CO2-Booklet

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SPEICHERUNG VON CO2 IM TIEFEN UNTERGRUND

Eine Schl端sseltechnologie f端r den Klimaschutz

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Inhalt Was ist Kohlendioxid (CO2)?

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Abscheidung und Lagerung des Treibhausgases CO2 – Warum?

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Die Prozesskette »CO2-Abscheidung, -Transport und -Speicherung«

9

CO2-Speicherung in Deutschland

20

Sicherheit zukünftiger CO2-Speicher

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Was kostet die CCS-Technologie?

25

Die CCS-Technologie – Ein innovatives Forschungsfeld

26

CCS – Eine grenzüberschreitende Technologieentwicklung

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Glossar

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Anhang

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Was ist Kohlendioxid (CO2)?

Kohlendioxid oder besser Kohlenstoffdioxid (CO2) ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Es ist ein farb- und geruchloses Gas und ein natürlicher Bestandteil unserer Atmosphäre CO2 entsteht sowohl bei der vollständigen Verbrennung

Natürliche CO2-Ausgasungen sind ebenfalls allgegenwär-

von kohlenstoffhaltigen Substanzen unter ausreichendem

tig. So geben die Böden offenbar in erheblichen Mengen

Sauerstoff, als auch im Organismus von Menschen und

CO2 ab. Messungen im brandenburgischen Ketzin ergaben,

Tieren. Das CO2 wird dabei über den Atem wieder abgege-

dass von einer 3 x 3 Kilometer großen Fläche rund 30.000

ben. Umgekehrt sind Pflanzen in der Lage, CO2 durch die

Tonnen natürliches CO2 pro Jahr an die Atmosphäre abgege-

Kohlendioxid-Fixierung in Biomasse umzuwandeln. So pro-

ben werden. Aus der Eifel sind ebenfalls natürliche CO2-Ex-

duzieren Pflanzen bei der Photosynthese aus anorganischem

halationen bekannt. Sie sind vulkanischen Ursprungs und

CO2 die lebenswichtige Glukose.

zum Teil so stark, dass sich sogenannte Kaltwasser-Geysire bilden können. Wissenschaftler schätzen, dass pro Jahr 0,5

CO2 ist in unserem Alltag ein ständiger Begleiter. Weit verbreitete Anwendung findet es in der Lebensmittelindustrie:

bis 1 Million Tonnen CO2 aus den Tiefen der Eifel in die Atmosphäre strömen.

So ist für viele Menschen das Glas Sprudel, Bier oder Sekt ohne die »prickelnde« Wirkung des im Wasser gelösten CO2

Natürlich vorkommendes Kohlendioxid ist zudem ein wich-

undenkbar. Kohlendioxid wird aber auch in Feuerlöschern,

tiger Bestandteil unserer Atmosphäre. Die derzeitige Konzen-

als Dünger in Gewächshäusern sowie als Trockeneis oder

tration beträgt 0,0380 %. Während die kurzwellige Sonnen-

Bühnennebel im Theater eingesetzt.

strahlung ungehindert die Atmosphäre passieren kann, absorbiert das CO2 der Atmosphäre einen Teil der von der Erdoberfläche reflektierten Wärmestrahlung. Diese Eigenschaft macht Kohlenstoffdioxid zu einem so genannten Treibhausgas. Nach Wasserdampf ist Kohlenstoffdioxid mengen-

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Vulkaneifel European Geopark

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mäßig das wirksamste Treibhausgas. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt wäre die mittlere

CO2 – ein alltäglicher Begleiter.

Links: Im Kaltwasser-Geysir in Wallenborn (Vulkaneifel).

Unten: CO2-Blasen im klassischen Sprudel.

Temperatur auf der Erdoberfläche nur -18 °C. CO2 ist somit in hohem Maß für das lebensfreundliche Klima der Erde mitverantwortlich.

In hohen Konzentrationen ist CO2 gesundheitsgefährdend. Aus der medizinischen Forschung in der Luftfahrt und im Bergbau ist bekannt, dass CO2-Konzentrationen von mehr als 8 Prozent zum Tode führen können. Unglücksfälle sind unter anderem aus Weinkellern, Futtersilos, Brunnen oder Jauchegruben bekannt, wo sich durch Gärprozesse beträchtliche Mengen an CO2 bilden. Wenn nicht für ausreichende Entlüftung – also Sauerstoffzufuhr – gesorgt ist, bilden sich gefährliche Konzentrationen von CO2: aufgrund der höheren Dichte im Vergleich zu Luft vor allem in Bodennähe (»Kohlenstoffdioxid-See«).

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NASA

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Die Zugbahn des Hurrikans Katrina vor der Küste von New Orleans im Herbst 2005. Durch die Erwärmung der Atmosphäre könnten solche extremen Wettersituationen in Zukunft häufiger auftreten.

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Abscheidung und Lagerung des Treibhausgases CO2 – Warum?

Spätestens seit dem UN-Klimabericht vom Februar 2007 gilt es als erwiesen, dass der vom Menschen verursachte Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) den natürlichen Treibhauseffekt verstärkt.

Anthropogenes CO2 wird überall dort freigesetzt, wo Erd-

Neben der Einsparung von Energie, der Effizienzsteigerung

öl, Kohle oder Erdgas zur Energieerzeugung verbrannt wird.

von Kraftwerken und dem verstärkten Einsatz erneuerbarer

Heute liegt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre mit

Energien gilt die Abscheidung und geologische Speicherung

circa 380 ppm (0,0380 %) deutlich über dem vorindustriellen

von CO2 (CCS: Carbon Capture and Storage) als eine wich-

Niveau von rund 280 ppm. Bis Ende dieses Jahrhunderts

tige Option im Portfolio der CO2-Vermeidungsstrategien.

erwarten Klimaexperten einen Anstieg auf über 700 ppm.

Derzeit geht circa ein Drittel des globalen CO2-Ausstoßes auf

Die Folgen wären eine globale Erwärmung um 4,5 °C oder

das Konto von Kraftwerken, die mit fossilen Rohstoffen

mehr, extreme Wettersituationen und nachhaltige Schäden

betrieben werden – mit steigender Tendenz. Zahlreiche

für viele Ökosysteme. Das Intergovernmental Panel of

Energieszenarien prognostizieren, dass auch Mitte dieses

Climate Change (IPCC) hält eine maximale Erwärmung der

Jahrhunderts die fossilen Energieträger noch mindestens

mittleren Oberflächentemperatur der Erde um 2 °C gegen-

einen Anteil von 50 % an der weltweiten Energieversorgung

über der vorindustriellen Zeit für noch tolerabel. Um dieses

haben werden: mit unmittelbaren Auswirkungen auf die

Ziel zu realisieren, müssen die globalen CO2-Emissionen

weltweiten CO2-Emissionen. Große Punktquellen, wie Kohle-

zunächst stabilisiert und bis 2050 auf etwa die Hälfte der

kraftwerke oder Industrieanlagen, eignen sich daher am ehe-

Werte von 1990 reduziert werden.

sten, das klimaschädliche CO2 »einzufangen«, um es dann an geeigneter Stelle sicher zu speichern. Einige Experten sprechen bereits vom »negativen Schornstein«.

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CO2-Emissionen – Wo steht Deutschland heute?

Deutschland beteiligt sich an einer Reihe internationaler Aktivitäten, um die anthropogenen Treibhausgasemissionen zu mindern. Im Rahmen des

Gewerbe: 58,1 Mio. t (6,6 %)

Kyoto-Protokolls hat sich die Bundesregierung verpflichtet, bis spätestens

Verkehr: 167,4 Mio. t (18,9 %)

2012 den Ausstoß an Treibhausgasen um 21 % gegenüber dem Bezugsjahr 1990 zu reduzieren. Dem Kohlendioxid kommt die größte Bedeutung zu.

Deutschland gehört zu den wenigen Industrieländern, die ihre CO2-

Industrie: 160,7 Mio. t (18,2 %)

Emissionen seit 1990 deutlich reduzieren konnten. Um das Kyoto-Ziel zu erreichen, müssen jedoch weitere Anstrengungen unternommen werden.

Auch über 2012 hinaus sind anspruchsvolle Ziele ins Auge gefasst: So sollen die jährlichen CO2- Emissionen Deutschlands bis 2020 um 40 % gegenü-

Haushalte: 115,6 Mio. t (13,1 %)

ber 1990 abgesenkt werden. Auf dem G8 Gipfel in Heiligendamm (6.-8.

Juni 2007) vereinbarten die führenden Industrienationen, die globalen CO2Emissionen bis 2050 um mindestens die Hälfte zu reduzieren. Grundlage

Energiewirtschaft: 382,3 Mio. t (43,2 %)

der in Heiligendamm getroffenen Klimaschutzvereinbarung bilden die

Primärenergieträger. Bei der Stromerzeugung wird dies besonders deutlich: Allein die Steinkohle und die heimische Braunkohle tragen mit knapp 47 % zur gegenwärtigen Stromerzeugung bei. Rund 27 % beträgt der Anteil der Kernenergie. Zu 11 % kommt Erdgas zum Einsatz.

Die regenerativen Energien tragen mit rund 10 % zur Stromerzeugung

Quelle: DIW Wochenb

In Deutschland sind fossile Rohstoffe derzeit die wichtigsten

ericht, No. 12, 2006

Beschlüsse der EU.

bei. Damit ist der Energiesektor der wichtigste CO2-Emittent in Deutschland. Mit großem Abstand folgen Verkehr, Industrie und die privaten Haushalte. Viele Experten gehen davon aus, dass Kohle auch in Zukunft einen erheblichen Anteil am deutschen Energiemix behalten wird – trotz des verstärkten Ausbaus der erneuerbaren Energien. In einer nachhaltigen Energiewirtschaft ist die Kohleverstromung jedoch nur möglich, wenn das CO2, das bei ihrer Nutzung entsteht, minimiert oder erst gar nicht in die Atmosphäre gelangt.

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CO2-Emissionen in Deutschland nach Branchen (Stand: 2005; Daten: DIW-Wochenbericht, Nr. 12/2006)

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Entwicklung der energiebedingten CO2-Emissionen in Deutschland

1050

zwischen 1990 und 2005 (Daten: DIW-Wochenbericht, Nr. 12/2006)

1000

950

Mio. t 900

850

800

90

19

95

19

96

19

97

19

98

19

99

19

00

20

01

20

02

20

03

20

04

20

05

20

Bruttostromerzeugung in Deutschland bis 2030 (in TWh); (Daten: EWI/PrognosStudie »Die Entwicklung der Energiemärkte bis zum Jahr 2030«, Mai 2005)

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Kraftwerksstandort »Schwarze Pumpe« nahe Cottbus.

Hier wird derzeit in direkter Nachbarschaft zu dem bestehenden Braunkohlekraftwerk die erste deutsche Pilotanlage mit CO2 - Abscheidung gebaut. Die 30 MW-Anlage wird Ende 2008 in Betrieb genommen. Mehr als 100.000 Tonnen CO2 werden abgeschieden und zu Testzwecken in eine Erdgaslagerstätte der Altmark injiziert.

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Vattenfall Europe

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Vattenfall Europe

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Die Prozesskette »CO2-Abscheidung, -Transport und -Speicherung« Die CCS-Technologie besteht aus drei Prozessschritten: CO2-Abscheidung, -Transport und -Speicherung. Sie sind eine Kette, in der jedes Glied unmittelbar in das andere greift. Der sicheren CO2-Speicherung kommt jedoch entscheidende Bedeutung zu. Nur wenn sie sichergestellt ist, kann das innovative Gesamtkonzept erfolgreich umgesetzt werden.

Abscheidung von CO2

Abscheidung nach dem Verbrennungs-

Die Abscheidung und weitere Verwertung

prozess (»Rauchgaswäsche«)

von CO2 ist in diversen Industrieprozessen be-

Bei diesem Verfahren wird das CO2 nach dem

reits heute ein etabliertes Verfahren. Beispiele

eigentlichen Verbrennungsprozess (post-combus-

sind die Düngemittel- und Chemie-Industrie. Im

tion) aus dem Rauchgas herausgewaschen. Dazu

Kraftwerksbereich dagegen ist die Abscheidung

werden die Abgase (Rauchgas) durch spezielle

des bei der Verbrennung von Kohle und Gas

Flüssigkeiten geleitet, beispielsweise wässrige

freiwerdenden CO2 noch eine technologische

Aminlösungen, die das CO2 chemisch binden.

Herausforderung. Hohe Kosten und Einbußen

Die mit der Waschsubstanz verbundenen CO2-

im Wirkungsgrad der Kraftwerke lassen noch

Moleküle werden anschließend durch Erhitzen

einen großen Spielraum für technologische

wieder separiert. Das CO2 wird zur Speicherung

Verbesserungen zu. Derzeit werden drei tech-

abtransportiert, die gesäuberte Waschsubstanz

nische Optionen favorisiert:

dem erneuten Einsatz zugeführt. Vorteil der Rauchgaswäsche ist, dass dieses Verfahren nur geringfügig in den Kraftwerksprozess eingreift.

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Bestehende Kraftwerke könnten vergleichsweise

folglich mit fast reinem Wasserstoff betrieben,

200 °C aus flüssiger Luft destilliert wird. Ein

einfach nachgerüstet werden. Nachteil des Ver-

dessen Abgase im Wesentlichen aus Luftstick-

energetischer Aufwand von etwa 250 - 270

fahrens: Die für den abschließenden Trennungs-

stoff und reinem Wasserdampf bestehen. Vorteil

kWh/Tonne O2, der je nach Reinheitsanforde-

prozess erforderliche Wärme von etwa 3-4 GJ/

dieses Verfahrens: Es benötigt weniger Energie

rung noch ansteigen kann.

Tonne CO2 wird dem Dampf - der für den An-

als die chemische Bindung und thermische

trieb der Turbinen notwendig ist - entzogen. Der

Trennung der Rauchgaswäsche und erreicht da-

Wirkungsgrad der Kraftwerke wird dadurch

mit geringere Wirkungsgradeinbußen.

Als erstes Kraftwerk Europas wurde im Frühjahr 2006 ein Kohlekraftwerk im dänischen Esbjerg mit einer CO2-Abscheidevorrichtung

erheblich gesenkt: um bis zu 15 %.

Das Oxyfuel-Verfahren

nach dem Prinzip der Rauchgaswäsche nach-

Abscheidung vor dem

Bei dem Oxyfuel-Verfahren wird das Brenn-

gerüstet. Stündlich werden circa zwei Tonnen

Verbrennungsprozess

material (z.B. Kohle) mit reinem Sauerstoff ver-

CO2 aus dem Rauchgas gefiltert (Stand: Juli

Bei dieser Methode wird dem Brennstoff das

feuert. Das heißt, aus der für den Verbrennungs-

2006). Die Wissenschaftler und ihre Kollegen

CO2 vor dem Verfeuern entzogen (pre-combus-

prozess notwendigen Luft werden vorab Stick-

aus der Industrie wollen dabei testen, wie diese

tion). Kohle wird beispielsweise bei Temperatu-

stoff, Schwefelverbindungen und andere Verun-

Technologie weiter optimiert werden kann und

ren von über 1000 °C durch die Zufuhr von

reinigungen herausgezogen. Da eine Verbren-

wie wirtschaftlich sie letztendlich ist. In Deutsch-

Sauerstoff zunächst in ein brennbares Rohgas

nung in reinem Sauerstoff jedoch zu viel zu

land baut der Energieversorger Vattenfall derzeit

umgewandelt (Integrated Gasification Combi-

hohen Verbrennungstemperaturen führen wür-

ein Braunkohlekraftwerk, das auf dem Oxyfuel-

ned Cycle, IGCC-Kraftwerk). Dieses aus Kohlen-

de, wird ein Teil des Abgases zurückgeführt, das

Verfahren basiert. Die Pilotanlage mit einer

monoxid (CO) bestehende Synthesegas wird an-

den Luftstickstoff ersetzt. Großer Vorteil dieses

Leistung von 30 MW geht Ende 2008 am Kraft-

schließend durch die Zuführung von Wasser-

Verfahrens: Nach der Verbrennung besteht das

werksstandort »Schwarze Pumpe« nahe Cottbus

dampf (H2O) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser-

Abgas überwiegend nur noch aus zwei Kompo-

in Betrieb. Das Energieunternehmen RWE hat

stoff (H2) umgewandelt (»CO-shift«). Das CO2

nenten: CO2 und Wasserdampf, die durch Küh-

angekündigt, bis 2014 ein CO2-freies Kohle-

wird dann durch physikalische Absorption aus

len leicht trennbar sind: Der Dampf kondensiert

kraftwerk mit einer Bruttoleistung von etwa 450

dem Brenngas entfernt. Der verbleibende ele-

zu Wasser, das CO2 bleibt übrig und kann unter-

MW ans Netz zu bringen, das auf der IGCC-

mentare Wasserstoff wird in einer Gasturbine

irdisch gespeichert werden. Erheblicher Nachteil

Technologie basiert.

verbrannt, die einen Generator zur Stromerzeu-

des Verfahrens: Er ist sehr energieaufwändig,

gung antreibt. Ein solches Kraftwerk würde

da reiner Sauerstoff üblicherweise bei minus

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Die drei derzeit favorisierten CO2 -Abscheidungstechnologien im Kraftwerk

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STATOIL

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Modernes Fl端ssiggas-Tankschiff.

In vergleichbaren Schiffen wird auch CO2 transportiert.

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Transport von CO2 Nachdem das CO2 aus dem Abgas abgeschie-

LNG-Transport (LNG: Liquefied Natural Gas), im

den ist, muss es für den Transport konditioniert

flüssigen Zustand transportiert. Für kleine

werden. Nur in den seltensten Fällen kann das

Mengen ein heute bereits vielfach angewende-

CO2 direkt an Ort und Stelle gespeichert oder

tes Verfahren, beispielsweise zur Weiterverwer-

weiterverarbeitet werden. Aufgrund der großen

tung in der Lebensmittelindustrie. Der Pipeline-

CO2-Mengen, die bei der Abscheidung aus Kraft-

Transport erfolgt unter hohem Druck. Hierzu ist

werksprozessen anfallen, erfolgt der Transport

ein erheblicher Energieaufwand notwendig.

am sinnvollsten in Pipelines oder mit Schiffen.

Beim Pipeline-Transport über große Entfer-

Auf Schiffen wird das CO2, ähnlich wie beim

nungen muss das CO2 daher auch in regelmäßi-

PTRC, Kanada

gen Abständen neu komprimiert werden, um einen Druckabfall zu vermeiden. Vorteil der Pipeline: Große Mengen CO2 können kontinuierlich, umweltverträglich und in großen Mengen transportiert werden. In den USA existiert bereits ein ausgedehntes Pipeline-Netz zum CO2-Transport. Es wird in erster Linie durch die Energiekonzerne genutzt, die das aus natürlichen Quellen stammende CO2 in ölführende Erdschichten einpressen, um die Produktion versiegender Lagerstätten zu steigern.

Über Land wird CO2 bereits heute in solchen Pipelines transportiert.

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Speicherung von CO2 Die bei der Stromgewinnung aus Kohle anfallenden CO2-Mengen können nur zu circa 0,1 %

Technologisch bieten sich derzeit

Erdöl- und Erdgaslagerstätten

drei Speicheroptionen an:

Viele Erdöl- und Erdgaslagerstätten finden

für weitere technologische Anwendungen genutzt werden. Auch in Zukunft wird der Markt für eine kommerzielle Nutzung von CO2 als

sich in porösen Sand- oder Kalksteinen tief un

Erdöl- und Erdgaslagerstätten

terhalb der Erdoberfläche. Sie sind geologisch



Tiefliegende, salzwasserführende

gut erforscht und eignen sich daher hervorra-

Sandsteinschichten (Deep Saline Aquifer)

gend als natürliche Speicher für das Treibhaus-

Tiefliegende, derzeit nicht förderbare

gas. Erste Schätzungen gehen davon aus, dass

Kohleflöze

in den porösen Sand- und Kalksteinen der Erdöl-

schwierig eingeschätzt, zumal das CO2 bei den meisten Verwertungsmöglichkeiten bald wieder in der Atmosphäre endet. In der Gesamtkonzep-



tion eines »CO2-freien« Kraftwerks kommt da-

14

und Erdgasprovinzen weltweit bis zu 900 Giga-

her der langfristig sicheren Speicherung des CO2

In welchem Umfang diese Speicheroptionen

tonnen CO2 eingelagert werden könnten. Einen

eine technologische Schlüsselposition zu. Nur

zukünftig genutzt werden, hängt unter ande-

möglicherweise positiven Begleiteffekt hätte die

wenn sichergestellt ist, dass das abgeschiedene

rem von den geographischen Rahmenbedin-

Injektion von CO2 in noch produktive, aber nahe-

CO2 nicht wieder in die Umwelt gelangt, kann

gungen ab: Denn nur wenn Emissionsquelle und

zu erschöpfte Lagerstätten, um auf diese Weise

diese Technologie ihren Beitrag zur Reduktion

Speicherort in vertretbarer Entfernung zueinan-

nicht förderbare Reserven an Öl und Gas zu mo-

der anthropogenen Treibhausgase leisten.

der liegen, lässt sich die Technologie auch wirt-

bilisieren. Experten sprechen von Enhanced Oil

schaftlich realisieren. Darüber hinaus muss das

Recovery (EOR) und Enhanced Gas Recovery

Der unterirdischen Speicherung in tiefliegen-

CO2 in Tiefen größer 800 Meter versenkt wer-

(EGR). Die Idee basiert auf umfangreichen Er-

den geologischen Formationen an Land und

den, da es hier aufgrund seines dann deutlich

fahrungen aus den USA, wo bereits seit Mitte

unter dem Meeresboden werden aus ökolo-

verringerten Volumens weniger Speicherplatz

der 50er-Jahre Erdöllagerstätten mit CO2 aus

gischer wie technologischer Sicht die größten

benötigt. Der Lagerung von CO2 in der Wasser-

natürlichen Vorkommen »stimuliert« werden.

Chancen eingeräumt. Die Aufnahmekapazität

säule der Ozeane oder am Grunde der Tiefsee

Im kanadischen Weyburn wird seit 2000 eine

ist groß. Weltweit, so schätzen Experten, könn-

werden keine Chancen eingeräumt: Zu groß sind

Pilotanlage betrieben, die erstmals CO2 aus

ten bis zu 2.000 Gigatonnen des Treibhausgases

die Risiken für die marinen Ökosysteme, die sich

einer Industrieanlage für EOR-Maßnahmen

im Untergrund versenkt werden. Optimistische

durch eine zusätzliche »Versauerung« der Meere

benutzt. Durchschnittlich 1,8 Millionen Tonnen

Prognosen gehen gar von bis zu 11.000

ergeben würden.

CO2 werden hier jährlich in eine nahezu er-

Gigatonnen. aus. Zum Vergleich: Im Jahr 2005

schöpfte Erdöllagerstätte eingepumpt. Während

betrugen die energiebedingten CO2-Emissionen

das umweltschädliche CO2 auf Dauer in den zer-

weltweit 27,3 Gigatonnen.

klüfteten Kalksteinen verbleiben soll, erwarten

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Kraftwerk

CO2-Injektionsbohrung

CO2 -

Pipeli ne

KW-Bohrung

Süßwasser

abdichtende Tonsteinhorizonte

KW-Bohrung CO2-Injektionsbohrung

Salzwasser

Sandstein

abdichtende Tonsteinhorizonte

CO2 Sandstein

Sandstein

Sandstein

Salz

CO2

Kohleflöze CO2 CO2

Kohleflöze

Schemazeichnung über die Möglichkeiten der geologischen CO2 -Speicherung im Untergrund

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Rote Sandsteine der Buntsandstein-Formation (ca. 240 Mio. BGR

Jahre alt). In 3000 Metern unterhalb Norddeutschlands wird aus solchen Sandsteinen bis heute Erdgas gefördert.

Inwieweit sie auch als natürliche CO2-Speichergesteine genutzt werden könnten, wird derzeit untersucht.

kein Erdgas oder Erdöl ansammeln konnte, füllt

zusätzlich 130 Millionen Barrel Öl gefördert zu

Salzwasser die Poren oder Klüfte des Gesteins.

haben. In Erdgasfeldern gibt es bislang erst sehr

Für die Trinkwasserversorgung sind diese

wenige Erfahrungen mit dieser Technologie. In

Horizonte aufgrund der großen Tiefe und des

der Altmark, circa 200 Kilometer westlich von

hohen Salzgehaltes ungeeignet. Gegenüber den

Berlin, werden unter Federführung der deut-

Süßwasserhorizonten durch undurchlässige

schen Tochter des französischen Energiekon-

Schichten abgeschirmt, können sie sich über

zerns Gaz de France ab 2009 rund 100.000 Ton-

viele Kilometer erstrecken. Die Speicherkapazitä-

nen CO2 zu Testzwecken in eine der größten

ten der salzwasserführenden Aquifere sind ent-

Erdgaslagerstätten Europas gepumt. Mit einem

sprechend groß: Theoretisch ließen sich hier

dem Mikroskop. Die einzelnen Quarzkörner bil-

begleitenden Forschungsprogramm im Rahmen

weltweit bis zu 10.000 Gigatonnen CO2 lagern.

den einen lockeren Verband mit Zwischenräu-

der GEOTECHNOLOGIEN soll untersucht wer-

Praktisch nutzbar erscheinen derzeit jedoch

men. Sie sind auf dem Bild blau gefärbt. In den

den, inwieweit die EGR-Technologie wirtschaft-

»nur« 1/10, nämlich circa 1000 Gigatonnen

Erdgaslagerstätten Norddeutschlands sind solche

lich einsetzbar ist und ob das Treibhausgas

CO2. Vorteil der Aquiferspeicherung ist, dass

Poren häufig mit Erdgas gefüllt. Nach der Erd-

sicher im Untergrund verbleibt.

sich das flüchtige CO2 hier über lange Zeiträume

BGR

die Betreiber, am Ende der Versuchsphase 2015

Sandstein der Buntsandstein-Formation unter

gasförderung bieten sie Platz für das CO2.

16

hinweg auflöst oder mit anderen Stoffen zu Salzwasserführende Aquifere

festen Mineralphasen, beispielsweise Kalzit, rea-

Salzwasserführende Gesteinsformationen, Ex-

giert. Es ist damit auf Dauer der Atmosphäre

perten sprechen von einem »salinaren Aquifer“,

entzogen. Der norwegische Energiekonzern

werden weltweit als die wichtigsten CO2-Spei-

Statoil betreibt bereits seit 1996 eine entspre-

cher angesehen. Sie sind häufig mit Erdgas-

chende Anlage in dem Sleipner-Gasfeld: In die

oder Erdöllagerstätten verknüpft. Dort, wo sich

unverfestigten Sande der »Utsira Formation«,

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STATOIL

Auf dieser Bohrinsel des norwegischen Energiekonzerns Statoil wird seit über 10 Jahren CO2 aus dem geförderten Erdgas abgetrennt ……

circa 1000 Meter unterhalb des Nordseebodens, werden jährlich bis zu 1 Millionen Tonnen CO2 injiziert, das dem geförderten Erdgas als unerwünschte Verunreinigung entzogen wurde.

Aufgrund der in Norwegen üblichen CO2-Steuer ist die noch kostenintensive Technologie auch wirtschaftlich attraktiv; offenbar so sehr, dass das Unternehmen in der nördlichen Barentssee – im Snøhvit-Gasfeld – im April 2008 eine weitere Anlage in Betrieb genommen hat.

Tiefliegende, nicht förderbare Kohlflöze

vermögen wird auf maximal 200 Gigatonnen

offenbarte sich jedoch ein erheblicher Nachteil

Kohle kann aufgrund seiner internen Struktur

CO2 taxiert. Neben den erheblichen Adsorp-

der Kohle: Aufgrund ihrer hohen Dichte ist sie

binden.

tionskapazitäten der Kohle haben Kohlelager-

für gasförmige Stoffe nur schlecht durchlässig,

Bevorzugt lagert sich Methan (CH4) auf den

stätten als CO2-Speicher zwei weitere Vorteile:

was die Aufnahmekapazität für CO2 eheblich

Oberflächen der Kohlepartikel an. Die Schlag-

Erstens liegen sie häufig in regionaler Nähe zu

herabsetzt. Weltweit werden daher umfangrei-

wetterexplosionen im Kohlebergbau sind dafür

den Kraftwerken, was die Transportkosten er-

che Forschungsarbeiten durchgeführt, wie sich

ein nachdrücklicher Beweis. Eine noch größere

heblich reduzieren würde. Zweitens könnte das

dieses erhebliche Potenzial zukünftig doch noch

Affinität besitzt Kohle jedoch für Kohlendioxid

an die Kohle gebundene Methan durch das

für die CO2-Speicherung erschließen lässt.

gasförmige

Stoffe

ausgezeichnet

(CO2). Deshalb werden tiefliegende, derzeit

Einpressen von CO2 verdrängt und als Wertpro-

nicht abbaubare Kohleflöze weltweit als poten-

dukt gewonnen werden (ECBM-Verfahren). In

zielle CO2-Speicher getestet. Deren Aufnahme-

ersten Großversuchen in den USA und Polen 17

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…… und in salzwasserführende Sandschichten, tief unterhalb des Nordseebodens, zurückgeführt. (Grün: Erdgasförderhorizont; Blau: CO2-Injektionshorizont)

Ausstoß von 7.000 Tonnen CO2 pro Tag müssten STATOIL

täglich mehr als 20.000 Tonnen Gestein zerkleinert und an das Kraftwerk geliefert werden.

Werden Basaltgesteine in ihrer natürlichen Umgebung mit dem abgetrennten CO2 versetzt, spart man zwar die kostenintensive Logistik.

18

Mineralische Bindung

beruht im Wesentlichen auf folgendem Prinzip:

Die Umwandlung des flüchtigen CO2 in eine

Magnesiumreiche Gesteine (Basalte, Serpenti-

licherweise langen Transportwege für das CO2

immobile mineralische Substanz ist vermutlich

nite) werden aufgemahlen und unter hohem

und die physikalischen und chemischen Rah-

Limitierende Faktoren sind dann aber die mög-

die sicherste »Speicherung« von CO2. Obwohl

Druck und hohen Temperaturen mit CO2 ver-

menbedingungen der »Wirtsgesteine«, wie ge-

bislang erst unzureichend erforscht, findet diese

setzt. Das Treibhausgas reagiert mit dem

ringe Durchlässigkeiten, Druck und Temperatur.

Technologie zunehmendes Interesse in Wissen-

Ausgangsmaterial zu Kalk und ist damit dauer-

Andere Forschungsansätze zielen auf tiefliegende

schaft und Industrie. Sie wird im Gegensatz zu

haft gebunden. Das Verfahren ist jedoch außer-

Sandsteinschichten mit einem hohen Anteil an

den drei oben genannten Optionen jedoch auch

ordentlich energieintensiv und mit einem erheb-

Kalziumsulfatmineralen. In ersten Laborversu-

in Zukunft eher eine Nischentechnologie blei-

lichen logistischen Aufwand verbunden. Allein

chen reagierte beispielsweise Anhydrit (CaSO4)

ben. Das Konzept der mineralischen Bindung

für ein 500-MW-Kraftwerk mit einem CO2-

mit gelöstem CO2 zu festem Kalk (Kalzit).

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Speicheroptionen

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Generelle Charakteristika

Theoretische Speicherkapazität (weltweit/GtCO2)

Theoretische Speicherkapazität (Deutschland/GtCO2)

(Erschöpfte) natür-

Poröse und permeable Kalksteine und Sandsteine. CO2 füllt

Max. 900

Erdgasfelder: 2,75

liche Erdöl- und Erd-

Hohlräume und Klüfte (Kalksteine), bzw. freie Poren zwi-

Min. 675

Erdölfelder: 0,13

gaslagerstätten

schen den Sandkörnern (Sandsteine) die ursprünglich mit

Max. 200

0,37-1,67

20 ±8

Erdöl/Erdgas gefüllt waren. Nicht förderbare Öl/Gasanteile könnten noch mobilisiert und damit gewinnbar werden.

Nicht abbaubare

CO2 lagert sich auf der Oberfläche der Kohlepartikel an

Kohleflöze

und verdrängt dabei Methangas, das wirtschaftlich gewon-

Tiefliegende salinare

CO2 wird in sole-führende Gesteinsschichten im tiefen

Min. 1.000

Aquifere

Untergrund injiziert.

Max. 10.000

Mineralische

CO2 reagiert mit magnesiumreichen (Basalt) oder sulfatrei-

Unbekannt

Bindung

chen Gesteinen (Sandsteine mit Anhydrit) zu Karbonat

Unbekannt

IPCC, BGR Hannover

nen werden könnte.

Optionen für die geologische CO2-Speicherung in Deutschland und weltweit

19

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CO2-Speicherung in Deutschland In Deutschland kommen für die geologische Speicherung von CO2 insbesondere ausgediente Erdgasfelder sowie salinare Aquifere in Frage.

Experten der Bundesanstalt für Geowissen-

Dazu kommen die Speicherkapazitäten in sali-

Die Speicherkapazität der deutschen Öllager-

schaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover hal-

naren Aquiferen, deren Aufnahmefähigkeit auf

stätten ist mit circa 130 Millionen Tonnen dage-

ten insbesondere den Untergrund Norddeutsch-

circa 20 Gigatonnen (+- 8 Gigatonnen) geschätzt

gen gering. Sie könnten nur im Einzelfall und

lands – von den Niederlanden bis an die Grenze

werden. Auf der Grundlage der augenblicklichen

sehr beschränkt zur CO2-Speicherung beitragen.

nach Polen und weiter nach Norden – prinzipiell

Emissionsraten aller deutschen Kohlekraftwerke

Das gilt auch für die nicht produktiven Kohle-

für geeignet, CO2 zu speichern. Hier konzentrie-

von 345 Millionen Tonnen CO2 jährlich (Stand:

flöze im Untergrund des Ruhr- und Saargebietes.

ren sich die größten deutschen Erdgaslager-

2004) würde dieser Speicherraum – rein rechne-

Deren Speicherkapazitäten werden derzeit auf

stätten und tiefliegende Salzwasserhorizonte,

risch – bereits für mehrere Jahrzehnte ausrei-

maximal knapp 1,7 Gigatonnen geschätzt.

die sogenannten salinaren Aquifere. Das Erdbe-

chen. Die Nachnutzung von Erdgaslagerstätten

benrisiko ist extrem gering. Die Speicherkapa-

als CO2-Speicher bietet eine Reihe praktischer

zität der verschiedenen Gesteinsformationen ist

Vorteile. So sind die Felder geologisch ausge-

hoch. Allein in den Sandsteinen der norddeut-

zeichnet erkundet und die abdeckenden Ge-

schen Erdgaslagerstätten könnten nach aktu-

steinsschichten haben sich für gasförmige Stoffe

ellen Berechnungen circa 2,7 Gigatonnen CO2

über viele Millionen Jahre als dicht erwiesen. Die

gespeichert werden.

Anbindung an bestehende Pipelinenetze ist vielfach bereits gegeben und in versiegenden Lagerstätten könnte durch die Einpressung des Treibhausgases zudem die Erdgasausbeute verlängert werden. Zwei wichtige Faktoren für die Wirtschaftlichkeit der neuen Technologie.

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BGR Hannover

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Der Untergrund Deutschlands. Für die geologische Speicherung von CO2 bietet Norddeutschland mit seinen mächtigen Sandsteinvorkommen (Grün eingefärbte Bereiche) hervorragende geologische Voraussetzungen. Die Karte zeigt ferner, die größten Erdgaslagerstätten (gelbe Kreise), die wichtigsten industriellen CO2-Emissionsquellen (blaue Kreise) und unterirdische Steinkohlevorkommen (schwarz schraffiert).

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Sicherheit zukünftiger CO2-Speicher Wichtigste Voraussetzung für die geologische Speicherung des CO2 ist, dass die ausgewählten Speicherhorizonte nachweislich dicht sind: Denn das in der Tiefe gespeicherte CO2 darf weder zurück in die Atmosphäre gelangen, noch sollen Trinkwasserhorizonte beeinträchtigt oder Menschen gefährdet werden.

Dies gilt nicht nur für die Zeit des Betriebes,

rungen liegen zwar aus der unterirdischen Spei-

sondern auch weit darüber hinaus. Erlaubt sind

cherung von Erdgas vor; diese lassen sich jedoch

nur minimale Verluste, die nach Expertenmei-

nicht ohne weiteres auf die unterirdische Spei-

nung nicht mehr als 0,01 Prozent pro Jahr betra-

cherung von CO2 übertragen. Es muss daher ein

gen sollten. Rein rechnerisch bedeutet dies, dass

verlässliches Instrumentarium für die Auswahl

selbst nach 1000 Jahren weniger als 10 Prozent

und Langzeitüberwachung der CO2-Lagerstätten

des ursprünglich eingelagerten CO2 entwichen

entwickelt werden.

sein dürfen. Zukünftige Lagerstätten müssen daher auf Herz und Nieren auf ihre Dichtigkeit geprüft werden. Leckagen können beispielsweise auftreten, wenn das überlagernde Gestein die CO2-Speicher nicht ausreichend nach oben hin »abdichtet«. Auch tiefreichende Brüche im Gestein oder Bohrlöcher sind potenzielle »Lecks«.

Wichtige Erkenntnisse und langjährige Erfah-

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Das seismische Abbild eines CO2Speichers im tiefen Untergrund (SleipnerFeld, Norwegen). Die mit CO2 injizierten Horizonte (gefärbte Bereiche) heben sich deutlich von CO2-freien Bereichen ab. Es zeigt sich, dass seit Beginn der Injektion in 1996 offenbar kein CO2 die abdeckende Schicht durchdrungen hat. Die Seismik ist damit eine unentbehrliche Kontrolltech-

Rob Arts, TNO

nologie für unterirdische CO2-Speicher.

Seismische Verfahren, die den Untergrund

gegenüber dem umliegenden Gestein bilden

mit Hilfe von Schall- oder Druckwellen abta-

sich CO2-führende Horizonte besonders auf-

Ausbreitung des CO2 im Untergrund in

sten, haben sich insbesondere bei der Suche

fällig in dem Seismogramm ab. Würde das

»Echtzeit« verfolgen.

nach Erdöl und Erdgas bewährt. Sie werden

eingelagerte Kohlendioxid durch die überla-

auch bei der Erkundung geeigneter Standorte

gernde »Deckschicht« nach oben hin ent-

Für eine Langzeitprognose sind die Exper-

und der späteren Überwachung von CO2-

weichen, könnte das Leck lokalisiert wer-

ten auf Modellrechnungen angewiesen. Sie

Speichern eingesetzt. Praktische Erfahrungen

den. Komplementär zu den geophysikali-

ermöglichen den Blick weit voraus in die Zu-

zur seismischen Überwachung liegen aus

schen müssen auch verlässliche geochemi-

kunft. Wie schnell verteilt sich das CO2 im

dem Sleipner Gasfeld in der norwegischen

sche Kontrolltechnologien eingesetzt wer-

Untergrund, welche Wegsamkeiten nutzt es

sensoren eingesetzt, lässt sich mit ihnen die

Nordsee vor. Hier wird der mit CO2 injizierte

den. Geeignet sind unter anderem optische

und zu welchem Zeitpunkt hat sich das CO2

Bereich seit Beginn der Injektion im Jahre

oder elektrochemische Sensoren für extre-

aufgelöst? Diese und viele andere Fragen

1996 kontinuierlich kontrolliert. Aufgrund

me chemische und physikalische Bedin-

lassen sich mit numerischen Simulationen

ihrer charakteristischen Dichteunterschiede

gungen. Als Bohrloch- und Oberflächen-

beantworten. Experten halten zudem die

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Zukunftsprognosen, wie sich das CO2 im Untergrund ausbreiten wird, sind mit Hilfe mathematischer Simulationsrechnungen möglich. Sie erlau-

TNO - B&O

ben einen Blick weit voraus in die Zukunft.

Entwicklung neuer Injektionstechnologien für notwendig.

Da CO2 chemisch sehr aggressiv wirken kann, müssen beispielsweise geeignete Stähle und spezielle Bohrlochzemente entwickelt werden. Laborversuche zeigen, dass herkömmliche Zemente unter CO2-Einfluss korrodieren. Bohrlöcher, die mit herkömmlichen Zementen verfüllt wurden, könnten langfristig also undicht werden. Doch nicht nur zukünftige Reinicke, TU Clausthal

CO2-Injektionsbohrungen

Handelsübliche Portlandzemente mit hochreaktivem CO2 behandelt.

24

sind

mit

dauerbeständigen

Zementen zu versiegeln. Auch viele verwaiste Bohrungen der nicht mehr produktiven Erdgas- und Erdöllagerstätten müssen geortet und neu abgedichtet werden, sollen sie als CO2Speicher genutzt werden.

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Was kostet die CCS-Technologie?

Die CO2-Abscheidung und Speicherung ist nach augenblicklichem Stand der Technik noch mit erhöhten Kosten verbunden.

Die CO2-Abscheidung ist das kostenbestim-

Kostenkalkül mit einbezogen, belaufen sich die

Für einzelne Wirtschaftsbranchen bestehen

mende Glied in der Prozesskette Abscheidung –

Kosten für Transport und Speicherung auf etwa

schon heute kommerzielle Anreize, beispiels-

Transport – Speicherung. Dies liegt hauptsäch-

10 - 24 € pro Tonne vermiedenes CO2.

weise durch die Injektion von CO2 in versiegen-

Neueren Berechnungen zufolge könnten die

de Erdöl- und Erdgaslagerstätten, um deren Pro-

gründet, der den Wirkungsgrad des Kraftwerks

CO2-Vermeidungskosten bis 2020 jedoch auf

duktionsraten zu steigern. Mitentscheidend

verringert: bei kohlebefeuerten Anlagen um 8

Werte zwischen 35 und 50 € / tCO2 sinken.

wird jedoch die Entwicklung der Preise für Emis-

bis 15 Prozentpunkte, bei gasbefeuerten Kraft-

Sollten – wie derzeit geplant – bis 2020 kom-

sionszertifikate sein. Die Europäische Kommis-

werken um 9 bis 12 Prozentpunkte. Allein für

merziell einsatzfähige CCS-Kraftwerke zur Ver-

sion hat bereits signalisiert, CCS in den europä-

die Abscheidung werden derzeit zusätzliche

fügung stehen, muss von Stromgestehungs-

ischen Emissionshandel aufzunehmen. Das

Kosten in Höhe von bis zu 50 Euro pro Tonne

kosten frei Kraftwerk zwischen 6,5 bis 7 ct/kWh

Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung

CO2 veranschlagt. Hinzu kommen die Kosten

ausgegangen werden.

(DIW) kommt zu dem Schluss, dass eine Strom-

lich in dem zusätzlichen Energieaufwand be-

für den Transport und die Speicherung. Ver-

erzeugung aus emissionsfreien Kohlekraftwer-

glichen mit den Zusatzkosten für die CO2-Ab-

Der internationale Klimarat (IPCC) veran-

ken ab einem Zertifikatspreis von über 30 Euro

scheidung sind die Transportkosten eher von

schlagt in seinem Sondergutachten 2005 fol-

pro Tonne wirtschaftlich werden könnte. Wei-

untergeordneter Bedeutung: 1-10 € pro Tonne

gende Kosten: Abscheidung: 15 bis 75 US$/

tere Kostenanreize entstehen durch die Weiter-

CO2 werden derzeit kalkuliert, je nach Entfer-

tCO2; Transport: 1 bis 8 US$/tCO2 je 250 Kilo-

entwicklung und Optimierung der CCS-Tech-

nung und Transportart. Je näher sich also ein

meter; Speicherung und Überwachung: 0,51 bis

nologien oder durch Exportmöglichkeiten der

potenzieller Speicher zum Kraftwerk befindet,

8,3 US$/tCO2.

Technologie. Nach Angaben der IEA werden bei-

desto günstiger. Bezogen auf die Gesamtkosten

spielsweise in China jedes Jahr 20 bis 25 GW

einer CCS-Kette macht der Transportanteil circa

neuer Kohlekraftwerksleistung installiert.

10 Prozent aus. Wird auch die Speicherung ins 25

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Die CCS-Technologie – Ein innovatives Forschungsfeld Schon heute darf davon ausgegangen werden, dass die CCS-Technologie einen technisch machbaren und ökologisch akzeptablen Beitrag zur Reduzierung der anthropogenen CO2Emissionen leisten kann.

Für einen großtechnischen Einsatz fehlt es derzeit

2011 circa 45 Millionen Euro für Forschungsarbeiten

aber noch an verlässlichen Daten, insbesondere was

zur Verfügung. Derzeit werden mehr als 20 interdiszi-

die langfristig sichere Speicherung des Treibhausgases

plinäre Forschungsverbünde gefördert, in denen Un-

im Untergrund angeht. Hier bestehen derzeit noch

ternehmen mit Universitäten und anderen Wissen-

offene Fragen. Sie sind Gegenstand zahlreicher natio-

schaftsinstitutionen zusammenarbeiten. Die For-

naler wie internationaler Forschungsprogramme, in

schungsprojekte konzentrieren sich neben der Aus-

denen Wissenschaftler und ihre Kollegen aus der In-

wahl und Untersuchung von möglichen Speicherop-

dustrie eng zusammenarbeiten. Größte Bedeutung

tionen insbesondere auf die Entwicklung von verläss-

kommt dem Nachweis zu, dass das CO2 auch in gro-

lichen Methoden und Technologien zur dauerhaften

ßen Mengen langfristig und ohne Gefahr für Mensch

Überwachung geeigneter Standorte. Bislang sind viele

und Natur im Untergrund gelagert werden kann.

der Forschungsarbeiten auf Laborversuche beschränkt oder werden im Modellmaßstab simuliert. Verlässliche

26

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung

Aussagen sind jedoch nur möglich, wenn die neue

(BMBF) hat die Verantwortung für die geologische

Technologie realitätsnah in Pilot- und Demonstrations-

Speicherung von CO2 übernommen. Im Rahmen des

projekten getestet wird. In zwei standortspezifischen

FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN stehen dafür bis

Pilotprojekten in der Altmark (Sachsen-Anhalt) und in

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Das europäische Forschungsprojekt CO2-SINK

IIm brandenburgischen Ketzin, wenige Kilometer westlich von Berlin, entsteht unter Leitung des GeoForschungsZenSchleswig-Holstein, sollen daher die Speicher- und Sicher-

trums Potsdam die europaweit erste landgestützte Pilotan-

heitstechnologien unter realistischen Bedingungen vor Ort

lage, die in großem Stil CO2 in den Untergrund injiziert.

getestet werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und

Insgesamt 60.000 Tonnen sollen hier ab Herbst 2008 in

Technologie (BMWi) unterstützt in dem Forschungspro-

800 Meter tiefe, poröse und salzwassergesättigte Sand-

gramm COORETEC die Entwicklung neuer und verbesserter

steine (Typ: Deep Saline Aquifer) gepumpt werden. In an-

Technologien zur CO2-Abscheidung und Effizienzsteigerung

geschlossenen Langzeitexperimenten wird mit einem gro-

zukünftiger Kraftwerke.

ßen technologischen Aufgebot das Verhalten von CO2 im Untergrund untersucht. Dazu gehören Analysen von Ge-

CCS ist eine noch junge Technologie, für die auch rechtliche

steinsproben, die Untersuchung von Wasserproben und

Rahmenbedingungen geschaffen werden müssen. Für die

Mikroorganismen aus dem Untergrund, Messungen und

geologische Speicherung von CO2 wird derzeit unter Feder-

Experimente in Bohrlöchern, geophysikalische und geo-

führung der Europäischen Kommission ein Rechtsrahmen er-

chemische Überwachungen an der Erdoberfläche und in

arbeitet. Wird er von den Mitgliedsstaaten akzeptiert und in

der Tiefe sowie theoretische Vorhersagemodelle. Mit die-

nationales Recht überführt, werden ab 2009 verbindliche

sen Untersuchungen werden die Dichtigkeit und die

Rechtsvorschriften zur geologischen Speicherung von CO2 be-

Sicherheit potenzieller CO2-Speichergesteine vor Ort gete-

stehen. Erst am Anfang steht die Wahrnehmung der Tech-

stet und beurteilt. Zum ersten Mal – weltweit – wird auch

nologie in der Öffentlichkeit. Noch sind es weitestgehend die

die Ausbreitung des CO2 direkt am Ort der Injektion im

Vertreter aus der Politik, der Wirtschaft und den Umwelt-

Untergrund zu beobachten sein. Insgesamt 14 internatio-

verbänden, die sich mit dieser Technologie befassen. Für den

nale Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft sind an die-

Erfolg ihrer praktischen Umsetzung aber ist es unumgänglich,

sem Großversuch beteiligt, der maßgeblich durch die

die Akzeptanz einer sehr viel breiteren Öffentlichkeit zu erlan-

Europäische Kommission gefördert wird.

gen. Wesentlicher Bestandteil zukünftiger Forschungs- und Demonstrationsvorhaben wird daher auch die transparente Information gegenüber der Allgemeinheit sein.

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FuE-Programm

Fรถrderung/ Partner

FuE-Fokus

Weitere Information

CO2SINK

Deutschland/EU

Speicherung von CO2

www.co2sink.org

GEOTECHNOLOGIEN

Deutschland

Speicherung von CO2

www.geotechnologien.de

COORETEC

Deutschland

Abscheidung von CO2

www.cooretec.de

PICOREF

Frankreich

Speicherung von CO2

www.ifp.fr

CATO

Niederlande

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.CO2-cato.nl

CO2CRC

Australien

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.co2crc.com.au

Carbon Sequestration Partnership Program

USA

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.netl.doe.gov/sequestration

Future Gen

USA

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.fossil.energy.gov/programs/powersystems/futuregen/

Carbon Mitigation Initiative

USA

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.princeton.edu/~cmi

The Global Climate and Energy Project

USA

Abscheidung, Speicherung von CO2

http://gcep.stanford.edu/

CO2GEONET

EU

Speicherung von CO2

www.co2geonet.com

CASTOR

EU

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.co2castor.com

Abscheidung von CO2

www.encapco2.org/

ENCAP CO2STORE

EU

Speicherung von CO2

www.co2store.org

Weyburn

EU

Speicherung von CO2

www.ieagreen.org.uk/glossies/weyburn.pdf

ETP ZEP

EU

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.zero-emissionplatform.eu

CO2 Capture Project

Weltweit operierendes Industriekonsortium

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.co2captureproject.org

IEA Greenhouse Gas R&D-Programme

Weltweit operierendes Forschungsnetzwerk

Abscheidung, Speicherung von CO2

www.ieagreen.org.uk/

Laufende nationale und internationale Forschungsprogramme zur CCS-Technologie (Auswahl)

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CCS – Eine grenzüberschreitende Technologieentwicklung Carbon Capture and Storage (CCS) ist nicht nur in Deutschland ein Thema. Weltweit wird diese Technologie inzwischen ernsthaft in Erwägung gezogen, um den anthropogenen CO2-Ausstoß zu reduzieren.

In Europa ist es die Europäische Kommission,

cherung von CO2. Weltumspannend sind die

die bereits seit etlichen Jahren einschlägige FuE-

Forschungsaktivitäten im Rahmen des »Carbon

Programme zu diesem Thema fördert. In der

Sequestration Leadership Forum (CSLF)« und

European Technology Platform for Zero Emis-

des »Greenhouse Gas R&D-Programme« der

sion Fossil Fuel Power Plants (ETP-ZEP) sitzen

Internationalen Energie Agentur (IEA). Deutsch-

beispielsweise wichtige europäische Unterneh-

land ist Mitglied dieser beiden internationalen

men, Forschungsinstitutionen und Nicht-Regie-

Initiativen. Parallel zu den staatlich geförderten

rungs-Organisationen an einem Tisch, um die

FuE-Aktivitäten haben zahlreiche internationale

ökologischen, ökonomischen und technologi-

Energiekonzerne ihrerseits die Initiative ergriffen

schen Perspektiven der CCS-Technologie auszu-

und konkrete Forschungs- und Demonstra-

loten. In den USA fördert das Department of

tionsvorhaben gestartet, unter anderem in der

Energy im Rahmen seines »Carbon Sequestra-

algerischen Sahara, in Frankreich, Norwegen

tion Partnership Programs« verschiedene Pilot-

und Deutschland.

projekte zu Abscheidung, Transport und Spei-

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Sand-/Kalksteine (EOR) 3

4

7

10

9

Sand-/Kalksteine (EGR) 14

12

15

11 Salinarer Aquifer Kohle Mineralische Bindung

≥ 1 Mio. t CO2 /Jahr

≥ 100.000 t CO2 /Jahr < 100.000 t CO2 /Jahr

2

13

6

5

1

8

In Pilot- und Demonstrationsvorhaben werden weltweit die Möglichkeiten der CO2-Injektion in den tiefen Untergrund ausgelotet. (siehe auch nebenstehende Tabelle).

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Lfd. Nr.

Projekt

Land

Start der CO2-Injektion

Tonnage

Geplante Gesamttonnage

Lagerstättentyp

1

Gorgon

Australien

~2012

Ca. 10.000 t/Tag

k.A.

Sandsteine, salinarer Aquifer

2

Carson

USA

2011

4.000.000 t/Jahr

k.A.

Sandsteine, EOR

3

Sleipner

Norwegen

1996

1.000.000 t/Jahr

Ca. 20.000.000

Sandsteine, salinarer Aquifer

4

Weyburn

Kanada/USA

2000

Max. 5.000 t/Tag

> 20.000.000

Kalksteine, EOR

5

In Salah

Algerien

2004

Max. 4.000 t/Tag

17.000.000

Sandsteine

6

K12B

Niederlande

2004

Max. 1.000 t/Tag

8.000.000

Sandsteine, EGR

7

Snøhvit

Norwegen

2008

700.000 t/Jahr

> 7.000.000

Sandsteine, salinarer Aquifer

8

Otway Basin

Australien

2008

150 t/Tag

100.000

Sandsteine

9

Altmark

Deutschland

2010

–

100.000

Sandsteine, EGR

10

Ketzin

Deutschland

2008

100 t/Tag

60.000

Sandsteine, salinarer Aquifer

11

Minami-Nagaoka

Japan

2003

40 t/Tag

10.000

Sandsteine, salinarer Aquifer

12

Deccan Vulkan Province

Indien

k.A.

k.A.

2.000

Mineralische Bindung in Basaltgesteinen

13

Frio

USA

2004

177 t/Tag

1.600

Sandsteine, salinarer Aquifer

14

Kattowitz/ RECOPOL

Polen

2004

k.A.

760

Kohleflöze, ECBM

15

Qinshui Basin

China

2003

30 t/Tag

150

Kohleflöze, ECBM

Daten: IPCC-Special Report, 2005; persönliche Mitteilungen

31

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Glossar Adsorption

Aquifer

Gigajoule (GJ)

Beim Vorgang der Adsorption (lat.: adsorptio

Ursprünglich aus dem englischen Sprachraum

1 Gigajoule = 109 J = 1000 Megajoule (Energie-

bzw. adsorbere = (an)saugen) lagert sich ein

stammender Begriff. Bezeichnet im weitesten

einheit).

Atom oder Molekül aus einem Gas oder einer

Sinne einen Gesteinskörper mit Hohlräumen,

Flüssigkeit an einer inneren Oberfläche des Ad-

der zur Abgabe und Weiterleitung von signifi-

Gigatonne (Gt)

sorbens (Plural: Adsorbentien) an. Im Unter-

kanten Wassermengen geeignet ist.

Die Gigatonne (Gt) ist eine Masseneinheit. Eine Gigatonne entspricht einer Milliarde (109)

schied dazu bezeichnet die Absorption die EinBarrel

freie Volumen eines Festkörpers bzw. einer

Das Barrel (engl. Fass) ist unter anderem

Flüssigkeit.

eine Maßeinheit für Erdölprodukte. 1 Barrel

Gigawatt (GW)

sind 159 Liter.

1 Gigawatt = 109 W = 1000 Megawatt (Leistungseinheit).

Affinität In der Chemie ist Affinität die Triebkraft einer

ECBM

chemischen Reaktion, nämlich das Bestreben

Enhanced Coalbed Methane. Gewinnung von

IPCC

von Atomen oder Atomgruppen, eine Bindung

Flözgas aus Kohlevorkommen.

Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen, englisch Intergovernmental Panel on

einzugehen (Reaktionsaffinität). Beruht hingegen eine Bindung allein auf elektrostatischer

Fossil

Climate Change (IPCC), wurde 1988 vom

Anziehung der Bindungspartner, spricht man

Als Fossil (von lat. fossilis (aus)gegraben) be-

Umweltprogramm der Vereinten Nationen

von Bindungsaffinität.

zeichnet man jedes Zeugnis vergangenen

UNEP und der Weltorganisation für Meteo-

Lebens aus der Erdgeschichte. Die fossilen Ener-

rologie (WMO) ins Leben gerufen. Das Panel

Anthropogen

gieträger Erdöl, Erdgas und Kohle haben sich

hat die Hauptaufgabe, Risiken des Klima-

Der Begriff anthropogen (vom griechi-

demnach im Verlauf der Erdgeschichte aus

wandels zu beurteilen und Vermeidungsstra-

schen anthropos = Mensch und von gene-

pflanzlichen und tierischen Lebewesen gebildet.

tegien zusammenzutragen. Der Sitz des IPCCSekretariats befindet sich in Genf.

se = Erzeugung/Erschaffung) bezeichnet

32

Tonnen oder einer Billion (1012) Kilogramm.

lagerung eines Atoms oder Moleküls in das

alles vom Menschen Beeinflusste, Verur-

FuE

sachte oder Hergestellte.

Forschung und Entwicklung.

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Kalzit

Kyoto-Protokoll

ppm

Kalzit, auch Calcit oder Kalkspat, ist ein Mineral

Das Kyoto-Protokoll (benannt nach dem Ort der

(Parts per Million), 10-6, ein millionstel Teil.

mit der chemischen Formel CaCO3. Farbe: Weiß

Konferenz Kyoto in Japan) schreibt verbindliche

oder farblos. Es ist als gesteinsbildendes

Ziele für die Verringerung des Ausstoßes von

Schlagwetter

Mineral eines der häufigsten in der Erdkruste.

Treibhausgasen fest, welche als Auslöser der glo-

Schlagwetter ist ein Begriff aus der Bergmanns-

balen Erwärmung gelten. Die Zunahme dieser

sprache. Er bezeichnet im Kohlebergbau, je-

Kilowattstunde (kWh)

Treibhausgase wird großteils auf menschliche

doch auch im Salz- und Erzbergbau unter Tage

Kilowattstunde (kWh) ist die am häufigsten im

Aktivitäten zurückgeführt, insbesondere auf das

austretendes Grubengas (Methangas), welches,

allgemeinen Gebrauch verwendete Einheit für

Verbrennen fossiler Brennstoffe. Die reglemen-

mit Luft gemischt, explosiv reagiert (Schlag-

Energie oder Arbeit. Wenn beispielsweise eine

tierten Gase sind: Kohlendioxid (CO2, dient als

wetterexplosion). Als Wetter bezeichnet der

Solaranlage mit der Leistung von einem

Referenzwert), Methan (CH4), Distickstoffoxid

Bergmann die Gesamtheit der in einem Berg-

Kilowatt eine Stunde lang elektrische Energie

(Lachgas, N2O), teilhalogenierte Fluorkohlenwas-

werk befindlichen Luft.

(umgangssprachlich: Strom) produziert, so ent-

serstoffe (H-FKW/HFCs), perfluorierte Kohlen-

spricht das einer Energiemenge von einer

wasserstoffe (FKW/PFCs) und Schwefelhexa-

Treibhausgas

Kilowattstunde.

fluorid (SF6).

Treibhausgase sind gasförmige Stoffe, die zum

Kohlendioxid

LNG

natürlichen als auch einen anthropogenen Ur-

Kohlendioxid (CO2) ist eine chemische Verbin-

LNG ist die Abkürzung für Liquefied Natural

sprung haben können. Die wichtigsten natür-

dung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und ein

Gas, englisch für Flüssigerdgas.

lichen Treibhausgase sind Wasserdampf, Koh-

Treibhauseffekt beitragen und sowohl einen

farb- und geruchloses Gas. Es ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und entsteht sowohl bei

lendioxid und Methan. Sie heben die durchMegawatt (MW): 6

schnittliche Temperatur an der Erdoberfläche

der vollständigen Verbrennung von kohlen-

1 Megawatt = 10 W = 1.000 Kilowatt. Ein ein-

um etwa 30 °C auf +15 °C an. Ohne diesen

stoffhaltigen Substanzen unter ausreichendem

zelnes Steinkohlekraftwerk hat eine typische

natürlichen Treibhauseffekt hätte die untere

Sauerstoff als auch im Organismus von

elektrische Leistung von bis zu 700 Megawatt.

Atmosphäre im globalen Mittel nur -18 °C.

Lebewesen als Produkt der Zellatmung. Das

Künstliche Treibhausgase der Luft sind das

CO2 wird dabei über den Atem abgegeben.

Methan

Distickstoffoxid (Lachgas, N2O, Beitrag etwa

Umgekehrt sind Pflanzen in der Lage, CO2

Methan (CH4) – auch Sumpfgas genannt – ist ein

6 %), Fluorkohlenwasserstoffe (FKW bzw.

durch die Kohlenstoffdioxid-Fixierung in Bio-

farbloses und geruchloses Gas. Methan ist der

H-FKW), Schwefelhexafluorid (SF6) und fluo-

masse umzuwandeln. So produzieren Pflanzen

Hauptbestandteil von Erdgas und Biogas. Nach

rierte Chlorkohlenwasserstoffe (FCKW).

beispielsweise bei der Photosynthese aus anor-

Kohlendioxid ist es das bedeutendste Treibhaus-

ganischem CO2 Glukose.

gas, wobei es 20- bis 30-mal wirkungsvoller ist, allerdings in kleineren Mengen in der Atmosphäre vorkommt.

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Anhang Mehr zum Thema CCS (Auswahl aktueller Schriften und Berichte): Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2007): Leuchtturm COORETEC – Der Weg zum zukunftsfähigen Kraftwerk mit fossilen Brennstoffen; Forschungsbericht No. 566 Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (2005): Dokumentation Nr. 545; EWI/Prognos-Studie »Die Entwicklung der Energiemärkte bis zum Jahr 2030«; Energiewirtschaftliche Referenzprognose, Energiereport IV – Kurzfassung Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2006): Energieversorgung für Deutschland; Statusbericht für den Energiegipfel am 3. April 2006 Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2007): RECCS Strukturell-ökonomisch-ökologischer Vergleich regenerativer Energietechnologien (RE) mit Carbon Capture and Storage (CCS) (http://www.bmu.de/erneuerbare_energien/downloads/ doc/38826.php) Dooley, J.J. (2006): Carbon Dioxide Capture and Geologic Storage – A Core Element of Global Energy Technology Strategy to Address Climate Change; Global Energy Technology Strategy Program; April 2006

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ECOFYS (2007): Sustainability framework for Carbon Capture and Storage; Januar 2007 Fischedick et al. (2007): Geologische CO2-Speicherung als klimapolitische Handlungsoption – Technologien, Konzepte, Perspektiven, Wuppertal Spezial 35, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, 2007 Intergovernmental Panel on Climate Change (2005): Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, September 2005

Umweltbundesamt (2006): Technische Abscheidung und Speicherung von CO2 – nur eine Übergangslösung; Positionspapier des Umweltbundesamtes zu möglichen Auswirkungen, Potenzialen und Anforderungen; Dessau, August 2006 (http://www.umweltdaten.de/ publikationen/fpdf-l/3074.pdf) VGB Powertec EV (2004): CO2 Capture and Storage, VGB Report on the State of the Art, Essen, 2004

International Energy Agency (2005): IEA; Key World Energy Statistics, 2005

Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (2003): Über Kioto hinaus denken – Klimaschutzstrategien für das 21. Jahrhundert; WBGU-Sondergutachten

Kemfert, Claudia (2005): Klimaschutz im deutschen Strommarkt: Chancen für Kohletechnologien durch CO2-Abscheidung und -Speicherung; DIW Wochenbericht No. 16/2005; S. 243-248

Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (2006): Die Zukunft der Meere – zu warm, zu hoch, zu sauer; WBGU-Sondergutachten

Rat für Nachhaltige Entwicklung (2003): Perspektiven der Kohle in einer nachhaltigen Energiewirtschaft – Leitlinien einer modernen Kohlepolitik und Innovationsförderung – texte No. 4; Oktober 2003

Ziesing, Hans-Joachim (2005): Stagnation der Kohlendioxidemissionen in Deutschland im Jahre 2004; DIW Wochenbericht 9/2005

Stroink, Ludwig (2006): Underground Storage of CO2 in Germany; IEA Greenhouse Gas R&D-Programme; Greenhouse Issues, No. 81, March 2006

Ziesing, Hans-Joachim (2006): CO2-Emissionen in Deutschland im Jahre 2005 deutlich gesunken. DIW Wochenbericht, No.12/2006

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Thematisch relevante Webseiten Nachfolgend sind einige informative Webseiten aufgelistet, die einen weiteren Einblick in die CCS-Technologie ermöglichen.

Sie komplettieren die Liste der Internetadressen aus der Tabelle »Forschungsprogramme«: 1. www.wbgu.de/wbgu_sn2006.html (WBGU-Sondergutachten, 2006: Die Zukunft der Meere – zu warm, zu hoch, zu sauer) 2. www.bmu.de/erneuerbare_energien/downloads/doc/ 38826.php (Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Naturschutz, Umwelt und Reaktorsicherheit: RECCS Strukturell-ökonomisch-ökologischer Vergleich regenerativer Energietechnologien mit Carbon Capture and Storage, 2007) 3. www.umweltbundesamt.de/energie/archiv/CC-4-2006-Kurzfassung.pdf (Verfahren zur CO2-Abscheidung und -Speicherung; Studie im Auftrag des BMU, 2006) 4. www.co2captureandstorage.info/co2db.php (Datenbank aller derzeit laufenden FuE und Demonstrationsprojekte weltweit) 5. www.iea.org/ (Internationale Energie Agentur) 6. www.ipcc.ch/ (IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change) 7. www.geotechnologien.de (FuE-Programm GEOTECHNOLOGIEN) 8. www.zero-emissionplatform.eu/website/ (European Technology Platform for Zero Emission Fossil Fuel Power Plants, ETP-ZEP) 9. www.fossil.energy.gov/programs/powersystems/futuregen/ (US-amerikanisches Forschungsprogramm Future Gen) 10. www.cslforum.org (Carbon Sequestration Leadership Forum, weltweit operierende Plattform zur CCS-Technologie) 11. www.ieagreen.org.uk/ (Internationales Forschungsnetzwerk zum Thema Carbon, Capture and Storage) 12. www.iz-klima.de/ (Informationszentrum Klimafreundliches Kohlekraftwerk) 13. www.globalccsinstitute.com/ (The Global Carbon Capture and Storage Institute (Global CCS Institute)

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Die europ채ische Pilotanlage CO2SINK zur unterirdischen CO2-Speicherung im brandenburgischen Ketzin.

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Kontakt: Dr. Ute M端nch Koordinierungsb端ro GEOTECHNOLOGIEN Telegrafenberg, 14473 Potsdam Tel. 0331-288 10 71 www.geotechnologien.de Das Forschungs- und Entwicklungsprogramm GEOTECHNOLOGIEN wird durch das Bundesministerium f端r Bildung und Forschung (BMBF) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gef旦rdert.

Impressum: Konzept, Text: Dr. Ludwig Stroink Grafik, Design: Grit Schwalbe Gedruckt auf Zanders Mega Silk.

Nach dem internationalen Umweltstandard (PEFC) zertifiziert.

3. Auflage, Dezember 2009