Kohlenstoffabscheidung bleibt schwer fassbar

Am 1. Oktober pumpte ein Kohlekraftwerk in West Virginia, das von American Electric Power (AEP) betrieben wird, als erstes Kraftwerk in den USA einen Teil seiner Kohlendioxidemissionen unter die Erde. Gleichzeitig lenkt das US-Energieministerium Milliarden Dollar in die CO2-Abscheidung und -Sequestrierung. Und FutureGen, ein von der Regierung unterstütztes Projekt zum Bau des ersten emissionsfreien Kohlekraftwerks, wird voraussichtlich aus der Asche auferstehen.

Nimm das auf : Eine von American Electric Power und Alstom betriebene Anlage zur CO2-Abscheidung und -Sequestrierung im Mountaineer-Kraftwerk in New Haven, WV.

Auf den ersten Blick sieht es so aus, als ob die Kohlenstoffabscheidung und -sequestrierung (CCS) auf dem Weg ist, saubere Kohle Wirklichkeit werden zu lassen. In den USA steht jedoch kein CCS-Betrieb im kommerziellen Maßstab kurz vor dem Abschluss, und Experten sagen, dass sich die Dinge wahrscheinlich nicht ändern werden, bis ein Marktpreis für Kohlendioxid festgelegt ist.

Bis es einen Markt gibt, wird die Technologie nicht abheben, sagt Howard Herzog , leitender Forschungsingenieur der MIT Energy Initiative. Es ist erstaunlich, dass es so viele Projekte gibt wie heute; es sind alles Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die mit Fördermitteln gefördert werden.

Der American Recovery and Reinvestment Act von 2009 stellte 3,4 Milliarden US-Dollar an Bundesmitteln für CCS-Projekte bereit, darunter 1 Milliarde US-Dollar für FutureGen und mehr als 1 Milliarde US-Dollar für andere kommerzielle Operationen. Doch auch mit diesem Geld bleiben erhebliche Hürden.

Laut Tom Williams, einem Sprecher des Energieversorgungsunternehmens Duke Energy, das kürzlich 17 Millionen US-Dollar in die Erforschung der Kohlenstoffabscheidung in einem Kohlevergasungskraftwerk in Edwardsport, IN, investiert hat, sind eine Reihe technischer Herausforderungen zu meistern Bundesmittel zur Weiterentwicklung der Abscheidungs- und Sequestrationstechnologie in der Anlage. Zulässige Herausforderungen, Ablagerungsherausforderungen, geologische Herausforderungen und Effizienzherausforderungen müssen alle herausgefunden werden, sagt Williams.

Eine der geologischen Herausforderungen für Duke Energy und andere, die CCS untersuchen, besteht darin, sicherzustellen, dass der Druck in Reservoirs tief unter der Erdoberfläche nicht zu hoch ansteigt, wenn Kohlendioxid injiziert wird. Es gibt nur ein bestimmtes sicheres Niveau, auf das man den Druck erhöhen kann, bevor man sich mit Seismizität befasst, sagt Herzog.

Ernest Majer , Seismologe am Lawrence Berkeley National Laboratory, informierte im September Mitglieder des US-Senats über diese potenziellen Gefahren. Er sagt, dass das Pumpen von unter Druck stehendem, flüssigem Kohlendioxid in den Untergrund das Potenzial hat, kleinere Erdbeben zu verursachen, obwohl dies bei richtiger Standortauswahl und Injektionsraten kein Problem sein sollte. Wenn man große Mengen in eine aktive Störung einspeist, dann ja, dann gibt es Probleme, aber wir versickern seit Jahren problemlos Abwasser aus Kommunen, sagt er. Sie müssen es nur richtig konstruieren.

Dies bedeutet insbesondere, zuverlässige Überwachungssysteme zu implementieren, um die Bewegung von Kohlendioxid tief unter der Erde zu verfolgen. Sensoren, die in Öl- und Gasfeldern verwendet werden, sind für diesen Zweck gut entwickelt, obwohl kostengünstigere Überwachungssysteme die Kohlendioxid-Sequestrierung für Kohlekraftwerke kostengünstiger machen würden.

Jedes Mal, wenn Sie einen Sensor Tausende von Fuß tief platzieren, muss ein Bohrloch gebohrt werden, das je nach Tiefe und Durchmesser zwischen 5 [Millionen] und 10 Millionen Dollar kosten kann, sagt Ken Humphreys von der FutureGen Alliance. Laut Humphreys befinden sich derzeit weniger teure Systeme wie akustische Sensoren, die die Bewegung von Kohlendioxid von der Oberfläche überwachen, in der Entwicklung.

Da Ingenieure neue Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -sequestrierung entwickeln, können technische Rückschläge unvermeidlich sein. AEP, das Versorgungsunternehmen, das am 1. Oktober damit begann, 2 Prozent seiner Kohlendioxidemissionen in den Untergrund zu pumpen, hatte gehofft, früher mit der Sequestrierung beginnen zu können, aber das Projekt verzögerte sich, als Sensoren einen höheren Feuchtigkeitsgehalt als erwartet im Kohlendioxid zeigten. Enthält das Flüssiggas zu viel Wasser, kann sich Kohlensäure bilden, die die Stahlrohre angreift, mit denen es unter Tage transportiert wird.

Um den Wassergehalt auf ein sicheres Niveau zu senken, müsste das Kohlendioxid weiter abgekühlt werden, um Wasser durch Niederschlag zu entfernen, bevor es in den Untergrund gepumpt wird. Zusätzliche Tests ergaben jedoch, dass der Feuchtigkeitsgehalt falsch abgelesen worden war und tatsächlich innerhalb eines sicheren Bereichs lag.

Es gibt definitiv Kinderkrankheiten, es zum Laufen zu bringen, sagt Gary Spitznogle von AEP. Es ist einfach die Natur eines neuen Prozesses. Nicht alles funktioniert in der ersten Iteration richtig.

Die Cap-and-Trade-Gesetzgebung, die jetzt durch den Kongress geht, könnte dazu beitragen, Lösungen für viele der technischen Probleme zu beschleunigen, mit denen CCS immer noch konfrontiert ist. Eine der größten verbleibenden Fragen ist jedoch, ob genügend Reservoirs vorhanden sind, um das gesamte möglicherweise abgeschiedene Kohlendioxid zu speichern.

Die am besten untersuchten Lagerstätten sind ehemalige Öl- und Gaslagerstätten, die von Schichten aus nicht porösem Gestein bedeckt sind, die die Petrochemikalien über Millionen von Jahren tief unter der Erde eingeschlossen hielten. Doch von den geschätzten 3.947 Gigatonnen Kohlendioxidspeicherkapazität in den USA besteht nur 1 Prozent aus erschöpften Erdgas- und Ölvorkommen. Der überwiegende Teil der Kapazität – 3.630 Gigatonnen – besteht aus tiefen Salzformationen, die weniger genau untersucht wurden.

Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem es kein Problem gibt, Millionen Tonnen pro Jahr zu verarbeiten, aber um das Klimaproblem zu lösen, müssen wir Milliarden Tonnen oder Gigatonnen pro Jahr produzieren, und in dieser Größenordnung wird die Speicherung zu einem echten Problem, sagt Herzog.

Majer vom Lawrence Berkeley National Laboratory sagt, dass kleine Tests wie das Pilotprojekt von AEP einen großen Beitrag zur Bestimmung der Lebensfähigkeit der Lagerung in salzhaltigen Grundwasserleitern leisten werden. Wir kennen noch nicht alle Antworten, aber wir wissen ziemlich genau, wie wir die Antworten bekommen, sagt er. Und wer weiß, vielleicht lautet die Antwort immer noch, es wird nicht funktionieren.

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