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StartseiteForschung aktuellWie sich Kohlendioxid als Feststoff speichern lässt23.09.2011

Wie sich Kohlendioxid als Feststoff speichern lässt

Wissenschaftler setzen auf Basaltstein

Klima.- Bei der sogenannten CCS-Technologie wird CO2 als superkritisches Fluid in den Boden eingelagert. Dieses superkritische Fluid ist ein Gas, das allein durch hohen Druck verflüssigt wurde. Kritiker befürchten, dass dieser instabile Zustand auf Dauer dazu führt, dass das eingelagerte Kohlendioxid später wieder unbemerkt aus den Lagerstätten ausdünstet. In Island testen Wissenschaftler derweil, inwieweit sich CO2 als Feststoff in den Boden einlagern ließe.

Von Caroline Ring

Das geothermische Kraftwerk Hellisheidi, östlich von Reykjavik.  (picture alliance / dpa)
Das geothermische Kraftwerk Hellisheidi, östlich von Reykjavik. (picture alliance / dpa)

Im Grunde sei es ein natürlicher Prozess, den sie nachstellen würden, sagt der Geochemiker Sigurdur Reynir Gislason. Kohlendioxid wird in Wasser gelöst und verbindet sich mit Calcium, Magnesium oder Eisen zu einem Salz.

"Auf der Erde haben solche Prozesse in geothermalen Gebieten wie beispielsweise Island über mehrere Millionen Jahre stattgefunden. Wenn am Meeresgrund die Erde aufbrach, reagierte das Kohlendioxid aus dem Magma mit Basaltgestein aus der Umgebung. Durch dieses Zusammenspiel von Gas, Wasser und Gestein bildeten sich feste Carbonate."

Gislason ist leitender Wissenschaftler des Projektes Carbfix an der Universität von Island in Reykjavik. Im Rahmen von Carbfix will er mit seinem Forscherteam eine sichere Speichermethode für Kohlendioxid schaffen. Seit 2007 experimentieren sie in Labors, wie sich die Kristallisation von CO2 nachbilden lässt. Nun wollen sie die ersten Langzeitversuche unter realen Bedingungen starten. Sechs bis zwölf Monate lang pumpen sie Kohlensäure in das Basaltgestein beim Geothermie-Kraftwerk Hellisheidi, östlich von Reykjavik. Es gehört zum isländischen Energie-Unternehmen Orkuveita Reykjavikur, das zugleich den größten Teil der Fördergelder für das Projekt liefert.

"Wir nehmen Kohlendioxid, das uns das Kraftwerk aus dem Erdboden fördert und leiten es durch Pipelines zu der Versuchsanlage. Dort wird es mit Wasser zu Kohlensäure gelöst und in 300 Meter tiefes Basaltgestein geleitet. Das ist sehr porös und enthält außerdem viele Calcium-, Magnesium- und Eisenionen. Wenn das CO2 aus der Kohlensäure nun durch die Poren des Basalts sickert, reagiert es durch den hohen Druck mit den Ionen und kristallisiert zu einem festen Mineral, zum Beispiel Calcit."

Calcit, oder Kalkspat, ist ein klares, meist farbloses Mineral, das in der Natur sehr häufig vorkommt. Bei dem Carbfix-Verfahren füllt es nach und nach die Poren des Basaltgesteins. Nach der mehrmonatigen Behandlung mit Kohlensäure wollen die Forscher einen Bohrkern aus dem Versuchsgebiet entnehmen. Der soll zeigen, wie viel CO2 sich auf diese Weise tatsächlich im Basalt speichern lässt. Denn die Aufnahmekapazität ist durch die Menge der Poren im Gestein begrenzt.

"Die Verfügbarkeit der Poren ist ein limitierender Faktor für das Verfahren. Man kann nicht endlos viel CO2 in das Basaltgestein pumpen. Außerdem kann es passieren, dass sich die Kristalle schon bilden, wenn noch gar nicht alle Poren des Basaltgesteins mit der Kohlensäure gefüllt sind. Die verstopften Poren würden dann verhindern, dass das Verfahren richtig funktioniert."

Die Kohlensäure würde über lange Sicht außerdem die bereits gebildeten Carbonate auflösen. Um das zu verhindern, wird sie nur einmal in das Gestein eingebracht. Dabei senkt sich der pH-Wert des umgebenden Wassers kurzzeitig. Im Laufe der folgenden Kristallisation neutralisiert er sich jedoch wieder und die Mineralien werden stabilisiert. Bis sich die ersten Kristalle bilden, dauert es allerdings mehrere Wochen und Monate. Wenn sich das Verfahren in den Feldversuchen als wirkungsvoll erweist, könnte es später überall dort angewendet werden, wo genügend Basaltgestein vorhanden ist, sagt Gislason.

"Es gibt zum Beispiel gewaltige Vorkommen von Basalt im westlichen Indien, aber auch in Sibirien, in Nordwestamerika und Brasilien. Sobald die Landschaft vulkanischen Ursprungs ist, findet sich in der Gegend auch Basaltgestein."

Und es gibt noch einen weiteren Teil der Erde, der für die Speichermethode in Frage kommt: Den Meeresboden. Zwei Drittel unseres Planeten sind von den Meeren bedeckt. Und am Boden, unter den Sedimenten, würden gewaltige Vorkommen von Basaltgestein liegen. In denen könnte ebenfalls CO2 gespeichert werden.

"Wir schauen auch nach vulkanischen Inseln und Gebieten, die fern der Küste liegen. An diesen Stellen sind auch die Sedimente auf dem Meeresboden aus Basaltgestein. Das ist sogar noch poröser als das Basaltgestein selbst, deshalb könnten diese Vorkommen besonders großes Potenzial zur Speicherung bergen."

Könnte man das Basaltgestein der Meere nutzen, würde das noch einen weiteren Vorteil mit sich bringen. Denn das Carbfix-Verfahren benötigt nicht nur viel reaktives Gestein um zu funktionieren, sondern auch sehr viel Wasser. 25 Tonnen braucht es, um eine Tonne Kohlendioxid zu fixieren. Weil Wasser in den Meeren praktisch endlos vorhanden ist, könnte es von dort direkt für die CO2-Lagerung verwendet werden. Doch bis es soweit ist, werden noch viele Jahre vergehen. Zwar beschleunigen die Wissenschaftler mit dem Verfahren einen natürlichen Vorgang – doch der benötigt auch unter künstlichen Bedingungen viel Zeit.

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