Planung eines zukünftigen CO₂-Leitungsnetzes in Deutschland
Eine aktuelle Studie analysiert die Gestaltung eines deutschlandweiten Rohrleitungsnetzes für den Transport von Kohlendioxid (CO₂). Die Ergebnisse der Netzsimulation geben Aufschluss über geeignete Rohrdurchmesser sowie erforderliche Pumpstationen, um eine sichere und effiziente CO₂-Beförderung zu gewährleisten. Diese Erkenntnisse unterstützen Netzbetreiber bei der frühzeitigen Planung der Infrastruktur.
Prognose des CO₂-Pipelinenetzes bis 2045
Bis zum Jahr 2045 könnte in Deutschland ein etwa 7.000 Kilometer langes CO₂-Leitungsnetz notwendig werden, das Emissionen aus Industrieanlagen wie Zementwerken oder Müllverbrennungsanlagen aufnimmt. Im Rahmen des Fraunhofer-Exzellenzclusters Integrierte Energiesysteme (CINES) haben die Institute SCAI, IEG und ISI erstmals eine deutschlandweite Netzstruktur mit einer detaillierten physikalischen Simulation kombiniert. Dadurch lassen sich Aussagen treffen, an welchen Stellen Pumpstationen benötigt werden, welche Rohrdurchmesser technisch ausreichend sind und wie sich Druck sowie Temperatur im Leitungsnetz entwickeln.
Physikalische Simulation statt vereinfachter Netzskizze
Die im Journal of CO2 Utilization veröffentlichte Studie verknüpft Annahmen zur industriellen Entwicklung und zu den zu transportierenden CO₂-Mengen bis 2045 mit einer physikalischen Simulation des Leitungsbetriebs. Neu ist die Integration einer abgeleiteten Netzstruktur mit einer detaillierten Pipeline-Simulation.
Als Simulationswerkzeug kommt die Software MYNTS des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI zum Einsatz. Diese wurde erweitert, um CO₂ unter hohem Druck zu modellieren, sodass es sich wie eine Flüssigkeit transportieren lässt. Die Software berücksichtigt zudem Bedingungen, unter denen CO₂ in den gasförmigen Zustand übergehen könnte, und berechnet Parameter wie Druck, Temperatur und Strömungsverhalten.
Ingenieurtechnische Validierung der Netzplanung
Dr. Mehrnaz Anvari, Erstautorin der Studie und Leiterin des Geschäftsfelds „Network Evaluation Technologies“ bei Fraunhofer SCAI, betont, dass die Simulationen mit MYNTS die langfristige Infrastrukturplanung durch eine ingenieurtechnische Überprüfung ergänzen. Eine auf der Karte plausible Trasse muss auch unter realen Druck-, Temperatur- und Geländebedingungen funktionieren.
Insbesondere Höhenunterschiede beeinflussen den Druck in CO₂-Leitungen erheblich. Auch Verunreinigungen können die Transportbedingungen verändern. Auf dieser Basis lassen sich geeignete Rohrdurchmesser und Standorte für Pumpstationen bestimmen.
Szenarien mit hohem Transportbedarf
Für die Berechnungen wurde ein Szenario mit hohem CO₂-Transportvolumen gewählt. Dabei wird das abgeschiedene CO₂ überwiegend zur Speicherung in unterseeische Lagerstätten in der Nordsee geleitet, anstatt als Rohstoff in der Chemieindustrie verwendet zu werden. Zusätzlich werden jährlich 20 Millionen Tonnen CO₂ aus Nachbarländern durch Deutschland transportiert. Dieses Szenario dient als Belastungstest für das geplante Netz.
Die Trassen verlaufen größtenteils entlang bestehender Erdgasfernleitungsstrecken. Allerdings sieht die Studie aufgrund der höheren Anforderungen an den CO₂-Transport unter Druck einen vollständigen Neubau der Leitungen vor. Die Nutzung vorhandener Korridore könnte jedoch den Planungs- und Genehmigungsprozess erleichtern.
Dimensionierung und Investitionsbedarf
- Auf den Haupttransportachsen sind Rohrleitungen mit einem Innendurchmesser von etwa 66 Zentimetern (DN700) vorgesehen.
- Für Nebenstrecken kommen kleinere Leitungen zum Einsatz.
- Diese Kombination reduziert die Anzahl der notwendigen Pumpstationen, ohne die Gesamtkosten signifikant zu erhöhen.
- Die Investitionen für Leitungen und Pumpen werden in der bevorzugten Netzvariante auf rund 17 Milliarden Euro geschätzt, wobei diese Zahl als grobe Größenordnung und nicht als exakte Kostenprognose zu verstehen ist.
Das Modell basiert auf der Annahme, dass die heute betrachteten Industriestandorte auch im Jahr 2045 bestehen und ausreichend geologische Speicher unter der Nordsee verfügbar sind. Änderungen wie Werksschließungen, neue Standorte oder zusätzliche CO₂-Quellen könnten andere Leitungsverläufe erforderlich machen.
Variabilität der Netzauslastung
Die Auslastung des Netzes hängt maßgeblich von der Nutzung des abgeschiedenen CO₂ ab. In einem alternativen Szenario wird ein großer Teil des CO₂ von der Chemieindustrie als Rohstoff verwendet, wodurch geringere Mengen über lange Strecken zu den Speichern transportiert werden müssen. Steigt hingegen der Anteil an CO₂ aus Nachbarstaaten, das durch Deutschland geleitet wird, erhöht sich der Bedarf an Transportkapazität.
Relevanz für Netzbetreiber und politische Entscheidungsträger
Die Studie liefert eine fundierte Grundlage, um den potenziellen Ausbau des CO₂-Leitungsnetzes frühzeitig abzuschätzen. Sie zeigt auf, welche Leitungslängen und Rohrdurchmesser bei den prognostizierten CO₂-Mengen erforderlich sind, an welchen Stellen Pumpstationen notwendig werden und welche Investitionen zu erwarten sind. Dadurch können kritische Abschnitte des Netzes identifiziert werden, bevor konkrete Bauentscheidungen getroffen werden.
Wissenschaftliche Ansprechpartner
Dr. Mehrnaz Anvari
Leiterin Geschäftsfeld „Network Evaluation Technologies“
Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
Schloss Birlinghoven 1
53757 Sankt Augustin
www.scai.fraunhofer.de/net
Originalpublikation
Mehrnaz Anvari, Marius Neuwirth, Okan Akca, Luna Lütz, Simon Lukas Bussmann, Tobias Fleiter, Bernhard Klaassen: Supporting CO2 utilization and storage pathways through physical modeling of CO2 pipeline topologies: The case of Germany.
In: Journal of CO₂ Utilization, Vol. 112 (2026), Article 103563.
DOI: 10.1016/j.jcou.2026.103563
Weiterführende Informationen
Fraunhofer SCAI – Network Evaluation Technologies
Fraunhofer Exzellenzcluster Integrierte Energiesysteme (CINES)
