Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung - Bioenergy with carbon capture and storage

Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung ( BECCS ) ist der Prozess der Gewinnung von Bioenergie aus Biomasse und der Abscheidung und Speicherung des Kohlenstoffs und damit der Entfernung aus der Atmosphäre . Der Kohlenstoff in der Biomasse stammt aus dem Treibhausgas Kohlendioxid (CO ₂ ), das beim Wachstum der Biomasse der Atmosphäre entzogen wird. Energie wird in nützlicher Form (Strom, Wärme, Biokraftstoffe usw.) gewonnen, indem die Biomasse durch Verbrennung, Vergärung, Pyrolyse oder andere Umwandlungsverfahren verwertet wird. Ein Teil des Kohlenstoffs in der Biomasse wird in CO ₂ oder Biokohle umgewandelt, die dann durch geologische Sequestration bzw. Landanwendung gespeichert werden kann , was die Entfernung von Kohlendioxid ermöglicht und BECCS zu einer Technologie mit negativen Emissionen macht.

Der IPCC Fünfte Assessment Report des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) schlägt einen potenziellen Bereich negativer Emissionen von BECCS von 0 bis 22 Giga Tonnen pro Jahr. Im Jahr 2019 setzten fünf Anlagen weltweit aktiv BECCS-Technologien ein und erfassten jährlich etwa 1,5 Millionen Tonnen CO ₂ . Der breite Einsatz von BECCS wird durch die Kosten und die Verfügbarkeit von Biomasse eingeschränkt.

Negative Emission

Kohlenstoffflussschema für verschiedene Energiesysteme.

Der Hauptvorteil von BECCS liegt in seiner Fähigkeit, zu negativen CO ₂ -Emissionen zu führen . Durch die Abscheidung von Kohlendioxid aus Bioenergiequellen wird CO ₂ effektiv aus der Atmosphäre entfernt.

Bioenergie wird aus Biomasse gewonnen, die eine erneuerbare Energiequelle ist und während ihres Wachstums als Kohlenstoffsenke dient. Bei industriellen Prozessen gibt die verbrannte oder verarbeitete Biomasse das CO _{2 wieder} an die Atmosphäre ab. Das Verfahren führt somit zu einer Netto-Null-Emission von CO ₂ , obwohl dies in Abhängigkeit von den Kohlenstoffemissionen, die mit dem Wachstum, dem Transport und der Verarbeitung von Biomasse verbunden sind, positiv oder negativ verändert werden kann, siehe unten unter Umwelterwägungen. Die Technologie zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) dient dazu, die Freisetzung von CO ₂ in die Atmosphäre abzufangen und in geologische Speicherorte umzuleiten. CO _{2 aus} Biomasse wird nicht nur aus Biomassekraftwerken freigesetzt, sondern auch bei der Herstellung von Zellstoff zur Papierherstellung und bei der Herstellung von Biokraftstoffen wie Biogas und Bioethanol . Auch bei solchen industriellen Prozessen kann die BECCS-Technologie eingesetzt werden.

BECCS-Technologien fangen Kohlendioxid in geologischen Formationen auf semi-permanente Weise ein, während ein Baum seinen Kohlenstoff nur während seiner Lebensdauer speichert. Der IPCC-Bericht über die CCS-Technologie prognostiziert, dass mehr als 99% des durch geologische Sequestration gespeicherten Kohlendioxids wahrscheinlich mehr als 1000 Jahre an Ort und Stelle bleiben werden. Während andere Arten von Kohlenstoffsenken wie Ozean, Bäume und Boden das Risiko von negativen Rückkopplungsschleifen bei erhöhten Temperaturen bergen können, wird die BECCS-Technologie wahrscheinlich eine bessere Beständigkeit bieten, indem sie CO ₂ in geologischen Formationen speichert .

Industrielle Prozesse haben zu viel CO ₂ freigesetzt , um von konventionellen Senken wie Bäumen und Böden absorbiert zu werden, um niedrige Emissionsziele zu erreichen. Zusätzlich zu den derzeit akkumulierten Emissionen werden in diesem Jahrhundert selbst in den ambitioniertesten Niedrigemissionsszenarien erhebliche zusätzliche Emissionen entstehen. BECCS wurde daher als Technologie vorgeschlagen, um den Emissionstrend umzukehren und ein globales System negativer Nettoemissionen zu schaffen. Dies impliziert, dass die Emissionen nicht nur null, sondern negativ wären, so dass nicht nur die Emissionen, sondern die absolute Menge an CO ₂ in der Atmosphäre reduziert würde.

Anwendung

Kosten

Das IPCC gibt an, dass die Schätzungen der BECCS-Kosten zwischen 60 und 250 US-Dollar pro Tonne CO _{2 liegen} .

Untersuchungen von Rau et al. (2018) schätzt, dass elektrogeochemische Methoden zur Kombination von Salzwasserelektrolyse mit mineralischer Verwitterung, die durch Elektrizität aus nicht fossilen Brennstoffen angetrieben werden, im Durchschnitt sowohl die Energieerzeugung als auch die CO ₂ -Entfernung im Vergleich zu BECCS um mehr als das 50-fache steigern könnten, bei gleichem oder sogar gleichem niedrigere Kosten, aber weitere Forschung ist erforderlich, um solche Methoden zu entwickeln.

Technologie

Die Haupttechnologie zur CO ₂ -Abscheidung aus biotischen Quellen verwendet im Allgemeinen dieselbe Technologie wie die Kohlendioxid-Abscheidung aus konventionellen fossilen Brennstoffquellen. Im Großen und Ganzen gibt es drei verschiedene Arten von Technologien: Nachverbrennung , Vorverbrennung und Oxy-Fuel-Verbrennung .

Oxy-Verbrennung

Übersicht über die Oxy‐Fuel‐Verbrennung zur Kohlenstoffabscheidung aus Biomasse mit Darstellung der wichtigsten Prozesse und Phasen; in der Dehydratisierungsstufe ist wahrscheinlich auch eine gewisse Reinigung erforderlich.

Die Oxy-Fuel-Verbrennung ist ein übliches Verfahren in der Glas-, Zement- und Stahlindustrie. Es ist auch ein vielversprechender technologischer Ansatz für CCS. Bei der Oxy‐Fuel‐Verbrennung besteht der Hauptunterschied zur konventionellen Luftfeuerung darin, dass der Brennstoff in einem Gemisch aus O ₂ und recyceltem Rauchgas verbrannt wird. Das O ₂ wird von einer Luftzerlegungsanlage (ASU) erzeugt, die das atmosphärische N ₂ aus dem Oxidationsmittelstrom entfernt . Durch die Entfernung des N ₂ vor dem Prozess entsteht ein Rauchgas mit einer hohen Konzentration an CO ₂ und Wasserdampf, wodurch eine Nachverbrennungsanlage überflüssig wird. Der Wasserdampf kann durch Kondensation entfernt werden, so dass ein Produktstrom aus relativ hochreinem CO ₂ zurückbleibt, der nach anschließender Reinigung und Entwässerung in eine geologische Lagerstätte gepumpt werden kann.

Die wichtigsten Herausforderungen der BECCS-Implementierung mit Oxy-Combustion sind mit dem Verbrennungsprozess verbunden. Bei Biomasse mit hohem flüchtigen Anteil muss die Mühlentemperatur auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden, um die Brand- und Explosionsgefahr zu verringern. Außerdem ist die Flammentemperatur niedriger. Daher muss die Sauerstoffkonzentration auf 27-30% erhöht werden.

Vorverbrennung

„Pre-Combustion Carbon Capture“ beschreibt Verfahren, die CO ₂ abscheiden, bevor Energie erzeugt wird. Dies geschieht häufig in fünf Betriebsstufen: Sauerstofferzeugung, Synthesegaserzeugung, CO ₂ -Abtrennung, CO ₂ -Kompression und Stromerzeugung. Der Brennstoff durchläuft zunächst einen Vergasungsprozess, indem er mit Sauerstoff reagiert, um einen Strom aus CO und H _{2 zu bilden} , der Syngas ist. Die Produkte durchlaufen dann einen Wasser-Gas-Shift-Reaktor, um CO ₂ und H _{2 zu bilden} . Das dabei entstehende CO ₂ wird abgeschieden und das saubere H ₂ zur Verbrennung zur Energiegewinnung genutzt. Der Prozess der Vergasung in Kombination mit der Synthesegasproduktion wird als Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) bezeichnet. Als Sauerstoffquelle kann eine Luftzerlegungsanlage (ASU) dienen, aber einige Untersuchungen haben ergeben, dass die Sauerstoffvergasung bei gleichem Rauchgas nur geringfügig besser ist als die Luftvergasung. Beide haben einen thermischen Wirkungsgrad von etwa 70 % mit Kohle als Brennstoff. Somit ist der Einsatz einer ASU in der Vorverbrennung nicht unbedingt erforderlich.

Biomasse gilt als „schwefelfrei“ als Brennstoff für die Pre-Combustion-Capture. Es gibt jedoch andere Spurenelemente bei der Biomasseverbrennung wie K und Na, die sich im System anreichern und schließlich den Abbau der mechanischen Teile verursachen können. Daher sind Weiterentwicklungen der Trenntechniken für diese Spurenelemente erforderlich. Außerdem nimmt CO ₂ nach dem Vergasungsprozess im Synthesegasstrom für Biomassequellen bis zu 13 - 15,3 Masse-% ein, während es bei Kohle nur 1,7 - 4,4 % beträgt. Dadurch wird die Umwandlung von CO zu CO ₂ bei der Wassergasverschiebung begrenzt, und die Produktionsrate für H ₂ nimmt entsprechend ab. Der thermische Wirkungsgrad der Vorverbrennungsabscheidung unter Verwendung von Biomasse ähnelt jedoch dem von Kohle und liegt bei etwa 62 % - 100 %. Einige Untersuchungen ergaben, dass die Verwendung eines Trockensystems anstelle einer Brennstoffzufuhr aus Biomasse/Wasser-Aufschlämmung thermisch effizienter und praktischer für Biomasse war.

Nachverbrennung

Neben den Vorverbrennungs- und Oxy-Fuel-Verbrennungstechnologien ist die Nachverbrennung eine vielversprechende Technologie, mit der CO ₂ -Emissionen aus Biomasse-Brennstoffressourcen extrahiert werden können. Während des Prozesses wird CO ₂ von den anderen Gasen im Rauchgasstrom getrennt, nachdem der Biomassebrennstoff verbrannt und einem Trennprozess unterzogen wurde. Da sie in einigen bestehenden Kraftwerken wie Dampfkesseln oder anderen neu gebauten Kraftwerken nachgerüstet werden kann, wird die Nachverbrennungstechnologie als bessere Option als die Vorverbrennungstechnologie angesehen. Laut den im März 2018 veröffentlichten Factsheets US CONSUMPTION OF BIO-ENERGY WITH CO CAPTURE AND STORAGE wird die Effizienz der Post-Combustion-Technologie voraussichtlich 95 % betragen , während Pre-Combustion und Oxy-Combustion CO . abscheiden
2 mit einer effizienten Rate von 85% bzw. 87,5%.

Die Entwicklung für aktuelle Nachverbrennungstechnologien ist aufgrund mehrerer Probleme noch nicht vollständig abgeschlossen worden. Eines der Hauptprobleme bei der Verwendung dieser Technologie zur Abscheidung von Kohlendioxid ist der parasitäre Energieverbrauch. Wenn die Leistung des Geräts klein ausgelegt ist, ist der Wärmeverlust an die Umgebung groß genug, um viele negative Folgen zu haben. Eine weitere Herausforderung der Post-Combustion Carbon Capture-Abscheidung ist der Umgang mit den Gemischbestandteilen in den Rauchgasen von Biomasse-Ausgangsstoffen nach der Verbrennung. Die Mischung besteht aus einem hohen Anteil an Alkalimetallen, Halogenen, sauren Elementen und Übergangsmetallen, die sich negativ auf die Effizienz des Verfahrens auswirken können. Daher sollte die Wahl der spezifischen Lösungsmittel und die Handhabung des Lösungsmittelprozesses sorgfältig geplant und durchgeführt werden.

Biomasse-Rohstoffe

Zu den in BECCS verwendeten Biomassequellen gehören landwirtschaftliche Reststoffe und Abfälle, forstwirtschaftliche Reststoffe und Abfälle, Industrie- und Siedlungsabfälle sowie Energiepflanzen, die speziell für die Verwendung als Brennstoff angebaut werden. Aktuelle BECCS-Projekte fangen CO ₂ aus Ethanol- Bioraffinerieanlagen und einem Recyclingzentrum für Siedlungsabfälle (MSW) ab.

Um sicherzustellen, dass die CO2-Abscheidung auf Biomassebasis machbar und CO2-neutral ist, müssen verschiedene Herausforderungen bewältigt werden. Biomassevorräte erfordern die Verfügbarkeit von Wasser- und Düngemitteleinträgen, die ihrerseits mit einer Verknüpfung von Umweltherausforderungen in Bezug auf Ressourcenzerstörung, Konflikte und Düngemittelabfluss verbunden sind. Eine zweite große Herausforderung ist die Logistik: Sperrige Biomasseprodukte müssen zu geografischen Gegebenheiten transportiert werden, die eine Sequestrierung ermöglichen.

Laufende Projekte

Bisher gab es weltweit 23 BECCS-Projekte, die meisten davon in Nordamerika und Europa. Heute sind nur 6 Projekte in Betrieb, die CO ₂ aus Ethanol-Bioraffinerieanlagen und Siedlungsabfall-Recyclingzentren abscheiden.

5 BECSS-Projekte wurden aufgrund der Schwierigkeit, die Genehmigung zu erhalten, sowie ihrer wirtschaftlichen Tragfähigkeit gestrichen. Zu den abgebrochenen Projekten gehören: Das White Rose CCS-Projekt in Selby, Großbritannien, kann etwa 2 Mt CO ₂ /Jahr aus dem Kraftwerk Drax abfangen und CO ₂ im Bunter Sandstone speichern . Das Rufiji Cluster - Projekt in Tansania Plan capture um 5,0-7,0 MtCO ₂ / Jahr und Speicherung von CO ₂ in der saline Aquifere. Das Greenville-Projekt in Ohio, USA, hat eine Kapazität von 1 Mt CO ₂ /Jahr. Das Wallula-Projekt sollte 0,75 Mt CO ₂ /Jahr in Washington, USA, abfangen . Schließlich das Projekt CO ₂ Senke in Ketzin, Deutschland.

Bei Ethanolanlagen

Illinois Industrial Carbon Capture and Storage (IL-CCS) ist einer der Meilensteine, da es das erste BECCS-Projekt im industriellen Maßstab im frühen 21. Jahrhundert war. IL-CCS mit Sitz in Decatur, Illinois, USA, fängt CO ₂ aus der Ethanolanlage Archer Daniels Midland (ADM) ab. Das eingefangene CO ₂ wird dann unter die tiefe Salzformation am Mount Simon Sandstone injiziert. IL-CCS besteht aus 2 Phasen. Das erste war ein Pilotprojekt, das von 11/2011 bis 11/2014 durchgeführt wurde. Phase 1 hat Investitionskosten von rund 84 Millionen US-Dollar. Über den 3-Jahres-Zeitraum hat die Technologie erfolgreich 1 Million Tonnen CO ₂ von der ADM-Anlage in den Grundwasserleiter abgeschieden und abgeschieden . Während dieser Zeit wurde kein Austreten von CO ₂ aus der Injektionszone festgestellt. Das Projekt wird weiterhin für zukünftige Referenzen überwacht. Der Erfolg von Phase 1 motivierte den Einsatz von Phase 2 und brachte IL-CCS (und BECCS) in den industriellen Maßstab. Phase 2 ist seit 11/2017 in Betrieb und nutzt ebenfalls die gleiche Injektionszone am Mount Simon Sandstone wie Phase 1. Die Investitionskosten für die zweite Phase betragen rund 208 Millionen US-Dollar inklusive 141 Millionen US-Dollar Fonds des Department of Energy. Phase 2 hat eine etwa dreimal größere Erfassungskapazität als das Pilotprojekt (Phase 1). Jährlich kann IL-CCS mehr als 1 Million Tonnen CO ₂ abfangen . Mit der größten Erfassungskapazität ist IL-CCS derzeit das größte BECCS-Projekt der Welt.

Neben dem IL-CCS-Projekt gibt es noch etwa drei weitere Projekte, die in kleinerem Maßstab CO ₂ aus der Ethanolanlage abscheiden. Arkalon in Kansas, USA, kann beispielsweise 0,18–0,29 Mio. t CO ₂ /Jahr, OCAP in den Niederlanden etwa 0,1–0,3 Mio. t CO ₂ /Jahr und Husky Energy in Kanada 0,09–0,1 Mio. t CO ₂ /Jahr auffangen .

Auf den Recyclinghöfen von MSW

Neben der Abscheidung von CO ₂ aus den Ethanolanlagen gibt es derzeit 2 Modelle in Europa, die auf die Abscheidung von CO ₂ aus der Verarbeitung von Siedlungsabfällen ausgelegt sind. Das Werk Klemetsrud in Oslo, Norwegen, verwendet biogene Siedlungsabfälle zur Erzeugung von 175 GWh und zur Abscheidung von 315 Tonnen CO ₂ pro Jahr. Es verwendet Absorptionstechnologie mit Aker Solution Advanced Amine Lösungsmittel als CO ₂ -Abfangeinheit. Auch der ARV Duiven in den Niederlanden verwendet die gleiche Technologie, fängt jedoch weniger CO _{2 ein} als das Vorgängermodell. ARV Duiven erzeugt rund 126 GWh und bindet nur 50 Kt CO ₂ pro Jahr.

Techno-Ökonomie von BECCS und dem TESBiC-Projekt

Die größte und detaillierteste technisch-ökonomische Bewertung von BECCS wurde 2012 von cmcl innovations und der TESBiC-Gruppe (Techno-Economic Study of Biomass to CCS) durchgeführt. Dieses Projekt empfahl die vielversprechendsten Technologien zur Stromerzeugung mit Biomasse in Verbindung mit Kohlenstoff Erfassung und Speicherung (CCS). Die Projektergebnisse führen zu einer detaillierten „Biomasse-CCS-Roadmap“ für Großbritannien.

Herausforderungen

Umwelterwägungen

Einige der Umwelterwägungen und andere Bedenken hinsichtlich der weit verbreiteten Einführung von BECCS ähneln denen von CCS. Ein Großteil der Kritik an CCS ist jedoch, dass es die Abhängigkeit von erschöpften fossilen Brennstoffen und umweltschädlichem Kohleabbau verstärken könnte. Dies ist bei BECCS nicht der Fall, da es auf erneuerbarer Biomasse beruht. Es gibt jedoch noch andere Erwägungen, die BECCS betreffen, und diese Bedenken beziehen sich auf die mögliche verstärkte Verwendung von Biokraftstoffen . Die Biomasseproduktion unterliegt eine Reihe von Nachhaltigkeit Zwängen, wie: Mangel an Ackerland und Süßwasser, Verlust der biologischen Vielfalt , Wettbewerb mit der Nahrungsmittelproduktion, die Abholzung und Mangel an Phosphor. Es ist wichtig sicherzustellen, dass Biomasse auf eine Weise verwendet wird, die sowohl die Energie- als auch die Klimavorteile maximiert. Es gab Kritik an einigen vorgeschlagenen BECCS-Einsatzszenarien, bei denen man sich sehr stark auf einen erhöhten Biomasseeinsatz verlassen würde.

Um BECCS im industriellen Maßstab zu betreiben, wären große Landflächen erforderlich. Um 10 Milliarden Tonnen CO ₂ zu entfernen, wären mehr als 300 Millionen Hektar Landfläche (größer als Indien) erforderlich. Infolgedessen riskiert BECCS die Nutzung von Land, das sich insbesondere in Entwicklungsländern besser für die Landwirtschaft und die Nahrungsmittelproduktion eignen könnte.

Diese Systeme können andere negative Nebenwirkungen haben. Derzeit besteht jedoch keine Notwendigkeit, den Einsatz von Biokraftstoffen in Energie- oder Industrieanwendungen auszuweiten, um den Einsatz von BECCS zu ermöglichen. Bereits heute gibt es erhebliche Emissionen aus Punktquellen von aus Biomasse gewonnenem CO ₂ , die für BECCS genutzt werden könnten. In möglichen zukünftigen Szenarien zur Skalierung des Bioenergiesystems kann dies jedoch eine wichtige Überlegung sein.

Die Erweiterung von BECCS würde eine nachhaltige Versorgung mit Biomasse erfordern – eine, die unsere Land-, Wasser- und Ernährungssicherheit nicht in Frage stellt. Die Verwendung von Bioenergiepflanzen als Rohstoff führt nicht nur zu Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit, sondern erfordert auch den Einsatz von mehr Dünger, was zu Bodenverschmutzung und Wasserverschmutzung führt . Darüber hinaus ist der Ernteertrag im Allgemeinen klimatisch abhängig, dh die Versorgung mit diesem Bio-Rohstoff kann schwer zu kontrollieren sein. Auch der Bioenergiesektor muss erweitert werden, um das Angebot an Biomasse zu decken. Der Ausbau der Bioenergie würde eine entsprechende technische und wirtschaftliche Entwicklung erfordern.

Technische Herausforderungen

Eine Herausforderung bei der Anwendung der BECCS-Technologie wie bei anderen Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung besteht darin, geeignete geografische Standorte für den Bau von Verbrennungsanlagen und die Abscheidung von abgeschiedenem CO _{2 zu finden} . Wenn sich Biomassequellen nicht in der Nähe der Verbrennungseinheit befinden, emittiert der Transport von Biomasse CO _{2 ,} das die durch BECCS abgeschiedene CO ₂ -Menge ausgleicht. BECCS sieht sich auch mit technischen Bedenken hinsichtlich der Effizienz der Verbrennung von Biomasse konfrontiert. Obwohl jede Art von Biomasse einen anderen Heizwert hat, ist Biomasse im Allgemeinen ein Brennstoff von geringer Qualität. Die thermische Umwandlung von Biomasse hat typischerweise einen Wirkungsgrad von 20-27%. Zum Vergleich: Kohlekraftwerke haben einen Wirkungsgrad von ca. 37 %.

BECCS steht auch vor der Frage, ob der Prozess tatsächlich energiepositiv ist. Niedrige Energieumwandlungseffizienz, energieintensive Biomasseversorgung, kombiniert mit der Energie, die zum Antrieb der CO ₂ -Abscheidungs- und -Speichereinheit erforderlich ist, belasten das System mit Energiekosten. Dies kann zu einem geringen Wirkungsgrad der Stromerzeugung führen.

Potentielle Lösungen

Alternative Biomassequellen

Land- und forstwirtschaftliche Reststoffe

Weltweit fallen jährlich 14 Gt Waldreststoffe und 4,4 Gt Reststoffe aus der Pflanzenproduktion (hauptsächlich Gerste, Weizen, Mais, Zuckerrohr und Reis) an. Dies ist eine beträchtliche Menge an Biomasse, die verbrannt werden kann, um 26 EJ/Jahr zu erzeugen und eine negative CO ₂ -Emission von 2,8 Gt durch BECCS zu erreichen. Die Nutzung von Reststoffen zur Kohlenstoffabscheidung wird ländlichen Gemeinden soziale und wirtschaftliche Vorteile bringen. Die Nutzung von Abfällen aus Ackerbau und Forstwirtschaft ist eine Möglichkeit, die ökologischen und sozialen Herausforderungen von BECCS zu vermeiden.

Siedlungsabfälle

Siedlungsabfälle (MSW) sind eine der neu entwickelten Quellen für Biomasse. Übersicht Waste-to-Energy-Techniken mit CSS Zwei aktuelle BECCS-Anlagen verwenden Siedlungsabfälle als Rohstoffe. Abfälle aus dem täglichen Leben werden durch Verbrennungsabfallbehandlungsverfahren recycelt . Der Abfall wird einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung unterzogen und die bei der Verbrennung des organischen Teils des Abfalls erzeugte Wärme wird zur Stromerzeugung verwendet. Das dabei emittierte CO ₂ wird durch Absorption mittels MEA aufgefangen . Pro 1 kg verbranntem Abfall werden 0,7 kg negativer CO ₂ -Ausstoß erreicht. Die Verwendung von festen Abfällen hat auch andere Vorteile für die Umwelt.

Kofeuerung von Kohle mit Biomasse

Im Jahr 2017 gab es weltweit rund 250 Cofiring-Anlagen, davon 40 in den USA. Studien haben gezeigt, dass wir durch das Mischen von Kohle mit Biomasse die CO .- Menge reduzieren können
2ausgesendet. Die CO .- Konzentration
2im Rauchgas ist ein wichtiger Schlüssel zur Bestimmung der CO .- Effizienz
2Capture-Technologie. Die CO .- Konzentration
2im Rauchgas des Co-Firing-Kraftwerks ist ungefähr gleich wie bei Kohlekraftwerken, etwa 15 % [1]. Dies bedeutet, dass wir unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren können.

Auch wenn die Mitverbrennung einige Energieeinbußen mit sich bringt, bietet sie dennoch einen höheren Nettowirkungsgrad als die Biomassefeuerungsanlagen. Die gemeinsame Verbrennung von Biomasse mit Kohle führt zu einer höheren Energieproduktion mit weniger Einsatzstoffen. Derzeit kann das moderne 500-MW-Kohlekraftwerk bis zu 15 % Biomasse aufnehmen, ohne die Komponente des Dampfkessels zu ändern. Dieses vielversprechende Potenzial ermöglicht es, dass ein Co-Fire-Kraftwerk günstiger wird als ein dedizierter Biostrom.

Es wird geschätzt, dass wir durch den Ersatz von 25 % der Kohle durch Biomasse in bestehenden Kraftwerken in China und den USA die Emissionen um 1 Gt pro Jahr reduzieren können. Die Menge an negativem CO
2Die emittierte Menge hängt von der Zusammensetzung von Kohle und Biomasse ab. 10 % Biomasse können 0,5 Gt CO . reduzieren
2pro Jahr und mit 16% Biomasse können null Emissionen erreicht werden. Direkt-Cofiring (20% Biomasse) führt zu einer negativen Emission von -26 kg CO2/MWh (von 93 kg CO2/MWh).

Die gemeinsame Verbrennung von Biomasse mit Kohle hat eine Effizienz, die der der Kohleverbrennung nahekommt. Cofiring kann einfach und kostengünstig auf bestehende Kohlekraftwerke angewendet werden. Die Umsetzung von Co-Firing-Kraftwerken im globalen Maßstab ist nach wie vor eine Herausforderung. Die Biomasse-Ressourcen müssen strikt den Nachhaltigkeitskriterien entsprechen und das Co-Firing-Projekt bräuchte die wirtschaftliche und politische Unterstützung der Regierungen.

Auch wenn Co-Fire-Anlagen ein unmittelbarer Beitrag zur Lösung der Probleme der globalen Erwärmung und des Klimawandels sein können, birgt die Co-Fire-Anlage noch einige Herausforderungen, die berücksichtigt werden müssen. Aufgrund des Feuchtigkeitsgehalts der Biomasse beeinflusst dies den Heizwert der Brennkammer. Außerdem würde hochflüchtige Biomasse die Reaktionsgeschwindigkeit und die Temperatur des Reaktors stark beeinflussen; insbesondere kann es zur Explosion des Ofens führen.

Anstelle der Mitfeuerung kann die vollständige Umwandlung von Kohle zu Biomasse einer oder mehrerer Erzeugungseinheiten in einer Anlage bevorzugt werden.

Politik

Auf der Grundlage des aktuellen Kyoto-Protokolls sind Projekte zur CO2-Abscheidung und -Speicherung nicht als Instrument zur Emissionsreduzierung für den Clean Development Mechanism (CDM) oder für Joint Implementation (JI)-Projekte geeignet. Die Anerkennung von CCS-Technologien als Instrument zur Emissionsreduzierung ist für die Implementierung solcher Anlagen von entscheidender Bedeutung, da es keine andere finanzielle Motivation für die Implementierung solcher Systeme gibt. Die Aufnahme von fossilem CCS und BECCS in das Protokoll wird zunehmend unterstützt. Es wurden auch Rechnungslegungsstudien durchgeführt, wie dies umgesetzt werden kann, einschließlich BECCS.

europäische Union

Es gibt einige zukünftige Richtlinien, die Anreize für die Nutzung von Bioenergie bieten, wie die Richtlinie über erneuerbare Energien (RED) und die Richtlinie über die Kraftstoffqualität (FQD), die vorschreiben, dass bis 2020 20 % des Gesamtenergieverbrauchs auf Biomasse, flüssige Biobrennstoffe und Biogas basieren.

Vereinigtes Königreich

Im Jahr 2018 empfahl der Ausschuss für Klimaänderungen , dass bis 2050 bis zu 10 % des gesamten Flugbenzinbedarfs durch Biokraftstoffe für die Luftfahrt gedeckt werden sollten und dass alle Biokraftstoffe für die Luftfahrt mit CCS hergestellt werden sollten, sobald die Technologie verfügbar ist.

Vereinigte Staaten

Im Februar 2018 hat der US-Kongress die Steuergutschrift nach Abschnitt 45Q für die Sequestrierung von Kohlenoxiden deutlich erhöht und verlängert . Dies ist seit mehreren Jahren eine der obersten Prioritäten der Unterstützer von Carbon Capture and Sequestration (CCS). Es erhöhte die Steuergutschrift von 25,70 bis 50 USD pro Tonne CO ₂ für die sichere geologische Lagerung und die Steuergutschrift von 15,30 bis 35 USD pro Tonne CO _{2 für} die verbesserte Ölförderung.

Öffentliche Wahrnehmung

Begrenzte Studien haben die öffentliche Wahrnehmung von BECCS untersucht. Die meisten dieser Studien stammen aus entwickelten Ländern der nördlichen Hemisphäre und repräsentieren daher möglicherweise keine weltweite Sicht.

In einer Studie aus dem Jahr 2018, an der Online-Panel-Teilnehmer aus dem Vereinigten Königreich, den USA, Australien und Neuseeland teilnahmen, zeigten die Befragten, dass sie sich der BECCS-Technologien nur wenig bewusst waren. Messungen der Wahrnehmungen der Befragten deuten darauf hin, dass die Öffentlichkeit BECCS mit einem ausgewogenen Verhältnis von positiven und negativen Eigenschaften assoziiert. In den vier Ländern gaben 45 % der Befragten an, dass sie BECCS-Studien in kleinem Maßstab unterstützen würden, während nur 21 % dagegen waren. BECCS wurde gegenüber anderen Methoden der Kohlendioxidentfernung wie Direct Air Capture oder Enhanced Weathering mäßig bevorzugt und gegenüber Methoden des Solarstrahlungsmanagements stark bevorzugt .

Zukunftsaussichten

Vereinigtes Königreich

Im Februar 2019 ging das Pilotprojekt einer BECCS-Anlage im Kraftwerk Drax in North Yorkshire , England, in Betrieb . Ziel ist es, täglich eine Tonne CO . einzufangen
2 aus seiner Holzfeuerungserzeugung.

Vereinigte Staaten

Im AMPERE-Modellierungsprojekt 2014, das auf 8 verschiedenen integrierten Bewertungsmodellen basiert , wird der zukünftige Einsatz von BECCS vorhergesagt, um das US- Emissionsbudget für das zukünftige 2 °C-Szenario des Pariser Abkommens zu erfüllen. Mitte des 21. Jahrhunderts reicht der Umfang des BECCS-Einsatzes von 0 Mt bis 1100 Mt CO ₂ pro Jahr. Und bis zum Ende des Jahrhunderts reicht der Einsatz von 720 Mt bis 7500 Mt CO ₂ pro Jahr, während die meisten Modelle die Größenordnung bis 2100 auf 1000 Mt bis 3000 Mt prognostizieren. Eine Forschungsgruppe der Stanford University hat die technisches Potenzial von BECCS in den USA im Jahr 2020. Nach ihren Berechnungen befindet sich insgesamt etwa ein Drittel der potentiellen Biomasseproduktion nahe genug an der geologischen Lagerstätte, was eine CO ₂ -Abscheidungskapazität von 110 Mt ergibt - 120 Mt.

Siehe auch

• Biosequestrierung
• Kohlendioxidentfernung
• Kohlenstoff negativ
• Szenarien zur Eindämmung des Klimawandels
• Klimatechnik
• Liste neuer Technologien
• CO2-arme Wirtschaft
• Umweltprogramm der Vereinten Nationen
• Jungfrau-Erde-Herausforderung

Verweise

Quellen

• VK- Ausschuss für den Klimawandel (2018). Biomasse in einer kohlenstoffarmen Wirtschaft (PDF) .
• FAJARDY, MATHILDE; KÖBERLE, ALEXANDRE; MAC DOWELL, NIALL; FANTUSZI, ANDREA (2019). "BECCS-Einsatz: ein Realitätscheck" (PDF) . Grantham-Institut Imperial College London.

Externe Links

• Biorekro
• IEA-Treibhausgasprogramm
• Grantham Institute am Imperial College, London
• The Natural Step Intl.
• Tyndall Center
• UNIDO
• Zero Emission Resource Organisation (ZERO)