20.07.2004 · Schon lange wird im Zuge des Klimaschutzes über die Abscheidung des Treibhausgases Kohlendioxyd aus Rauchgasen und seine anschließende Endlagerung als eine Möglichkeit diskutiert. Ein kanadisches Experiment zeigt jetzt erste Erfolge.
Von Horst RademacherBereits seit einigen Jahren wird über die Abscheidung von Kohlendioxyd aus Rauchgasen und seine anschließende Endlagerung als eine der vielen Möglichkeiten diskutiert, mit denen man der Steigerung der Konzentration dieses Treibhausgases in der Atmosphäre entgegenwirken kann. Neben der Lagerung verflüssigten Kohlendioxyds in der Tiefsee wird an mehreren Orten das Einpumpen des Gases in die Erdkruste erprobt, unter anderem im Erdgasfeld Sleipner vor der Küste Norwegens. Eine Gruppe kanadischer und amerikanischer Forscher hat jetzt die ersten Ergebnisse eines Pilotprogramms der Internationalen Energieagentur (IEA) in einem Ölfeld in der kanadischen Provinz Saskatchewan vorgelegt.
Speicher für Millionen Jahre?
Das etwa 180 Quadratkilometer große Weyburn-Ölfeld ist ein kleiner Teil eines Sedimentbeckens, das sich vom Süden Saskatchewans bis in die amerikanischen Bundesstaaten Montana sowie Nord- und Süddakota erstreckt. Es wurde im Jahre 1954 entdeckt. Geologen schätzten damals, daß in den aus dem Erdaltertum stammenden Sedimenten von Weyburn mehr als 1,8 Milliarden Faß Rohöl enthalten wären. Um die aus dem Feld geförderte Menge an Rohöl zu erhöhen, begannen die beteiligten Ölgesellschaften im Jahre 1964 damit, unter hohem Druck Wasser in die ölhaltigen Schichten zu pumpen. Dadurch gelang es, die Förderung zunächst auf bis zu 46 000 Faß pro Tag zu steigern. Auf diese Weise wurde so viel Öl gefördert, daß im Jahre 2000 bereits ein Viertel des insgesamt im Weyburn-Feld vermuteten Rohstoffs ausgebeutet worden war. Im Laufe der Zeit ging aber die täglich geförderte Menge immer weiter zurück. Um die Ausbeute zu erhöhen, erwogen die Mitarbeiter der Ölgesellschaft, statt Wasser flüssiges Kohlendioxyd in das Ölfeld zu pumpen. Mit solchen Injektionen wird in vielen Ölfeldern der Welt der Druck innerhalb einer Lagerstätte erhöht. Das Rohöl kann dadurch leichter zu den Förderbohrungen fließen und dort abgepumpt werden.
Als Mitarbeiter der Internationalen Energieagentur und mehrerer Forschungseinrichtungen in Kanada und den Vereinigten Staaten vor einigen Jahren von den Plänen der Ölgesellschaft erfuhren, kam man überein, die Injektion des Kohlendioxyds unter dem Gesichtspunkt der langfristigen Lagerung dieses Gases wissenschaftlich begleiten zu lassen. Eine solche dauernde Beseitigung ist durchaus möglich, denn das Öl und die vielen flüchtigen Kohlenwasserstoffe einer Lagerstätte blieben ja auch über Hunderte von Jahrmillionen im Gestein des Sedimentbeckens gespeichert.
Das eigentliche ölhaltige Speichergestein des Weyburn-Feldes liegt in etwa 1450 Meter Tiefe unter mindestens fünf grundwasserführenden Gesteinsformationen. Es handelt sich um eine dünne, nur wenige Dutzend Meter dicke Schicht brüchigen Karbonatgesteines, das aus dem Karbonzeitalter stammt und damit etwa 350 Millionen Jahre alt ist. Das Öl blieb darin "gefangen", weil sich ober- und unterhalb der Lagerstätte jeweils Schichten aus Anhydrit beziehungsweise aus anhydritischem Dolomitgestein gebildet hatten, die für Flüssigkeiten und Gase undurchlässig sind. Durch diese natürlichen Dichtungen konnten keine Kohlenwasserstoffe entweichen, und es konnte auch kein Wasser von außen eindringen.
Seit vier Jahren wird gepumpt
Vor knapp vier Jahren begann man damit, verflüssigtes Kohlendioxyd durch 19 Injektionsbohrungen in die ölhaltige Karbonatschicht zu pumpen. Derzeit beträgt die Pumprate etwa 3,4 Millionen Kubikmeter Kohlendioxyd pro Tag. Das entspricht einer Masse von etwa 6300 Tonnen. Knapp zwanzig Prozent des Gases stammen aus dem Ölfeld selbst, der Rest wird durch eine 320 Kilometer lange Pipeline aus Norddakota zu den Bohrungen gepumpt. In Norddakota wird das Kohlendioxyd aus dem Rauchgas einer Kohlevergasungsanlage abgeschieden, verflüssigt und anschließend in der Rohrleitung über die Grenze transportiert. Vor Beginn des Pilotprojektes entwich das in der Kohlevergasungsanlage entstehende Kohlendioxyd durch einen Schornstein in die Luft. Inzwischen sind aber weit mehr als zwei Milliarden Kubikmeter nach Weyburn befördert und dann in die Karbonatschicht injiziert worden. Die tägliche Ölförderung konnte dadurch um 5000 Faß auf mehr als 20 000 Faß gesteigert werden.
Wichtig für die Endlagerung von Kohlendioxyd ist, daß es später nicht doch noch in die Atmosphäre gelangt. Das könnte beispielsweise geschehen, wenn zuviel Kohlendioxyd in das Ölfeld gepumpt wird und sich dabei der Druck innerhalb der Lagerstätte derart erhöht, daß die Dichtungen aus Anhydrit "platzen". Das Kohlendioxyd würde dann ins Grundwasser gelangen, könnte sich darin lösen und schließlich in Form einer Kohlensäurequelle wieder zutage treten.
Eine Forschergruppe um Don White vom Geologischen Dienst Kanadas in Ottawa und Thomas Davis von der Bergakademie Colorados in Golden hat nun mit verschiedenen Verfahren den Einfluß des Kohlendioxyds auf die Lagerstätte untersucht. Wie die Forscher jetzt in der von der Amerikanischen Geologischen Gesellschaft herausgegebenen Zeitschrift "GSA Today" (Bd. 14, Nr. 7, S. 4) schreiben, beträgt der Porendruck im Gestein der zum Teil mit Kohlendioxyd gefüllten Lagerstätte derzeit zwischen 12,5 und 18 Megapascal. Er liegt damit statistisch nur geringfügig über dem zu Beginn der Ölförderung vor fünfzig Jahren gemessenen natürlichen Druck von 14 Megapascal.
Anfangs viele Mikrobeben
In umfangreichen seismischen Untersuchungen haben die Forscher verfolgen können, wie sich das Kohlendioxyd seit Beginn der Injektion im Ölfeld ausgebreitet hat. Beim Eindringen in das Ölfeld kam es innerhalb des Speichergesteins zu zahlreichen Mikroerdbeben. Außerdem veränderten sich durch die Gasfüllung die physikalischen Eigenschaften des Gesteins. Diese Veränderungen konnten mit seismischen Tomogrammen verfolgt und aufgezeichnet werden. Dabei zeigte sich, daß die Injektion von Kohlendioxyd bisher keinen Einfluß auf die Dichtungen ober- und unterhalb der Lagerstätte hatten. Diese Ergebnisse werden als so vielversprechend gewertet, daß die Ölgesellschaft plant, im Laufe der nächsten fünf Jahre weitere elf Milliarden Kubikmeter Kohlendioxyd in das Ölfeld zu pumpen. Dann dürfte das Feld ausgebeutet sein, und man könnte die Bohrlöcher verschließen. Wenn auch dann die Anhydritschichten nicht "beschädigt" würden, wäre das Treibhausgas auf Dauer im Sedimentbecken gefangen.
Die Freisetzung von Spurengasen, die das Klima beeinflussen, nimmt weltweit weiter zu - allen internationalen Verträgen und Zusagen zum Trotz. Deshalb wird immer öfter über andere Lösungen nachgedacht: Das Versenken von Kohlendioxyd am Meeresgrund oder in alten Öldepots unter Tage gilt als ein möglicher Ausweg.
