From Life Cycle Assessment to Optimal Supply Chains of CO2

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Hesam Ostovari

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Die Eindämmung des Klimawandels erfordert eine Reihe von Ansätzen zur Senkung der Treibhausgas (THG)-Emissionen, von erneuerbaren Energien bis hin zur CO2- Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (auf engl. CCUS). Die CO2-Mineralisierung ermöglicht nicht nur die dauerhafte Speicherung von CO2 in Form stabiler Feststoffe, sondern auch die Gewinnung von Produkten, die z.B., in der Zementindustrie Anwendung finden. Jedoch sind energieintensive Prozesse und Zusatzmaterialen erforderlich, um die Reaktionskinetik der CO2-Mineralisierung zu beschleunigen. Der Energie- und Materialbedarf der CO2-Mineralisierung könnte das vielversprechende THG-Vermeidungspotenzial reduzieren, daher ist eine systematische Bewertung zur Bestimmung des tatsächlichen Potenzials notwendig. Hierfür wird eine vierstufige Bewertung durchgeführt, um den Einsatz der CCUS durch Mineralisierung von einer Einzelanlage bis hin zu optimalen Wertschöpfungsketten zu untersuchen. Im ersten Schritt wird das THG-Vermeidungspotenzial verschiedener Technologien für CCUS durch Mineralisierung mittels Lebenszyklusanalyse systematisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass neben der dauerhaften CO2-Speicherung auch die Nutzung der Mineralisierungsprodukte signifikant zur THG-Verminderung beiträgt. Daher wird im zweiten Schritt die Anwendung der CO2 Mineralisierung in der Zementindustrie untersucht. Um die CO2-Mineralisierung mit der Zementherstellung zu kombinieren, werden drei Konfigurationen vorgestellt und die THG-Emissionen des ergebenden Zements analysiert. Die Kombination von Zementherstellung und CO2-Mineralisierung könnte die THG-Emissionen des Zements deutlich senken. Da die CO2-Mineralisierung sowohl für einzelne als auch für kombinierte Anlagen ein großes THG-Vermeidungspotenzial zeigt, wird im dritten Schritt das THG-Vermeidungspotenzial der CO2-Mineralisierung für großtechnische Umsetzung analysiert. Hierfür werden klimaoptimale Wertschöpfungsketten für CCUS durch Mineralisierung entwickelt und analysiert. Die CCUS-Wertschöpfungsketten könnte die THG-emissionen der Industrie in Europa um 24 % senken selbst mit dem heutigen Energiemix. Die Verwirklichung dieses großen Potenzials erfordert jedoch erhebliche finanzielle Investitionen. Daher wird im vierten Schritt die Wirtschaftlichkeit der CO2-Mineralisierung im großen Maßstab untersucht. Hierfür werden kostenoptimale Wertschöpfungsketten für CCUS durch Mineralisierung entwickelt und analysiert. Durch kostenoptimale Wertschöpfungsketten für CCUS durch Mineralisierung könnten in Europa 11 % der industriellen Emissionen zu wettbewerbsfähigen Kosten reduziert werden. Unsere Bewertungen zeigen, dass CCUS durch Mineralisierung die THG-Emissionen erheblich senken könnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit können die Forschungsagenda und die politischen Entscheidungen im Hinblick auf die Weiterentwicklung und anschließende Umsetzung der CO2-Mineralisierung unterstützen.