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veröffentlicht 02.11.2010

Dr. Hans-Joachim Schneider

Möglichkeiten der CO2 Einlagerung in Salzkavernen

1. Vorbemerkung

Im Zusammenhang mit der aktuellen Klimadiskussion werden Konzepte zur CO2 Einlagerung in tiefen geologischen Formationen u.a. Salzkavernen diskutiert. In dieser Diskussion fällt auf, dass offenkundig die Verantwortlichen in Politik und Wirtschaft in unverantwortlicher Weise im ”Main Stream„ der Klimadiskussion mit schwimmen ohne die Sachverhalte in der gebotenen Sorgfalt zu prüfen und zu überdenken, sowohl was die technische Machbarkeit als auch was die wirtschaftlichen Folgen anbetrifft.
Überlegungen CO2 in Salzkavernen einzulagern, sind nicht neu sondern wurden bereits in den 80ziger Jahren geprüft und wurden aufgrund der begrenzten Kapazitäten an Kavernenhohlraum schon zu dieser Zeit verworfen. Es gibt jedoch auch neben ökonomischen auch physikalische Gründe, die eine dauerhafte Einlagerung von CO2 in Salzkavernen nicht zulassen.

2. Speicherkapazität von Öl und Gas in Salzkavernen in der Bundesrepublik Deutschland

In der Bundesrepublik Deutschland sind 149 Kavernenspeicher mit einer Gasspeichermenge von 8509 Mill.m³ (Vn) nach dem Stand 1. Januar 2005 in Betrieb und weitere 51 in Planung und Bau mit einem weiteren Speichervolumen von 4 463 Mill. m³ (Vn), so dass sich insgesamt ein Speichervolumen 12 979 Mill. m³ (Vn) ergibt. Weitere 111 Kavernen werden zur Speicherung von Rohöl, Mineralölprodukten und Flüssiggas aus Gründen der Bevorratung betrieben. Salzkavernen werden im Lösungsbergbau soltechnisch hergestellt. Die Technologie wurde in den 30siger Jahren des letzten Jahrhunderts von der DEA entwickelt und von der Kavernenbau- und Betriebsgesellschaft mbH in den letzten Jahrzehnten zur weltweit nutzbaren Großtechnologie weiterentwickelt. Die Kavernen werden überwiegend in den mächtigen Salzformationen des Zechsteins (Na 2) gesolt. Bei der soltechnischen Herstellung von 1 m³ Kavernenhohlraum fallen ca. 6 m³ Salzsole an, die entsorgt werden müssen. Da eine Einleitung von Salzsole in Vorfluter aus Umweltschutzgründen nicht möglich ist, stellt die Frage der Solebeseitigung neben der geologischen Beschaffenheit des Salzgebirges ein Hauptproblem der Kavernenherstellung dar. Die meisten Kavernen werden deshalb in Küstennähe gebaut, da hier die Sole direkt ins Meer abgeleitet werden kann. Im Landesinnern wurde die Sole in der Vergangenheit in aufgelassene Salzbergwerke eingelagert.
Die Möglichkeiten der Herstellung von Salzkavernen im Landesinnern sind daher begrenzt. Die Standorte in Küstennähe sind jedoch prioritär zur Öl- und Gasspeicherung vorbehalten, da die Speicherung von Gas in Salzkavernen vielfache Vorteile gegenüber Porenspeichern bietet, wie z.B. keine Gasverluste durch Kissengas, keine aufwendige Gasreinigung, schnelle Ein- und Auslagerungsmöglichkeiten u.a.m..
Angesichts des immer noch wachsenden Bedarfs an Gasspeichern verbietet sich eine konkurrierende Einlagerung von CO2 schon aus Gründen der Kapazität und Machbarkeit. Bei der jährlich anfallenden Menge von 2 670 Mill. m³ (Vn) CO2 sind jegliche Überlegung der Einlagerung von CO2 in Salzkavernen ohnehin obsolet.
Speicherkapazität von Gas in Aquiferspeichern und aufgelassenen Öl- und Gasfeldern
Für die Speicherung von Erdgas werden in der Bundesrepublik Deutschland 23 Gasspeicher (Stand Januar 2005) mit einer Speicherkapazität von 23 358 Mill. m³ (Vn) betrieben. Zwei weitere befinden sich mit einer Kapazität von 260 Mill. m³ (Vn) in Planung und im Bau. Bei den 23 Speichern handelt es sich um 12 ehemalige Gaslagerstätten, um 3 ehemalige Öllagerstätten sowie um 8 Aquiferspeicher.
Der Bau von Aquiferspeichern ist in der Regel mit einem großen technischen Aufwand und den damit verursachten hohen Kosten verbunden, da die Speicherkapazität und Dichtheit der Aquiferstruktur nachgewiesen werden müssen. Eine Einlagerung von CO2 in aufgelassene Ölfelder verbietet sich angesichts des noch in der Lagerstätte befindlichen Restöls, das u.U. zukünftig noch im Rahmen von Sekundärfördermaßnahmen gewonnen werden kann. Mit einer Gesamtförderung von ca. 500 Mrd. m³ (Vn) Erdgas in Deutschland erscheint eine Einlagerung in aufgelassene Gasfelder aus Kapazitätsgründen möglich. Die aufgelassenen Gasfelder müssten jedoch wieder neu erschlossen werden, da die Zugangsbohrungen im Rahmen der Stilllegung bzw. Betriebsabschlussplänen in der Regel verfüllt wurden.
Die Nutzung von Aquiferspeichern zur Einlagerung von CO2 erscheint angesichts der hohen Planungs- und Baukosten wirtschaftlich wenig sinnvoll.

3. Warum Salzkavernen zur Endlagerung von CO2 nicht geeignet sind

Salzkavernen eignen sich neben den oben beschriebenen Kapazitäts- und Machbarkeitsgründen auch aus physikalischer und geotechnischer Sicht nicht zur Endlagerung von CO2. In den Teufenlagen der Salzkavernen von 600 bis 1000 m u.G.O.K. herrscht eine Umgebungstemperatur von 50° bis 80° C. In diesem Temperaturbereich liegt CO2 nach dem Phasendiagramm jenseits des kritischen Punktes nur noch gasförmig vor, d. h. eine Einlagerung in flüssiger Form ist nicht möglich. Gas kann in Kavernen je nach Teufenlage und Kavernenform bis ca. 300 bar gespeichert werden. Aufgrund seines viskoplastischen Verhaltens fließt das Salz jedoch in den Kavernenhohlraum, was geotechnisch als Konvergenz bezeichnet wird. Dies verursacht einen Schwund des Kavernenhohlraums von ca. 1% pro Jahr. Bei einem festen Verschluss der Kaverne im Sinne einer Endlagerung würde diese Konvergenz einen fortwährenden Druckanstieg des eingelagerten Gases verursachen, was letztlich am Kavernendach zu einem Aufreisen des Salzgebirges und zur Leckage der Kaverne führen würde. Dieser Vorgang wird als hydraulisch bzw. pneumatisch induzierter Bruch bezeichnet. Bei Öl- und Gaskavernen wird der Volumenschwund der Kaverne im Betrieb durch Produktentnahme ausgeglichen.
Eigenschaften, Vorkommen und Anwendungen von CO2 Kohlendioxid CO2 ist ein Bestandteil der Atmosphäre mit einem Anteil von 0,03 Vol.%. Es ist geogenen Ursprungs in Vulkangasen sowie in Erdgasen, in natürlichen Mineralwässern u.a.m. Es fällt an bei der Atmung von Tieren und Pflanzen (Dissimilation) und wird umgekehrt bei der Photosynthese als Ausgangsstoff unter Aufnahme von Lichtenergie von Pflanzen verarbeitet. CO2 ist ein wesentlicher Bestandteil von Abgasen in Verbrennungsprozessen von Kohle und Kohlenwasserstoffen. Neben der Verbrennung fällt es in weiteren industriellen Prozessen z.B. des Kalkbrennens sowie bei chemischen Verarbeitung von Erdöl und Erdgas als Abgas an. Kohlendioxid ist außerdem ein Nebenprodukt in allen Gärungsprozessen, der Verrottung und tritt u.a. in hohen Konzentrationen in Deponiegasen, bei der Biogaserzeugung sowie der alkoholischen Gärung auf.
Kohlendioxid ist ein farbloses Gas von leicht säuerlichem Geruch und Geschmack. Es ist weitestgehend reaktionsträge, nicht brennbar und 1,5 mal schwerer als Luft. In vielfacher Hinsicht ist Kohlendioxid heute ein wichtiges Nutzgas unserer modernen Zivilisation. CO2 wird in großem Maße im Explosions- und Brandschutz eingesetzt, aber auch bei der Frischhaltung von Lebensmitteln, bei der Lagerung von Gemüse und Obst, bei der Schädlingsbekämpfung, als Schutzgas beim Lichtbogenschweißen, für die Neutralisationsreaktion von Abwässern und der Anreicherung der Atmosphäre in Gewächshäusern.
CO2 bzw. die Zunahme von CO2 in der Atmosphäre wird als Hauptverursacher für die Klimaerwärmung verantwortlich gemacht. In der wissenschaftlichen Forschung konnten bislang noch keine eindeutigen Beweise zu dieser These erzielt werden. Die Diskussion zu dieser These zwischen den einzelnen wissenschaftlichen Disziplinen, hier vor allem der Paläoklimatologie und der Meteorologie, hat den Boden einer seriösen wissenschaftlichen Wahrheitsfindung verlassen und Züge eines religiös geführten Glaubenskrieges angenommen, in dem inzwischen ein erbitterter Kampf um die Meinungshoheit in der Öffentlichkeit geführt wird, der uns bis in die Abendnachrichten verfolgt.
Die Politik, insbesondere in Deutschland, hat sich dieses Themas, trotz mangelnder Sachkenntnis –Naturwissenschaftler und Ingenieure sind in unseren Parlamenten unterrepräsentiert- unter dem Schlagwort Klimaschutz für die eigene politische Profilierung zu eigen gemacht. In dieser zwischenzeitlich mit öffentlichen Beschimpfungen und Verunglimpfungen aufgeheizten öffentlichen Klimadiskussion zwischen „Klimaleugnern“ und „Klimaschützern“ werden politische insbesondere energiewirtschaftliche Konzepte zur CO2 Reduzierung diskutiert, ohne die daraus entstehenden katastrophalen wirtschaftlichen Folgen für Deutschland, seine Bevölkerung und seine Wirtschaft zu prüfen.

4. Technische Risiken der Endablagerung von CO2

Die Einlagerung von CO2 in unterirdische Porenspeicher birgt einige technische Risiken, die sich aus seinen Eigenschaften ergeben. Diese liegen zum einen im Handling und im Transport des Gases von Kraftwerk bis zum Einlagerungsspeicher, zum andern im Speicher selbst. Da CO2 schwerer als Luft ist, sammelt es sich bei einer Leckage an der Erdoberfläche in morphologischen Senken. Je nach Menge des ausströmenden CO2 und Größe der Senke kann dies zum Erstickungstod alles animalischen Lebens führen.
Untertage stellt sich vor allem die Frage der Dichtheit des Speichers. Was passiert im Falle einer Leckage des Porenspeichers? Dieser lässt sich mit wirtschaftlichen und technischen vertretbaren Mitteln nicht dichten, außer dass er völlig entleert wird. Aber wohin wird das CO2 bei einer Leckage entsorgt?
Im Falle einer Undichtigkeit des Speichers migriert das CO2 durch das überlagernde Deckgebirge und führt in den obersten Erdschichten zu Vegetationsschäden, was sich am Beispiel von begrünten und nicht oberflächengedichteten Deponien gut beobachten lässt. Es reichert sich außerdem an der Erdoberfläche an und kann zu den oben beschrieben mortalen Folgen für das animalische Leben führen.
Leckagen des Speichers können vielfache Ursachen haben. Diese können nicht nur in der geologischen Struktur und in der Dichtheit des überlagernden Deckgebirges liegen, sondern auch in den bergmännisch geschaffenen Zugängen wie Bohrungen oder in hydraulisch induzierten Fracs zur Erhöhung der Förderkapazität u.a.m..
CO2 reagiert in wässeriger Lösung zu Kohlensäure, die wiederum die Zementationen der Zugangsbohrungen insbesondere alter Förderbohrungen zersetzen und somit Migrationsmöglichkeiten für Gas schaffen kann. Die Risken bzw. Störfallszenarien und Maßnahmen zur Gefahrenabwehr werden m.E. in den derzeitigen Forschungsvorhaben zu dem Thema der CO2 Speicherung nicht in der gebotenen Sorgfalt geprüft.

5. Wirtschaftliche Risiken der Endlagerung von CO2

Offensichtlich wird dem Thema der Kosten der CO2 Speicherung nur wenig Bedeutung zugemessen, da nur wenige belastbare Angaben vorliegen.
Die Kostenlawine kommt bereits bei der CO2 Abscheidung aus den Abgasen des Kohlekraftwerks ins Rollen, da mit der CO2 Abscheidung eine Reduktion des Wirkungsgrades der Anlage um 25 bis 30% verbunden ist. D.h. für die gewünschte Produktionsmenge an Strom müssten 25 bis 30 % mehr Anlagenkapazität vorgehalten werden.
Für den Transport des CO2 von der Spaltanlage zum Einlagerungsspeicher ist eine aufwendige Infrastruktur von Pipelineanlagen vorzuhalten, da anderweitige Transportmittel für diese Mengenströme etwa Eisenbahnkesselwagen oder LKW Tankwagen nicht geeignet sind. Die Schaffung einer vernetzten Infrastruktur von Pipelines von den einzelnen Kraftwerken zu den Speichern hätten Investitionskosten in 2 bis 3stelliger Milliardenhöhe zur Folge, ganz abgesehen von dem immensen Planungsaufwand und den Schwierigkeiten bei der bautechnischen Umsetzung mit voraussichtlich unendlichen juristischen Auseinandersetzungen von Einsprüchen betroffener Anlieger und Grundstückseigentümer.
Weitere Kosten in mehrstelliger Millionenhöhe ergeben sich bei der Neuaufwältigung und Inbetriebnahme eines Speichers. Darüber hinaus müssen die Speicher auch nach Verfüllung noch auf Funktionstüchtigkeit langzeitig kontrolliert werden.
Die Speicherung von CO2 würde langfristig zu einer kostenintensiven Belastung der gesamten Volkswirtschaft führen, die nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit des Industriestandortes Deutschland vernichtet, sondern auch eine Deindustrialisierung zur Folge hätte, die Henry Morgenthau nicht besser hätte bewerkstelligen können.

6. Sinnvolle Einsparpotentiale von CO2

Nach den derzeit zur Verfügung stehenden wissenschaftlichen Erkenntnissen, ist eine seriöse Beweisführung, dass die Welterwärmung auf 2°C durch anthropogene Maßnahmen begrenzt werden kann, nicht möglich. Selbst unter zugrunde Legung „eines vorbeugenden Klimaschutzes“ bei dem sich die Politik und Wirtschaft aus Vorsorge für eine CO2 Einsparung aussprechen, ist eine sorgfältige Kosten-Nutzen Abwägung der einzusetzenden Mittel und Wege angezeigt. Der deutscher Alleingang, wie er nach dem Scheitern der Klimakonferenz in Kopenhagen quasi als weltweites umweltpolitisches Musterprojekt von der Politik propagiert wird, ist angesichts des vernachlässigbar geringen Einflusses der deutschen CO2 Einsparungen auf das Weltklima, wie dies selbst von der Fraktion der „Klimaschützer“ eingeräumt wird, sinnlos. Vorbeugende Maßnahmen zum „Klimaschutz“ durch CO2 Reduktion sind nur sinnvoll, wenn sie in grenzüberschreitenden Betrachtungen also weltweit angestellt werden. Hierbei spielen selbstverständlich der Entwicklungsstand bzw. die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten der einzelnen Weltregionen für die Wahl der Maßnahmen eine wesentliche Rolle.
Vor diesem Hintergrund sind Überlegungen CO2 in unterirdischen Speichern „endzulagern“ eine sinnlose Verschwendung unserer volkswirtschaftlichen Ressourcen, da hier im wahrsten Sinne des Wortes nutzlos Geld vergraben wird, anstelle es im Wirtschaftskreislauf wieder sinnvoll einzusetzen.
Wie die Umstellung der Energiewirtschaft nach der Wende in den neuen Bundesländern durch den Bau hochmoderner Braunkohlenkraftwerke mit ausgezeichnetem Wirkungsgraden gezeigt hat, lassen sich durch den Ersatz alter und wenig effizienter Kraftwerksanlagen hohe Einsparungen an CO2 erzielen. Die überfälligen Investitionen in neue Kohlenkraftwerke sind auch angesichts der überalterten Anlagen in den alten Bundesländern sinnvoll angelegtes Kapital. Grenzüberschreitend bietet sich weiterhin an die veralteten Anlagen in den EU Mitgliedsländern Polen, Tschechei, Slowakei, Bulgarien, Rumänien sowie anderen ehemaligen Ostblockländern wie Serbien, Ukraine u.a.m., deren Energieversorgung noch weitestgehend auf der eigenen Braunkohlen- bzw. Steinkohlenförderung basiert, zu erneuern.
Eine billige und leicht zu erzielende Maßnahme zur CO2 Reduzierung bietet in Deutschland der Verkehrsbereich durch die Herstellung eines laminaren Verkehrsflusses. In unserem Land werden ca. 15 bis 20% unseres Treibstoffbedarfs im Individualverkehr in Verkehrsstaus nutzlos in die Luft geblasen. 80 % dieser Verkehrstaus werden durch turbulente Verkehrsströme bzw. durch unterschiedliche Geschwindigkeiten im Individualverkehr verursacht. Solange die Politik in Deutschland nicht bereit ist diese heilige Kuh der Geschwindigkeitsbegrenzung auf unseren Autobahnen, die inzwischen in jedem unserer Nachbarländer praktiziert wird, zu schlachten, was mit äußerst geringem Kostenaufwand zu realisieren wäre, verliert die Politik in Sachen Klimaschutz jedwede Glaubwürdigkeit.
Die jetzt propagierte Gebäudesanierung, die mit einem hohen Kostenaufwand verbunden sein wird, erzielt deutlich weniger Erfolg in der Kosten-Nutzen Relation zur CO2 Reduktion.

7. Bewertung

In der 70ziger Jahren wurde durch die Regierung des Bundeskanzlers Schmidt unter dem Eindruck der Erdölkrise ein Energiekonzept entwickelt, das zukunftsweisend die Energieversorgung im Bereich der Primärenergie der Bundesrepublik Deutschland absichern sollte. In den vergangenen 4 Jahrzehnten hat keine Bundesregierung diese Thema wieder aufgriffen und sich ernsthaft mit der Energiesicherung des Standortes Deutschland auseinandergesetzt. Wer nun hoffte, dass die neue Bundesregierung mit ihrem „neuen“ Energiekonzept zukunftsweisende Maßstäbe setzt, sieht sich bitter enttäuscht. Allein schon die Tatsache, dass die jetzige Bundesregierung, die von der Regierung Schröder eingeführte organisatorische Fehlentwicklung der Zuständigkeit die ”erneuerbaren“ Energien im Umweltministerium und die konventionellen Energien im Wirtschaftsministerium anzusiedeln, nicht korrigiert hat, zeigt, dass hier weniger in der Sache als um die politische Profilierung gerungen wird. Auch im Konzept selbst ist nicht zu erkennen, wie zukünftig die Versorgung des Landes mit Primärenergie in dem wachsenden Konkurrenzkampf um Energieressourcen auf dem Weltmarkt abgesichert werden soll. Selbst in dem überschaubaren Bereich der Stromversorgung bleibt die Regierung eine verbindliche und nachvollziehbare Antwort schuldig, wie zukünftig das bisher praktizierte System der Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlastversorgung gestaltet werden soll. Bisher liegt noch keine nachvollziehbare Aussage der Politik und Wirtschaft vor, wie die Braunkohlen- und Kernkraftwerke, die unsere gesamte Grundlastversorgung mit einer Betriebsverfügbarkeit von über 90% bewerkstelligen, ersetzt werden können. Die zahlreichen Windmühlen in Niedersachsen verfügen gerade über 15 bis 20 % Laufzeit. Die durch die unregelmäßige Einspeisung von Windstrom verursachten Kosten durch den stand by Betrieb der Kraftwerke haben dazu geführt, dass in Niedersachsen kein Energieversorger mehr neue Kraftwerke bauen möchte.
Ein Energiekonzept, das langfristig darauf setzt, dass 30 bis 40 % des Strombedarfs importiert, kann kein Konzept zur Sicherung der Energieversorgung für einen Hochtechnologie-Industriestandort sein.
Die aktuelle Debatte zum Energiekonzept im Deutschen Bundestag war nahezu ausschließlich der Thematik der Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke und der CO2 Reduzierung gewidmet. Fragen der Energiesicherheit, der technischen Machbarkeit und der Wirtschaftlichkeit kamen so gut wie nicht vor.
Dies gibt Anlass zur Sorge in die Verlässlichkeit, Kompetenz und Seriosität von Politik und Ministerialbürokratie. Was ist zu tun?
Um diesen offenkundig unbedachten und planlosen „ökologischen Umbau“ unseres Landes nicht in einer wirtschaftlichen Katastrophe eines verspätet realisierten Morgenthau-Planes enden zu lassen, bedarf es einer offenen Auseinandersetzung mit diesen unrealistischen und ideologischen Phantastereien des politischen Main Streams.
Wir erleben seit ca. 2 Jahrzehnten einen dramatischen Verlust an technischer Fachkompetenz in unserer Gesellschaft. Wo früher Techniker in leitender Stellung unsere Wirtschaftsunternehmen führten, werden diese heute von Kaufleuten und Juristen ersetzt, die ihre Strategien nur auf kurzfristige Gewinnmaximierung ausrichten. Verantwortliches Handeln im Sinne langfristiger Entwicklungsstrategien für das Unternehmen und die Volkswirtschaft sind völlig ins Hintertreffen geraten.
Nicht viel besser ist es auf dem Felde der Politik bestellt. Unsere Parlamente sind heute mehrheitlich von Juristen, Kaufleuten, Politologen und Soziologen besetzt. Naturwissenschaftlicher und Techniker sind völlig unterrepräsentiert. Dasselbe gilt für die politischen Beratungsgremien, Ministerien und Fachbehörden. Bei der Besetzung von Stellen in unseren Ministerien und Fachbehörden wird heute der politischen Willfährigkeit eines Bewerbers ein höherer Stellenwert eingeräumt als seiner Fachkompetenz.
Öffentliche Appelle wie sie unlängst von einigen Wirtschaftführern in Sachen Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke in Tageszeitungen veröffentlicht wurden, nützen hier wenig. Was wir brauchen ist ein ernsthafter und realistischer Diskurs mit der Technikfeindlichkeit des öffentlichen Mainstreams und die Bedeutung der Technik für die wirtschaftliche Zukunft dieses Landes. Leider haben die technischen Verantwortträger im Bereich von Wirtschaft und Wissenschaft sich in der Vergangenheit nicht in dem erforderlichen Maße zu Wort gemeldet und deutlich Stellung bezogen.

Dies muss sich ändern!

Dr. Hans-Joachim Schneider