Infrastruktur für den Transport von CO2

Eine Komponente ist für alle Bereiche eines effektiven Carbon Managements obligatorisch: der Transport. CO₂ muss zuverlässig und sicher vom Ort seiner Entstehung zu den Orten seiner Nutzung oder Speicherung gelangen. Dazu ist der Aufbau einer CO₂-Transportinfrastruktur notwendig. Mit Blick auf die unterschiedlich großen CO₂-Mengen sowie die Entfernungen von Emittenten und Zielort ist eine multimodale Ausgestaltung der Transportwege notwendig.

Grundlage für CCU, CCS & DAC: Die CO2-Infrastruktur

Durch die CO₂-Abscheidung an industriellen Punktquellen, Biogas-Anlagen oder bei der direkten Entnahme aus der Luft (DAC) fallen, insbesondere an industriellen Punktquellen, große Mengen CO₂ an. Diese CO₂-Mengen müssen entweder zu einer Speicherstätte (CCS) oder dem Ort der Weiternutzung (CCU) transportiert werden.

Als ein natürlicher Bestandteil von Luft, ist CO₂ nicht brennbar, nicht giftig und nicht wassergefährdend. Die Beschaffenheit von CO₂ kann thermodynamisch, je nach Druck und Temperatur, in unterschiedlichen Aggregatzuständen vorkommen: gasförmig, flüssig, fest oder in der dichten bzw. überkritischen Phase vorliegend.

Im sogenannten überkritischen Zustand weist CO₂ ein ähnliches Fließverhalten wie Flüssigkeiten auf. Der überkritische Zustand wird bei 31 Grad Celsius und einem Druck von 73 bar erreicht. Um CO₂ über mehrere 100 km in einer Pipeline zu transportieren, muss es auf einen Anfangsdruck von 150 bar und mehr verdichtet werden, um die Druckverluste entlang einer Pipelinestrecke zu kompensieren.

Transportmöglichkeiten

Für den Pipeline-Transport ist die Verdichtung des CO₂ auf überkritische Zustände am besten geeignet. Je nach Größe bzw. Durchmesser können CO₂-Pipelines mit einem Durchmesser von 400 mm rund 3 Mio. Tonnen pro Jahr transportieren, während Pipelines mit einem Durchmesser von 1.000 mm es schaffen, 35 Mio. Tonnen CO₂ pro Jahr zu transportieren.

CO₂ kann grundsätzlich via Pipeline, Schiff, Lkw oder Bahn transportiert werden. Der CO₂-Transport per Pipeline hat sich technisch bewährt und ist Stand der Technik. Aber auch kleinere Schiffstransporte von CO₂ in Lebensmittelqualität (meist 1.000–2.000 Tonnen pro Schiffsladung) finden schon seit Jahrzehnten statt. Pipelines eignen sich besonders für große Industriecluster oder Industrieanlagen, die große Mengen Kohlenstoffdioxid abscheiden und abtransportieren müssen.

Für kleinere CO₂-Emittenten, die auch auf CCU/S für ihren Standort angewiesen und nicht in regionalen CO₂-Clustern organisiert sind, können andere Transportarten wie etwa Lkw, Schiff oder Bahn wirtschaftlich sinnvoller als ein Transport via CO₂-Pipeline sein. In einigen Fällen kann auch die Kombination verschiedener Transportarten sinnvoll sein. Der multimodale CO₂-Transport ist ein wichtiger Aspekt für die Planung einer CO₂-Transportinfrastruktur.

Von allen Transportmöglichkeiten sind laut der Internationalen Energie Agentur (IEA) Pipelines und Schiffe die am besten skalierbaren Optionen mit den niedrigsten Kosten pro transportierter Tonne CO₂. Der Schiffstransport ist allerdings erst bei Entfernungen über 1.000 km eine wirtschaftliche Alternative zum Pipelinetransport.

Etwa 2/3 der in Planung befindlichen CCU/S-Projekte, die sich für eine EU-Förderung im Rahmen der Vorhaben von gemeinsamem Interesse (projects of common interest – PCI) und Vorhaben von gegenseitigem Interesse (projects of mutual interest – PMI) beworben haben, planen mit multimodalen CO₂-Transporten.

CO2-Transport in Norwegen

Im Rahmen des Longship-CCS-Projekts beabsichtigt das Northern Lights Project (Joint Venture von Equinor, Shell und TotalEnergies) in Norwegen, CO₂ per Schiff von den beiden zu Longship gehörenden CO₂-Abscheidungsanlagen zu einem Anlandeterminal zu transportieren, von wo aus das CO₂ dann über eine Pipeline zur CO₂-Speicherstätte vor der Küste transportiert wird.

Sicherheit von CO2-Transporten

Um hohe Sicherheitsstandards beim CO₂-Transport zu gewährleisten, ist ein eigenes technisches Regelwerk notwendig. Ein entsprechendes Regelwerk hat der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) erarbeitet: Die DVGW-Arbeitsblätter C260 und C463 definieren den heute in Deutschland geltenden Standard. Des Weiteren gibt es bereits eine Reihe technischer und administrativer Maßnahmen, um die Auswirkungen von Schäden an einer CO₂-Pipeline schon im Vorfeld zu minimieren: CO₂-Reinheitsanforderungen, Überwachung der Gas-Reinheit, Korrosionsüberwachung, Druck- und Durchflussmessung, Leck-Überwachung oder automatische Pipeline-Absperrung bei Leckagen.

DVGW-Regelwerk

Ein CO2-Startnetz für Deutschland

Der klassische und leistungsstärkste Weg für den Gas-Transport ist die Nutzung von Pipelines. Der Fernleitungsnetzbetreiber OGE engagiert sich aktuell auf nationaler Ebene im Aufbau eines CO₂-Startnetzes. In den kommenden Jahren soll eine Netzstruktur mit einer Länge von 964 Kilometern entstehen. Darüber wird der Transport von 18,8 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr möglich sein. Die genaue Trassenführung des CO₂-Startnetzes und der ergänzenden Ausbaurouten wird OGE flexibel mit den späteren Nutzern anhand der Transportbedarfe entwickeln. Das Unternehmen geht aktuell von einem kompletten Neubau der Infrastruktur aus.

Über das Startnetz sollen CO₂-Emittenten mit CO₂-Verbrauchern verbunden werden. Im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft können an den Standorten der Zement- und Kalkindustrie abgeschiedene CO₂-Mengen zu Standorten der Chemieindustrie gelangen, wo sie als Rohstoff für die dortigen Industrieprozesse dienen. Darüber hinaus ist die Anbindung relevanter Hafenstandorte wie Wilhelmshaven an das CO₂-Startnetz geplant, um überschüssige CO₂-Mengen zu geologischen Speicherstätten zu transportieren.

Transnationaler CO2-Transport

Am Standort Wilhelmshaven entsteht aktuell ein Energy Hub, der durch verschiedene Projekte auch für ein effektives Carbon Management von großer Bedeutung ist. So ist das Projekt CO2nnectNow der Wintershall Dea Teil des Vorhabens. Dabei soll eine Infrastruktur entstehen, die schwer vermeidbare CO₂-Emissionen deutscher Industriestandorte für den Weitertransport zu zuverlässigen Offshore-Speicherstätten in Dänemark und Norwegen zwischenspeichert. Die Transporte sollen im Jahr 2028 beginnen und schrittweise auf mehr als 10 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr ausgebaut werden.

Für den Transport zu den Lagerstätten ist gemeinsam mit dem Partner Equinor der Bau der NOR-GE Pipeline geplant. Diese rund 900 Kilometer lange Pipeline wird den CO₂-Hub dauerhaft mit der Speicherstätte unter der norwegischen Nordsee verbinden.

Und auch in Rostock entsteht eine Energie-Drehscheibe: für Wasserstoff und CO₂. Neben der Wasserstoffproduktion werden hier mit dem Projekt H2GE Rostock Technologien zur Abscheidung und Nutzung von CO₂ untersucht. Die gemeinsamen Anstrengungen von der VNG AG aus Deutschland und dem norwegischen Energieunternehmen Equinor bilden die Grundlage für eine Wasserstoff- und CO₂-Drehscheibe.

Transport von CO2 per Schiff zu den geologischen Speicherstätten

Zügiger Ausbau einer europäischen CO2-Infrastruktur

Auch Länder ohne direkten Zugang zu Speicherstätten müssen die Möglichkeit erhalten, CO₂ grenzüberschreitend transportieren zu können, ob zu entsprechenden Speicherstätten oder zu CO₂-Verbrauchern. Neben einem Pipeline-Netz ist für den Transport von CO₂ auch ein multimodaler Ansatz nötig, der die gesamte logistische Bandbreite nutzt. Denn die Errichtung großer Infrastruktur-Projekte wie der NOR-GE-Pipeline oder des CO₂-Startnetzes benötigen Zeit. Der CO₂-Transport muss jedoch bereits kurzfristig beginnen.

Im CO2nnectNow Projekt ist daher zunächst der Schiffstransport von Wilhelmshaven zu den norwegischen Speicherstätten vorgesehen. Wilhelmshaven eignet sich dank des dortigen Tiefwasser-Kais als Startpunkt für diese Transporte. Hinzu kommt eine gute Erreichbarkeit der Terminals im Hafen durch Güterzüge.

Unabhängig von der Zeitkomponente ist der Bau einer Pipeline in manchen Fällen jedoch nicht sinnvoll. Ist die Distanz zu kurz oder die zu transportierende CO₂-Menge zu gering, lassen sich solche Infrastrukturvorhaben häufig nicht wirtschaftlich darstellen. Neben der Pipeline ist daher mit Schiff, Zug und Lkw dauerhaft ein multimodaler Transportansatz nötig. Der Straßen- und Schienenverkehr ist bereits heute Stand der Technik beim CO₂-Transport.

Über die multimodalen Möglichkeiten lässt sich das passende Transportmittel zur jeweiligen Menge wählen. Hierbei entsprechen eine Million Tonnen über eine Pipeline transportiertes CO₂ etwa 50 marinen Schiffsladungen, 250 Binnenschiffsladungen, der Kapazität von 1.000 Güterzügen bzw. von 50.000 Tankwagen auf der Straße.

Abscheidung von CO2

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

CO2 abscheiden

Speicherung von CO2

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

CCS: CO2 speichern

Den rechtlichen Rahmen liefern

Der Transport zwischen CO₂-Emittenten, CO₂-Speicherstätten und CO₂-Verbrauchern muss zügig ermöglicht werden, um Klimaneutralität in Deutschland und Europa erreichen zu können. Wichtig ist, dass die rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen zügig geschaffen werden.

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