Unter CCS (englisch für carbon capture and storage) versteht man Technologien, deren Ziel im Abscheiden, Transportieren und Lagern von Kohlenstoffdioxid liegt. Kohlenstoffdioxid wird beispielsweise von Kraftwerken oder Industriewerken emittiert und ist als Treibhausgas maßgeblich für den globalen Klimawandel verantwortlich. Aus dieser Eigenschaft von Kohlenstoffdioxid folgen die Bestrebungen, dieses aufzufangen und einzuspeichern, anstatt es in die Atmosphäre gelangen zu lassen. CCS-Technologien werden als ein bedeutender Beitrag zur Dekarbonisierung der Wirtschaft angesehen. Für Prozesse, die für hohe Emissionen von Kohlenstoffdioxid verantwortlich sind und aus technischen oder ökonomischen Gründen nicht ersetzt werden können, stellen CCS-Technologien die einzige Möglichkeit zur drastischen Reduzierung von Kohlenstoffdioxidemissionen in die Atmosphäre dar. Da die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid technisch sehr anspruchsvoll ist, kommen für CCS-Technologien hauptsächlich große Industrieanlagen und Kraftwerke als Einsatzgebiet infrage.

Abscheidung

Zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus dem Kraftwerksprozess wurden drei verschiedene Verfahren parallel entwickelt.

Das Post-Combustion-Verfahren ist dabei das gängigste Verfahren, wobei Kohlenstoffdioxid nach der Verbrennung von Kohle chemisch aus dem Rauchgas gefiltert wird. Vorteilhaft ist dabei, dass der Abscheidungsschritt in vorhandene Reinigungssysteme (z.B. das Rauchgasentschwefelungssystem) integriert werden kann. Die Aufrüstung ist allergings kapitalintensiv.

Beim Oxyfuel-Verfahren wird Kohle in reinem Sauerstoff verbrannt, der Wasserdampf auskondensiert und das entstehende Gas unter Druck verflüssigt. Das Gas hat auf diese Weise einen hohen Kohlenstoffdioxidanteil von bis zu 90%.

Das Pre-Combustion-Verfahren hat seinen Namen dadurch, dass der Kohlenstoff schon vor der Verbrennung aus dem Brennstoff abgeschieden wird. Die Kohle wird zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff (siehe Synthesegas) umgewandelt, der Wasserstoff zur Energiegewinnung verbrannt und Kohlenstoffmonoxid anschließend mit Wasserdampf zu Kohlenstoffdioxid umgewandelt.

Es ist technisch möglich, Kohlenstoffdioxid aus der Luft zu filtern. Aufgrund des hohen technischen Aufwands und der geringen Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre (ca. 400 ppm) ist es zudem sinnvoller, sich auf andere Kohlenstoffdioxid-Emissionsquellen zu konzentrieren, wie beispielsweise den Rauchgasen von Kraftwerken. Zur Abscheidung aus der Luft wurden verschiedene Verfahrensweisen entwickelt. Die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus der Luft ist durch Kondensation in kryogenen Prozessen, Membranabtrennung, Adsorption an Feststoffen oder Absorption in Lösungsflüssigkeiten möglich. Aufgrund des geringeren Energieaufwands gelten die Adsorption- und Absorptionsprozesse als die aussichtsreichere Technologie.

Lagern

Durch natürliche Prozesse wird fortlaufend Kohlenstoff aus der Atmosphäre gebunden, beispielsweise durch den Einbau in Bäumen, in Böden oder in den Ozeanen. Viele CCS-Technologien basieren darauf, dass das Kohlenstoffdioxid nach der Abscheidung im geologischen Untergrund gelagert wird. Dies wird auch als geologische Speicherung bezeichnet. Dabei wird Kohlenstoffdioxid in geeignete geologische Formationen geleitet, wo es mit Mineralen reagiert und eine feste Phase bildet (z.B. Carbonate) oder im gasförmigen Aggregatzustand eingelagert wird.

Als mögliche Lagerstätten werden salzwasserführende Aquifere diskutiert, aber auch versiegte Erdgas- und Erdöllagerstätten. Bei der Speicherung von Kohlenstoffdioxid ist es wichtig, Leckagen zu vermeiden, da Kohlenstoffdioxid ab einer Konzentration von etwa 8 % - 10 % in der Atemluft tödlich wirkt.

Neben der geologischen Speicherung kann das abgeschiedene Kohlenstoffdioxid auch als Rohstoff in der Industrie verwendet werden, was als CCU (englisch für carbon capture and usage) bezeichnet wird. Der Kohlenstoff wird somit in den entstehenden Produkten gelagert. Aus Kohlenstoffdioxid kann beispielsweise synthetisches Öl hergestellt werden, welches zu e-Kraftstoffen oder Kunststoffen verarbeitet werden kann.

Fazit

Auch wenn CCS-Technologien heutzutage im Interesse von Staaten und wissenschaftlichen Einrichtungen stehen, gibt es derzeit erst sehr wenige CCS-Projekte in größerem Maßstab. Als Grund hierfür können vor allem die hohen Investitionskosten angesehen werden.