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CO₂-Abscheidung: Definition, Funktionsweise und Beispiele
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“Die Kohlenstoffabscheidung hat das Ziel, zu verhindern, dass CO₂ aus menschlichen Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt, um die globale Erwärmung einzudämmen – eine vom Haut Conseil pour le Climat als hilfreich eingeschätzte Lösung für die Behandlung von Restemissionen besonders emissionsintensiver Sektoren, vorausgesetzt, sie verbraucht nicht mehr Energie, als sie einspart.”
Was ist überhaupt CO₂?
Kleine Erinnerung an die Zusammensetzung der Luft…
Luft ist das gasförmige Medium, das der Mensch atmet. Von gasförmiger Luft spricht man, weil sie aus unsichtbaren Gasen besteht, zum Beispiel aus Sauerstoff und Kohlendioxid (CO₂). Auch wenn man sie nicht sieht, kann man sie spüren (zum Beispiel als Wind) und vor allem brauchen wir sie zum Atmen.
Die Zusammensetzung der Luft beruht im Wesentlichen auf zwei Elementen, deren jeweilige prozentuale Anteile wie folgt sind:
💨
L’azote (N)
à 78 %
💨
L’oxygène (O)
à 21 %
Der restliche Anteil besteht aus verschiedenen Gasen wie Kohlendioxid (CO₂), Argon und Wasserdampf, wobei diese nur in sehr geringen Mengen vorhanden sind.
“Was das Kohlendioxid (CO₂) betrifft, so liegt seine Konzentration in der Atmosphäre bei 0,03 % (Quelle: DREAL, 2020). Trotz dieses geringen Werts handelt es sich tatsächlich um CO₂, das teilweise zum Klimawandel beiträgt.”
Was ist CO₂?
“Kohlendioxid, auch bekannt als Kohlenstoffdioxid oder Kohlensäureanhydrid, mit der Summenformel CO₂, ist ein farbloses, inertes und ungiftiges Gas. Es besteht aus zwei Sauerstoff- und einem Kohlenstoffatom (Quelle: Actu-Environnement, 2019).”
CO₂ ist ein natürlich in der Luft vorkommendes Gas. Es zirkuliert ständig zwischen Luft, Pflanzen, Tieren usw. Kohlendioxid (CO₂) spielt eine Schlüsselrolle im Kohlenstoffkreislauf (dem Austausch eines chemischen Elements). Zum einen trägt CO₂ zum natürlichen Treibhauseffekt bei, indem es einen Teil der Wärme in der Atmosphäre zurückhält und so eine für das Leben auf der Erde geeignete Temperatur ermöglicht (etwa -18 °C). Zum anderen wird es bei der Photosynthese von den Pflanzen aufgenommen – ein essentieller Prozess für die Produktion von Sauerstoff und das Pflanzenwachstum.
In der Natur wird CO₂ durch die Photosynthese der Pflanzen abgebaut oder physikalisch gelöst und in Gewässern wie Meeren und Ozeanen gespeichert.
“Anders gesagt: CO₂ spielt eine entscheidende Rolle auf der Erde – seine hohe Konzentration in der Atmosphäre, in parts per million (ppm) gemessen, lag 2024 laut Schätzung bei etwa 421 ppm (Quelle: Statista, 2024), der höchste je gemessene Wert – verursacht vor allem durch menschliche Aktivitäten, insbesondere die Verbrennung fossiler Energien.”
Welches natürliche Ökosystem ist in der Lage, CO₂ auf natürliche Weise zu absorbieren?
Ökosysteme, die auf natürliche Weise CO₂ absorbieren, werden als Kohlenstoffsenken bezeichnet.
Diese Kohlenstoffsenken tragen kostenlos zur Regulierung des Erdklimas bei, indem sie einen Teil des atmosphärischen Kohlenstoffs aufnehmen.
Die Aufteilung dieser Aufnahme sieht folgendermaßen aus (Quelle: CNRS, 2021):
🌊
Les océans
Absorbent 30 % du CO₂, dissous en surface puis capté par le plancton ou stocké en profondeur.
🌳
Les puits terrestres
Les puits terrestres (arbres, tourbières, etc.) absorbent 25 % du CO₂ grâce à la photosynthèse, un processus où elles exploitent la lumière solaire comme source d’énergie pour transformer l’eau et le CO₂ en oxygène et en sucres.
Zu beachten ist, dass die Fähigkeit dieser letzten Kohlenstoffsenke, CO₂ zu absorbieren, 2023 stark reduziert wurde – was zur Verschärfung der Erderwärmung beiträgt (Quelle: Le Monde, 2023).
Mehr Informationen zu Kohlenstoffsenken finden Sie in unserem Artikel zu Kohlenstoffreserven.
Was bindet letztlich am meisten Kohlenstoff?
Das am besten geeignete natürliche Ökosystem zur Aufnahme von CO₂ ist somit der Ozean, dank seiner Ausdehnung (zur Erinnerung: Ozeane bedecken 70 % der Erdoberfläche), was die Lösung dieses Gases im Wasser erleichtert.
“Der Ozean ist ein sehr großes Gebilde – er bedeckt 70 % der Erde – und einzigartig – Veränderungen an einem Punkt wirken sich überall aus (Quelle: CNRS, 2021).”
Ebenfalls laut CNRS führt die übermäßige Aufnahme von CO₂ durch die Ozeane zu zwei bedeutenden Konsequenzen: einer Abschwächung der thermohalinen Zirkulation und einer Versauerung der Ozeane (die zunehmende Säure des Ozeans hat Auswirkungen auf die Nahrungskette).
Wie funktioniert die CO₂-Abscheidung?
Angesichts des raschen Anstiegs der globalen Durchschnittstemperatur und des Rückgangs der Fähigkeit natürlicher Kohlenstoffsenken, CO₂ aufzunehmen, hat der Mensch schrittweise die sogenannten „technologischen Kohlenstoffsenken“ entwickelt.
CO₂-Abscheidung, Definition
“Bei der Abscheidung an einem Industriestandort wird das bei industriellen Prozessen entstehende CO₂ extrahiert und konzentriert (Quelle: Ministères Aménagement du territoire Transition écologique).”
Anders gesagt: Die Kohlenstoffspeicherung – auch „Carbon Capture and Storage“ oder CCS genannt – besteht darin, CO₂ direkt an der Quelle einzuschließen, also in der Industrieproduktion, bevor es in die Atmosphäre gelangt.
“Das CO₂ wird anschließend verdichtet und per Pipeline oder Schiff transportiert, um in tiefe geologische Formationen eingespritzt zu werden, die über geeignete Eigenschaften verfügen, insbesondere in Bezug auf eine langfristige Einschlussgarantie (Quelle: EDF FR). ”
Die ersten industriellen Anwendungen der CO₂-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS) gehen auf die 1970er Jahre in Texas zurück, mit dem Ziel, das in Erdgaswerken erzeugte CO₂ zu erfassen und zu Ölfeldern zu transportieren, um eine verbesserte Ölrückgewinnung zu ermöglichen. Die Entwicklung im großen Stil beschleunigte sich ab den 1990ern, besonders in Norwegen mit dem Pionierprojekt Sleipner in der Nordsee, das ab 1996 nach Einführung einer CO₂-Steuer umgesetzt wurde.
Heute sind weltweit bereits mehrere Einrichtungen in Betrieb, vor allem in den USA, wobei die jährliche Gesamtkapazität zur CO₂-Abscheidung jedoch global noch begrenzt ist. In Europa ist das Projekt Castor von großer Bedeutung: Dieses Transport- und Speichernetzwerk soll einen erheblichen Beitrag zur Reduzierung der CO₂-Emissionen des Kontinents leisten.
Wo wird das abgeschiedene CO₂ gespeichert?
Nach der Abscheidung wird das CO₂ getrocknet, dehydriert und oft auch komprimiert, um einen sicheren Transport zu ermöglichen. Es wird dann auf unterschiedliche Weise – per Schiff, Zug, Pipeline oder Rohrleitung – zu einem langfristigen Lagerplatz transportiert, wo es über mehrere hundert Jahre gelagert werden kann.
Zur CO₂-Abscheidung werden derzeit drei Hauptmethoden angewendet:
🌍Sous-sol profond
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Le stockage du CO₂ dans un sous-sol profond d’environ 1 000 à 2 000 mètres. Ces zones géologiques peuvent prendre la forme de veines de charbon des gisements, d’aquifères salins profonds, de nappes phréatiques épuisées ou d’anciens réservoirs d’hydrocarbures.
💧Dissolution dans l’eau
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Le CO₂ peut aussi être stocké par séquestration minérale : dissous dans l’eau à 800 mètres de profondeur, il est injecté dans du basalte et se transforme en roches carbonatées en moins de deux ans — un processus qui prend normalement des millénaires.
🌊Fond océanique
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Le stockage du CO₂ dans les fonds océaniques est encore à l’étude. Des interrogations concernent notamment l’impact sur l’acidification des océans.
Das abgeschiedene CO₂ kann zur Produktion von Biokraftstoffen, Materialien oder zur Verbesserung der Öl- und Gasförderung wiederverwendet und verwertet werden…
Wie wird das CO₂ aus der Luft abgeschieden?
Die CO₂-Abscheidung bezeichnet eine Reihe von Technologien, die entwickelt wurden, um Emissionen von Kohlendioxid (CO₂) im Rahmen einer umfassenderen Strategie namens CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage) zu erfassen.
Dieser Prozess umfasst mehrere Schritte: die Sammlung am Industriestandort, den Transport nach Verflüssigung des Gases, die Lagerung durch Einspeicherung und in geringerem Umfang dessen Verwertung.
1. Die Trennung der chemischen Bestandteile
Um CO₂ zu erfassen, müssen die Bestandteile des Rauchgases – Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf – voneinander getrennt werden. CO₂ macht nämlich nur 5 bis 15 % der Rauchgaszusammensetzung aus. Es gibt heute drei große künstliche Methoden der CO₂-Abscheidung (Quelle: EDF ENR):
la précombustion, qui implique la décarbonation du combustible fossile avant sa combustion. Transformé en un gaz de synthèse, le CO₂ est capté suite à l’ajout d’un solvant. Une technologie réalisable, mais particulièrement coûteuse ;
l’oxycombustion, qui requiert la combustion directe du CO₂ dans de l’oxygène pur au lieu de l’air. L’intérêt ? Augmenter la concentration de carbone dans les fumées afin de le capter plus facilement grâce au phénomène de condensation. En effet, la composition du flux est uniquement faite de carbone et de vapeur d’eau ;
la « postcombustion », qui est la plus utilisée pour capter le CO₂. Cette technique est considérée comme mature – mais très énergivore. Concrètement, il s’agit de « laver » les fumées émises suite à la combustion des énergies fossiles, puis de capter le CO₂ grâce à l’utilisation d’un solvant.
2. Die Verflüssigung von CO₂
Nach der Abscheidung wird das CO₂ verflüssigt. Dieser Schritt besteht darin, das Kohlendioxidgas in den flüssigen Aggregatzustand zu überführen.
Die Verflüssigung von CO₂ erfolgt durch Kompression und Abkühlung des Gases, sodass es flüssig wird.
Zunächst wird das CO₂ auf einen ausreichend hohen Druck verdichtet, anschließend wird ihm das enthaltene Wasser entzogen, um unerwünschte Reaktionen zu vermeiden. Dann erfolgt eine Reinigung, durch die bei Bedarf ein sehr reines CO₂ gewonnen werden kann (z. B. für Lebensmittel- oder Industrieanwendungen). Schließlich wird das Gas in einer Kühlanlage verflüssigt (Quelle: SINTEF, 2025).
Das flüssige CO₂ wird danach in Tanks gelagert, bevor es weiter transportiert wird.
“Hinweis: Die Verflüssigung wird genutzt, um den Transport oder die Einlagerung von CO₂ zu vereinfachen – damit das Gas zu Lager-/Nutzungsstandorten auf See oder an Land entweder per Pipeline oder Schiff gebracht werden kann. Für kleinere Mengen können auch Züge, Binnenschiffe, Lkw usw. genutzt werden.”
Am Ende werden die nicht kondensierbaren Gase gesammelt und recycelt, insbesondere um das verbleibende Methan einzufangen.
3. Der CO₂-Injektor
Der CO₂-Injektor ist das letzte Element im Prozess der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS).
Ein CO₂-Injektor ist im Zusammenhang mit Speicherung und Abscheidung von Kohlenstoff (CCS) ein Gerät, das die Injektion von Kohlendioxid (CO₂) in ein System, üblicherweise ins Erdreich, übernimmt, um das Gas dort dauerhaft einzuschließen.
“Das Injektionssystem umfasst alle Ausrüstungen, mit denen das CO₂ bis in den Untergrund gefördert wird. Dazu gehören Lagertanks, Rohrleitungen, Kompressoren zur Aufrechterhaltung des Drucks, Kontrollinstrumente und die Bohrungen, durch die das CO₂ tief in das Gestein eingebracht wird (Quelle: IPCC - Task Force on National Greenhouse Gas Inventories).”
Anders gesagt: Es ist die gesamte technische Ausrüstung, mit der das CO₂ in den Untergrund geleitet wird, wo es sicher und über sehr lange Zeit gelagert werden kann.
Normalerweise erfolgt die CO₂-Injektion in abgeschlossene Räume, Sedimentbecken oder ehemalige erschöpfte Lagerstätten von Kohlenwasserstoffen und sorgt für eine stabile und dauerhafte Speicherung von CO₂ in geologischen Schichten (Quelle: Ministères Aménagement du territoire Transition écologique).
Que devient le CO₂ à après injection ? Une fois injecté, le CO₂ peut se dissoudre dans l’eau, se minéraliser en roches calcaires ou, plus rarement, être capté par la biomasse sous forme de carbone organique.
Was versteht man unter CO₂-Verwertung?
“Die Verwertung (oder „Nutzung“) ist eine Alternative zur Speicherung und besteht darin, das abgeschiedene CO₂ zur Produktion von Stoffen einzusetzen. Es gibt verschiedene Verwendungszwecke: E-Kraftstoffe (alternative Kraftstoffe aus Wasserstoff und CO₂), Kunststoffherstellung oder Karbonatisierung von Beton (Quelle: Ministères Aménagement du territoire Transition écologique). ”
Manchmal geht es darum, das CO₂ zu speichern oder in Folge erneut zu nutzen. Die Verwertung oder Nutzung – als Alternative zur Lagerung – bezeichnet die Verwendung des abgeschiedenen CO₂ zur Herstellung von Produkten.
Die derzeit in Entwicklung befindlichen Techniken zur CO₂-Verwertung sind folgende (Quelle: IFPEN):
L'utilisation directe
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Le CO₂ est recyclé dans divers secteurs, comme l'extraction de pétrole (EOR), le traitement de l'eau, la gazéification des boissons ou la production de neige carbonique.
L'évaluation chimique
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Consiste à convertir le CO₂ en carburants (bioGNV), plastiques ou matériaux, par le biais de réactions avec de l'hydrogène.
La valorisation biologique
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Il est employé pour favoriser la culture de microalgues ou pour stimuler la croissance des plantes – dans le but de générer des molécules ayant une grande valeur ajoutée.
Laut IFPEN befinden sich chemische und biologische Verwertungswege derzeit noch im Labor- oder Pilotstadium.
“Die CO₂-Verwertung ist daher heute noch marginal, hauptsächlich aufgrund des geringen technologischen Reifegrads der verfügbaren Optionen, wie ADEME (2022) hervorhebt.”
Ein (umstrittener) Vorteil für die Industrie
Oft wird diese Technologie als vielversprechende Alternative zur Verringerung von CO₂-Emissionen gesehen, auch wenn ihre tatsächliche Wirksamkeit und ihr großflächiger Einsatz noch zu beweisen sind. Tatsächlich wird sie kritisiert, da sie echte Bemühungen um einen Wandel des Energiesystems hin zu einer Postwachstumsgesellschaft konterkarieren könne und so eine trügerische Hoffnung auf eine Wundermethode schafft.
So bleibt die CO₂-Abscheidung trotz ihrer Vorteile umstritten – insbesondere aus folgenden Gründen:
le captage est très coûteux et compliqué à mettre en œuvre – et coûte entre 50 et 180 euros la tonne, d’après les Echos (2022) ;
la fiabilité des zones de stockage interroge (notamment le risque de fuite suite à un événement sismique) ;
pour capter une tonne de CO₂, il faut utiliser entre 2 000 et 4 000 litres d’eau et l’utilisation d’intrants chimiques. Autrement dit, cette technologie demande beaucoup de ressources (source : Haut Conseil pour le Climat, 2023).
Der Einsatz von CO₂-Abscheidung sollte vor allem für schwer vermeidbare Restemissionen, wie sie zum Beispiel in der Schwerindustrie (Zementwerke, Stahl, Petrochemie) entstehen, vorgesehen werden – deren Betrieb eine sehr kohlenstoffintensive Verbrennung fossiler Ressourcen erfordert.
“Tatsächlich bleibt die Wirksamkeit der CO₂-Abscheidung dann sehr begrenzt, wenn sie nur darauf abzielt, industrielle Emissionen – 37,4 Milliarden Tonnen im Jahr 2024 (Quelle: L’Humanité) – zu kompensieren, ohne die Produktionsweisen grundlegend zu verändern.”
Kurz gefasst: Emissionen direkt zu reduzieren ist der bessere Weg zur Dekarbonisierung der Industrie, statt sie tief unter der Erde zu vergraben. Zur erfolgreichen CO₂-Abscheidung ist der Schutz der natürlichen Kohlenstoffsenken – also unserer Ökosysteme, Wälder und Ozeane – nach wie vor der effizienteste Weg.
Letztendlich ist die effizienteste Form der CO₂-Abscheidung, die Emissionen ganz zu vermeiden.
Close
Welche technologischen Innovationen zur CO₂-Abscheidung gibt es?
Mehrere innovative CO₂-Abscheidungstechnologien befinden sich derzeit in Forschung und Erprobung:
Combustion en boucle chimique
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La combustion en boucle chimique utilise deux chaudières connectées pour isoler et récupérer facilement le CO₂ pendant la combustion.
Capture directe atmosphérique (DAC)
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Des ventilateurs aspirent le CO₂ directement de l'air ambiant - où il est 200 à 300 fois moins concentré qu'à la sortie des cheminées industrielles - avant de le stocker dans le basalte. L'entreprise suisse Climeworks exploite actuellement le plus grand site mondial en Islande.
Émissions négatives par BECCS
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Le procédé BECCS (Bioénergie avec captage et stockage du carbone) consiste à cultiver des plantes, les brûler pour produire de l’énergie, puis stocker le CO₂ émis sous terre.
Solidification du CO₂
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Deux méthodes existent : la solidification physique (en neige carbonique à -78 °C) et la chimique, qui transforme le CO₂ en carbonates stables ; certaines technologies vont plus loin en valorisant le CO₂ en matériaux comme polymères, béton ou nanomatériaux.
Diese Technologien stehen jedoch vor einer großen Herausforderung: Für ihren großflächigen Einsatz wird erhebliche Energie benötigt, vor allem um die extremen Temperatur- und Druckbedingungen aufrechtzuerhalten.
Warum sollen Kohlenstoffemissionen abgeschieden werden?
CO₂ zählt zu den fünf wichtigsten Treibhausgasen und gilt als Hauptverursacher der Erderwärmung.
Eigentlich ist Kohlenstoff in Form von Kohlendioxid ein natürlicher Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs und erfüllt eine essenzielle Rolle für das Klima und den Erhalt von Ökosystemen. Seit der industriellen Revolution jedoch stoßen menschliche Aktivitäten zu viel anthropogenes CO₂ aus (vor allem durch die Verbrennung fossiler Energieträger), sodass die Natur diesen plötzlichen Überschuss nicht mehr verarbeiten kann.
“Die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre hat einen seit 4 Millionen Jahren nie dagewesenen Stand erreicht – ein beispielloses Niveau in der Geschichte der Menschheit (Quelle: Libération, 2022).”
Tatsächlich häuft sich Kohlenstoff in der Atmosphäre an und wirkt wie eine immer dickere Decke um die Erde: Das ist die Verstärkung des anthropogenen Treibhauseffekts. Dieses durch menschliche Tätigkeit verstärkte Phänomen hält Wärme zurück und lässt die globale Temperatur steigen, was zu zahlreichen Folgen des Klimawandels führt:
acidification et élévation du niveau des océans ;
intensification des événements météorologiques extrêmes (feux de forêt, inondations, sécheresses, canicules, etc.) ;
effondrement progressif de la biodiversité, marine comme terrestre ;
diminution des rendements agricoles et risques accrus de pénuries alimentaires ;
hausse des migrations climatiques et aggravation de la pauvreté.
Neben zahlreichen bereits bestehenden Maßnahmen zur Begrenzung des Klimawandels – wie dem 2015 unterzeichneten Pariser Abkommen oder dem Maßnahmenpaket Fit For 55 – kann die CO₂-Abscheidung in Fabriken sinnvoll mit weiteren Umweltmaßnahmen kombiniert werden, zum Beispiel mit dem Ausbau erneuerbarer Energien, der Steigerung der Energieeffizienz und einer geplanten Wachstumsreduktion.
“Darüber hinaus hebt die Arbeitsgruppe III des IPCC in einem Sonderbericht hervor, dass die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CCS) „entscheidende Minderungsoptionen“ insbesondere für Sektoren wie die chemische Industrie und die Zementherstellung darstellt, in denen Emissionsreduktionen besonders schwierig sind (Quelle: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2018).”
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