„Das CO2-arme Kohlekraftwerk“

(Mit einem Nachtrag vom 16.05.2009)

Durch Politik und Stromkonzerne geistern die Bezeichnungen „CO2-freies Kohlekraftwerk“ und „CO2-armes Kohlekraftwerk“.
Wenn 1 t Kohle vollständig mit dem Sauerstoff aus der Luft vereinigt wird, wird Energie frei und es entstehen ca. 3 t CO2 [Kohlendioxyd]. In einem Kohlekraftwerk wird Kohle verbrannt und mit der so erzeugten Hitze Dampf erzeugt, der eine oder mehrere Turbinen antreibt. Mit der Turbine wird dann ein Generator angetrieben, der elektrischen Strom erzeugt. Unabhängig davon, ob es sich dabei um ein altes, nicht modernisiertes Kohlekraftwerk („Dreckschleuder“) handelt oder um ein hochmodernes Kohlekraftwerk: Aus 1 t Kohle entstehen bei vollständiger Verbrennung immer über 3 t CO2. Es gibt also kein „CO2-armes Kohlekraftwerk“ oder gar „CO2-freies Kohlekraftwerk“. Mit diesen irreführenden Schlagzeilen wird nur umschrieben, dass das CO2, das normalerweise aus dem Kamin in die Atmosphäre entweicht, eingesammelt und unter die Erdoberfläche gebracht werden soll und so klimaneutral entsorgt wird.

Wir sind der Ansicht, dass es für den Klimaschutz und die Gesundheit der Menschen unbedingt erforderlich ist, alle Kohlekraftwerke auf den neuesten Stand zu bringen, dass es aber nach heutigem Stand der Technik in Deutschland keinen Sinn macht, das entstehende CO2 aufzufangen, sondern dass es besser ist, es in die Atmosphäre zu entlassen.

Wir haben zwar die Technik, das CO2 aus den Kohlekraftwerken einzusammeln und z. B. dort in die Erde zu pumpen, wo vorher Erdöl oder Erdgas gefördert wurde. Dazu benötigt man aber zusätzliche Energie, d. h. man müsste erheblich mehr Kohle verbrennen als zur Energiegewinnung notwendig ist. Außerdem gibt es u. E. keine Garantie dafür, dass das CO2 dann auch dort bleibt, wo es gelagert wurde. Sollte das CO2 in einigen 100 Jahren wieder entweichen, wäre dies sogar kontraproduktiv. Sollte das CO2 in einem bewohnten Gebiet plötzlich entweichen, kann es unter unglücklichen Umständen sogar zum Tod der Menschen in einer ganzen Region führen. Selbst in Erdformationen, in denen seit vielen Millionen Jahren Erdgas sicher eingeschlossen war, ist es auf Grund neuerer Forschungsergebnisse völlig unsicher, ob das eingelagerte CO2 dort auch lange genug bleiben wird.

Zusammengefasst gesagt, sind wir der Ansicht, dass auf den Bau angeblich „CO2-armer Kohlekraftwerke“ in Europa besser verzichtet wird und er in keinem Fall vom Staat subventioniert werden sollte.
(17.01.2010: Leider ist die ARD-Sendung: „Monitor“ vom 05.02.2008, in der eine ähnliche Meinung vertreten wird, nicht mehr verfügbar. Als Ersatz siehe z. B. den Artikel in der „taz“ vom 24.11.2008 /Link/ oder /Link/ zu weiteren Infos.)

Unsere Bundeskanzlerin Angela Merkel (CDU) sollte als Physikerin wissen, dass die Technologie der CO2-Speicherung ein Irrweg ist. Es sei denn, ein Hellseher rechnet damit, dass in 100 Jahren, wenn alle fossilen Brennstoffe verbrannt sind, genügend neue Energiequellen, wie die Fusionsenergie, bereitstehen, um das gespeicherte CO2 zurückzuholen und in Prozessgas für die chemische Industrie umzuwandeln.
Wahrscheinlich ist die Idee nur geboren worden, um die Widerstände in der Bevölkerung gegen Kohlekraftwerke zu mindern. Nachdem der Neubau von Kernkraftwerken politisch nicht durchsetzbar zu sein scheint, kann die dadurch entstehende Stromlücke nur mit Hilfe von Kohlekraftwerken geschlossen werden. Alle anderen verfügbaren Energiequellen können – wenn überhaupt - nur langsam weiter ausgebaut werden oder sind wesentlich teurer (wie beispielsweise das Verfeuern von Erdgas).

Der folgende Text ist für die technisch interessierten LeserInnen oder für LeserInnen gedacht, die Argumentationshilfen suchen:

Ein hochmodernes Kohlekraftwerk weist gegenüber einem alten, nicht modernisierten Kohlekraftwerk folgende Vorteile aus:

  • Vollständige Verbrennung der Kohle: Die Kohle wird zu Staub gemahlen und wie Heizöl in einen Brenner geblasen. Die Verbrennung wird so gesteuert, dass keine Kohle unverbrannt bleibt und sich kein Kohlenmonoxid (CO), sondern nur Kohlendioxid (CO2) bildet, das nach außen gelangt. Kohlenmonoxyd bildet sich bei Schwelbränden, ist zwar geruchlos, aber giftig und kann mit der Luft explosive Gemische bilden.
  • Die in der Kohle enthaltenen Mineralien, die als Staub (Asche) den Verbrennungsraum verlassen, werden von Filtern aufgefangen. Der Staub ist nicht nur gesundheitsschädlich für die Atemwege, er enthält auch giftige Schwermetalle, die auf die Felder und ins Grundwasser und damit in die Nahrung gelangen können, wenn der Staub den Kamin verlassen würde.
  • Der verbrannte Schwefel wird an Kalk gebunden, es entsteht Gips.
  • Die in den Verbrennungsraum eingeleitete Luft besteht aus ca. 80% Stickstoff und ca. 20% Sauerstoff. Durch den Stickstoffanteil entstehen im Verbrennungsraum gasförmige Stickoxide, die mit einem Katalysator zurückverwandelt werden.
  • Der Wirkungsgrad ist wesentlich höher: Das bedeutet, dass man, um eine bestimmte Menge Strom zu erzeugen, weniger Kohle benötigt und dadurch weniger Abwärme entsteht.

Weil aber auch in modernen Kohlekraftwerken das o. g. nicht perfekt geschieht, gehen auch von solchen Kraftwerken erhebliche Gefahren für die Gesundheit aus (Schwermetalle, Schwefel- und Stickoxide, Stäube, Radioaktivität etc.).

Um das in Kohlekraftwerken entstehende CO2 klimaneutral zu entsorgen, soll nun das erzeugte CO2 eingesammelt, dann zu einer Lagerstätte gebracht und dort endgelagert werden. Dies erfordert folgende Maßnahmen:

Einsammeln des CO2

Das (moderne) Kohlekraftwerk soll so erweitert werden, dass auch das entstehende gasförmige CO2 aufgefangen und gespeichert wird. Man spricht dabei allgemein von der CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage), unabhängig davon, wie das im Einzelnen geschieht. Im Idealfall sollte dann nur noch der Stickstoff wieder in die Atmosphäre zurückkehren, in der Praxis kann jedoch nicht das gesamte entstehende CO2 eingefangen werden, sondern ein kleiner Teil (ca. 10 %) gelangt nach außen. Zum Auffangen des CO2 wird eine der im Folgenden beschriebenen drei Techniken benutzt, die für andere Anwendungen in der Industrie schon etabliert sind:

  • IGCC-Technologie (Integrated Gasification Combined Cycle)
    Die Kohle wird nicht im Kohlekraftwerk verbrannt, sondern in brennbares Gas umgewandelt. Die Technik dazu ist in der Chemieindustrie erprobt. Aus dem Gas wird das entstandene CO2 abgetrennt und eingesammelt. Das Verfahren hat eigentlich nur Sinn, wenn das gewonnene Gas in der Chemie oder als Treibstoff für Autos genutzt wird. Zum Verbrennen in Kraftwerken ist es zu kostbar. /Link/
  • Abtrennen des entstandenen CO2 nach der Verbrennung (Postcombustion Capture)
    Im „normalen“ Kohlekraftwerk wird zum Verbrennen der Kohle gewöhnliche Luft benutzt. Im Idealfall verbindet sich dabei der Sauerstoff der Luft mit der Kohle und der Stickstoff geht unverändert durch den Verbrennungsraum. Aus dem Kamin entweichen dann CO2 und Stickstoff. Das gasförmige CO2 lässt sich mit dafür geeigneten Flüssigkeiten relativ einfach aus dem Abgas auswaschen und kann dann eingesammelt werden. (Pilotanlage von Vattenfall in Brandenburg /Link/, CO2-Wäsche /Link/)
  • Trennung des Stickstoffs und des Sauerstoffs in der Luft
    Anstatt das Kohlekraftwerk mit Luft zu betreiben, kann es auch mit reinem Sauerstoff betrieben werden (Oxyfuel-Verfahren). Vorteil: Das Abgas enthält (idealerweise) nur noch CO2 und keinen Stickstoff mehr. D.h., das Abgas kann direkt eingesammelt werden. Nachteil der Methode: Das Trennen des Sauerstoffs und des Stickstoffs in der Luft ist sehr aufwendig und damit nicht mehr wirtschaftlich.

Fazit: Am wirtschaftlichsten ist zurzeit die an zweiter Stelle genannte Methode, nämlich das Auswaschen des CO2 aus dem Abgas.

Transport des CO2

Das eingesammelte CO2 muss zu seiner endgültigen Lagerstätte gebracht werden. Dazu wird u. E. nur eine Pipeline in Frage kommen. Der Transport in Behältern auf Zügen und Schiffen scheidet u. E. wegen der großen Mengen des erzeugten CO2 aus. Pipelines sind recht sicher, aber teuer.

Lagerung des CO2

Das Binden des CO2 an Mineralien scheidet aus, denn Mineralien, die dazu geeignet wären, kommen auf der Erde zu wenig vor. Das CO2 muss also in Endlager mit ausreichender Kapazität verbracht werden. Ein Endlager muss so beschaffen sein, dass das CO2 mit Sicherheit mindestens 1000 Jahre lang nicht in die Atmosphäre entweichen kann und vor allem, dass das CO2 unter keinen Umständen schnell entweichen kann. Als Endlager kommen in Frage

  • ausgediente Lagerstätten von Erdgas und Erdöl,
  • poröse Erdschichten, die nach oben durch eine gasdichte Erdschicht abgedeckt sind,
  • bestimmte geologische Formationen unter dem Meeresboden.

In Europa gibt es nur kleinere Lagerstätten von Erdgas und Erdöl in der Nordsee (Norwegen, Schottland). Diese werden bei weitem nicht für die Lagerung von CO2 ausreichen.

Poröse Erdschichten, die nach oben durch eine gasdichte Erdschicht abgedeckt sind, werden in Deutschland heute schon im großen Stil zur Lagerung von Erdgas benutzt. Deshalb braucht man z. B. keine Gasometer mehr. Allerdings wird das Erdgas darin nur für wenige Jahre gespeichert und nicht für 1000 Jahre. Zur Speicherung des in Deutschland erzeugten CO2 wäre ein wesentlich größeres Raumvolumen erforderlich.

Unter dem Meeresboden gibt es nach oben hin dichte Erdformationen, in die man das CO2 pumpen könnte. Wegen des Druckes in diesen Tiefen wird das CO2 dort flüssig, so dass man dort sehr viel CO2 unterbringen könnte. /Link/

Gründe, warum in Deutschland besser auf die Endlagerung des CO2 verzichtet werden sollte:

Das Einsammeln, der Transport und die Endlagerung kostet zusätzliche Energie. D.h., um eine Kilowattstunde Strom zu erzeugen, muss wesentlich mehr Kohle verbrannt werden als wenn man das CO2 in die Atmosphäre entlässt. Der zusätzliche Energieaufwand wird benötigt, um das CO2 aus dem Abgas zu trennen, um es durch die Pipeline zu pumpen und um es in ein Erdlager zu pressen. Der Kohleverbrauch würde erheblich ansteigen.

Die Kapazität möglicher Endlager in Deutschland ist begrenzt. Es besteht die Gefahr, dass Erdformationen undicht werden und dass das CO2 entweicht. Dann wären alle Anstrengungen vergeblich gewesen.

CO2 bildet mit Wasser Kohlensäure. Diese Säure ist zwar viel schwächer als etwa Schwefelsäure, könnte aber trotzdem in der Lage sein, langsam eine vorher dichte Erdformation anzugreifen und undicht zu machen. Diese Gefahr ist insbesondere bei der Endlagerung unter dem Meeresboden sehr groß. Es besteht der Verdacht, dass CO2 mit dem Salzwasser im oder unter dem Meer eine aggressive Mischung bildet. Falls CO2 nur langsam in die Erdatmosphäre gelangen würde, wäre zwar der Klimaschonungseffekt verloren, aber es wäre wenigstens nicht gesundheitsschädlich. Kommt es in kurzer Zeit aus der Erde, beispielsweise nach einem Erdbeben, dann kriecht es zunächst - da schwerer als Luft - auf der Erdoberfläche entlang. Da CO2 geruchlos ist, wird die eventuell dort wohnende Bevölkerung dies nicht wahrnehmen und durch das CO2 getötet.
Noch gefährlicher kann es sein, wenn das unter dem Meeresboden gelagerte CO2 ins Meerwasser gelangt. Das CO2 wird dann vom Meeresgrund ab im Meerwasser gelöst. Es kann dann nicht ausgeschlossen werden, dass durch einen kleinen, an sich ungefährlichen Erdstoß das gelöste CO2 schlagartig frei gesetzt wird, die Küstenregion überrollt und dort alles Leben ausrottet. Ein Beispiel für solch ein Szenario ist die Katastrophe am Nyos-See in Kamerun (Zentralafrika). Im August 1986 traten plötzlich große Mengen von CO2 aus dem See aus und töteten etwa 1700 Bewohner der umliegenden Dörfer /Link/. Das CO2 war hier vorher über viele Jahre langsam aus dem vulkanischen Untergrund ausgeströmt und hat sich im Wasser des Sees gespeichert. Sollte also CO2 unter dem Meeresboden gespeichert werden, müsste das Wasser über dem Meeresboden auf seinen CO2-Gehalt über die gesamte Lagerzeit ständig geprüft und, wenn dieser ansteigt, müsste u. U. das Endlager wieder geöffnet und das gesamte CO2 kontrolliert in die Atmosphäre abgelassen werden. Einen Vorgeschmack liefert gerade das „Snohvit-Projekt“ im norwegischen Hammerfest. Hier wird Erdgas gefördert: Das im Erdgas enthaltene CO2 sollte wieder unter den Meeresgrund zurückgepumpt werden. Weil dies aber misslang, musste das Erdgas gleichzeitig mit dem CO2 abgefackelt werden und zwar in Mengen, die ein Jahr als Treibstoff für den gesamten Autoverkehr in Norwegen gereicht hätte.

Nachtrag vom 16.05.2009: Selbst aus Erdformationen, in denen Erdgas seit vielen Millionen Jahren gespeichert war, kann das CO2 relativ schnell entweichen. CO2 kann sich nämlich im Unterschied zu Erdgas (hauptsächlich Methan) im Grundwasser - wenn vorhanden - lösen, dann mit dem Grundwasser im Untergrund weiterfließen und an anderer Stelle - u. U. viele 100 km vom ursprünglichen CO2-Lager entfernt - wieder zu Tage treten. D. h. während eine Wasserschicht oder eine nasse Gesteinsschicht eine ideale Abdichtung für ein Erdgaslager ist, ist eine solche Schicht für ein CO2-Lager dagegen nur selten geeignet. Der Nachweis, dass ein CO2-Lager auch in Zukunft dicht bleibt, dürfte kaum im Voraus zu führen sein, sondern erfordert ständige Überwachung. Wenn man dann feststellt, dass das in die Erde gepresste CO2 verschwindet, ist es jedoch zu spät. Das verschwundene CO2 hat sich dann auch nicht mit dem Gestein verbunden, wie manche Lobbyisten behaupten. Geeignetes Gestein, an das sich das CO2 anlagern könnte, kommt nämlich in der Natur nur in geringen Mengen vor.
Quelle: FAZ vom 13. Mai 2009 und Zeitschrift „Nature“, Bd. 458, S. 614, Ende des Nachtrages

In Einzelfällen mag das Pumpen von CO2 in die Erde technisch sinnvoll und vermutlich problemlos möglich sein. Vor allem in Fällen, wo das im Erdgas oder Erdöl vorhandene CO2 sofort an Ort und Stelle wieder in den Boden, aus dem es herkam, gepumpt wird. Das Risiko aber, wegen des Klimas CO2 aus Kohlekraftwerken zu speichern, ist u. E. zu hoch.

Vielleicht hat es einen Sinn, in Deutschland die Technologie zur Speicherung des CO2 zu entwickeln und an andere Länder zu verkaufen, in denen die Voraussetzungen dafür wesentlich günstiger sind. - Im Übrigen scheint uns der Verdacht nicht ganz abwegig zu sein, dass diese Technologie nur dazu dienen soll, Kohlekraftwerke, die die größten CO2-Erzeuger sind, „grün zu waschen“ und dafür noch Fördergelder und dann Emissionszertifikate einzuheimsen. Die Zeche zahlt dann - wie gewohnt - der Verbraucher über den Strompreis und die nachfolgenden Generationen, die nicht wissen, wie sie das CO2 sicher unter Verschluss halten sollen.

Unabhängig von den ungelösten technischen Problemen, müssten aus unserer Sicht auch eine Reihe rechtlicher Fragen gelöst werden: So sind Bürger heute oft allein gelassen, wenn sie durch ein von Menschen/Firmen ausgelöstes Unglück oder einen Schaden betroffen werden. Das in Deutschland praktizierte Verursacherprinzip - nämlich, wer den Schaden verursacht hat, weil er gegen Vorschriften/Gesetze verstoßen hat, muss dafür haften - ist für die Bewältigung von Großschäden, insbesondere wenn sie verzögert auftreten, völlig ungeeignet. Hinzu kommt eine häufig unklare oder sogar teilweise gegen den Bürger gerichtete Gesetzgebung und eine überforderte Justiz, die heute schon nicht in der Lage ist, für faire und gerechte Gerichtsverfahren zu sorgen. Schon aus diesen Erfahrungen heraus sind viele Deutsche misstrauisch gegenüber neuer Technik. Im Fall der CO2-Speicherung wohl zu Recht.
04.01.2009 gmr

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