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CO₂-Speicherung : Verwandlung im Untergrund

  • -Aktualisiert am

Das drittgrößte Geothermalkraftwerk der Welt befindet sich in Hellisheidi im Südwesten Islands. Vor Ort wird das zutage geförderte Kohlendioxid wieder in eine 500 Meter tiefe Basaltschicht gepumpt. Bild: Arni Saeberg

In Island macht man Ernst mit dem Klimaschutz. Dort wird Kohlendioxid in Karbonate verwandelt und auf diese Weise unschädlich gemacht.

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          Die im Pariser Klimaabkommen gesteckten Ziele zur Verringerung der Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre lassen sich nur durch eine Kombination von Maßnahmen erreichen. Dabei spielt neben der drastischen Reduzierung der Emissionen auch die langfristige Speicherung des Treibhausgases im Untergrund eine wichtige Rolle. Während es in Deutschland nach dem Abschluss der Arbeiten am CO₂-Testspeicher im brandenburgischen Ketzin derzeit kein laufendes Speicherungsprojekt gibt, wird in anderen Ländern aktiv an der Sequestrierung von Kohlendioxid unter Tage gearbeitet. In Island beispielsweise wird Kohlendioxid im Rahmen eines Großprojekts in das Gestein einer vulkanisch besonders aktiven Region eingespeist. Eine internationale Forschergruppe hat nun untersucht, wie gut das Gas im Untergrund gebunden ist. Sandra Snaebjörnsdottir und ihre Kollegen waren überrascht, wie schnell das Gas chemisch mit dem Basaltgestein reagiert.

          Das Ziel jeder CO₂-Speicherung unter Tage ist es, das Treibhausgas auf Dauer dem Kohlenstoffkreislauf zu entziehen und damit dessen Konzentration in der Atmosphäre zu verringern. Zurzeit gibt es weltweit achtzehn Großprojekte, in denen jeweils jährlich mindestens 400.000 Tonnen Kohlendioxid in tiefe Gesteinsschichten gepumpt wird. Die meisten dieser Projekte hängen direkt mit der Produktion von Rohöl zusammen. Kohlendioxid wird dabei in ein Erdölreservoir gepumpt, mit dem Effekt, dass das Öl aus den Gesteinsporen gepresst wird. Während der fossile Energieträger an die Erdoberfläche gefördert wird, verbleibt das Gas im Gestein.

          Endlager in 500 Metern Tiefe

          Obwohl es auf dem Testgelände von Ketzin niemals eine Ölförderung gab, wurde dort ebenfalls eine in etwa 650 Meter Tiefe liegende, sehr poröse Gesteinsschicht als CO₂-Speicher angebohrt. Dieser Sandstein wurde vor etwa 220 Millionen Jahren im Zeitalter des Keupers abgelagert und befindet sich unter einer mehr als 150 Meter mächtigen Tonschicht. Dieser Ton dichtet die darunter liegenden Schichten ab und verhindert damit, dass das in den Untergrund gepumpte Kohlendioxid entweichen kann. Typisch für solche Speicherungsverfahren in Sedimentgesteinen ist, dass das CO₂ in den Poren festsitzt, jedoch nicht signifikant chemisch mit dem Gestein reagiert.

          Völlig anders verhält es sich dagegen, wenn das Treibhausgas in Gesteine injiziert wird, die Kalzium- oder Magnesiumionen enthalten. Die Metallionen reagieren mit dem CO₂ und verbinden sich dabei zu Kalkspat, Dolomit oder Magnesiumkarbonat. Diese Mineralien existieren im tiefen Untergrund selbst über lange geologische Zeiträume.

          Basaltgestein prägt die Vulkanlandschaft in Hellisheidi, im Hintergrund ist das Geothermalkraftwerk zu erkennen.
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          Das Kohlendioxid kann deshalb für viele Millionen Jahre unter Tage gebunden bleiben. Weil vulkanisches Basaltgestein besonders viele Bestandteile enthält, die mit in Wasser gelöstem CO₂ reagieren, hat man auf der Vulkaninsel Island einen Großversuch unternommen, das Treibhaus in basaltige Gesteinsformationen zu pumpen.

          Schnelle Reaktion mit Basaltgestein

          Dieses Experiment findet am drittgrößten Geothermalkraftwerk der Welt in Hellisheidi im Südwesten Islands statt. Dort wird zunächst jenes Kohlendioxid abgeschieden, das mit dem vom vulkanischen Untergrund erhitzten Grundwasser an die Erdoberfläche gefördert wird. Anschließend pumpt man das Gas in eine etwa 500 Meter tiefe Basaltschicht. Um zu überprüfen, was mit dem eingepumpten Kohlendioxid geschieht, ist diese Basaltschicht im Laufe der vergangenen Jahre mehrmals angebohrt worden

          Die Geologen um Sandra Snaebjörnsdottir, die Leiterin eines von isländischen Energieversorgern und von der Universität von Island sowie von mehreren Universitäten in Frankreich und den Vereinigten Staaten betriebenen Forschungsprojektes, haben nun die bei den verschiedenen Bohrungen gesammelten Gesteinsproben untersucht. Wie die Forscher in der Zeitschrift „Nature Reviews Earth and Environment“ berichten, hatte der größte Teil des in den Untergrund gepumpten Kohlendioxids überraschend schnell mit dem Basaltgestein reagiert.

          Nach nur zwei Jahren waren über 90 Prozent des injizierten Gases fest im Gestein gebunden. In der Natur laufen solche Mineralisationsvorgänge erheblich langsamer ab und können Zehntausende von Jahren dauern. Ähnlich rasche Mineralisationsraten wurden auch bei einem vergleichbaren Feldversuch in der Nähe von Wallula im amerikanischen Bundesstaat Washington entdeckt. Dort wurde allerdings kein aktives vulkanischen Gebiet angebohrt. Vielmehr wurden etwa 1000 Tonnen Kohlendioxid in eine mächtige Basaltschicht gepumpt, die vor etwa zehn Millionen Jahren die Region als Flutbasalt überschwemmt hatte. Die jüngsten Ergebnisse dieser Feldversuche in Island und den Vereinigten Staaten machen deutlich, dass es durchaus möglich ist, das Treibhausgas schnell und langfristig unter Tage zu binden und so der Atmosphäre zu entziehen.

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