Das Fraunhofer-Exzellenzcluster »Integrierte Energiesysteme« CINES bietet eine neue Methodik zur standortscharfen Planung von CO₂-Transportinfrastrukturen an.

(WK-intern) – Der Ansatz verbindet alle Planungsschritte konsistent: Er reicht von multimodalen Transportanalysen über optimierte Trassenführungen und technische Auslegung von Pipelines bis hin zum Investitionsbedarf.

Berücksichtigt werden dabei künftige Entwicklungen des Energiesystems sowie reale Standorte von CO2-Quellen und -Senken.

Industrieunternehmen und Netzbetreiber erhalten so eine technisch und wirtschaftlich informierte Entscheidungsgrundlage für eigene CCS- und CCU-Vorhaben und Wertschöpfungsketten. Während der methodische Rahmen nun als Studie im Journal of CO2 Utilization erschienen ist, stellen die Forschenden dessen Weiterentwicklung sowie konkrete Anwendungsfälle in einem Webinar am 9. November vor.

»Trotz der künftig großen Bedeutung von CO₂-Pipelines steckt deren strategische Planung in Deutschland und Europa noch in den Anfängen«, beschreibt Dr. Mehrnaz Anvari, Erstautorin der Studie, die Ausgangslage. »Damit potenzielle Betreibergesellschaften von CO2-Netzen sowie Industrieunternehmen mit schwer vermeidbaren CO2-Emissionen die notwendigen Investitionen auf den Weg bringen können, müssen sie verschiedene Entwicklungsszenarien bewerten können, inklusive technischer Parameter und Investitionskosten.«

Der Gruppe um Anvari aus den Fraunhofer-Instituten SCAI, ISI und IEG ist es gelungen, fünf Ebenen konsistent und hoch aufgelöst in einer Analyse zusammenzuführen: Entwicklungspfade des Energiesystems, Standorte von CO₂-Quellen und -Senken, Transportbedarfe, mögliche Trassenverläufe und die technische Dimensionierung des Pipeline-Systems. Diese Verbindung von systemischer Analyse und technischer Planung ermöglicht eine neue Detailtiefe und Abbildung realer Optionen.

Standortdaten, Trassenführung, Strömungsphysik

Um den künftigen CO₂-Transportbedarf räumlich zu erfassen, kombinieren die CINES-Forschenden ihr Know-how zu konsistenten langfristigen Energiesystem-Szenarien mit hoch aufgelösten Standortdaten: CO₂-Quellen wie Müllverbrennungsanlagen, Kalk- und Zementwerke sowie Senken wie Raffinerien, Standorte der Grundstoffchemie und Häfen für die Verschiffung zu Offshore-Speichern (CO₂-Hubs). Hieraus modellieren sie einen optimierten Trassenverlauf für ein neues Pipelinesystem unter Berücksichtigung verschiedener georeferenzierter Landnutzungsfaktoren wie bestehende Gasleitungen, Bevölkerungsdichte oder Naturschutzstatus. Auf diese Topologie wenden sie den eigens angepassten multiphysikalischen Netzwerksimulator MYNTS an. Er simuliert das physikalische und strömungsmechanische Verhalten von CO₂ in der dichten Phase. So ergeben sich Rohrdurchmesser und Pumpenanzahl für die erforderlichen Druck- und Temperaturkorridore. Daraus lässt sich der Investitionsbedarf noch genauer abschätzen. Die Methode ist übertragbar, von einzelnen Anlagen über regionale Cluster bis zu nationalen und europäischen Infrastrukturen.

Letzteres zeigt die Forschungsgruppe in einer Fallstudie im Journal of CO2 Utilization. Für ein klimaneutrales Deutschland 2045 erweist sich ein landesweites Netz mit rund 7.000 km Leitungslänge, überwiegend entlang bestehender Erdgas-Korridore, als technisch realisierbare Lösung, um schwer vermeidbare CO₂-Emissionen aus Zement- und Kalkwerken sowie der Müllverbrennung zu erfassen. Bei Durchmessern von DN 700 auf den Hauptkorridoren und DN 500 bzw. DN 400 auf den Abzweigungen liegen die Investitionskosten bei etwa 17 Milliarden Euro.

Angebot für Unternehmen und Webinar am 9. November

»Potenziellen Pipeline-Betreibern und Industrieunternehmen mit Carbon-Management-Bedarf ermöglicht unser integrierter Ansatz, in die konkrete Planung einzusteigen«, erklärt Anvari den Nutzen ihrer Entwicklung. Das CINES-Angebot umfasst insbesondere die vergleichende Analyse verschiedener Zielsysteme und Entwicklungspfade für den Hochlauf. Dabei lassen sich Faktoren wie CO₂-Mengen, berücksichtigte Standorte und Leitungstopologie variieren. In das gesamte Transportnetzwerk lassen sich zudem neben Pipelines auch alternative Transportoptionen per Schiff, Bahn und Lkw einbeziehen und somit europäische Wechselwirkungen berücksichtigen, wie etwa grenzüberschreitende Transitflüsse durch das deutsche CO₂-Netz. So können Unternehmen Handlungsoptionen abwägen, Risiken bewerten und No-Regret-Maßnahmen identifizieren.

In einem Webinar am 9. November 2026 um 13:00 Uhr erklären die Forschenden ihre Vorgehensweise ausführlich und demonstrieren sie am Beispiel eines multimodalen CO2-Transportsystems in Nordrhein-Westfalen. Zudem stellen sie ein Online-Tool vor, welches eine überschlägige Modellierung von CO2-Transportwegen innerhalb Deutschlands erlaubt.

Der Fraunhofer-Exzellenzcluster »Integrierte Energiesysteme« CINES erarbeitet institutsübergreifend Lösungen für die Energiesystemtransformation – umfassende, sektorenübergreifende Energiesystemanalysen, digitale Lösungsmodelle für die Energiewende, sowie entscheidende Fortschritte in den Bereichen Leistungselektronik und Wärmeversorgung. Die dauerhafte und intensive Zusammenarbeit ermöglicht die langfristige und institutionalisierte Erarbeitung von systemischen und technologischen Lösungen für das Energiesystem.

Zum Cluster gehören aktuell folgende Fraunhofer-Institute: Fraunhofer ISE, IEE, ISI, IEG und IWES sowie die Partnerinstitute IOSB-AST, IBP, SCAI, FIT, IFAM, UMSICHT und IISB.

PM: Fraunhofer CINES

PB: Balkendiagramm: Kraftwerke: Bandbreite der Wasserstoffbezugskosten im Jahre 2035. Quelle: Fraunhofer CINES

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