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Abgas zu Kalkstein

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 15.06.2016 15:44

Bei der Verringerung der Kohlendioxidemissionen spielen Speichertechnologien eine Rolle. Solange die Menschheit nicht auf fossile Kraftwerke zur Energieerzeugung verzichten kann, würde die Speicherung des Abgases unter Tage dazu beitragen, dass sich die Atmosphäre nicht weiter aufheizt. Gegen solche CCS-Technologien regt sich allerdings Widerstand, weil bezweifelt wird, dass sich das Klimagas im Untergrund einsperren lässt. Ein internationales Team hat jetzt in „Science“ ein Verfahren vorgestellt, das dafür offenbar garantieren kann.

Der Standort des CarbFix-Experimentes auf Island. (Bild: Science/Jürg Matter)In ihrer 4,5 Milliarden Jahre langen Geschichte hat die Erde mit der Verwitterung einen höchst effizienten Weg gefunden, Kohlendioxid für sehr lange Zeit aus der Atmosphäre zu entfernen: Mit CO2 angereichertes Regenwasser regnet auf Gesteinsoberflächen herab, das Kohlendioxid reagiert mit den Mineralen und bildet Karbonate, also Kalkstein. Im Laufe von Milliarden Jahren wurden so Milliarden Tonnen des Treibhausgases aus der Lufthülle entfernt. Eine internationale Arbeitsgruppe unter Leitung von Jürg Matter von der Universität Southampton hat den Prozess jetzt in kleinem Maßstab auf Island nachgeahmt. „Wir haben eine beschleunigte Verwitterung von Basaltgestein erprobt, wenn auch tief unter der Erdoberfläche“, erklärt der Schweizer, der gleichzeitig auch am Lamont-Doherty Earth Observatory der US-amerikanischen Columbia Universität arbeitet.

Blick auf das CarbFix-Experiment im Südosten Islands während der CO<sub>2</sub>-Injektion im März 2011. (Bild: Science/Martin Stute)
CarbFix heißt das Projekt und es soll eine spezielle Art von Kohlendioxidspeicherung testen: die chemische Fixierung des Gases tief im Untergrund. Dafür muss sich das Gas mit geeigneten Reaktionspartnern zu Karbonatmineralen zusammentun, und diese Reaktionspartner muss das Gestein zur Verfügung stellen. Auf Island klappt das gut. „Das vulkanische Gestein Basalt ist sehr reich an Calcium- und Magnesium-Mineralen“, erklärt Jürg Matter, „und die Reaktion von Kohlendioxid und Basalt ist exotherm, man muss also keine Energie reinpumpen.“ Herauskommen dann Minerale wie Kalk, Magnesit oder Dolomit.

Jürg Matter bei der ersten CO<sub>2</sub>-Injektion des CarbFix-Projektes im Südosten Islands. (Bild: Science/Sigurdur Gislason)Schauplatz des Versuches war der Standort des geothermischen Kraftwerks Hellisheiði auf der Vulkaninsel Island, 25 Kilometer östlich der Hauptstadt Reykjavik. 2011 pumpten die Forscher insgesamt 225 Tonnen CO2 etwa 800 Meter tief in den Untergrund des Kraftwerks. Danach hieß es drei Jahre lang warten und beobachten, was mit dem Gas im Basalt geschah. „Wir waren extrem überrascht, dass nach etwas weniger als zwei Jahren zwischen 95 und 98 Prozent des injizierten CO2 reagiert hat und als Karbonatmineral ausgefällt ist.“ Einmal ausgefällt und in den Klüften und Poren des Basalts festgesetzt, kann das Kohlendioxid nicht mehr in die Atmosphäre zurück.

Genau das, eine selbst in geologischen Zeiträumen dauerhafte Speicherung innerhalb einer nach menschlichen Maßstäben kurzen Frist, ist das Wunschziel für sogenannte CCS-Technologien. Sie werden als Brückentechnologien gehandelt, die die konventionellen Kraftwerke klimaverträglicher machen, bis eine erneuerbare Energieerzeugung übernehmen kann. Das Kohlendioxid wird am Kraftwerksschlot aus dem Rauchgas gefischt und in Depotgesteine im tiefen Untergrund gepumpt, womit die Treibhauswirkung konventioneller Kraftwerke, die Kohle, Öl oder Gas verbrennen, entfällt. Die Forderung nach dauerhafter Speicherung ist allerdings die Achillesferse aller bisherigen CCS-Pilotprojekte, die das unerwünschte Gas in leergepumpten Gas- oder Öllagerstätten, in tiefgelegenen Grundwasservorkommen oder in unterirdischen Kavernen speichern wollten. Eine chemische Fixierung funktioniert entweder überhaupt nicht, weil das reaktive Gestein fehlt, oder braucht ungeheure Zeiträume. Sie alle brauchen daher eine gasdichte Decke über dem Speicher, damit das Kohlendioxid nicht entweichen kann. Für Kritiker ein Grund, die langfristige Sicherheit dieser Art von Speicherung anzuzweifeln.

Ein Bohrkern, in dem die weißen Karbonate gut im dunklen Basalt erkennbar sind. (Bild: University of Southampton/Annette K. Mortensen)Bei der chemischen Speicherung im Basalt scheint diese Schwäche nicht zu bestehen. Allerdings können auch die CarbFix-Forscher nicht sagen, ob das Verfahren noch so problemlos funktioniert, wenn statt 225 Tonnen Kohlendioxid Millionen Tonnen des Treibhausgases in den Basalt gepumpt werden. Und so viel müsste schon deponiert werden, damit man einen Effekt verspürt. Schließlich bläst die Menschheit jedes Jahr rund 35 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre. „Wir haben in unserem Test keine Verstopfung gesehen, weil der Versuch zu klein war“, so Matter, „es wird zu testen sein, wie groß die Kapazität eines Reservoirs ist.“ Immerhin will das geothermische Kraftwerk, auf dessen Boden der Test stattfand, jetzt beginnen rund 10.000 Tonnen CO2 pro Jahr in den Basalt des Untergrunds zu pumpen. Das Treibhausgas wird zusammen mit dem Thermalwasser gefördert, mit dem das Kraftwerk seine Turbinen betreibt.

Eine Schwäche des Konzeptes bleibt das nötige Gestein. „Basalt ist eines der häufigsten Gesteine auf der Erde und stellt so einen der potentiell größten Kohlendioxidspeicher dar“, betont Jürg Matter zwar, doch diese Basaltvorkommen liegen nicht unbedingt in der Nähe der kohlendioxidschleudernden Kraftwerke. Island besteht zu großen Teilen aus dem Vulkangestein, doch viele andere Länder mit derart großen Vorkommen gibt es nicht. In Europa zum Beispiel muss man lange suchen, um entsprechende Gesteine zu finden, und in den USA gibt es sie nur im Nordwesten und vor der Küste der Pazifikstaaten Oregon und Washington. Indien dagegen, das seine Elektrizität zu über 70 Prozent in Kohlekraftwerken erzeugt, hat mit den Dekkan Trapps große Basaltvorkommen. Auch in Sibirien gibt es Relikte von gewaltigen Flutbasalten. Hier könnte sich das Verfahren anbieten. Im Oman laufen derzeit erste Untersuchungen, ob das dort anstehende Mantelgestein auch für die CO2-Speicherung geeignet ist. Ob dagegen die ozeanischen Krustenplatten, die ebenfalls aus Basalt bestehen, als Speicherort geeignet sind, muss sich herausstellen. Sie sind in Kontinentnähe oft von dicken Sedimentschichten bedeckt, durch die man bohren müsste, außerdem verursacht der Transport großer Kohlendioxidmengen beträchtliche Kosten.

CarbFix-Mitarbeiter bei der Bergung von Bohrkernen. (Bild: Science/Jürg Matter) Hinzu kommt der Wasserbedarf des Verfahrens. 25 Tonnen Wasser sind nötig, um eine Tonne Kohlendioxid im Basalt zu speichern. Dieser Bedarf wäre nur in Meeresnähe problemlos zu befriedigen. Allerdings kommt ein Verfahren, das parallel zu CarbFix im Columbia-Plateaubasalt im Nordwesten der USA getestet wurde, ohne Wasser aus: Dort wurde nur CO2 injiziert, und auch dort wurde das Treibhausgas innerhalb von kürzester Zeit fest im Basalt gebunden. „Wir wissen, wir können es machen und es kann einen Beitrag zur Bekämpfung des globalen Klimawandels leisten“, bleibt Jürg Matter überzeugt, allerdings hängt alles an der Wirtschaftlichkeit. Erst wenn die Emission von Kohlendioxid wirklich Geld koste, so der Schweizer, dann würden sich CCS-Technologien rechnen. „Es ist wirklich die Politik, die jetzt reagieren muss“, betont er.