wichtigste zum Mitnehmen 

Die Arbeitsgruppe III macht deutlich, dass die Vermeidung der schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels von zwei übergreifenden Strategien abhängt: erstens, möglichst viele Treibhausgasemissionen davon abzuhalten, in die Atmosphäre zu gelangen (mit Lösungen, die CO2-abscheidung einschließen), und zweitens, Kohlendioxid, das sich bereits in der Atmosphäre befindet, zu entfernen (mit Lösungen, die die Entfernung von Kohlendioxid einschließen). Im Rahmen dieser beiden Strategien gibt es eine Reihe von Technologien mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen. Der Vorteil von CO2-abscheidung besteht darin, dass es beide Strategien in erheblichem Maße umsetzen kann.   

Es ist klar, dass wir eine Menge CO2-abscheidung brauchen, um die globale Erwärmung in Schach zu halten. Je mehr die politischen Entscheidungsträger die Auswirkungen des AR6-Beitrags der WGIII verstehen, desto mehr sollten sie die dringende Notwendigkeit erkennen, diese Technologien zu entwickeln und als praktikable Dekarbonisierungsoption für einen breiten Einsatz zu vermarkten.  

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