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Aktion und Reaktion

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Um zu klären, wie sicher man das Treibhausgas CO2 unterirdisch lagern kann, untersuchen Geoforscher nicht nur, welche Voraussetzungen potenzielle Speicherstätten erfüllen müssen, sondern auch, wie die Speicher auf Millionen Tonnen eingespeisten Kohlendioxids reagieren.

CO2 aus der Verbrennung fossiler Rohstoffe kann, wenn es in die Atmosphäre entlassen wird als Beschleuniger des Treibhauseffektes wirken. Um den Ausstoß des Gases zu reduzieren, werden viele Möglichkeiten diskutiert. Eine von ihnen ist die CCS („Carbon Dioxide Capture and Storage“) genannte Abscheidung und anschließende Speicherung des Gases im Untergrund. Zwar gilt diese Methode eher noch als Zukunftsmusik, die Forschung auf diesem Gebiet ist allerdings bereits in vollem Gange.

Da ist zunächst die Suche nach dem geeigneten Standort. Nur ganz bestimmte geologische Formationen kommen für das Speichern überhaupt in Frage, in Deutschland vor allem die so genannten salinen Aquifere. Die Zwischenräume und Kämmerchen dieser porösen Gesteinsschichten sind normalerweise mit Salzwasser gefüllt. Leitet man das Kohlendioxid nun in diese Bereiche, verdrängt es das Wasser und breitet sich in den Poren aus. Ein Teil des Gases steigt langsam nach oben, bis es durch massive Tonsteine aufgehalten wird – das Vorhandensein solcher „Abdeckungen“ ist Grundvoraussetzung für die CO2-Speicherung. Ein anderer Teil löst sich im vorhandenen Salzwasser und sinkt tiefer hinab. Doch egal, ob aufwärts oder abwärts strömend, das Treibhausgas ist weggeschlossen.

Mit welchen Methoden Geoforscher das Deckgestein potenzieller CO2-Speicher auf Herz und Nieren überprüfen, lesen Sie hier.

Nach diesem Szenario könnte man meinen: aus den Augen, aus dem Sinn. Doch ganz so einfach gestaltet sich die Sache nicht. Untersuchungen, die das Verhalten des CO2 nach dem Einleiten in unterirdische Felsformationen zum Thema haben und von denen einige bis in die 1970er Jahre zurückreichen, zeigen, dass das Treibhausgas keineswegs passiv im Untergrund ruht. Es reagiert – und zwar mit dem umgebenden Gestein und mit dem in den Gesteinsporen eingelagerten Wasser. Diese chemischen Reaktionen und die entstehenden Reaktionsprodukte verändern das Speichergestein. Wie stark, das untersuchen Forscher aus Potsdam.

„COSONOStRA“ heißt ihr Projekt. Das auffällige Akronym steht für „CO2-SO2NOx-Stimulated Rock Alteration“ – was so viel heißt wie „durch Kohlendioxid, Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx) eingeleitete Veränderungen des Fels“. Der Name macht deutlich, dass nicht nur der Einfluss des Kohlendioxids untersucht wird, sondern auch der von weiteren Gasen, die als Verunreinigungen des CO2 mit in den Untergrund verfrachtet werden. Projektleiter Jörg Erzinger erklärt: „Auch wenn Verfahren zur Abtrennung von CO2 beispielsweise aus den Brenn- und Rauchgasen von Kohlekraftwerken eine weitgehende Abscheidung von CO2 mit möglichst hoher Reinheit zum Ziel haben, kann das Treibhausgas immer noch Verunreinigungen wie etwa Schwefeldioxid, Stickoxid oder Sauerstoff enthalten.“

Die experimentelle Untersuchung des Wechselspiels zwischen CO2 auf der einen und Gestein und Wasser auf der anderen Seite ist nicht neu, wohl aber die Berücksichtigung etwaiger Verunreinigungen. Erstmalig wird der Einfluss der Begleitgase unter die Lupe genommen. Um sicherzustellen, dass die angenommenen Verunreinigungen im abgetrennten Kohlendioxid bezüglich ihrer Zusammensetzung und Konzentrationsverteilung auch dem entsprechen, was technisch realisierbar ist, nahmen die Forscher Kontakt zur Industrie auf. Diese habe man allerdings bewusst nicht als Partner beteiligt, „um die wissenschaftliche Unabhängigkeit zu wahren“, wie Erzinger betont.

Die Forschungsarbeit im Rahmen von „COSONOStRA“ teilt sich in zwei Teile: Während in einem Teilprojekt die chemischen Reaktionen wie z. B. mineralogische und chemische Alterationsprozesse untersucht werden, stehen im zweiten Teilprojekt die dadurch hervorgerufenen petrophysikalischen Veränderungen der Speichergesteine im Vordergrund. Wie reagiert das eingespeiste „unreine“ Kohlendioxid mit dem in den Aquiferen vorhandenen Wasser? Und wie reagieren die entstehenden Reaktionsprodukte mit dem umgebenden Gestein?

Mehr experimentell als theoretisch gehen die Potsdamer Forscher die Untersuchungen an. „Die Bedingungen werden bei allen Laborexperimenten so gewählt, dass sie den Bedingungen der natürlichen Formationen potentieller Lagerstätten entsprechen“, beschreibt Erzinger die Laborarbeit. „Das bedeutet, die Experimente bei Druck- und Temperaturverhältnissen wie sie in 1200 bis 2000 Metern Tiefe herrschen sowie mit salzhaltigen Wässern, deren Zusammensetzung denjenigen in einem Sandsteinspeicher entsprechen, durchzuführen.“ Bei einem Druck von bis zu 230 bar und Temperaturen bis 70 Grad Celsius simulieren die Forscher die Reaktionen im CO2-Speicher und beobachten, wie sich das Gestein verändert, insbesondere in Abhängigkeit von der Dauer der Einwirkung des Kohlendioxids.

Dabei zeigt sich, dass das CO2 und die Begleitgase in Wasser gelöst unterschiedlich stark das Gestein angreifen. Während Kohlendioxid mit Wasser nur eine relativ schwache Säure – die aus dem Sprudel bekannte Kohlensäure – bildet, genügen allein Spuren von Schwefeldioxid oder Stickstoffoxide, um mit Wasser und Sauerstoff zu starken Säuren wie Schwefel- und Salpetersäure zu reagieren. „Diese Säuren sind es“, so Erzinger, „die, wie im Rahmen von COSONOStRA nachgewiesen, die Speichergesteine wesentlich intensiver verändern als Kohlensäure allein.“ Und da das Lösungs- und Reaktionsverhalten von CO2 und den Begleitgasen thermodynamisch und kinetisch völlig unterschiedlich ist, sei außerdem zu erwarten, so Erzinger weiter, dass die Formation im direkten Umfeld der Injektionsstelle intensiver von den durch die Begleitgase beeinflussten Reaktionen geprägt wird als weiter entfernte Bereiche der Lagerstätte.

Das Projekt COSONOStRA startete unter dem Dach des FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN bereits 2008 und läuft im nächsten Jahr aus. Trotzdem wird es danach für Jörg Erzinger und seine Kollegen vermutlich weitergehen. Zusammen mit der Hannoveraner Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) haben sie bereits eine Weiterführung des Vorhabens zur Bewilligung beantragt. Dessen Ergebnisse werden dann zusammen mit denen aus drei Jahren COSONOStRA eine wichtige Faktenbasis für die Option der CO2-Speicherung schaffen und eine bedeutende Entscheidungshilfe sein bei der Suche nach potenziellen Speicherstätten für das Treibhausgas.

TM, iserundschmidt 12/2010


Mehr zum Projekt COSONOStRA finden Sie hier und in Teil 14 der „Science Report“-Reihe des GEOTECHNOLOGIEN-Programms, den sie hier kostenfrei herunterladen können.

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