Erster Schritt für Carbon Management: CO2-Abscheidung

Die deutsche Bundesregierung strebt mit dem Bundes-Klimaschutzgesetz die Netto-Treibhausgasneutralität des Landes bis 2045 an. Ab 2050 ist sogar eine dauerhafte CO₂-Negativbilanz angestrebt. Laut dem 6. Sachstandsberichts des Intergovernental Panel of Climate Change (IPCC) ist die schnelle Senkung der Treibhausgasemissionen maßgeblich, um das Ziel, die globale Erderwärmung auf 1,5 °C (bzw. deutlich unter 2 °C) zu begrenzen, bis zum Jahr 2100 noch zu erreichen. Drei von vier modellierten Klimapfaden sehen dabei ausdrücklich die Abscheidung und aktive Entnahme von Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre und die anschließende Speicherung zur Zielerreichung vor. Je nach Modell müssen global zwischen 350 und 1.200 Mrd. Tonnen CO₂ abgeschieden und gespeichert werden.

CO2-Abscheidung und Speicherung spielen für die Erreichung der Klimaneutralität eine entscheidende Rolle

Bye Bye, CO2: CO2-Abscheidung – Forschung trifft Praxis

In unserer Webinarreihe "Bye Bye, CO₂" widmen wir uns dem Thema Carbon Management – von den Grundlagen über Abscheide-Technologien und den Aufbau der benötigten Infrastruktur bis hin zu sicherheitsrelevanten Aspekten und den regulatorischen Rahmenbedingungen für CCU und CCS in Deutschland und Europa.

In dieser Folge liegt der Fokus auf der CO₂-Abscheidung an der Punktquelle. Es werden die Prozesse hinter verschiedenen Abscheide-Technologien erklärt und Praxisbeispiele vorgestellt. Gemeinsam mit unseren Studiogästen beleuchten wir die Potenziale der Technik und die Herausforderungen, die überwunden werden müssen, um von der Forschung in die praktische Anwendung zu gelangen.

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Die Facetten des Carbon Management

Carbon Management ist ein Oberbegriff, der in der Regel drei Arten von Prozessketten zusammenfasst:

CO₂-Abscheidung, Transport und Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS),
CO₂-Abscheidung, Transport und anschließende Nutzung (Carbon Capture and Utilization, CCU) und
die direkte CO₂-Entnahme aus der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal, CDR).

Ziel des Carbon Managements ist es, alle drei Prozessketten sinnvoll und effizient aufeinander abzustimmen, um schwer vermeidbare CO₂-Emissionen und Restemissionen abzuvscheiden, zu transportieren und zu nutzen oder dauerhaft zu speichern und zugleich den Industriestandort Deutschland zu stärken.

Beitrag der CO2-Abscheidung zur Emissionsminderung

Die Abscheidung von CO₂ aus der Atmosphäre, aus biogenen Quellen sowie aus industriellen Punktquellen, kann zur Minderung von Treibhausgasemissionen oder zur Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre beitragen. Die tatsächliche Wirkung hängt unter anderem von der Herkunft des CO₂, seiner weiteren Nutzung oder dauerhaften Speicherung sowie den Emissionen der gesamten Prozesskette ab.

Bei technischen CDR-Verfahren sowie in CCU- und CCS-Prozessketten ist die CO₂-Abscheidung ein zentraler Prozessschritt. Welche Verfahren und Technologien zur CO₂-Abscheidung genutzt werden, hängt maßgeblich von der CO₂-Quelle, der jeweiligen CO₂-Konzentration sowie vom Druck und von der Zusammensetzung des Gasstroms ab. Für die Abscheidung von CO₂ aus der Atmosphäre mittels Direct Air Capture (DAC) werden andere Technologien benötigt als für die Abtrennung von CO₂ aus Rohbiogas, industriellen Prozessgasen oder den Abgasen von Kraftwerken.

Für die Auswahl der Abscheidungsverfahren werden insbesondere folgende CO₂-Quellen unterschieden:

CO₂ aus der Atmosphäre
CO₂ aus Biomasse
CO₂ aus Industrieprozessen
CO₂ aus Gas- und Ölkraftwerken

In Verbindung mit einer dauerhaften geologischen Speicherung kann die Abscheidung von atmosphärischem oder biogenem CO₂ zu Negativemissionen führen. Bei CO₂ aus fossilen oder prozessbedingten Quellen kann die Abscheidung einen Teil der ansonsten entstehenden Emissionen vermeiden.

Deutsche Carbon Management Initiative

Die Deutsche Carbon Management Initiative (DCMI) ist die zentrale Plattform für Unternehmen der CO₂-Wertschöpfungskette in Deutschland – von der Abscheidung über den Transport bis zur Nutzung und Speicherung. Die DCMI setzt sich für ein wirtschaftlich tragfähiges und gesellschaftlich akzeptiertes Carbon Management ein. Sie gestaltet politische Rahmenbedingungen mit, treibt den Aufbau der CO₂-Infrastruktur voran und kommuniziert transparent gegenüber Öffentlichkeit, Politik und Industrie über die Chancen und Notwendigkeit von CCU/S.

DCMI

Verfahren für die CO2-Abscheidung in Industrieprozessen

Für die schwer vermeidbaren CO₂-Emissionen aus Industrieprozessen sind derzeit zwei Verfahren besonders relevant.

Post-Combustion Capture

Das sogenannte Post-Combustion Capture ist ein Verfahren bei dem das Gasgemisch aus einer Punktquelle, zum Beispiel aus einem Zementwerk, einer Anlage zugeführt wird, die das CO₂ abscheiden kann. Bei diesem Verfahren wird außer der Abkühlung des Gases auf 40 bis 60 Grad Celsius keine Anpassung oder Vorbehandlung des CO₂-haltigen Gases benötigt.

Möglichkeiten der Abscheidung sind die Aminwäsche oder Carbonate Looping. Bei der Aminwäsche wird das CO₂ chemisch von den Aminen in einer sogenannten Waschlösung absorbiert. Die gesättigten Amine bzw. die Lösung wird dann auf 100 bis 140 Grad Celsius erhitzt, wobei ein Großteil des CO₂ wieder gasförmig wird und dann innerhalb der Anlage abgeschieden wird. Beim Carbonate Looping handelt es sich um ein chemisches Absorptionsverfahren, bei dem CO₂ an ein festes Absorbens, z. B. Kalziumoxid, gebunden wird. Es wird auch als trockenes Absorptionsverfahren bezeichnet. Das in diesen Prozessen abgeschiedene CO₂ wird im letzten Schritt gereinigt und verdichtet, um es für die Einspeicherung (CCS) oder die Nutzung (CCU) transportieren zu können.

Oxyfuel Combustion Capture

Das Oxyfuel-Verfahren ist ein Verbrennungsverfahren, das die anschließende Abtrennung von CO₂ aus dem Abgas erleichtert. Dabei werden kohlenstoffhaltige Brennstoffe nicht mit Luft, sondern mit Sauerstoff hoher Reinheit verbrannt. Dieser wird zuvor in einer Luftzerlegungsanlage aus der Umgebungsluft gewonnen.

Das entstehende Abgas besteht überwiegend aus CO₂ und Wasserdampf. Daneben können unter anderem Sauerstoff, Stickstoff, Argon sowie Schwefel- und Stickstoffoxide enthalten sein. Abhängig von der Anlagenkonfiguration kann der CO₂-Anteil im trockenen Abgas rund 80 Volumenprozent betragen.

Durch Abkühlung wird ein großer Teil des Wasserdampfs auskondensiert. Der verbleibende CO₂-reiche Gasstrom muss abhängig von der vorgesehenen Nutzung, dem Transport oder der Speicherung weiter gereinigt, getrocknet und verdichtet werden.

Da der größte Teil des in der Verbrennungsluft enthaltenen Stickstoffs entfällt, verringert sich der Aufwand für die nachgelagerte Trennung von CO₂ und Stickstoff. Gleichzeitig benötigen insbesondere die Luftzerlegung, die Abgasbehandlung und die Aufbereitung des CO₂ zusätzliche Energie. Der Gesamtenergiebedarf hängt von der Anlage, dem Brennstoff und der konkreten Verfahrensführung ab.

CO₂direkt der Atmosphäre entziehen: Direct Air Capture

Neben der Abscheidung von schwer vermeidbaren CO₂-Emissionen aus Industrieabgasen ist die aktive Entnahme von CO₂ aus der Erdatmosphäre ein weiterer Baustein des Carbon Managements. Das 2020 aufgelegte und seit 2021 laufendeBMFTR-Forschungsprogramm CDRterra befindet sich seit November 2025 in seiner zweiten Förderphase. Es untersucht landbasierte CO₂-Entnahmemethoden – von naturbasierten Ansätzen bis zu technischen Verfahren – vergleichend und ergebnisoffen hinsichtlich ihrer Potenziale, Risiken und Umsetzungsbedingungen.

Beim DAC-Verfahren wird die Umgebungsluft angesaugt und somit der Anlage zugeführt. Je nach Technologie reagiert das CO₂ aus der Luft mit bestimmten Stoffen und Materialien, um dann von den restlichen Komponenten der zugeführten Luft abgetrennt zu werden. Um möglichst wenig andere Komponenten aus der Luft abzuscheiden und einen hohen Reinheitsgrad zu gewährleisten, geschieht die Abscheidung chemisch. In einem zweiten Schritt wird das Kohlendioxid durch Wärmezufuhr aus dem jeweiligen Material abgetrennt, an dem es reagiert hat.

Durch Direct Air Capture (DAC) können Negativemissionen erzeugt werden. Das Verfahren benötigt allerdings einen relativ hohen Energieaufwand. Zudem kann aufgrund der relativ geringen CO₂-Konzentration in der Umgebungsluft nur eine vergleichsweise geringe CO₂-Menge pro Kubikmeter abgeschieden werden. Dennoch werden auch DAC-Prozesse einen Beitrag für die erforderlichen Negativemissionen leisten können.

Mit Carbon Capture zu Negativemissionen

BECCS verbindet die biologische Bindung von CO₂ in Biomasse mit der technischen Abscheidung und dauerhaften Speicherung des Kohlenstoffdioxids. Die Abkürzung steht für Bioenergy with Carbon Capture and Storage. Dabei wird biogenes CO₂, das bei der Nutzung oder Umwandlung von Biomasse entsteht, abgeschieden und dauerhaft gespeichert. Negativemissionen entstehen, wenn über die gesamte Prozesskette hinweg dauerhaft mehr CO₂ aus der Atmosphäre gebunden und gespeichert als freigesetzt wird.

Ein Beispiel dafür bietet ein Projekt im bayerischen Reimlingen, dass im Jahr 2022 mit dem Innovationspreis der deutschen Gaswirtschaft ausgezeichnet wurde. Im Rahmen des H₂-Reallabors Burghausen soll am Standort Reimlingen eine reversible Hochtemperatur-Festoxid-Brennstoffzellenanlage in eine bestehende Biogas-Aufbereitungsanlage integriert und im Feldversuch erprobt werden. Die Projektpartner nutzen die Tatsache, dass die CO₂-Abscheidung bei der Biogas-Aufbereitung ein regulärer Prozessschritt ist. Das System kann Biogas in Strom umwandeln. Das dabei gebildete biogene CO₂ wird mit dem bereits bei der Biogas-Aufbereitung abgetrennten CO₂ zusammengeführt und verflüssigt. Es kann anschließend einer Nutzung oder einer dauerhaften Speicherung zugeführt werden. Im reversiblen Betrieb kann das System im Elektrolysebetrieb aus erneuerbar erzeugtem Strom Wasserstoff oder synthetisches Methan produzieren.

Mehr zum Innovationspreis

Die Kosten für die Abscheidung und Speicherung von CO2variieren

CO2 speichern

Für den Umgang mit abgeschiedenen CO₂ aus schwer vermeidbaren Emissionen und zur Erzeugung von Negativemissionen muss das abgeschiedene beziehungsweise entnommene CO₂ dauerhaft gespeichert werden. Negativemissionen entstehen dabei nur, wenn das CO₂ aus der Atmosphäre oder aus biogenen Quellen stammt und unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette netto CO₂ entzogen wird. Für die geologische Speicherung von CO₂ kommen im Wesentlichen ausgeförderte Öl- und Erdgas-Lagerstätten sowie tiefliegende Salzwasser-führende Sandsteinschichten (saline Aquifere) in Frage. Dafür muss das CO₂ entsprechend über Rohrleitungen oder anderen Transportmitteln zu geeigneten Speicherorten transportiert werden.

In Kanada und Norwegen wird CO₂ seit mehreren Jahrzehnten in geologischen Formationen gespeichert. Das Nordseespeicherprojekt Northern Lights ist seit August 2025 in Betrieb. Es speichert abgeschiedenes CO₂ aus dem Zementwerk Brevik in einem Reservoir unter dem Meeresboden der Nordsee. In Dänemark wurde mit dem Pilotprojekt Greensand 2023 die grenzüberschreitende Offshore-Speicherung von CO₂ demonstriert. In Island wird das Carbfix-Verfahren seit 2014 eingesetzt, um abgeschiedenes CO₂ in Basaltgestein zu mineralisieren. Northern Lights und Greensand sind Bestandteile einer sich entwickelnden grenzüberschreitenden europäischen CO₂-Transport- und Speicherinfrastruktur.

Carbon Capture and Storage CO2-Netz

CO2 ist ein Rohstoff für industrielle Prozesse wie z.B. bei der Harnstoff-Herstellung

Die Industrie braucht Kohlenstoff

Das abgetrennte und aufbereitete CO₂ kann auch in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden. Bisher wird CO₂ in erster Linie als Abfallprodukt betrachtet. Dabei ist Kohlenstoffdioxid ein begehrter Rohstoff für industrielle Prozesse, zum Beispiel für die Herstellung von Harnstoff. Grundlegende Industrien wie die Metallerzeugung oder chemische Industrie sind auf Kohlenstoff angewiesen.

Darüber hinaus wird es auch im zukünftigen Energiesystem Produktionsverfahren geben, in denen auch künftig CO₂ emittiert wird, sogenannte schwer vermeidbare CO₂-Emissionen. So werden zum Beispiel in der Zementproduktion bei der Herstellung von Branntkalk größere Mengen CO₂ freigesetzt. Durch die Möglichkeiten der Abscheidung kann künftig dieses CO₂ als wertvoller Rohstoff nutzbar gemacht werden. Die Betrachtung von CO₂ als Rohstoff und die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft ist ein wichtiger Bestandteil des Carbon Managements.

Carbon Capture and Utilization

Ihr Ansprechpartner zum Thema Carbon Management

Haben Sie Fragen oder möchten sich aktiv in den Themenbereich Carbon Management einbringen? Dann schreiben Sie uns eine E-Mail, wir stellen Ihnen ausführliche Informationen zur Verfügung.

Public Affairs

Rasmus Portmann

Manager Public Affairs

Post-Combustion Capture

Oxyfuel Combustion Capture

CO2 di­rekt der At­mo­sphä­re ent­zie­hen: Direct Air Capture

Rasmus Portmann

CO₂direkt der Atmosphäre entziehen: Direct Air Capture