Der Weg zu einer dekarbonisierten Industrie und nachhaltigen Energiesystem ist eine große Herausforderung. Neben der konsequenten Reduzierung von Emissionen liegt der Fokus auf den Umgang mit schwer vermeidbaren Emissionen, beispielsweise aus bestimmten Industrieprozessen und Müllverbrennung. Abscheidung bezeichnet das Herausfiltern von Treibhausgasen/ CO₂ aus der Abluft und anschließende Lagerung oder Einspeisung in ein Kreislaufsystem, wo die Freisetzung der Treibhausgase in die Atmosphäre unterbunden ist. Hinzu kommt, dass die Einhaltung der Klimaneutralitätsziele den Einsatz von Negativemissionen bedürfen, wo CO₂ aus der Umgebungsluft abgeschieden wird und nutzbar (CCU) oder speicherbar (CCS) gemacht wird. Anwendung wird in der Chemie-Industrie gefunden, bei der Herstellung von Methanol und Ammoniak (Düngemittelherstellung), Speicher existieren in Form von unterirdischen Kavernen oder werden geologisch untersucht und noch erschlossen.

Die von der Bundesregierung in ihrer Carbon Management Strategie dargelegten Eckpunkte benötigen den Umbau bestehender Gasinfrastruktur, Aufbau neuer Infrastruktur und die Schaffung von Transport- und Lagermöglichkeiten. Fraunhofer CINES erarbeitet eine Systemplanung, die realistische Antworten liefert. Von Bedarfs- und Systemanalysen bis zu physikalischen Netzauslegung werden Lösungen erarbeitet. Datenbasierte Auskünfte initiieren und beschleunigen Projekte. Dabei werden Energiewendeszenarien und Anforderungen an zukünftige CO₂-Transportinfrastrukturen berücksichtigt, um CO₂-Netze konsistent zum Gesamtsystem zu entwickeln. Unsere Methodik mittels verfügbarer Daten ermöglichen vertiefende Analysen und schaffen eine belastbare Planungsgrundlage für Entscheidungsträger.

1. Strategische Systemanalyse

Mit Fraunhofer CINES erhalten Gasnetz-Betreiber die nötigen Daten und Methoden, um eine robuste Infrastruktur für das Energie- und Industriesystem der Zukunft zu entwickeln. Gemeinsam mit dem Fraunhofer ISI wird die Rolle von CCU und CCS im zukünftigen Gesamtsystem analysiert und die verschiedenen Transformationspfade bewertet. Dabei berücksichtigen wir schwer vermeidbare Emissionen (z. B. aus Zement-, Kalkproduktion und Müllverbrennung), biogene Emissionen sowie CO₂ als Rohstoff. Ziel ist die Schließung des CO₂-Kreislaufs. So können frühzeitig Systemkosten, Gesamtaufwand und Optimierungsstrategien ermittelt werden.

2. Infrastrukturbedarf

Auf Basis umfassender Transformationsszenarien können zukünftige CO₂-Quellen und -Senken lokalisiert werden. Daraus leitet sich die optimale Trassenführung ab. Ergänzt durch Speicherstandorte und grenzüberschreitende Übergabepunkte entsteht ein konsistentes Bild eines möglichen CO₂-Transportnetzes. Die Systemplanung ist abhängig von Anzahl der Einspeiser, verschiedener Ausbaustufen, Transportmengen und weiteren Systemparametern (Emissionsvermeidung, etwa durch Recycling als Alternative zur Müllverbrennung). Die relevanten CO₂-Mengen aus schwer vermeidbaren Quellen (inkl. Transit) liegen bei etwa 60 Mio. Tonnen jährlich. Daraus ergibt sich ein geschätzter Infrastrukturbedarf von rund 7.000 km Pipeline-Länge.

3. Physikalische Netzauslegung

Im nächsten Schritt simulieren wir die strömungstechnische Auslegung des CO₂-Transportnetzes mit dem Tool MYNTS. So lässt sich die technische Machbarkeit der geplanten Infrastruktur verlässlich überprüfen und gezielt optimieren. Diese physikalisch fundierte Bewertung bildet die Grundlage für robuste, anpassungsfähige Netze.

Software MYNTS

Das Fraunhofer SCAI hat das Softwaretool MYNTS entwickelt, um Transportnetze für Gas, Strom, Fernwärme, Wasser und Sektorkopplung bereits in der Planungsphase durch numerische Simulationen zu analysieren und zu optimieren. In Deutschland werden in Zukunft Tausende von Kilometern neuer Netze gebaut, um den Strom aus erneuerbaren Energien stärker zu nutzen. Diese neuen "Smart Grids" erhöhen die Komplexität, die Kosten und die Anfälligkeit. MYNTS macht den Um- und Ausbau für Netzbetreiber flexibler, spart Energie und Kosten und erhöht die Sicherheit der Energieversorgung.