Zauberwort “Mineralisierung”

Science logo 2Ein internationales Wissenschaftlerteam hat möglicherweise einen gangbaren Weg gefunden, um der Atmosphäre dauerhaft anthropogene Kohlendioxid-Emissionen zu entnehmen – sie wandeln sie in einem Versuch in Island in Stein um. Ihre am 09.06.2016 in Science veröffentlichte Studie (deutsch auf: scinexx.de) zeigt, dass CO2 relativ schnell aus der Atmosphäre entfernt werden kann, indem es in vulkanischen Unterboden injiziert wird. Das CO2 reagiert mit dem umgebenden Gestein zu umweltverträglichen Mineralien. Nachteil: Gewaltiger Wasserverbrauch.

Tholeiitbasalt in Þingvellir, Island - Foto © Christian Bickel fingalo - Eigenes Werk, CC BY-SA 2.0 de, commons.wikimediaDie vorgeschlagenen Maßnahmen, das Problem der steigenden Treibhausgasemissionen und den daraus resultierenden Klimawandel zu bekämpfen, sind vielfältig. Ein Ansatz ist Carbon Capture and Storage (CCS), bei dem CO2 physikalisch aus der Atmosphäre entnommen und im Untergrund gespeichert wird. Ein besserer ist CCU (“U” bedeutet “Utilization” oder “Usage”). Geo-Ingenieure erkunden seit langem Möglichkeiten, CO2 in Hohlräumen unter der Erde, wie verlassene Öl- und Gaslagerstätten zu speichern, aber diese sind zu leckageanfällig und sind deshalb in der Bevölkerung hoch umstritten. So wandte sich nun die Aufmerksamkeit der Mineralisierung von Kohlenstoff zu, um CO2 dauerhaft zu entsorgen.

Bisher wurde angenommen, dass dieser Prozess mehrere Hunderte bis Tausende von Jahren dauern würde, und ist daher nicht eine praktische Option. Aber die aktuelle Studie – geleitet von der Columbia University, University of Iceland, Universität Toulouse und Reykjavik Energie – hat gezeigt, dass es in weniger als zwei Jahren möglich ist.

Jürg Matter - Foto © southampton.ac.ukLead-Autor Dr. Jürg Matter, Associate Professor in Geoengineering an der University of Southampton, sagte: “Unsere Ergebnisse zeigen, dass zwischen 95 und 98 Prozent des injizierten CO2 über einen Zeitraum von weniger als zwei Jahren mineralisiert war, erstaunlich schnell.” Bisher dachte man, dieser Prozess würde Hunderte oder gar tausend Jahre in Anspruch nehmen.

Enormer Wasserverbrauch

Basaltsäulen am Svartifoss, Island - Foto © Andreas Tille - Eigenes Werk, CC-BY-SA 4.0, commons.wikimedia

Das Gas wurde am Ort der Studie in einen tiefen Brunnen in Island eingebracht. Als vulkanische Insel besteht Island zu 90 Prozent aus Basalt, einem Gestein reich an Elementen wie Kalzium, Magnesium und Eisen, die für die Kohlenstoff-Mineralisierung erforderlich sind. Das CO2 wird in Wasser gelöst und in den Brunnen hinunter geschüttet. Bei Kontakt mit den anvisierten Speicher-Felsen, in 400 bis 800 Meter Tiefe, reagiert die Lösung schnell mit den umgebenden Basaltfelsen und bildet Karbonatmineralieen.

“Karbonatmineralien entweichen nicht aus dem Boden, so dass unsere neu entwickelte Methode  zu einer dauerhaften und umweltfreundliche Lagerung von CO2-Emissionen führt”, sagt Matter. “Auf der anderen Seite ist Basalt eine der häufigsten Gesteinsarten auf der Erde, die möglicherweise eine der größten CO2-Speicherkapazitäten bieten.” Voraussetzung sei nur das Vorhandensein von Basaltgestein und ausreichend Wasser: Das Verfahren benötigt pro Tonne CO2 etwa 25 Tonnen Wasser.

Folgt: Mit “Tracern” Reaktion verfolgt

Mit “Tracern” Reaktion verfolgt

Um zu überwachen, was im Untergrund geschah, injizierte das Team auch sogenannte “Tracer”, chemische Verbindungen, die buchstäblich den Transportweg und Reaktivität des CO2 verfolgen. Es gab acht Messstellen am Ort der Studie, wo getestet werden konnte, wie sich die chemische Zusammensetzung des Wassers veränderte. Die Forscher fanden heraus, dass die Konzentration der Tracer – und damit des CO2 im Grundwasser in der Zeit, in der es zu den Messstellen geflossen war, vermindert war, was darauf hinwies, dass die Mineralisierung gelungen war.

“Speichern von CO2 als Karbonatmineralien verbessert signifikant die Speichersicherheit, und sollte die öffentliche Akzeptanz von Carbon Capture and Storage als Klimaschutz-Technologie verbessern”, so Matter. “Der Gesamtumfang unserer Studie war relativ klein. So ist der logische nächste Schritt für CarbFix die CO2-Speicherung in Basalt in größerem Umfang. Dies geschieht zur Zeit im Geothermiekraftwerk Hellisheidi von Reykjavik Energy.”

26 Euro pro Tonne

Reykjavik Energy wendet das Verfahren inzwischen intensiv an. Projektleiterin Edda Aradottir erwartete anfangs, die Mineralisierung werde acht bis zwölf Jahre dauern. „Die Leute dachten, das könne nicht so schnell gehen“, sagte sie. „Dann ging es noch viel schneller. Das war eine sehr willkommene Überraschung.“ Seit 2014 hat das Unternehmen die Menge auf 5.000 Tonnen CO2 im Jahr gesteigert. Ab diesem Sommer sollen es doppelt so viel werden. Die Kosten für Abscheidung und Speicherung lagen laut Aradottir bei 26 Euro pro Tonne CO2 – im Vergleich zu 115 Euro für CCS.

In Deutschland kaum anwendbar

Leider hat die Sache einen Haken: Laut Franz May, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Geothermiekraftwerk Hellisheiði - Foto © open source extremeiceland.isRohstoffe (BGR) in Hannover, hängt die Wirtschaftlichkeit der CO2-Einlagerung nicht ausschließlich vom verwendeten Verfahren ab, sondern maßgeblich auch von den Rahmenbedingungen. Weil es nämlich in Deutschland nur kleine Basaltvorkommen gebe, sei das Verfahren in Mitteleuropa kaum anwendbar. Ähnlich Axel Liebscher von GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam: Island biete zwar Idealbedingungen. Bei uns aber seien solche Mengen Wasser schwierig. Um nur eine einzige Tonne CO2 zu mineralisieren, werden 25 Tonnen Wasser benötigt. “Für die Einlagerung von nur einer Million Tonnen für eine großindustrielle Anwendung bräuchte man also 25 Millionen Tonnen Wasser, insgesamt müsste man also 26 Millionen Tonnen Flüssigkeit in den Untergrund pumpen”, so Liebscher. Ob das in Zeiten von zunehmend knapper werdendem Süßwasser tatsächlich langfristig für eine großindustrielle Anwendung praktikabel ist, und wie der Untergrund reagiert, wird sich erst noch zeigen müssen. „Im kleineren Maßstab scheint das wunderbar zu klappen“, so Liebscher. „Wir können die CO2-Emissionen mit unseren Speichertechnologien zwar nicht komplett auffangen, aber möglicherweise nicht unerheblich zu ihrer Reduzierung beitragen.“

Die Untersuchung ist Teil des CarbFix Projekts, eines von der Europäischen Kommission und vom US Department of Energy geförderten Programms, mit dem durch Feld-, Labor- und Modellstudien Wege entwickelt werden sollen, wie anthropogenes Kohlendioxid in Basalt-Gesteinen gespeichert werden kann.

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