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Lebhafte CO2-Speicherung

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:37 — abgelaufen

Eine mögliche Maßnahme gegen den Treibhauseffekt ist die Speicherung von CO2 in porösen Gesteinsschichten, die tief im Erdboden liegen. Doch welchen Einfluss haben im Untergrund siedelnde Mikroben auf das Fassungsvermögen solcher Lagerstätten? Das Projekt „CO2BioPerm“ geht dieser Frage nach.

Der Raum unter unseren Füßen ist keineswegs leblos. Forscher stoßen selbst in vielen hundert oder tausend Metern Tiefe auf Bakterien und andere Mikroben, die in den Gesteinseinheiten, und Wasserleitern oder auch in der Umgebung von Öl- und Gasvorkommen siedeln. Studien im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN haben gezeigt, dass die unterirdische Mikrofauna für die Speicherung von Kohlendioxid ein bedeutsamer Faktor ist. „Wir haben festgestellt, dass solche Mikroorganismen das CO2 unter gewissen Randbedingungen verwerten und umwandeln können“, erläutert Dr. Nils Hoth von der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. „Die Mikroorganismen nutzen das CO2 als Kohlenstoffquelle oder sogar zu ihrer Energieversorgung. Dabei können organische Stoffwechselprodukte anfallen, die als Kristallisationskeime die Bildung fester Karbonatphasen fördern.“ Derlei Kalkablagerungen hätten für die CO2-Speicherung durchaus willkommene Effekte: Das CO2 wäre als Feststoff gebunden, zugleich würde Druck aus dem System genommen. Beides sind förderliche Bedingungen dafür, dass das Treibhausgas möglichst dauerhaft im Untergrund verbleibt.

Mikroben

Mikroben, die im Untergrund siedeln.
(Aufnahme mit dem Elektronenmikroskop: Burkhard Schmidt-Brücken und Petra Bombach, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH (UFZ))

„Allerdings könnte man eine solche Druckabnahme fälschlicherweise auch als Undichtigkeit des Speichers deuten“, so Hoth. Es sei daher wichtig, die verschiedenen Vorgänge, die im Rahmen einer CO2-Speicherung auftreten könnten, im Detail zu berücksichtigen. „Andere Studien konzentrieren sich hier vorwiegend auf technische und geologische Aspekte. Bei uns steht die mikrobielle Aktivität im Mittelpunkt. Da diese im engen Zusammenspiel mit dem Gestein stattfindet, sprechen wir von biogeochemischen Prozessen.“

Neue Erkenntnisse darüber erhoffen sich die Wissenschaftler vom jüngst gestarteten Projekt „CO2BioPerm“. Dessen Vorläuferprojekte RECOBIO und RECOBIO 2 haben nachgewiesen, dass biogeochemische Prozesse für die CO2-Speicherung eine Rolle spielen können – insbesondere durch ihren Beitrag bei der Entstehung von Kalkablagerungen. Doch wie beeinflussen solche Vorgänge die Permeabilität, also die Gasdurchlässigkeit des Speichergesteins? Diese Frage ist Gegenstand von „CO2BioPerm“.

 

Verstopfungen im Untergrund

„Schaut man sich an, wo die Permeabilität von Bedeutung ist, gibt es zwei Blickrichtungen“, meint Hoth. „Einerseits interessiert uns die eigentliche Speicherformation, anderseits das Barrieregestein, das den Speicher nach oben abschließt. Neben diesen natürlichen Gegebenheiten untersuchen wir aber auch die Zementationen, mit denen Bohrungen abgedichtet werden.“

In der Umgebung der Injektionsstelle – dort, wo das CO2 in die Speicherformation dringt – wäre es möglich, dass Substanzen, die auf die Aktivität der Mikroben zurückzuführen sind, sich in den Poren des Gesteins ansammeln und den Zustrom weiteren Kohlendioxids behindern. „Das könnte, vereinfacht gesagt, zu Verstopfungserscheinungen führen“, sagt Hoth. „Dagegen spricht allerdings, dass es in unmittelbarer Nähe der Injektionsstelle sehr hohe CO2-Konzentrationengibt. Den Mikroorganismen geht es dabei nicht mehr ganz so gut. Wachstum und Aktivität sind eingeschränkt. Insofern erwarten wir keine großen negativen Auswirkungen auf die Permeabilität in Nähe der Injektionsstelle. Der Fall ist dennoch zu untersuchen.“

Generell förderlich dürfte der Einfluss der Mikroorganismen auf die „Seals“ sein – so nennen Fachleute die über der Speicherformation liegenden Gesteinsbarrieren. Während Speicherformationen porös sind wie ein Schwamm, sollten die Barriereschichten eine kompakte, für Gas undurchlässige Struktur aufweisen. „Im Gestein kann es dennoch feine Haarrisse mit einer gewissen Permeabilität für CO2 geben“, gibt Hoth zu bedenken. „Derzeit gehen wir aber davon aus, dass die mikrobiellen Prozesse etwaige Risse verschließen. Das wäre eher positiv für den Speichereffekt.“

 

Experimente im Labor

Ob diese Vermutungen zutreffen, sollen Laborstudien klären. Die sogenannten Durchströmungsversuche stehen im Zentrum von „CO2BioPerm“. Die Permeabilität verschiedener Gesteine wird dabei unter kontrollierten Bedingungen untersucht. „Wir beginnen mit Modellsandstein und werden das Messprogramm später auf relevante Gesteinsproben ausweiten“, so Hoth. „Die Mikroorganismen aufzuziehen und in diesen Gesteinsproben überhaupt sesshaft zu machen, ist schon eine Herausforderung.“ Wenn dies gelungen ist, sollen die Proben mit Kohlendioxid sowie mit Salzwasser durchströmt werden, wie es in der Tiefe natürlicherweise vorkommt. „Dann wird es darum gehen, festzustellen, wie die Mikroorganismen reagieren, ob sie das CO2 umsetzen, welche Produkte dabei entstehen und wie sich dabei die Permeabilität verändert. Parallel werden wir aber auch mit sterilisierten Proben arbeiten, so dass wir biogeochemische und geochemische Prozesse voneinander trennen können.“

Welche speziellen Mikroorganismen in der Tiefe anzutreffen sind, sei maßgeblich vom jeweiligen Standort und den dortigen Bedingungen abhängig, unterstreicht Hoth. „Im Vorfeld einer CO2-Speicherung wäre es wichtig, sich ein Bild von der mikrobiellen Situation im Untergrund zu verschaffen und von den biogeochemischen Prozesse, die demzufolge eintreten könnten. Die Permeabilität ist dabei ein wesentlicher Aspekt. Darüber erhoffen wir uns von ‚CO2BioPerm‘ neue Erkenntnisse.“

MN, iserundschmidt 03/2012


„CO2BioPerm“ wird noch bis Sommer 2014 im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN gefördert. Die Federführung liegt bei der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, Projektpartner sind das Dresdner Grundwasserforschungszentrum, das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, die G.E.O.S. Freiberg Ingenieursgesellschaft sowie die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe.

Mehr Informationen zum Projekt finden Sie hier.