Die Kohlenstoffabscheidung und –speicherung (CCS) – mit der Kohle- und Gaskraftwerke CO2 von ihren Rauchgasen trennen können, bevor sie in unterirdischen Reservoirs gebunden werden, wodurch ihre Auswirkungen auf die Atmosphäre beseitigt werden – wurde lange als wichtige Technologie zur Minderung der Umweltbelastung durch fossile Brennstoffe bezeichnet Energieinfrastruktur, die praktisch nicht so schnell geht, vor allem in Entwicklungsländern.

Trotz jahrelanger Investitionen und Entwicklung ist CCS jedoch noch weit von einer etablierten Technologie entfernt, da die derzeit untersuchten Prozesse unter wackeligen Umweltrechtspunkten leiden (die Energie, die zur Abtrennung von CO2 verwendet wird, gleicht die Gewinne aus der Entfernung etwas aus) und ein prekärer Geschäftsfall für den weit verbreiteten Einsatz in Bezug auf seinen kommerziellen Wert.

Mit CCS on the rocks ist jetzt vielleicht die Zeit für einige unkonventionelle Ideen. Nur eine solche Idee wurde vor kurzem von der University of Aberdeen Senior Lecturer in Chemical Engineering, Professor Tom Baxter schwebte.

Inspiriert von der hochkarätigen Keep it in the Ground-Kampagne der Guardian–Zeitung, die darauf abzielte, Industrie und Regierungen davon zu überzeugen, dass Kohlenwasserstoffressourcen ungenutzt gelassen werden müssen, um die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu begrenzen, entwickelte Baxter eine neuartige Idee – Was wäre, wenn Öl- und Gasvorkommen im Boden verbleiben könnten, aber dennoch als Energieressource verfügbar bleiben? Mit anderen Worten, was wäre, wenn wir unseren Kuchen haben und ihn auch essen könnten?

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„Mein ‚Keep it in the ground‘ war: ‚Ja, das könnten wir tun und trotzdem den Preis bekommen, nämlich die Energie daraus'“, sagt Baxter, der über mehrere Jahrzehnte Erfahrung in der Öl- und Gasindustrie verfügt, nachdem er 1980 zur British National Oil Corporation gekommen war und anschließend für deren privatisierte Nachfolger BritOil und BP gearbeitet hatte. Nach wie vor ist er als technischer Direktor von Genesis Oil & Gas Consultants beratend in der Branche tätig.

In-situ-Verbrennung und das Offshore-Kraftwerkskonzept

Baxters Idee, über die er ursprünglich in einem Leitartikel für The Conversation im Januar schrieb, postuliert, dass Offshore-Ölplattformen, beispielsweise in der Nordsee, durch In-situ-Verbrennung in Offshore-Kraftwerke umgewandelt werden könnten. Die In-situ-Verbrennung wird seit Jahrzehnten in der Öl- und Gasindustrie zur Gewinnung von Schweröl eingesetzt; sauerstoff wird eingespritzt, um die Kohlenwasserstoffe in einem Reservoir zu verbrennen, wodurch das Schweröl verdünnt und leichtere Komponenten verdampft werden.

Das Konzept von Baxter geht noch einen Schritt weiter: Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in ihren Reservoirs könnte die Wärme liefern, die zur Erzeugung von Dampf benötigt wird, der dann an die Oberfläche geleitet werden könnte, um Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben. Auf diese Weise könnte das Energiepotenzial der verbleibenden Öl- und Gasvorkommen erschlossen werden, ohne die Kohlenwasserstoffe zu entfernen und ihre schädlichen Emissionen in die Luft abzugeben.

„Wie es funktionieren würde, würde man sauerstoffangereicherte Luft in das Reservoir komprimieren und dann eine Feuerfront auslösen“, sagt Baxter. „Also zündet man das mit den Kohlenwasserstoffen an, die dort unten sind, und dann, wenn die Feuerfront fortschreitet, würde man eine Linie für die Feuerfront schnitzen. Was ich mir vorstellen würde, ist Kesselspeisewasser, das ein inneres Rohr hinuntergeht, dann herauskommt und über einen Ring zurück zirkuliert, und der Ring ist in Kontakt mit der Feuerfront. So verdampfen Sie das Kesselwasser. Das wird dann an die Oberfläche gebracht, und effektiv haben Sie jetzt Dampf für die Stromerzeugung.

„Sie müssten es DC-korrigieren und dann an Land schicken. Ich kann einige Synergien mit Offshore-Windparks sehen – sie haben elektrische Sammelstationen da draußen, die die verschiedenen Windstationen bündeln und dann an Land bringen. Mein Gedanke war anschließen damit.“

Baxter betont, dass diese Idee das Produkt des Outside-the-Box-Denkens ist und die Diskussion in Industrie und Wissenschaft anregen soll. Dennoch machen die anhaltenden Schwierigkeiten bei der Entwicklung von CCS es zu einem attraktiven Konzept, trotz einiger großer Unsicherheiten darüber, wie es in der Realität funktionieren würde.

Eine Alternative zu CCS?

Neben der Dynamik hinter der Kampagne Keep it in the Ground ließ sich Baxter auch teilweise von den Mängeln des CCS-Konzepts inspirieren, von dem er glaubt, dass es derzeit mit den aktuellen Technologiekosten und dem niedrigen Wert, der dem CO2 zugeschrieben wird, nicht rentabel ist.

„Die Tatsache, dass es energieintensiv ist, ist ein bisschen selbstzerstörerisch“, argumentiert er. „Ich habe an einer Reihe von Kohlenstoffabscheidungssystemen gearbeitet, und um ehrlich zu sein, konnte ich nicht sehen, wie sie funktionieren würden. Die einzige Möglichkeit, wie ich die Kohlenstoffabscheidung funktionieren sehen könnte, wäre, wenn unsere Gesellschaft anfangen würde, Kohlenstoff viel mehr zu schätzen als wir es derzeit tun, oder wenn Sie die Kosten für die Kohlenstoffabscheidung senken, und in 30-ungeraden Jahren habe ich nicht gesehen Diese Art von Schrittwechsel in der Technologie, von der ich denke, dass Sie fast eine Größenordnung an Einsparungen erzielen müssten.“

Das Offshore-Kraftwerkskonzept könnte erhebliche Vorteile gegenüber CCS bieten. Zum einen basiert es auf bewährten Technologien, die bereits in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt werden, obwohl sie erweitert und angepasst werden müssten, um auf dampfbasierte Stromerzeugung umzusteigen.

Alle Kohlenwasserstoffe würden in ihren Reservoirs verbleiben, und die Stromerzeugung vor Ort würde die Ineffizienz des Transports von Kohlenwasserstoffen und CO2 zwischen Onshore-Kraftwerken und abgelegenen Reservoirstandorten verringern.

Die unterirdische Verbrennung von Kohlenwasserstoffen könnte möglicherweise auch dazu beitragen, die Lebensdauer ausgereifter Ölfelder zu verlängern, ein erklärtes Ziel der Strategie der britischen Regierung zur Maximierung der wirtschaftlichen Erholung von der Nordsee. „Wenn Sie ein Ölfeld verlassen, sind im Allgemeinen noch 30% des ursprünglichen Öls vorhanden, das Sie nicht zurückgewinnen können“, sagt Baxter. „Könntest du es ausbrennen?“

Ein Berg zum Besteigen: Könnte die Idee wirklich funktionieren?

So ansprechend Baxters Idee auf dem Papier klingt, es ist nicht zu leugnen, dass es viele Herausforderungen zu bewältigen und Unsicherheiten zu quantifizieren gibt, bevor die In-situ-Stromerzeugung auf Öl- und Gasfeldern erreicht werden kann. Nur aus technischer Sicht beschreibt Baxter die Herausforderungen als „ziemlich heftig“.

„Das größte technische Problem ist, wie viel Wärme Sie zurückgewinnen können und wie ist das Schicksal Ihrer Verbrennungsprodukte?“ er grübelt. „Könnten diese Verbrennungsprodukte in irgendeiner Weise die Integrität der bestehenden geologischen Versiegelung beeinträchtigen, die das Öl und Gas dort hält? Der Brunnen hätte auch einige echte Designüberlegungen, sogar die Metallurgie, das thermische Wachstum, all diese Dinge.“

Auch finanzielle Herausforderungen gibt es zuhauf, wobei viele Kostenmultiplikatoren in die Gleichung einfließen. Die Verlegung von Unterseekabeln für die Stromübertragung könnte beispielsweise in die Dutzende oder Hunderte von Millionen gehen, während Unterwassermodifikationen wie „das Reservoir mit zahlreichen Dampfbrunnen zu würzen“ auch enorm teuer sein könnten, bemerkt Baxter.

Eine frühe Entwicklung müsste wahrscheinlich an Onshore-Öl- und Gasstandorten erfolgen, wo die Kosten tendenziell niedriger sind. Onshore-Pilotprojekte könnten verwendet werden, um die technische Machbarkeit des Prozesses zu bewerten und Probleme zu identifizieren, bevor sie in Richtung Offshore-Einsatz hochgefahren werden, Ein Prozess, der laut Baxter wahrscheinlich ein Jahrzehnt oder länger dauern würde.

Aber woher käme die Investition für ein so radikales und teures Konzept? Baxter bezweifelt, dass die Koordinierung privater Investitionen aus einem unterschiedlichen Öl- und Gassektor ausreichen würde, und daher müssten öffentliche Gelder wahrscheinlich die umfangreichen Tests vorantreiben, die zur Validierung der Idee erforderlich sind.

Angesichts der Verpflichtung, die erforderlich wäre, gibt es eine offensichtliche Frage: Würde sich das alles lohnen? Brauchen wir Kohlenwasserstoffe genug, um diese Idee zu verfolgen, anstatt einfach den Übergang zu erneuerbaren Energien, Energiespeicherung, Demand Response und so weiter fortzusetzen? Baxter gibt offen zu, dass er auf diese grundlegende Frage keine Antwort hat.

Angesichts der Tatsache, dass die britische Regierung bereits mehr als £ 100m für gescheiterte CCS-Systeme ausgegeben hat, weist er darauf hin, dass grundlegende Validierungsuntersuchungen für nur einen Bruchteil dieser Kosten durchgeführt werden könnten.

Am Ende existiert jedoch ein solches disruptives Denken, um Gespräche und Debatten anzuregen, und selbst wenn diese Idee zu ehrgeizig ist, um realistisch zu sein, kann sie neugierige Köpfe dazu inspirieren, die Fackel aufzunehmen und sie auf andere Weise voranzutreiben.

„Ich glaube, ich bin der einzige, der darüber spricht“, sagt Baxter mit einem ironischen Kichern. „Aber wenn man ein paar Blue-Sky-Sachen hat und sie auf zugängliche Weise aufschreiben kann, kann man tatsächlich etwas Interesse wecken und es weckt Ideen von anderen Leuten, die es vielleicht aufgreifen und haben wollen schau es dir an.“