Pathway to net 0

• CCS: Carbon Capture and Storage NEUTRAL
• BECCS: Bioenergy with Carbon Capture and Storage NET
• DAC: Direct Air Capture NET
• PSC: Point Source Capture ??
• DAC(C)S: Direct Air (Carbon) Capture and Storage NET
• CCU: Carbon Capture and Utilization NEUTRAL
• CCUS: Carbon Capture and Utilization and Storage ??

• Vorteile:
  • Dezentrale Anlagen können nahe an CO₂-Speicherorten gebaut werden, was die Transportinfrastruktur minimiert.
• Nachteile:
  • Niedrige CO₂-Konzentration in der Umgebungsluft führt zu einem sehr hohen Energiebedarf und hohen Kosten im Vergleich zu anderen NETs wie Aufforstung oder BECCS-Anlagen.

• Kohlenstoffspeicherung in Holz:
  • 1 m³ Holz speichert ~1 t CO₂.
  • Potenzial in langlebigen Holzprodukten: maximal 2,4 Millionen t CO₂eq/a.
• Kohlenstoffspeicherung in Biokohle:
  • Biokohle wird durch Pyrolyse von Biomasse erzeugt.
  • Potenzial: 1 Mt/a Pflanzenkohlenstoff (2,5 Mt/a CO₂) über 50 Jahre in der Schweiz.

• Direkte Speicherung: Holz in langlebigen Produkten wie Gebäuden kann Kohlenstoff für 100+ Jahre speichern.
• Substitutionseffekt: Die Nutzung von Holz anstelle von herkömmlichen Baumaterialien vermeidet zusätzliche CO₂-Emissionen.

• Prinzip: Speicherung von CO₂ in geologischen Tiefen (Salzwasseraquiferen, ausgebeuteten Öl- und Gasfeldern) in einer Tiefe von über 800 m, um sicherzustellen, dass CO₂ in einer dichten Form vorliegt.
• Speicherpotenzial in der Schweiz: Theoretisches Speichervolumen von 50 - 150 Mt CO₂.

• Transport: CO₂ wird nach der Abscheidung entweder zu geeigneten Speicherorten transportiert oder in andere Produktkreisläufe genutzt.
• Aggregatzustand je nach Druck und Temperatur:
  • Pipeline: +20°C, 150 bar
  • Schiff: -20°C, 20 bar
  • Superkritisches Fluid: tiefere Volumina und erhöhte Dichtungen mit zunehmender Tiefe.

• Emissionen durch Zementproduktion:
  • Zementproduktion emittiert ca. 2,8 Mt CO₂eq/a in der Schweiz.
• Zement als CO₂-Senke:
  • Während der Erhärtung von Beton wird CO₂ aus der Atmosphäre aufgenommen und in Form von Calciumcarbonat (CaCO₃) gebunden.
  • Zementproduktion kann CO₂-negativ werden, wenn CO₂-Emissionen während der Klinkerproduktion aufgefangen werden.

• Effizienzsteigerung: Einsatz effizienterer Technologien führt zu Energieeinsparungen.
  • Mobilität: -44% Energieverbrauch durch Elektroautos.
  • Heizung: -30% Energieverbrauch durch Wärmepumpen.
  • Beleuchtung: -60% Energieverbrauch durch effizientere Beleuchtung.
• Atomausstieg: Ausstieg aus der Kernenergie bis 2050.
• PV und Windenergie: Erheblicher Ausbau der Photovoltaik- und Windenergieerzeugung.
• Strombedarf und -produktion: Strombedarf wird durch erneuerbare Energien gedeckt, wobei die Stromproduktion hauptsächlich durch Photovoltaik und Windkraft erfolgt.
• Wärmepumpen: Vermehrter Einsatz von Wärmepumpen zur Deckung des Heizbedarfs.
• Elektromobilität: Erhöhung der Anzahl von Elektrofahrzeugen zur Reduktion von CO₂-Emissionen im Verkehrssektor.
• Import von PtX-Brennstoffen: Nutzung von Power-to-X-Technologien zur Herstellung synthetischer Brennstoffe.

• Schwer zu reduzierende Emissionen:
  • Quellen: Landwirtschaft, industrielle Prozesse (einschließlich Zement- und chemische Industrie), Müllverbrennung.
  • Menge: In 2050 verbleiben ca. 12 Mio. t CO₂-Äquivalente.
• Einsatz von CCS/NET: Notwendig, um die verbleibenden Emissionen zu kompensieren und das Netto-Null-Ziel zu erreichen.

• Gesamtenergiebedarf:
  • Der Gesamtenergiebedarf sinkt bis 2050 um 31% im Vergleich zu 2019.
  • Selbst im Business-as-usual (BAU)-Modell sinkt der Energiebedarf um 19%.
  • Effizientere Technologien tragen zu diesen Einsparungen bei.
    • -44% mobility
    • -30% heating
    • -60 lightning

• Gesamtkosten:
  • Zusätzliche Kosten von 73 Milliarden CHF im Vergleich zu BAU, davon:
    • Investitionskosten: 109 Milliarden CHF
    • Wartungskosten: 14 Milliarden CHF
    • Eingesparte Energiekosten: -50 Milliarden CHF
  • Zusätzliche Investitionen von 109 Milliarden CHF bedeuten eine Erhöhung um 8% gegenüber den bestehenden Investitionen im Energiesystem von 1.400 Milliarden CHF.
  • Durchschnittliche jährliche Zusatzkosten (2020 bis 2050): 2,4 Milliarden CHF/Jahr.

• Globaler Einsatz fossiler Ressourcen als Rohstoffe für Chemikalien:
  • 7% des gesamten Ölverbrauchs.
  • 4% des gesamten Erdgasverbrauchs.
• Schweiz:
  • Nettokonsum importierter organischer Chemikalien enthält ca. 1,6 Mt (65 PJ) Öl als Rohstoff.
  • Inländischer Verbrauch von 0,4 Mt Öl (17 PJ) für nicht-energetische Zwecke.

• Dekarbonisierung:
  • Wärme-, Strom- und Verkehrssektoren können dekarbonisiert werden. (-50% bis 2050)
• Defossilisierung:
  • Alle organischen Chemikalien enthalten Kohlenstoff, was eine Kohlenstoffquelle für ihre Produktion notwendig macht.
  • Der Chemiesektor muss defossilisiert werden, da der Kohlenstoffbedarf für die chemische Produktion sich verdoppeln wird.
     

• 7 Grundchemikalien:
  • Ammoniak (NH₃)
  • Methanol (CH₃OH)
  • Ethylen
  • Propylen
  • Benzol
  • Toluol
  • Gemischte Xylole
• Hauptwege zur Herstellung dieser Chemikalien:
  • Erdgas (CH₄) zu Synthesegas (CO + H₂) und weitere Umwandlung zu H₂ (für NH₃) oder Methanol.
  • Steam-Cracking von Naphtha (eine Ölfraktion) zu hochveredelten Chemikalien (HVCs).

• Biomasse:
  • Umwandlungswege:
    • Thermochemische Vergasung zu Synthesegas und weitere Umwandlung zu H₂ für NH₃-Produktion, Methanol, synthetisches Naphtha.
    • Fermentation zu Ethanol für die Ethylenproduktion durch Dehydratisierung.
    • Anaerobe Vergärung oder katalytische hydrothermale Vergasung zu CH₄ als direkter Ersatz für Erdgas.
  • Potenzial: Etwa 50% des globalen nachhaltigen Biomassepotenzials würde ausreichen, um die Produktion der Grundchemikalien zu decken.
• Recyceltes Plastik:
  • Umwandlungswege:
    • Direktes Recycling.
    • Chemisches Recycling durch gezielte Depolymerisation zu monomeren Bausteinen und Repolymerisation.
    • Vergasung zu Synthesegas + Fischer-Tropsch zu synthetischem Naphtha.
    • Pyrolyse zu synthetischem Naphtha.
  • Potenzial: 40% Plastikrecycling könnten verwendet werden, um 10% der heutigen Grundchemikalien zu produzieren.
• CO₂:
  • Umwandlungswege:
    • Mit H₂ zu Synthesegas durch Wassergas-Shift-Reaktion.
    • Mit H₂ zu Methanol (direkte Hydrierung).
    • Mit H₂ zu CH₄ (Sabatier-Reaktion).
  • Potenzial: Die Produktion aller Grundchemikalien mit CCU würde 55% der heutigen globalen Stromproduktion benötigen.

• Wärme/Strom:
  • Potenzial: Biomasse kann zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt werden, wobei sie einen Beitrag zur Reduzierung fossiler Brennstoffe leistet.
• Kraftstoffe/Chemikalien:
  • Potenzial: Biomasse kann in Biokraftstoffe und erneuerbare Chemikalien umgewandelt werden, was zur Defossilisierung des Transport- und Chemiesektors beiträgt.
• CCS (Carbon Capture and Storage):
  • Potenzial: Biomasse kann in Kombination mit CCS verwendet werden, um negative Emissionen zu erzeugen, indem biogenes CO₂ dauerhaft gespeichert wird.
• Bewertung:
  • Wärme/Strom: Geeignet für die Dekarbonisierung von Energiesektoren, aber begrenztes Potenzial für negative Emissionen.
  • Kraftstoffe/Chemikalien: Wesentlich für die Defossilisierung, aber erfordert erhebliche Mengen an Biomasse.
  • CCS: Kritisch für das Erreichen von Netto-Null-Emissionen, da es negative Emissionen ermöglicht, aber technisch und wirtschaftlich herausfordernd.

Nein, es ist neutral nicht negativ emission

Negative Emissions Technologie

Carbon Capture and Utilization - Wenn langlebig, dann auch Lagerung (Storage)

1. CO₂-Erfassung (Capture)

• Punktquellen-Erfassung (Point Source Capture, PSC): CO₂ wird aus den Abgasen von industriellen Prozessen oder Kraftwerken abgeschieden. Technologien wie Post-Combustion-Capture (nach der Verbrennung), Oxyfuel-Combustion-Capture (Verbrennung mit reinem Sauerstoff) und Pre-Combustion-Capture (vor der Verbrennung) werden verwendet.
• Direkte Luftabscheidung (Direct Air Capture, DAC): CO₂ wird direkt aus der Umgebungsluft abgeschieden. Dies ist besonders wichtig für die Reduktion von CO₂ in der Atmosphäre und zur Erreichung von negativen Emissionen.

2. CO₂-Transport

• Methoden: Das abgeschiedene CO₂ kann durch Pipelines, Schiffe, Züge oder Lastwagen zu den Verwendungs- oder Speicherorten transportiert werden.
• Aggregatzustand: Je nach Transportmethode und -bedingungen kann CO₂ als Gas, Flüssigkeit oder superkritisches Fluid transportiert werden.

3. CO₂-Nutzung (Utilization)

• Chemische Umwandlung: CO₂ kann in verschiedene Chemikalien, Kunststoffe, Treibstoffe und andere wertvolle Produkte umgewandelt werden. Beispiele sind die Umwandlung in Methanol, synthetische Kraftstoffe und Karbonate.
• Biologische Prozesse: Nutzung von CO₂ zur Förderung des Pflanzenwachstums in der Landwirtschaft oder in Algenkulturen zur Produktion von Biokraftstoffen und anderen Bioprodukten.

4. CO₂-Speicherung (Storage)

• Geologische Speicherung: CO₂ wird in unterirdischen geologischen Formationen wie ausgebeuteten Öl- und Gasfeldern, tiefen Salzwasseraquiferen und Kohleflözen dauerhaft gespeichert.
• Ozeanische Speicherung: Theoretisch könnte CO₂ auch in tiefen Meeresregionen gespeichert werden, jedoch gibt es erhebliche Umweltbedenken.
• Mineralisierung: CO₂ wird in stabile mineralische Karbon

• Faster decrease than now
• In 2050 12 Miot CO2e raimain from
  • Agriculture
  • Industtial processes
  • Waste incineration
• Application of CCS/NET is necessary

• BECCS - Bioenergy with Carbon Capture and Storage
  • Gain: Heat Power
  • Input: Biomass (land, water, fertilizer)
• DACS - Direct Air Capture
  • Gain: - 
  • Input: Heat/power from renewables
• CCUS - Carbon Capture and Utilization and Storage
  • Gain: Long-lived products
  • Heat/power from renewables

• 1. Nachverbrennungsabscheidung (Post-Combustion Capture)

  • Prinzip: CO₂ wird aus den Abgasen entfernt, nachdem der Brennstoff verbrannt wurde.
  • Anwendung: Diese Methode wird häufig in bestehenden Kraftwerken und Industrieanlagen eingesetzt.
  • Prozess: Die Abgase werden durch eine Reinigungseinheit geleitet, die CO₂ mit Hilfe von Chemikalien (wie Aminen) absorbiert und dann wieder freisetzt, um das CO₂ zu sammeln.
  • Vorteil: Kann in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden.
  • Nachteil: Relativ energieintensiv, da die Abgase oft gekühlt und wieder aufgeheizt werden müssen.

• 2. Vorverbrennungsabscheidung (Pre-Combustion Capture)

  • Prinzip: CO₂ wird entfernt, bevor der Brennstoff verbrannt wird.
  • Anwendung: Häufig in neuen Kraftwerksdesigns und bei der Herstellung von Wasserstoff.
  • Prozess: Brennstoffe (wie Kohle oder Erdgas) werden in ein Synthesegas (eine Mischung aus CO und H₂) umgewandelt. CO wird in CO₂ umgewandelt und dann abgetrennt, während der verbleibende Wasserstoff als Brennstoff genutzt wird.
  • Vorteil: Effizientere CO₂-Abscheidung aufgrund höherer CO₂-Konzentrationen.
  • Nachteil: Komplexerer und teurerer Prozess, da zusätzliche Umwandlungsschritte erforderlich sind.

• 3. Oxyfuel-Verbrennung (Oxyfuel Combustion)

  • Prinzip: Brennstoff wird mit reinem Sauerstoff statt Luft verbrannt, wodurch die Abgase hauptsächlich aus CO₂ und Wasser bestehen.
  • Anwendung: Kann in speziellen Kraftwerken und Industrieanlagen verwendet werden.
  • Prozess: Der Brennstoff wird mit reinem Sauerstoff verbrannt, was zu Abgasen führt, die leicht kondensiert werden können, um Wasser zu entfernen und fast reines CO₂ zu hinterlassen.
  • Vorteil: Einfachere und effizientere CO₂-Abscheidung aufgrund der hohen CO₂-Konzentration im Abgas.
  • Nachteil: Erzeugung von reinem Sauerstoff ist energieintensiv und teuer.

Diese drei Varianten bieten unterschiedliche Ansätze zur CO₂-Abscheidung, je nach Anwendungsfall und technischen Anforderungen.

Nein

Eine Power-to-X-Anlage ist wie eine magische Maschine, die Strom in verschiedene nützliche Dinge verwandeln kann. Stell dir vor, du hast viel Strom aus Windrädern oder Solaranlagen und weißt nicht, was du damit machen sollst. Diese Maschine hilft dabei, den Strom in etwas anderes zu verwandeln, das wir später nutzen können.

Hier sind ein paar Beispiele:

1. Power-to-Gas: Die Maschine verwandelt Strom in Gas, das wie ein unsichtbarer Ballon ist. Dieses Gas können wir speichern und später benutzen, um unsere Häuser zu heizen oder Autos anzutreiben.

2. Power-to-Liquid: Die Maschine verwandelt Strom in Flüssigkeit, die wie Benzin ist. Diese Flüssigkeit können wir in Autos, Flugzeugen oder Fabriken benutzen.

3. Power-to-Heat: Die Maschine verwandelt Strom in Wärme. Das ist wie ein Heizkörper, der warm wird, wenn du ihn einschaltest, und damit können wir unsere Häuser warm halten.

4. Power-to-Chemicals: Die Maschine verwandelt Strom in Chemikalien, die in vielen Dingen benutzt werden, wie zum Beispiel in Düngemitteln, die den Pflanzen beim Wachsen helfen.

Warum ist das wichtig?

Diese magische Maschine hilft uns, den Strom aus Wind und Sonne zu speichern und ihn zu benutzen, wann immer wir ihn brauchen. Das ist gut für die Umwelt, weil wir weniger schmutzige Brennstoffe wie Kohle oder Öl verwenden müssen.

• Sauerstoff ist eine Schlüsselreagenz. Braucht es für Verbrennung um Energie in Form von Verbrennung frei zu geben 
• Für vollständige Verbrennung. Damit Brennstoffe in Co2 und H2O umgewandelt werden können 

Non Energy Demand

Energiestiffe die die für nicht energie Zwecke verwendet werden. 

Cremes

Pharma

Asphalt

Ammoniak (düngemittel) 

Mit Biomasse

• thermochemical gadification für ammoniak, methanol und naphta
• Fermentation für ethanol und ethylene
• Anerobische digestion für methan

Co2 (verbrennung)

Biomasse

Plastik (recycling und schreddern)

78% biomasse

Der rest solar etc