Geologen „versteinern“ CO2

Bisherige Versuche, klimaschädliches CO2 aus fossilen Brennstoffen wieder unter die Erde zu bringen, haben eklatante Nachteile. Ein internationales Forscherteam präsentiert jetzt eine neue Methode: Die Wissenschaftler binden CO2 dauerhaft in Vulkangestein.

Umhüllt von Dampf und Schwefelgeruch, auf der Hochebene Hellisheidi im Südwesten Islands, steht die größte geothermische Kraftwerksanlage der Welt. Seit zehn Jahren in Betrieb, deckt das Kraftwerk den Strombedarf der isländischen Hauptstadt Reykjavik und etlicher Industrieunternehmen im weiteren Umkreis.

Kraftwerk in Island
Árni Sæberg.
Kraftwerk Hellisheidi: 10.000 Tonnen CO2 järlich wollen die Betreiber im Vulkangestein deponieren

Heißwasser aus den Tiefen der Vulkaninsel machen den Turbinen und Generatoren Dampf, Island verbraucht praktisch keine fossilen Brennstoffe für seine Stromerzeugung. Dass gerade an diesem Ort der erste großtechnische Versuch stattfindet, CO2 auf Dauer und vor allem sicher im Boden verschwinden zu lassen, leuchet auf den ersten Blick nicht ein.

Scheinen doch Kohlekraftanlagen wie etwa in Deutschland dafür eher prädestiniert, und bekanntlich laufen dort, wie etwa bei Vattenfall, entsprechende Versuche. Die dafür gängige Technik: Das CCS-Verfahren (Carbon Dioxide Capture and Storage), also abscheiden und in geologischen Strukturen speichern, wie in Salzstöcken, in aufgelassenen Erdgas- oder Ölförderstätten oder in Wasser gelöst in Sandstein gepresst.

Technologische Sackgasse CCS

Doch verflüssigtes Kohlendioxid lässt sich nicht so einfach unterirdisch wegsperren, ohne es nicht gleichzeitig ständig überwachen und sichern zu müssen. Und selbst dann bleibt das Risiko, dass Kohlendioxid aussickert oder gar bei Erdbeben oder geologischen Verschiebungen plötzlich wieder freigesetzt wird. Daher steht CCS bei vielen Wissenschaftlern und Technikern in der Kritik, wegen ungeklärter Sicherheitsfragen bei gleichzeitig hohen Kosten.

„Unsere wissenschaftliche Aufmerksamkeit hat sich daher auf Möglichkeiten gerichtet, Kohlendioxid zu mineralisieren, also chemisch zu binden“, erklärt Juerg Matter, Professor für Geoengineering an der University of Southhampton.

Was konkret damit gemeint ist, erprobt er bereits seit vier Jahren zusammen mit einem internationalen Forscherteam in der Praxis. Der theoretische Ansatz der Wissenschaftler: Presst man das Treibhausgas CO2 in poröses vulkanisches Grundgestein, sollte der Kohlenstoff darin in chemischen Reaktionen aufgehen.

Die idealen Bedingungen dafür fanden sie in Island: An Vulkangestein für Versuche mangelt es der Insel nicht, sie besteht zu 90 Prozent aus Basalt. Und die Geothermie ist auch nicht so sauber und klimaneutral, wie sie auf den ersten Blick anmuten mag. Mit dem heißen Thermalwasser gelangen Vulkangase, darunter eben auch CO2 und Schwefelwasserstoff an die Erdoberfläche und letztlich in die Atmosphäre.

Pilotprojekt CO2 Senke
Martin Stute
Der Anfang von „Carbfix“: die erste Tiefenbohrung für den Feldversuch entstand im März 2011

40.000 Tonnen Kohlendioxid setzt die Kraftwerksanlage Hellisheidi jährlich frei, das sind zwar nur geringe fünf Prozent eines vergleichbaren Kohlekraftwerkes gleicher Kapazität. Dennoch suchten die Betreiber nach Möglichkeiten, den CO2-Ausstoß zusammen mit übelriechendem Schwefelwasserstoff, der die Umgebung belastet, zu verringern. So entstand ein internationales Forschungskonsortium verschiedener Uiniversitäten unterstützt vom Kraftwerksbetreiber Reykjavik Energy und Mitteln der EU.

Basalt schlägt Sandstein

„Laboruntersuchungen zeigten, dass zum Unterschied von Sedimentformationen wie Sandstein, der bisher für CCS verwendet wird, hier im Basalt reichlich freie Elemente wie Calcium, Magnesium oder Eisen vorkommen, die mit Kohlensäure sprich CO2 reagieren können.“ Vorausgesetzt allerdings, es ist für die Reaktion auch reichlich Wasser vorhanden.

Vor vier Jahren haben die Wisenschafter ihren wichtigsten Versuch gestartet: 250 Tonnen Kohlendioxid wurden zusammen mit der fünfundzwanzigfachen Menge Wasser und Schwefelwasserstoff in 400 bis 800 Meter Tiefe in Basalt gepumpt.

Über mehre Bohrlöcher wurde die Megainjektion überwacht und laufend Proben gezogen. „Wir waren nicht sicher, ob es funktioniert, und wenn, dann würde es sehr lange dauern“. Darüber waren sich alle Beteiligten einig, manche Experten schätzten die nötige Reaktionszeit sogar auf hunderte Jahre.

Pilotprojekt „Carbfix“

Doch schon nach wenigen Monaten zeigten die Proben, dass das Kohlendioxid weit rascher bindet als prognostiziert. Denn dem Gemisch wurden Kohlenstoff-Isotope als Marker hinzugefügt, um mitverfolgen zu können, in welchen Mengen das Wasser bereits CO2 abgegeben hat. Mittlerweile haben die Forscher auch an Bohkernen zeigen können, dass sich im porrösen Basalt schichtenweise Carbonatablagerungen gebildet haben. Nun liegt der Abschlußbericht der Studie vor.

Basaltsteine
Annette K. Mortensen.
Bohrkern aus dunklem Basalt mit hellen Carbonat-Einschlüssen

„Unsere Auswertungen zeigen: Zwischen 95 und 98 Prozent des injizierten CO2 haben sich in nur zwei Jahren mineralisiert“, triumphiert Matter, „das übertrifft all unsere Erwartungen".

Gas wird zu Stein

Somit ist erstmals ein technisch umsetzbarer Weg gefunden, Kohlendioxid sicher und dauerhaft zu „entsorgen“. Und es scheint zudem die bisher kostengünstigste Variante zu sein.

Potentielle „Endlagerstätten“ für das Treibhausgas gibt es praktisch überall auf der Welt, etwa zehn Prozent der Landmasse und ein Großteil des Meeresbodens bestehen aus Basalt. Im Meer wäre auch das für den Prozess in großen Mengen nötige Wasser vorhanden, an Land dürfte das wohl zum größten Problem einer praktischen Umsetzung im direkten Verbund mit einer Kraftwerks- oder Industrieanlage werden.

Nicht so in Island im Kraftwerk Hellisheidi. Dort versenkt man mittlerweile 5.000 Tonnen Kohlendioxid jährlich. Es wird mit dem geförderten und verbrauchten Thermalwasser vermischt und wieder unter Tag gepumpt. Das funktioniert derart zufriedenstellend, dass der Kraftwerksbetreiber schon ab dem kommenden Jahr dem Weltklima die doppelte Menge CO2 ersparen will.

Thomas Azade/science.ORF.at

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