„Machbarkeit der CO2- Speicherung in Deutschland (on-shore) - geologisches Potenzial -juristische Vorgaben“ Andreas Dahmke ad@gpi.uni-kiel.de www.gpi.uni-kiel.de/Angewandte Institut für Geowissenschaften Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Zero-Workshop 28.10.10

Machbarkeitsaspekt: Geologisches Potenzial Schilfsandstein (Stuttgart Formation, Keuper; Ketzin) 1 mm 1 mm IZ Klima, 2009; CO2CRC, 2009 Zero-Workshop 28.10.10

Eigenschaften von CO2 Druckzunahme mit der Tiefe: 1 bar = 10 m Wassersäule Geothermischer Gradient: 0.3°C pro 10 m Tiefe Bielinski, 2007; Span und Wagner 1996; Fenghour et al. 1998, CO2CRC 2007 Zero-Workshop 28.10.10

Eigenschaften von CO2 Geeignete in-situ Bedingungen: > 73.8 bar daher auch > 30.95 °C gespeichert im überkritischen Zustand, wegen Speichervolumen Dichte CO2 < Dichte Wasser (Brine), d.h. CO2 hat Auftrieb Standortkriterien > 800 m Tiefe (wegen Effektivität) gut durchlässige, poröse Speicherschicht (10-15-10-12 m2, 15-25%) undurchlässige Deckschicht notwendig (<10-21 m2) und möglichst hoher kapillarer Eindringdruck (auch f(Corg)) Bielinski, 2007; Span und Wagner 1996; Fenghour et al. 1998 Zero-Workshop 28.10.10

Kapillarität & kapillarer Eindringdruck Kapillare Steighöhe: Zero-Workshop 28.10.10

CO2-Speicherpotenziale in Deutschland Kohlenwasserstofflagerstätten Speicherpotenzial: ca. 2,2 Gigatonnen (nach BGR) Saline Strukturen Speicherpotenzial: ca. 22-28 Gigatonnen (nach BGR) Schlussfolgerung für unser Projekt: Öl und Gasfelder sind besser erkundet, durch die Ausförderung ist die Kenntnis über die Strukturen (z.B. Druckverhalten, Speicherpotential) sehr gut bekannt. Es besteht zudem eine Infrastruktur Die Existenz der Felder belegt, dass die geologische Dichtheit gegeben ist. D.H. nur die Gas- und Ölfelder Felder sind in der geforderten Zeit erschließbar. Langfristig bieten aber - bis auf die beiden oben dargestellten großen Gasfelder Altmark und Groningen, nur Aquifere ein ausreichendes Speicherpotential. Zero-Workshop 28.10.10

Geologische Potenziale für CCS in Deutschland CO2-Emissionen (Strom) in Deutschland: > 300 Mt/a Bsp. Schwarze Pumpe: 1600 MW 5.2 Mt/a Speicheroptionen Deutschland WICEE, 2007; BGR 2006 Zero-Workshop 28.10.10

derzeitige Speicherkapazitätangaben Deutschland 2003 (May et al., 2003) 33 +/- 10 Milliarden t CO2 2005 (May et al. 2005) 20 +/- 8 Milliarden t CO2 2010 (Knopf et al., 2010) 9,3 Milliarden t CO2 (50% Wahrscheinlichkeit) nur 6 Standorte mit Speicherkapazität > 400 Millionen t CO2 Problem: Bestimmung der Speichereffizienz (min: 0,03; mittlere: 0,13, max: 0,35) Zero-Workshop 28.10.10

1. Fazit - geologisches CO2-Speicherpotenzial in Deutschland kann für eine Breite CCS- Anwendung limitierend sein - das knappe Gut der geologischen Speicherkapazität wird durch politische Entscheidungen von Bundesländern (ohne jegliche fundierte Standortforschung) weiter entscheidend verkleinert Zero-Workshop 28.10.10

Machbarkeitsaspekt: „Geologische Sicherheit und juristische Vorgaben… In den USA wird seit den 70er Jahren CO2 zur verbesserten Ölausförderung in Öllagerstätten verpresst. Dafür werden ca. 35 Mio. t CO2 jährlich über ein rd. 3.000 km langes Pipeline-Netz transportiert. Durchmesser: 36 cm / 14 zoll Länge: 330 km Druck: ca. 130 bar Kapazität: 5 Mio. t CO2 pro Jahr Durchmesser: 76 cm / 30 zoll Länge: 800 km Druck: ca. 130 bar Kapazität: 19 Mio. t CO2 pro Jahr Durchmesser: 51-61 cm / 20-24 zoll Länge: 660 km Druck: ca. 130 bar Kapazität: 10 Mio. t CO2 pro Jahr Durchmesser: 51 cm / 20 zoll Länge: 350 km Druck: ca. 130 bar Kapazität: 7 Mio. t CO2 pro Jahr Quelle: RWE/DEA Zero-Workshop 28.10.10

Juristischer Anspruch und geomethodisches Potenzial Richtlinie 2009/31/EG des Europäischen Parlamentes vom 23.04.2009 In Artikel 4 der Richtlinie wird ausgeführt: Die Eignung einer geologischen Formation für die Nutzung als Speicherstätte wird durch Charakterisierung und Bewertung des potenziellen Speicherkomplexes und der umliegenden Gebiete nach Anhang I der RL bestimmt. Eine geologische Formation wird nur dann als Speicherstätte gewählt, wenn unter den geplanten Nutzungsbedingungen kein erhebliches Risiko einer Leckage und kein erhebliches Risiko für die Umwelt oder die Gesundheit besteht Zero-Workshop 28.10.10

Zhang et al., 2004 Zero-Workshop 28.10.10

CCS-Machbarkeit unter dem Aspekt: konkurrierende Nutzung  tiefe Geothermie: trotz: - i.d.R. geringe geothermische Gradienten, - Bedeutung der Wärmeversorgung abnehmend, da z.T. heute schon Überangebot - gute Alternativen: Dämmung, Solarthermie mit flacher Geothermie - in Nachbarschaft zu CO2-Verpressungsgebieten ist tiefe Geothermie generell möglich.  Druckluftspeicher: - geologische Eignung ist z.T. genauso zu prüfen wie CO2- Speicherung, ähnliche Risiken - Technik absolut am Entwicklungsbeginn - in Nachbarschaft zu CO2-Verpressungsgebieten ist tiefe Druckluftspeicherung generell möglich.  Dringender Bedarf an länderübergreifender (?) unterirdischen Raumplanung Zero-Workshop 28.10.10

2.Fazit: Machbarkeit vor dem Hintergrund der juristischen Vorgaben die derzeitigen gesetzlichen Vorgaben in Bezug auf die Leckage aus dem Speicherkomplex sind methodisch nicht zu erfüllen und bedürfen einer klaren Kommentierung zur Auslegung die auf das Schutzgut bezogenen Vorgaben sind ambitioniert (d.h. kostenintensiv) aber realisierbar dringende Basis für eine breite Einführung von CCS ist die Erstellung einer Raumplanung für den unterirdischen Wirtschaftsraum Zero-Workshop 28.10.10

Persönliches Fazit zur Rolle von CCS in Deutschland vor dem Hintergrund der sich abzeichnenden Klimaverändeerung ist CCS eine der wenigen kurzfristig und quantitativ relevanten globalen Eingriffsoptionen der Einsatz von CCS in Deutschland ist global hinsichtlich des Klimas nicht relevant, die Entwicklung der CCS-Technologie einschließlich Sicherheitsstandards sollte aber eine ethische Notwendigkeit für eine führende Industrienation sein aus geologischer Sicht und in Relation zu akzeptierten Technologierisiken ist CCS nach ausreichender Erkundung und sachgerechter Ausführung unbedenklich für die relevanten Schutzgüter Grundwasser, Boden, Flora und Fauna (inkl. Mensch) CCS darf aber auch in Deutschland kein Argument für den verzögerten Ausbau einer ökologisch nachhaltigen Energiewirtschaft sein Zero-Workshop 28.10.10