Unterirdische Speicherung

Am 19.Oktober traf sich die Geologenzunft auf dem Gurten zum Thema: «Speicherung im Untergrund – unverzichtbar für die Energiewende.»

Speichern ist gerade hochaktuell. Vom Füllen der Stauseen bis zum Einmachen der Feldfrüchte. Der Anlass war auf jeden Fall der Saison angepasst. Speicherung im Untergrund ist an sich eine unverdächtige Aufgabe, erst mit dem Zusatz «unverzichtbar für die Energiewende» entsteht ein Fragezeichen.

So ist zum Beispiel die Speicherung von Erdgas im Untergrund so alt wie die Gasindustrie selbst. Nur in der Schweiz gibt es das nicht. Unsere unterirdischen Gasspeicher liegen in Frankreich. Dieser Umstand wird von der Gasindustrie zwar selbst bemängelt, doch jeder Versuch ihn ernsthaft zu beheben, scheiterte – vermutlich aus Angst vor hohen politischen und verfahrensrechtlichen Hürden. Zudem befand man sich im Glauben, dass Gas wie Wasser einfach immer fliessen würde und billig bleiben würde. Die ideologisch dominierte Klimapolitik begrub schliesslich jegliche Ambitionen auf landesinterne Gasspeicher endgültig.

Und jetzt kommt genau aus denselben Reihen, die Gasspeicher als Ausgeburt einer zum Tode verurteilten Energieressource brandmarken, die Forderung, Speicher zur Entsorgung von CO2 zu suchen. Diesmal nicht aus einer moralischen Perspektive der Vorsorge, sondern zur Rettung der Welt. 

Aus den Augen aus dem Sinn

Und genau die gleichen Leute, welche eigentlich einer Kreislaufwirtschaft das Wort reden müssten, fordern nun die Entsorgung eines Gases, das nicht einmal ein Schadstoff ist. Speicherung von Erdgas oder Wärme dient einem klaren ökonomischen Zweck. CO2 will man hingegen einfach loswerden. Aus den Augen aus dem Sinn. Hat hier jemand den Unterschied zwischen Speichern und Entsorgen nicht begriffen? Selbst mit radioaktiven Reststoffen geht man nicht so um. Dort ist neben der Sicherheit auch die Rückholbarkeit ein Thema. Sogar die Erdölindustrie denkt da weiter. Ob man das nun gut findet oder nicht, dort nutzt man CO2, um Restbestände von Öl und Gas besser fördern zu können. 

Doch zurück zur Tagung. Präsentiert und diskutiert wurden Lösungen zur Tiefenlagerung radioaktiver Abfälle, Optionen zur Speicherung von Wärme im Untergrund und eben Ansätze zum Entsorgen von CO2 im Untergrund. Die Präsentationen waren fachlich auf angemessenem Niveau und die moderierte Diskussion weitgehend sachlich. So weit so gut.

Wenn da nicht das Diktat der Klimarettung gewesen wäre. Das Verdikt, das – völlig eindimensional – zur Reduktion von CO2 verpflichtet. «What ever it takes» und ohne Rücksicht auf Verluste. Um dazu die Parole des Tages zu setzen, erinnerte gleich zu Beginn der loyale Bundesbeamte an die Klimaziele der Schweiz. Eine Diskussion darüber erübrige sich. Wer die Graphik der prognostizierten Klimaerwärmung allerdings genauer ansieht, erkennt, dass auch bei Erfüllung sämtlicher Ziele eine Änderung der Erwärmung frühestens im nächsten Jahrhundert eintritt, und auch das nur, wenn jeder Staat auf diesem Planeten die Reduktionsziele ausnahmslos und mustergültig erfüllt. Aus den ratifizierten Klimazielen folge also, dass eine Einlagerung von CO2 im Untergrund zwingend sei. Ich empfinde es als beängstigend, wie unkritisch unsere Institutionen diesem Credo nachbeten.

Doch damit war die Szene gesetzt. Die Schweiz muss sich dem Geo-Engineering verpflichten. Etwas anderes als Geo-Engineering kann man die aktive Einlagerung von CO2 im Untergrund nicht nennen. Das ist ein Prozess der gigantische Energieressourcen verschleudert, wollte man überhaupt je klimarelevante Mengen im Untergrund verpumpen. Offensichtlich ist das Problem der Skalierbarkeit auch den anwesenden ETH-Vertretern bewusst. Ob deren Ansatz, das CO2 in ausländischen Basalten einzupressen, zielführend ist, darf angezweifelt werden. Schon allein bei der Ermittlung der Transportkosten von CO2 dorthin, dürfte der Irrweg des Vorhabens ersichtlich werden. 

Fazit

Mein Fazit zu diesem Anlass ist, dass wir eigentlich Musterschüler sein wollen, es aber – mit einem Blick über den Tellerrand hinaus – kaum schaffen, die echten Probleme der Welt zu erkennen. Und es gelingt uns auch nicht, daraus unseren Handlungsspielraum einzuordnen. Wenn die Schweiz wirklich eine Musterrolle in Sachen Nachhaltigkeit spielen und einen echten Beitrag zur Dekarbonisierung leisten will, müssen unsere Forschungsanstalten lernen, viel umfassender zu denken.  Dann müssen sie nämlich Energiesysteme entwickeln, die nicht eindimensional auf die Reduktion von CO2 fokussieren, sondern «von der Wiege bis zur Bahre» einen minimalen Fussabdruck in der Umwelt hinterlassen. Zudem müssen sie Systeme entwickeln, die sich nicht nur ein reiches Land, sondern auch arme Länder leisten können. Das ist in der Tat eine gigantische Herausforderung. Aber erst wenn wir diese annehmen, dann erfüllen wir Ziele, die man von einem reichen Land erwartet, sonst nicht. Vielleicht brennt da gerade mein Idealismus mit mir durch.

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9 thoughts on “Unterirdische Speicherung”

  1. Am 18.10.22 liess ich life in Einsiedeln einen Vortrag von Dr. Christian Schaffner, ETH, über mich ergehen. Reine Staatspropaganda, von zuviel CO2 in der Luft zu Beginn und CO2 der Luft entnehmen am Schluss (negative Emissionen). Ich habe mir angemasst, statt eine Frage zu stellen, ein Kurzstatement anzugeben. Im Verhältnis zur Welt sei dieses Vorgehen Unsinn reinsten Wassers.

  2. Schon nur von der Frage der Sicherheit her betrachtet, ist die unterirdische Lagerung von CO2 problematisch. CO2 füllt Senken, ist geruchlos und erstickend und wenn es z.B. durch ein Erdbeben ungewollt in grossen Mengen schnell an die Oberfläche gelangt, eine Gefahr für die Bevölkerung (Myos-See CO2-Ausgasung, in Kamerun 1986). Auch ist die Veränderung des Untergrunds, was die Einpressung von grossen Mengen CO2 in das Gestein wäre, nicht unproblematisch. Der krampfhafte Versuch Geothermie in der Schweiz zu nutzen, hat zu lokalen Beben und Beschädigungen an Gebäuden geführt und wurde eingestellt (z.B.in St.Gallen).
    Aber überhaupt je in Erwägung zu ziehen CO2-Endlager zu errichten, basiert natürlich auf dem weitverbreiteten Dogma, dass mehr CO2 die Hauptursache für die Klimaerwärmung wäre, dass dieser Anstieg mensch-gemacht sei und dass dieser Temperaturanstieg gefährlich und irreversibel sei.
    Man hätte genau wissen sollen wie das mit dem CO2 funktioniert, bevor eine ruinöse Klima-Politik in die Tat umgesetzt wird. Wir sägen damit nun am Wohlstands-Ast auf dem wir sitzen.
    Der massive Ausbau der Windkraft (Irland, GB, Deutschland) verändert das Wetter. Der viel genannte Schmetterlings-Effekt kann zu einer völlig anderen Wetterlage führen. Wie viele Schmetterlingsflügel entsprechen einer Windturbine mit drei 120m langen Rotorblättern? Wird dadurch auch das Klima verändert? Durch das Vermindern der Windgeschwindigkeit wird in Deutschland weniger Feuchtigkeit vom Meer ins Landesinnere getragen.

    Der zusätzliche Strahlungsantrieb welchen 200ppm CO2 verursachen soll, wird mit ca. 8W/m2 angegeben. Das heisst, äquivalent dazu hätte eine Sonne, die 8W/m2 stärker strahlen würde als heute, eine Temperaturerhöhung um durchschnittlich ca. 1.5°C auf der Erdoberfläche zur Folge.
    Nun schwankt aber die extraterrestrische Solarkonstante (durchschnittl. 1400W/m2) bedingt durch die elliptische Umlaufbahn im Verlauf eines Jahres um ~90W/m2 (wegen der Albedo sind nur ca. 50W/m2 klima-aktiv). Die Erde durchläuft das Perihel etwa eine Woche nach der Wintersonnenwende. Im Südsommer fällt 90W/m2 mehr Energie ein. Vergleicht man 2 Städte nahe den jeweiligen Wendekreisen wie Miami (~25.8°N) und Rio De Janeiro(~23°S), welche beide am Meer liegen miteinander, so werden beide Klimata als subtropisches Monsunklima beschrieben. Trotz der 90W/m2 Unterschied sind die Temperturen in Rio im Sommer nicht höher als die Temperaturen in Miami im (Nord-)Sommer; eher umgekehrt. Die Frage ist, wenn 90W/m2 keinen Unterschied bewirken, wie sollen dann 8W/m2 dazu führen?
    Der trocken-adiabatische Temperaturgradient der Erde berechnet sich nach der Formel
    dT/dh = -g/Cp (g : Erdbeschleunigung, Cp : spezifische Wärmekapazität von Luft in [J/K/kg]). Cp hängt anteilsmässig von den Gasen N2, O2, Ar, H2O und CO2 ab. Änderungen im 200ppm Bereich führen zu keiner nennenswerten Veränderung von dT/dh.
    H2O absorbiert Wärmestrahlung viel besser als CO2 (H2O absorbiert mehr Wellenlängen und hat mehr Schwingungsmodi), ist meistens in grösserer Menge in der Atmosphäre vorhanden, beeinflusst Cp von Luft mehr, kann grosse Mengen Wärme transportieren(feucht adiabatischer Temperaturgradient), hat in flüssiger Form eine sehr grosse Wärmekapazität, trotzdem soll CO2 Temperaturen und das Klima beeinflussen. Wie?
    Die Mars-Atmosphäre ist zwar sehr dünn (po = 6 mbar), aber sie besteht zu über 95% aus CO2. Damit befinden sich über einer Luftsäule von 1 m2 auf der Erde ca. 4kg CO2 auf dem Mars dagegen ca. 160kg (ca. die 40-fache Menge). Das führt aber zu keiner Erwärmung. Auf der Marsoberfläche steigen die Temperaturen tagsüber auf nur ca. -20°C und fallen in der Nacht auf -100°C (gemäss Wetterbericht des NASA-landers “insight”, in der Nähe des Äquators, auf Elysium Planitia). Mars ist natürlich weiter von der Erde entfernt, aber auf dem atmosphärelosen Marsmond Phobos konnte immerhin eine Temperatur von über 30°C in der Sonne gemessen werden.
    Es scheint, dass die Wärmekapazität der Erdatmosphäre gerade die richtige grösse hat, um die Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht erträglich zu machen (Mond ohne Atmosphäre aber gleiche Strahlung wie Erde +120°C bis -180°C in der Mondnacht).

    CO2 ist von allen atmosphärischen Gasen am besten wasserlöslich. Es kann durch Regen aus der Atmosphäre ausgewaschen werden. Es gelangt so in den Boden und kann in basischem Untergrund gebunden werden. Das Pflanzenwachstum kann durch CO2-Düngung nicht nur im Treibhaus erhöht werden.

    Die Erde bekommt ihre Energie von der Sonne in Form von Strahlung. Da Strahlung nicht gespeichert werden kann, strahlt die Erde auch Wärmestrahlung ab. Es ist nicht einzusehen, wie die Änderung des Spurengases CO2 im 200ppm Bereich diesen Strahlungshaushalt stark ändern könnte. Alle diese Erklärungsversuche, dass CO2 Wärmestrahlung auf die Erde zurückstrahlt und so die Temperatur erhöht scheinen nicht im Einklang mit dem 1. Hauptsatz. Die Primärstrahlung der Sonne erwärmt die Erde, aber wenn diese wieder abstrahlt dann kühlt sie sich auch wieder ab (die Energie bleibt konstant). Wenn die Atmosphäre nach unten abstrahlt dann kühlt sie sich ab. Nach dem 2. Hauptsatz fliesst Wärme von der Quelle zur Senke, damit fliesst auch wieder mehr Wärme von Unten nach Oben, weil der Temperaturgradient grösser wird. Mit dem 2. Hauptsatz kann die Erderwärumung eigentlich auch nicht in Einklang gebracht werden.

    Steigende Meeresspiegel durch schmelzendes Eis, aber die schon lange vom Eis befreite Skandinavische Halbinsel hebt sich immer noch. Dadurch wird Volumen frei, das anderenorts zum Absinken einer Erdplatte z.B. am Meeresboden führen kann. Venedig wird nicht durch den steigenden Meeresspiegel bedroht. Es versinkt langsam in der Lagune. Das Acqua Alta ist eine Folge des auflandigen Windes bei bestimmten Wetterlagen, nicht eine Folge des Klimas.
    Wärmeres Klima soll zu mehr Unwetterkatastrophen führen. Die Wikinger Stadt Rungholt wurde aber während des Wolf-Minimums durch eine Sturmflut hervorgerufen durch eine aussergewöhliche Wetterlage vom Meer weggespült (Grote Mandränke 1362).

    CO2 ist kein Spiegel, Wolken sind es schon und beeinflussen somit die Albedo, auch Nicht-Wasserwolken wie in der Venusatmosphäre reflektieren viel Sonnenlicht (Venus hat dadurch eine viel grössere Albedo als die Erde).

    Am Anfang von allen CO2-Narrativen steht wohl die Keeling-Kurve. Die Frage ist was wird eigentlich auf dem Mauna Loa gemessen? Den CO2-Gehalt der Luft natürlich, aber wenn man bedenkt wie lange Prof. Keeling nach diesem geeigneten Standort gesucht hat, weil die CO2-Messungen an vielen anderen Orten nicht funktioniert haben, dann stellt sich die Frage, wie repräsentativ sind diese Werte für die ganze Atmosphäre?
    Inseln sind speziell nicht nur was die Flora und Fauna betrifft (endemische Arten) auch das Wetter (Wolkenbildung über den Vulkangipfeln, früher Navigationshilfe für Polynesier) ist anders und Hawaii besteht ausseredem nur aus (vulkanischen) Basalten. Diese Basalte verwittern und die Pufferkapazität des Bodens nimmt laufend ab. Ob das die CO2-Messungen beeinflussen könnte? Der Boden bindet weniger CO2 und somit steigen die Werte in der Luft? Ob der Vulkanismus auf Hawaii das CO2 beeinflusst? Vulkane stossen CO2 aus.
    Wären die CO2-Werte gemessen durch eine unbemannte, permanente Ballon-Station in 12km Höhe nicht repräsentativer für die gesamte Atmosphäre?

  3. Bravo, Herr Flückiger, endlich wird auch im CCN-Blog der “Klimawandel” kompetent hinterfragt. Ihre Ausführungen möchte ich (einmal mehr) wie folgt ergänzen:
    Die Klimaforscher sollten endlich lernen, dass das Klima kein globales, sondern ein kosmisches Phänomen ist und durch die Thermodynamik des Weltalls bestimmt wird: Die Sonne hat 9 Planeten, sie umrunden die Sonne in Abständen von 56 bis 5’900 Mio. km mit Umlaufzeiten von 88 Tagen bis 248 (!!) Jahren, wobei sie zusätzlich in Zeiten von 10 Stunden bis 6 Tagen um die eigene Achse rotieren, mit Oberflächentemperaturen von -235 bis + 350 Grad.
    Die Wärmestrahlung der Sonne auf die übrigen Himmelskörper ist proportional zur Oberflächentemperaturdifferenz zwischen Sonne und Himmelskörper und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung der Himmelskörper untereinander. An diesem Energieaustausch sind sämtliche Himmelskörper, nicht nur Sonne und die Erde, beteiligt. Man müsste also eine Fourier-Analyse der Phasen und Amplituden des Wärmeausgleichs zwischen der Sonne und den Planeten erstellen, bevor man Klimaphasen erklären kann: Erst wenn sämtliche Himmelskörper die gleiche Oberflächentemperatur aufweisen, ist dieser Energieaustausch beendet. Weil die Oberflächentemperatur der Erde zur Zeit wesentlich tiefer ist als die Temperatur des Erdkerns, wird sich unser Klima durch die zusätzliche Wärmeleitung aus dem Erdkern langfristig wesentlich erwärmen, bevor der kosmische Wärmeaustausch beendet sein wird.

  4. Wer hätte gedacht, dass Ihre Plattform der Energiewende-Skeptiker*innen mal noch zum Namengeber eines Batterietyps für Erneuerbare Energie wird? Doch lesen Sie selbst: Carnot-Batterie: Salzspeicher für Sonne und Wind

    Mit dem Forschungsprogramm Chesteer wollen Partner am DLR-Standort in Stuttgart eine Carnot-Batterie erproben. Dieser mit Salz arbeitende Speicher kann Strom über Hochtemperatur-Wärmepumpen speichern.

    Das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) hat in Stuttgart eine Carnot-Batterie in Betrieb genommen, die als Salzspeicher Strom aus Sonne und Wind aufnehmen soll. Das Vorhaben ist Teil eines von der EU geförderten Forschungsprojektes mit Namen Chester. Das Akronym steht für Compressed heat energy storage for energy from renewable sources. Hintergrund ist, Dunkelflauten und Lastspitzen klimaneutral zu überbrücken. Denn dies sei eine zentrale Herausforderung der Energiewende, so das DLR. Mit Hilfe von Speichersystemen lassen sich Überschüsse erneuerbarer Energien nutzen, wenn kein Wind weht und keine Sonne scheint.

    „Wir arbeiten daran die Technologie so zu optimieren, dass sie industriell und praxisgerecht einsetzbar wird“, erklärt Maike Johnson, die das Projekt am DLR-Institut für Technische Thermodynamik betreut. Das Herzstück der Carnot-Batterie ist ein vom DLR-Institut für Technische Thermodynamik entwickelter Latentwärmespeicher, der mit rund zwei Kubikmetern Nitratsalzen gefüllt ist. Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe erhitzt mit dem zu speichernden Strom das Salz auf 150 Grad Celsius. „Latent deswegen, weil das Salz beim Erwärmen schmilzt. Ein Teil der zugeführten Heizwärme steckt scheinbar verborgen, also latent, im Lösen der Bindungen der Salzkristalle“, erläutert Maike Johnson. Je nach Salz können Latentwärmespeicher dadurch rund doppelt so viel Energie aufnehmen als Wärmespeicher ohne Schmelzvorgang.

    Die typische Speicherzeit von Carnot-Batterien liegt bei einigen Stunden bis Tagen. Zum Entladen des Speichers überträgt ein zweiter Kreislauf die Wärme zu einer Wärmekraftmaschine, die eine Turbine mit Generator antreibt. Der so klimaneutral erzeugte Strom kann wieder ins Netz eingespeist werden.
    Wärmeübertrager wie Schneeflocken

    Das Besondere an dem DLR-Wärmespeicher sind seine Wärmeübertrager. Die vom DLR-Institut für Technische Thermodynamik empirisch und rechnerisch designten Rohre verlaufen durch den Speicherbehälter. Sie haben zwei Kanäle für die Kältemittel – einen zum Aufladen, den anderen zum Entladen des Wärmespeichers. Dies ermöglicht den Betrieb mit unterschiedlichen Kältemitteln, um die verschiedenen Prozessteile des Speichersystems zu koppeln. Für einen effizienten Energietransfer zwischen den Dampfkreisläufen und dem Salz haben die Wärmeübertrager einen rippenartigen Querschnitt, der einer Schneeflocke ähnelt. Dadurch ergibt sich für das Salz eine möglichst große Kontaktoberfläche.

    In den vergangenen Monaten haben die Forscherinnen und Forscher alle Komponenten und jeden Vorgang des Speicherzyklus einzeln getestet. Das Herausfordernde sei, die optimalen Betriebsparameter herauszufinden und einzustellen. „Für einen stabilen Wärmeübertrag zwischen Wärmepumpe und Speicher und dann zur Wärmekraftmaschine müssen alle Komponenten zeitlich und mit der passenden Leistung zusammenspielen“, erklärt Maike Johnson. „Welche Mengen an Kühlmittel sind nötig? Wie schnell lässt sich das Salz aufheizen und abkühlen? Welche Leistung können wir aus dem Speicher herausholen?“ Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erproben nun unterschiedliche Lastszenarien, Wärmeflüsse und Temperaturverläufe, um die Systemgrenzen auszuloten. Bei größeren Anlagen spielen vor allem Wärmeverluste und unterschiedliche Betriebszustände eine Rolle. Mit der Pilotanlage wird dies bereits im Forschungsstadium untersucht.

    „Carnot-Batterien haben das Potenzial für einen flächendeckenden Einsatz in einer nachhaltigen Energiewirtschaft. Wir erwarten, dass industriefähige Systeme in rund zehn Jahren am Markt verfügbar sind. Diese sind dann für längere Speicherzeiten und Leistungen von mehreren Megawatt ausgelegt“, erklärt Dr. Andrea Gutierrez, Leiterin der Fachgruppe Thermische Speicher mit Phasenwechsel am DLR-Institut für Technische Thermodynamik.

    Carnot-Batterien für die Sektorenkopplung: Ein großer Vorteil von Carnot-Batterien ist, dass sie gleichzeitig Strom und Wärme liefern können. In der Sektorenkopplung lassen sie sich leicht mit anderen Energiesystemen verbinden. Dies ist besonders für die Industrie interessant. Die gespeicherte Wärme ist in vielen Industrieprozessen direkt nutzbar. In Verbindung mit saisonalen Wärmespeichern können sie Wärmeenergie über Monate halten. Die Größe, Kapazität und das Energiemanagement von Carnot-Batterien können an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Damit eignen sie sich beispielsweise auch für das sogenannte Smart District Heating. Das sind lokale Strom- und Wärmenetze in der Umgebung der Speicheranlage, die Wohnsiedlungen oder Büroparks mit Energie versorgen.

    8.11.2022 | Quelle: DLR | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH

    1. Selbstverständlich begrüssen und unterstützen wir alle Forschungsbemühungen zu ökologisch und ökonomisch sinnvollen Speichermedien. Entscheidend für den Erfolg wird der Wirkungsgrad der Batterien sein. Der liegt zur Zeit zwischen 35 – 70%. Mit anderen Worten ein garantierter Verlust von 30% oder mehr. Deshalb sind Kraftwerke, die dauerbetriebsfähig sind und auf Speicher verzichten können zum Vornherein so viel attraktiver.

        1. Richtig, und bei dieser Betrachtungsweise ist der Wirkungsgrad von Solarpanelen gegenüber die Sonneneinstrahlung 17 – max 25%. Mit solchen Argumenten verlassen wir eine konstruktive Diskussion.

          1. Genau, weil damit gezeigt ist, wie dekonstruktiv die einseitige Befürwortung der Atomenergie auf Ihrer Seite stets ist!

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