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Anforderungen des Klimaschutzes an die CO2-Sequestrierung

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2. Sitzung des Beirates für

Nachhaltige Entwicklung und Ressourcenschutz

Potsdam, 25. Juni 2007

Hermann Held - Potsdam Institut für Klimafolgenforschung

Gliederung

• Anforderungen an die Leckage-Rate

• Zwei sich ergänzende Vorschläge für ein Bondsystem


Die Kausalkette der globalen Erwärmung

Größere & häufigere Impacts von globaler Erwärmung

Erhöhung der globalen Mitteltemperatur

Erhöhung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre

CO2-Emissionen

TreibhausTreibhaus--EffektEffekt


Differenz von Business As Usual-und Klimaschutz-Pfad

Em

issi

ons

[GtC

/ ye

ar]

• ∆∆∆∆T < 2°C

• ∆∆∆∆T/ ∆∆∆∆t < 0.2°C /Dekade


Carbon Capturing & Sequestration (CCS) Eine Option, „Zeit zu kaufen“ (für Erneuerbare)?

Carbon Emissionen2010-2050

BAU(business asusual)

Erneuerbare Option

CCS

Natürlicher C-Zyklus

GeologicalFormation

C-Deposits 2050

Fetter C-Zyk.

Schlanker C-Zykl.

Schlanker C-Zykl.

Über-FetterC-Zykl.

Keine CCS Leckage

Starke CCS Leckage

�� CCS könnte Klimaschutz verbessern o verschlechtern...


Qualitative Effekte unter Sozialer Optimierung

CCSCCS--begbegüünstigende nstigende FaktorenFaktoren

• Impacts von Treibhausgas-emissionen

• Kosten erneuerbarer Energieträger

• Lernrate d. fossilen Sektors

CCSCCS--ddäämpfende mpfende FaktorenFaktoren

• Natürliche Abbauprozesse von atmosph. CO2

• CCS-Leckage• Nebenwirkungen von

CCS• Energiekosten von

CCS ...


Mass Production lowers Costs

Source: IEA (2000): Experience Curves for Energy Technology Policy; p. 21

Costs/ kW h

Total Installed Capacity [TW h]


Kein CCS ohne aggressive Stabilisierungsziele

• @450ppm target: ~500 GtC CCS• @550ppm target: ~250 GtC CCS • @650ppm target: ~0 CCS • (volkswirtschaftliche Rechnungen des

PIK, Edenhofer et al.)


[% per year]


Long-term mitigation: stabilisation and equilibrium global mean temperatures

• The lower the stabilisation level the earlier global CO2 emissions have to peak

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Wold

CO2

Em

issi

ons

(GtC

)

E: 850-1130 ppm CO2-eq

D: 710-850 ppm CO2-eq

C: 590-710 ppm CO2-eq

B: 535-590 ppm CO2-eq

A2: 490-535 ppm CO2-eq

A1: 445-490 ppm CO2-eq

Stabilization targets: Post-SRES (max)

Post-SRES (min)

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Wold

CO2

Em

issi

ons

(GtC

)

E: 850-1130 ppm CO2-eq

D: 710-850 ppm CO2-eq

C: 590-710 ppm CO2-eq

B: 535-590 ppm CO2-eq

A2: 490-535 ppm CO2-eq

A1: 445-490 ppm CO2-eq

Stabilization targets: Post-SRES (max)

Post-SRES (min)

IPCC 2007: Multigas and CO2 only studies combined


Bei 2°-Ziel: Volkswirtschaftlich Optimale Emissionspfade

EmissionenEmissionen

ExtraktionExtraktionNach

Optimierung unter Unsicherheit

(Held,

Kriegler,

Lessmann,

Edenhofer,

eingereicht)


• Vorläufig:

• Falls Leckage <0.01.....0.1% / Jahr ,wird CCS-Szenario interessant mit

m(CCS)= 100...500 GtC.


CCS - Szenarien• „Keine Überraschungen“-Szenario (Erneuerbare

lernen wie erwartet, CCS hat kaum Nebenwirkungen und Leckage): nur 0.5% statt 0.8%-0.9% GDP Verlust durch Emissionsbegrenzung. Volkswirtschaftlich angenehm, aber nicht zwingend.

• „Plan-B“, falls Erneuerbare nicht weiterlernen. ->Dann aber X10 höhere Dichtigkeit nötig.

• „Überraschende Schäden durch CCS“-Szenario: Vermeidbar, indem alles auf Erneuerbare gesetzt wird.


Mögliche Portfolio-Strategie

• Bis 2020 CCS & Erneuerbare parallel weiter ausbauen:– Demonstrationsanlagen zu CCS weltweit– X 30 mehr Investitionen in Erneuerbare

• Ab 2020 könnte zunehmend der Markt den Mix regeln unter Berücksichtigung von Leckage und Lernrate/Kosten


•• WhatWhat isis thethe detectiondetection limitlimit forfor measuringmeasuring(coal(coal--)CO)CO2 2 leakageleakage withwith fluxflux towerstowers??

•• UBA: 500MW power plant UBA: 500MW power plant overover 25 25 yearsyears�� ((15km15km))2 2

........NeedNeed ~ ~ 100 of 100 of thosethose patchespatches in Germany in Germany ifif CCS CCS shallshall becomebecome a massive a massive optionoption

•• IfIf mitigationmitigation: : CostCost of of fluxflux towerstowers „„doesdoes notnot mattermatter““::~0.5% GDP ~0.5% GDP forfor mitigationmitigation~200 Billion ~200 Billion €€ / / yearyear worldworld--widewide; ;


Schlüsselgröße „Leckage-Rate“

Wir benWir benöötigen ein Anreizsystemtigen ein Anreizsystem, ,

• um die Leckage-Raten individueller Formationen zu bestimmen,

• um Sequestrierung in besonders dichten Formationen zu begünstigen,

• um professionellen Langfrist-Betrieb der Deponie zu sichern.


CCS Bonds als Anreiz für ‚Sichere‘ Formationen2010 ... 2015 ... ... 2030


Vor- und Nachteile dieses Bondsystems„„ + + ““

• Markt als „demokratische Röntgenkanone“ der Zuverlässigkeit

• Regionale Flexibilität• Falls Formation dicht:

Frühzeitige Fluidität des Unternehmens

• Falls Formation undicht: Unterstützung der Erneuerbaren


Vor- und Nachteile dieses Bondsystems„„ + + ““

• Markt als „demokratische Röntgenkanone“ der Zuverlässigkeit

• Regionale Flexibilität• Falls Formation dicht:

Frühzeitige Fluidität des Unternehmens

• Falls Formation undicht: Unterstützung der Erneuerbaren

„„ -- ““• Falls kollektiv

Dichtigkeitsprobleme auftreten (Versagen des Risk-Poolings): Mögliche Verletzung der Emission-Cap


Version II: Ein Cap-Bond-Schema

Wie Version I bis auf ...

•Für CCS, anstelle eines Bonds, erwerbe zunächst ein Emissionszertifikat.

•Wenn die ungünstigsten Leckage-Raten nach und nach u. nach auszu-schließen sind („}“), sukzessive Freischaltungdes Zertifikats für atmosphäreischeEmissionen.

High leakage

Low leakage

High leakage


Emissions-Zertifikate als Bonds

2010 ... 2015 ... ... 2030


Vorschlag: Adiabatischer Übergang zwischen beiden Bondsystemen

Version I:Lokalexperi-mentig,Innovations-phase

Version II:Großräumig,Diffusions-phase


Marktversagen

• Liquidity constraints– Maßnahme: Höhere Bond-Verzinsung

• Blasen auf Sekundärmärkten– Maßnahme: Finanzinstrumente

• Zeitinkonsistenzen des Gesetzgebers– Maßnahme: Öffentliche Investitionen in

pfadabhängige Transformationsprozesse


Wettbewerb um Standorte


Zusammenfassung• CCS wäre bei einer Leckage von unter 0.01....0.1%/Jahr als

ergänzende Klimaschutzmaßnahme attraktiv. Der Beitrag läge bei hunderten GtC.

• Kostenvorteil von CCS: 0.3...0.4%GDP – mehr eine Rückfalloption denn Notwendigkeit.

• Falls es Hauptoption würde, wäre Leckage < 0.001 ... 0.01%/Jahr nötig.

• Bis 2020 Parallelausbau von CCS & Erneuerbaren (X 30 mehr Investitionen).

• Da die Qualität von Formationen regional stark variiert, schlagen wir ein marktkonformes Bondsystem vor, um die Informationsasymmetrie Betreiber/Gesellschaft aufzuheben.


Upper figure:Consumption differences (BAU –policy), comparing scenarios with all options and with one optionswitched off

Lower figure: Electricity Production by technology (2005 – 2100) in a Policy Scenariowith all options, cheap fossil fuels

2025: CCS starts(transport sector)

Ca. 2040-90: LWR usage

2080: solar break-trough

„break even“points of different options

CCS

nuclear

solar

Nuclear FBRBiomass CHPNuclear LWR

Solar EnergyWind (offshore)Wind (onshore)HydroenergyGeothermal EnergyCoal CHPCoal PCCoal IGCCNatural Gas CHPNatural Gas TurbineNat. Gas NGCC + CCSDiesel Oil TurbineNat. Gas NGCC

„Option value“ of solar, nuclear, ccs –A comparison


Nuclear FBR

Biomass CHPNuclear LWR

Solar EnergyWind (offshore)Wind (onshore)HydroenergyGeothermal EnergyCoal CHPCoal PCCoal IGCCNatural Gas CHPNatural Gas TurbineNat. Gas NGCC + CCSNat. Gas NGCCDiesel Oil Turbine

Electricity Production by technology (2005 – 2100)

Policy scenario, no solar energy, cheapfossils


Mitigation costs with different options

0.98No solar

0.97No nuclear

1.12No CCS

0.90All options

Consumption losses (%)

ScenarioCheap Fossils


The „true“ wedgeology!Cheap oil & gas Expensive oil & gas

Cheap oil & gas, CCS not available Expensive oil & gas, CCS not available

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