Ein Netz für das Klimagas – wie CO2 in Zukunft durch Deutschland fließen soll – CO2-Netze sind das Rückgrat des künftigen Carbon-Managements.

(WK-intern) – Mit Fraunhofer CINES erhalten Gasnetz-Betreiber die nötigen Daten und Methoden, um eine robuste Infrastruktur für das Energie- und Industriesystem der Zukunft zu entwickeln.

Für den Hochlauf des Carbon Managements in Industrie und Energiewirtschaft wird dringend eine Infrastruktur zum Abtransport des abgeschiedenen CO2 benötigt.

In vielen Bereichen der Industrie wird auch künftig noch Kohlendioxid in erheblichen Mengen anfallen. Damit die Emissionen nicht in die Atmosphäre gelangen, braucht es ein flächendeckendes, sicheres und wirtschaftlich sinnvolles CO2-Transportnetz. Zwei Fraunhofer-Institute arbeiten an diesem Plan.

Sankt Augustin – Im Fraunhofer-Exzellenzcluster CINES entwickeln Fraunhofer ISI und Fraunhofer SCAI Szenarien für ein künftiges CO₂-Pipelinenetz. Dazu kombinieren sie strategische Standortplanung mit physikalischer Simulation und liefern damit eine belastbare Grundlage für Entscheidungen von Politik, Industrie und Netzbetreibern.

Woher kommt das CO₂ und wo soll es hin?

Fraunhofer ISI analysiert, wo in Zukunft CO₂-Emissionen anfallen, beispielsweise in der Stahlindustrie, bei der Müllverbrennung oder in chemischen Prozessen. Gleichzeitig erfasst es, wo CO₂ als Rohstoff benötigt wird, etwa für sogenannte CCU-Technologien (Carbon Capture and Utilization).
Auf dieser Basis entsteht ein realistisches virtuelles Netz für das Jahr 2045 mit Pipelineverläufen, die Topografie, Transportform (gasförmig oder flüssig), Standortdichte und Kosten berücksichtigen.

Simulationssoftware prüft das System auf Herz und Nieren

Zum Einsatz kommt dabei die Software MYNTS (Multiphysical Network Simulation Tool), entwickelt von Fraunhofer SCAI. Sie simuliert das geplante Netz unter realen physikalischen Bedingungen: Wie entwickelt sich der Druck in der Leitung? Wo stockt der Fluss? Wie viele Pumpen sind nötig?

Dabei berechnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch Extremszenarien wie den plötzlichen Ausfall großer Verbraucher. »Mit MYNTS erkennen wir Schwachstellen im System, bevor sie entstehen«, sagt Dr. Mehrnaz Anvari, Leiterin des Geschäftsfelds Network Evaluation Technologies bei Fraunhofer SCAI.

Ohne Exporte in Nachbarländer wird es teuer

Ein zentrales Ergebnis der Berechnungen: Ohne Exportoptionen in Nachbarländer müsste Deutschland deutlich größere Rohrdurchmesser einplanen. Das hätte erhebliche Auswirkungen auf Bau- und Betriebskosten. Daran zeigt sich, wie wichtig internationale Kooperationen im Klimaschutz sind. Doch selbst unter nationalen Bedingungen lässt sich mit kluger Planung und realitätsnaher Simulation ein sicheres, wirtschaftliches und zukunftsfähiges CO₂-Transportsystem entwickeln.

Politik benötigt Planung und belastbare Modelle

Das Zusammenspiel aus Standortanalyse und Simulation schafft eine fundierte Entscheidungsbasis für politische Weichenstellungen, den Netzausbau und Investitionsentscheidungen. Und es liefert einen entscheidenden Beitrag zur Frage: Wie gelingt die industrielle Dekarbonisierung – ohne heiße Luft, sondern mit System?

Um das entsprechende CO2-Netz zu entwickeln, sind jedoch robuste Daten und Annahmen über die langfristige Entwicklung von Transportbedarf, Kosten und vielen weiteren Faktoren unverzichtbar. Mit den von Fraunhofer CINES entwickelten Methoden und Datenbanken können Gasnetz-Betreiber nun an die konkrete Planung gehen – vom Trassenverlauf über die Strömungsphysik bis hin zu den Netzentgelten.

Entwickeln Sie robuste CO2-Netze, die konsistent mit der künftigen Entwicklung von Energiesystem und Industriesektor sind.
Modellieren Sie verschiedene Szenarien und Ausbaustufen, abhängig von der Zahl der Anschlüsse, CO2-Transportmengen und vielen anderen Faktoren.
Optimieren Sie die Infrastruktur nach Kosten, Strömungsmechanik, Trassenverlauf etc.

Der CINES-Ansatz

Mit unserer Methodik entwickeln wir CO₂-Netze konsistent zum Gesamtsystem:

1. Strategische Systemanalyse
   Mit unseren Energiesystemmodellen bewerten wir die zukünftige Bedeutung von CCUS im Gesamtsystem.
2. Infrastrukturbedarf
   Wir lokalisieren künftige CO₂-Quellen bzw. -Senken und leiten daraus die optimale Trassenführung ab.
3. Physikalische Netzauslegung
   Durch strömungsmechanische Simulation überprüfen wir die Pipeline auf technische Machbarkeit.

PM: Fraunhofer CINES

PB: Beispielhaftes virtuelles Netz für das Jahr 2045, modelliert mit der CINES-Methode. / ©: Fraunhofer CINES