Carbon Management für eine klimaneutrale Industrie

Mit der No­vel­le des Bun­des-Kli­ma­schutz­ge­set­zes (2021) hat Deutsch­land sich ver­pflich­tet, bis 2045 kli­ma­neu­tral zu wer­den. Das be­deu­tet, dass sämt­li­che Treib­haus­gas-Emis­si­o­nen so weit wie mög­lich durch ziel­ge­rich­te­te CO2-Ver­mei­dungs­stra­te­gien (z. B. Ein­satz kli­maneu­tra­ler Ener­gie­trä­ger) re­du­ziert wer­den müs­sen. Zu­sätz­lich müs­sen schwer ver­meid­ba­re CO2-Emis­si­o­nen durch na­tür­li­che und tech­ni­sche CO2-Sen­ken aus­ge­gli­chen wer­den.

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Was ist Carbon Management?

Car­bon Ma­nage­ment be­zeich­net al­le Maß­nah­men, die er­for­der­lich sind, um ei­nen nach­hal­ti­gen Um­gang mit schwer ver­meid­ba­ren CO2-Emis­si­o­nen zu ge­währ­leis­ten. Auch wenn die ers­te Prio­ri­tät auf der Ver­mei­dung von Treib­haus­ga­sen lie­gen muss, so ist doch Car­bon Ma­nage­ment ein wich­ti­ger Bei­trag, um das Ziel der Kli­ma­neu­tra­li­tät bis 2045 zu er­rei­chen.

Car­bon Ma­nage­ment ist ein Ober­be­griff. Da­run­ter wird in der Re­gel Fol­gen­des zu­sam­men­ge­fasst:

  • CO2-Ab­schei­dung, Trans­port und Spei­che­rung (Car­bon Capture and Storage, CCS),
  • CO2-Ab­schei­dung, Trans­port und an­schlie­ßen­de Nut­zung (Car­bon Capture and Utilization, CCU) und
  • CO2-Ent­nah­me aus der Atmo­sphä­re (Car­bon Dioxide Removal, CDR).

Umgang mit Restemissionen

Selbst bei ei­nem voll­stän­di­gen Ver­zicht auf fos­si­le Ener­gie­trä­ger, wird es wei­ter­hin CO2-Emis­si­o­nen aus be­stimm­ten In­dus­trie­pro­zes­sen ge­ben, z. B. der Ze­ment-, Kalk-, Stahl- und Glas­in­dus­trie. Auch an­de­re Treib­haus­gas-Emis­si­o­nen, wie et­wa Me­than (CH4) oder Lach­gas (N2O) wer­den un­ter an­de­rem durch die Land­wirt­schaft be­ste­hen blei­ben. Die­se wei­ter­hin be­ste­hen­den Rest­emis­si­o­nen müs­sen ent­spre­chend durch CO2-Ent­na­hme in Ver­bin­dung mit der Nut­zung na­tür­li­cher und tech­ni­scher Sen­ken aus­ge­gli­chen wer­den.

In der de­na-Leit­stu­die "Auf­bruch Kli­ma­neu­tra­li­tät" wur­den die Grö­ßen­ord­nung die­ser Rest­emis­si­o­nen für das Jahr 2045 mit rd. 60 Mio. Ton­nen Kohlenstoffdioxid ab­ge­schätzt, die durch tech­ni­sche Sen­ken aus­ge­gli­chen wer­den müs­sen. Ak­tu­ell lässt das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz die quan­ti­ta­ti­ve Grö­ßen­ord­nung der schwer ver­meid­ba­ren Emis­si­o­nen durch ei­ne lau­fen­de Stu­die un­ter­su­chen. Die Er­geb­nis­se sol­len spä­tes­tens im Herbst 2023 vor­lie­gen.

Auf dem Weg zur CO2-Kreislaufwirtschaft

Für vie­le Grund­stoff­in­dus­trien in Deutsch­land ist Koh­len­stoff ein es­sen­zi­el­ler Roh­stoff. Bei der Pro­duk­ti­on syn­the­ti­scher Kraft­stof­fe oder in der che­mi­schen In­dus­trie ist CO2 des­halb ei­ne wich­ti­ge Koh­len­stoff­quel­le.

CCU kann da­zu bei­tra­gen, her­kömm­li­che Koh­len­stoff­quel­len für in­dus­tri­el­le Pro­zes­se zu er­set­zen und da­mit die Nach­fra­ge nach fos­si­len Koh­len­stoff­quel­len im Wirt­schafts­kreis­lauf zu re­du­zie­ren. CCU ist da­mit ein Kern­ele­ment ei­ner CO2-Kreis­lauf­wirt­schaft.

CCU: CO2 nutzen

Notwendigkeit von Carbon Management

Die Not­wen­dig­keit der tech­ni­schen Ent­nah­me von CO2 wird in al­len wich­ti­gen Stu­dien zum Er­rei­chen der Kli­ma­neu­tra­li­tät in Deutsch­land her­vor­ge­ho­ben, z. B. in der de­na-Leit­stu­die "Auf­bruch Kli­ma­neu­tra­li­tät", der BDI-Stu­die "Kli­ma­pfa­de 2.0 – Ein Wirt­schafts­pro­gramm für Kli­ma und Zu­kunft" und der Stu­die "Kli­ma­neu­tra­les Deutsch­land 2045" der Ago­ra Ener­gie­wen­de.

Die tech­ni­sche Ent­nah­me von CO2 um­schreibt da­bei al­le tech­ni­schen Ver­fah­ren, mit de­nen CO2 an Punkt­quel­len oder aus der At­mo­sphä­re ab­ge­schie­den wird. Als Punkt­quel­len gel­ten et­wa gro­ße In­dus­trie­an­la­gen wie Ze­ment­wer­ke oder ther­mi­sche Ab­fall­be­hand­lungs­an­la­gen.

Auch der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) weist in sei­nem 6. IPCC-Sach­stands­be­richt, der im Früh­jahr 2022 ver­öf­fent­licht wur­de, auf die Not­wen­dig­keit der tech­ni­schen CO2-Ent­nah­me zur Er­rei­chung der Kli­ma­zie­le hin. Dem Be­richt zu­fol­ge er­for­dern al­le glo­ba­len Mo­dell­pfa­de, die die Er­wär­mung auf 1,5 °C (bzw. deut­lich un­ter 2 °C) be­gren­zen sol­len, deut­li­che und schnel­le Sen­kun­gen der Treib­haus­gas-Emis­si­o­nen. Dies be­in­hal­tet ne­ben der CO2-Ent­nah­me aus der At­mo­sphä­re auch das Ab­schei­den von Kohlenstoffdioxid an Punkt­quel­len.

Al­le mo­del­lier­ten Stra­te­gien des IPCC-Be­richts, die zur schnel­len und dras­ti­schen Sen­kung von Treib­haus­gas-Emis­si­o­nen füh­ren sol­len, set­zen da­bei auf die na­tür­li­che und tech­ni­sche CO2-Ent­nah­me, um die ver­blei­ben­den Treib­haus­gas-Emis­si­o­nen aus­zu­glei­chen.

Der Be­richt ana­ly­siert zu­dem, dass die CO2-Auf­nah­me­ra­ten durch Land­sys­te­me und Oze­ane in der zwei­ten Hälf­te des 21. Jahr­hun­derts ab­neh­men wer­den. Die­se Er­kennt­nis ver­deut­licht, dass die tech­ni­sche CO2-Ent­nah­me – er­gän­zend zur CO2-Ver­mei­dung – zu­neh­mend im­mer wich­ti­ger wer­den wird, um Kli­ma­neu­tra­li­tät zu er­rei­chen und so­mit die Erd­er­wär­mung auf das ge­setz­te Ziel von 1,5 °C (bzw. deut­lich un­ter 2 °C) zu be­gren­zen.

Sachstandbericht IPCC

Rechtliche Rahmenbedingungen schaffen

Um die He­raus­for­de­run­gen der Kom­ple­xi­tät von Ab­schei­dung/­Ent­nah­me, Nut­zung und Spei­che­rung von CO2 schnell, aber lang­fris­tig be­wäl­ti­gen zu kön­nen, ist ein Car­bon Ma­nage­ment er­for­der­lich. Die lang­fris­ti­gen Zie­le ei­ner CO2-Kreis­lauf­wirt­schaft, die dau­er­haf­te Spei­che­rung von CO2 und Ne­ga­tiv­emis­si­o­nen kön­nen nur durch ei­ne na­ti­o­na­le, aber eu­ro­pä­isch ein­ge­bet­te­te Car­bon Ma­nage­ment Stra­te­gie wirt­schaft­lich und den Kli­ma­zie­len dien­lich er­reicht wer­den.

Daher sind zurzeit ei­ni­ge Rechts­ak­te und Rah­men­be­din­gun­gen, die den Hand­lungs­rah­men für CCU/S de­fi­nie­ren sol­len, in der Pla­nung oder No­vel­lie­rung. Im De­zem­ber 2022 hat das BMWK ei­nen Eva­lu­ie­rungs­be­richt zum Koh­len­di­o­xid-Spei­che­rungs­ge­setz vor­ge­legt. Auf­bau­end auf die­sen Be­richt will die Bun­des­re­gie­rung ei­ne na­ti­o­na­le Car­bon Ma­nage­ment Stra­te­gie er­ar­bei­ten. Vor die­sem Hin­ter­grund war der im Früh­jahr 2023 vom Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz auf­ge­setz­te Stake­holder-Pro­zess ein wich­ti­ger Schritt. Der Ent­wurf der Carbon Ma­nage­ment Stra­te­gie soll vo­raus­sicht­lich En­de 1. Quar­tal 2024 vor­ge­legt wer­den.

Aber auch die EU hat mit ih­rem Vor­schlag zur Zer­ti­fi­zie­rung der CO2-Ent­nah­me (CRCF) und dem Net Zero In­dus­try Act (NIZA) ers­te Bau­stei­ne für ei­ne ge­mein­sa­me eu­ro­pä­i­sche Ko­or­di­nie­rung von Ent­nah­me, Nut­zung und Spei­che­rung von CO2 in Ver­bin­dung mit ei­nem eu­ro­pä­isch aus­ge­stal­te­ten Car­bon Ma­nage­ment vor­ge­legt.

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Expertenthema

Bei der Ent­nah­me bzw. Ab­schei­dung, Nut­zung und Spei­che­rung von CO2 wer­den grund­sätz­lich drei Ka­te­go­rien un­ter­schie­den:

Der Be­griff CDR (Carbon Dioxide Removal) be­zeich­net Tech­no­lo­gien und na­tür­li­che Ver­fah­ren, die der At­mo­sphä­re (Um­ge­bungs­luft und Bio­mas­se) CO2 ent­zie­hen und es für kli­ma­re­le­van­te Zeit­räu­me in geo­lo­gi­schen Spei­cher­stät­ten, ter­res­tri­schen oder oze­a­ni­schen Koh­len­stoff­spei­chern oder lang­le­bi­gen Pro­duk­ten bin­den.

CDR-Me­tho­den un­ter­schei­den sich in Be­zug auf den Ab­schei­dungs­pro­zess, den Zeit­rah­men für die Koh­len­stoff­spei­che­rung, die tech­no­lo­gi­sche Rei­fe, das CO2-Min­de­rungs­po­ten­zi­al, die Kos­ten, die in­di­rekt ver­ur­sach­ten Kli­ma­wir­kung, die Ener­gie- und Treib­haus­gas­bi­lan­zen und die Governance-An­for­de­run­gen.

CO2-Abscheidung

CCS (Carbon Capture and Storage) be­schreibt die Ab­schei­dung von CO2 in Ver­bin­dung mit der an­schlie­ßen­den dau­er­haf­ten Spei­che­rung in ge­eig­ne­ten geo­lo­gi­schen For­ma­ti­o­nen. Da­bei han­delt es sich um ei­nen Pro­zess, bei dem CO2 aus der At­mo­sphä­re, aus bio­ge­nen oder in­dus­tri­el­len Punkt­quel­len ab­ge­schie­den, auf­be­rei­tet, ver­dich­tet und zu ei­ner Spei­cher­stät­te trans­por­tiert und im geo­lo­gi­schen Un­ter­grund dau­er­haft von der At­mo­sphä­re iso­liert und ge­spei­chert wird.

Die je­wei­li­ge CO2-Bi­lanz wird be­stimmt durch den CO2-Ur­sprung (fos­sil, bio­gen, at­mo­sphä­risch), wei­te­ren THG-Emis­si­o­nen in der Pro­zess­ket­te und der Per­ma­nenz der Spei­che­rung.

Mehr zu CCS

Von CCU (Carbon Capture and Utilization) spricht man, wenn das CO2, das der At­mo­sphä­re, an ei­ner bio­ge­nen, in­dus­tri­el­len oder ener­gie­be­zo­ge­nen Punkt­quel­le oder Punkt­quel­len ab­ge­schie­den, auf­be­rei­tet, kom­pri­miert, trans­por­tiert und dann di­rekt oder nach Um­wand­lung zur Her­stel­lung ei­nes neu­en Pro­dukts ge­nutzt wird.

Die CO2-Bi­lanz von CCU wird be­stimmt durch die CO2-Quel­le, dem po­ten­zi­el­len An­wen­dungs­maß­stab, der Le­bens­dau­er des Pro­duk­tes, den CO2-Emis­si­o­nen der Pro­zess­ket­te und dem er­setz­ten Pro­dukt.

Mehr zu CCU

Was ist die CO2-Bi­lanz?

Als CO2-Bi­lanz wird der Ge­samt­be­trag an Koh­len­stoff­di­o­xid-Emis­si­o­nen be­zeich­net, der ent­we­der di­rekt und in­di­rekt ent­lang der ge­sam­ten Pro­zess­ket­te ei­ner Ak­ti­vi­tät oder ei­nes Pro­duk­tes ent­steht. Ei­ne CO2-Bi­lanz um­fasst in man­chen Fäl­len auch die Ge­samt­heit an­de­rer Treib­haus­gas-Emis­si­o­nen und wird in Ton­ne CO2-Äqui­va­lent an­ge­ge­ben.

Negativemissionen durch Carbon Management

Die tech­ni­schen Ent­nah­me­ver­fah­ren, mit de­nen zu­sätz­lich Ne­ga­tiv­emis­si­o­nen er­zielt wer­den kön­nen, sind Bioenergy with Carbon Dioxide Capture and Storage (BECCS) und Direct Air Carbon Dioxide Capture and Storage (DACCS). Da­bei kommt BECCS bei An­la­gen zum Ein­satz, die bio­ge­ne Ener­gie­trä­ger ver­wen­den. Bei DACCS han­delt es sich um Ver­fah­ren, die CO2 di­rekt aus der At­mo­sphä­re ab­schei­den. In bei­den Ver­fah­ren wird das CO2 auf­be­rei­tet, trans­por­tiert und di­rekt in ei­ner geo­lo­gi­schen Spei­cher­stät­te ein­ge­spei­chert.

Abscheidung von CO2

Abscheidung von CO2

Ver­schie­de­ne Ver­fah­ren zur CO2-Ab­schei­dung er­mög­li­chen die Trans­for­ma­ti­on hin zur de­fos­si­li­sier­ten In­dus­trie.

CO2 abscheiden
Geologische Speicherung von CO2

Speicherung von CO2

Die geo­lo­gi­sche Spei­che­rung von Koh­len­di­o­xid kann ein wich­ti­ger Bau­stein für ei­ne kli­ma­neu­tra­le Wirt­schaft sein.

CCS: CO2 speichern
Transportinfrastruktur für CO2

Infrastruktur für CO2

Ei­ne pas­sen­de In­fra­struk­tur er­mög­licht den CO2-Trans­port von Emit­ten­ten zu tech­ni­schen Sen­ken.

CO2 transportieren
CCU ermöglicht die Nutzung von CO2 als Rohstoff

Nutzung von CO2

Schwer ver­meid­ba­res CO2 kann für in­dus­tri­el­le Pro­duk­ti­ons­pro­zes­se als Roh­stoff ge­nutzt wer­den.

CCU: CO2 nutzen

Handlungsrahmen für Carbon Management

Der Hand­lungs­rah­men für CCU/S ist in Eu­ro­pa über un­ter­schied­li­che Rechts­ak­te auf na­ti­o­na­ler und eu­ro­pä­i­scher Ebe­ne ge­re­gelt. So gibt es so­wohl in den ein­zel­nen Mit­glieds­staa­ten der EU und des EWR als auch auf EU-Ebe­ne un­ter­schied­li­che Re­ge­lun­gen für den Um­gang mit CCU/S.

In Eu­ro­pa ist vor al­lem die "Richt­li­nie über die geo­lo­gi­sche Spei­che­rung von CO2" (EU-CCS-Richt­li­nie) von 2009 maß­geb­lich für die Re­ge­lung von CCS in der EU. In die­ser Richt­li­nie sind un­ter an­de­rem Re­ge­lun­gen zum Be­trieb, Über­wa­chung und Nach­sor­ge­ver­pflich­tun­gen von Spei­cher­stät­ten zu fin­den. Im Zu­ge der Imp­le­men­tie­rung der CCS-Richt­li­nie wur­den auch an­de­re Richt­li­nien ge­än­dert, um CCS-As­pek­te um­fäng­lich zu re­geln. So wur­de z. B. die Richt­li­nie zur Um­welt­haf­tung (2004/35/EG) ge­än­dert, um die Haf­tung für ört­li­che Um­welt­schä­den durch CCS zu re­geln oder et­wa die Was­ser­rah­men­richt­li­nie (2000/60/ EG), um die In­jek­ti­on von CO2 in sa­li­ne Aqui­fe­re zu Zwe­cken der geo­lo­gi­schen Spei­che­rung zu­zu­las­sen.

Zum wei­te­ren be­ste­hen­den Rechts­rah­men für CCU/S auf EU-Ebe­ne sind au­ßer­dem die Trans-European Net­works for Energy (TEN-E)-Ver­ord­nung, das EU Emissions Trading System (ETS), die Re­new­able Energy Directive (RED), die EU Taxonomy for Sustainable Finance oder die CEEAG State Aid Guidelines der EU zu nen­nen.

In Deutsch­land ist die Um­set­zung der EU-CCS-Richt­li­nie durch das "Ge­setz zur De­mons­tra­ti­on der dau­er­haf­ten Spei­che­rung von Koh­len­di­o­xid" (Koh­len­di­o­xid-Spei­che­rungs­ge­setz – KSpG) er­folgt. Das Ge­setz gilt der­zeit al­ler­dings nur für die Er­pro­bung und De­mons­tra­ti­on der dau­er­haf­ten Spei­che­rung von Koh­len­di­o­xid in un­ter­ir­di­schen Ge­steins­schich­ten und ist noch nicht für eine groß­ska­li­ge in­dus­tri­el­le Nut­zung von CCU/S aus­ge­rich­tet.

Auf EU-Ebe­ne wur­den in jüngs­ter Zeit ver­schie­de­ne Rechts­set­zun­gen an­ge­sto­ßen. Da­zu ge­hö­ren u. a. die Plä­ne für nach­hal­ti­ge Koh­len­stoff­kreis­läu­fe. In die­sem Zu­sam­men­hang soll ein EU-Rechts­rah­men für die Zer­ti­fi­zie­rung des CO2-Ab­baus ge­schaf­fen wer­den. Mit dem Ent­wurf für ei­nen Net Zero Industry Act (NZIA) soll auf eu­ro­pä­i­scher Ebe­ne ein ver­ein­fach­ter Rah­men für In­ves­ti­ti­o­nen in nach­hal­ti­ge Ener­gie­in­fra­struk­tu­ren ge­schaf­fen wer­den und – ne­ben wei­te­ren Tech­no­lo­gien – CCS als "Net-Zero-Technology" ein­ge­stuft wer­den. Mit Hil­fe des NZIA sol­len Tech­no­lo­gien und An­la­gen für CCS bes­se­ren Zu­gang zu För­de­run­gen er­hal­ten und durch ver­ein­fach­te Ge­neh­mi­gun­gen schnel­ler im­ple­men­tiert wer­den kön­nen. Zu­dem sol­len mit dem NZIA fes­te Men­gen­zie­le für die eu­ro­pä­i­sche CO2-Spei­che­rung fest­ge­legt wer­den.

In Deutsch­land wird der­zeit auf Ba­sis des Eva­lu­ie­rungs­be­rich­tes der Bun­des­re­gie­rung zum Koh­len­di­o­xid-Spei­che­rungs­ge­setz ei­ne Car­bon Ma­nage­ment Stra­te­gie er­ar­bei­tet. Im Er­geb­nis soll auf der Ba­sis der Car­bon Ma­nage­ment Stra­te­gie aus­ge­ar­bei­tet wer­den, ob und in wel­chem Um­fang in Deutsch­land CCU/S an­ge­wen­det und ge­nutzt wer­den soll. Pa­ral­lel da­zu wur­de sei­tens der Bun­des­re­gie­rung ei­ne Fort­schrei­bung der Na­ti­o­na­len Was­ser­stoff­stra­te­gie ver­ab­schie­det und die Pro­zes­se zur Er­ar­bei­tung ei­ner Kreis­lauf­wirt­schafts­stra­te­gie und Bio­mas­se­stra­te­gie an­ge­sto­ßen, die je­weils Im­pli­ka­ti­o­nen für die ge­plan­te Car­bon Ma­nage­ment Stra­te­gie ha­ben.

Expertenthema

Carbon Management für eine klimaneutrale Wirtschaft

Car­bon Ma­nage­ment ist ein wich­ti­ger Bau­stein für ei­ne kli­ma­neu­tra­le Wirt­schaft. Die Gas- und Was­ser­stoff­wirt­schaft ver­fügt über die er­for­der­li­chen Struk­tu­ren so­wie die not­wen­di­gen Kom­pe­ten­zen und Res­sour­cen.

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