Treibhausgas

Die umstrittene Hoffnung: Der Klimakiller CO2 wird zu Stein

Das Treibhausgas CO2 ist verantwortlich für den Klimawandel. Forscher testen verstärkt eine Methode, das Gas verschwinden zu lassen.

Hier wird das Gas CO2 „versteinert“: in Island.

Hier wird das Gas CO2 „versteinert“: in Island.

Foto: eurekalert/Univ. of Southampton

Reykjavik/Potsdam.  Jedes Jahr pustet der Mensch gewaltige Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre – mit massiven Folgen für das Klima. Allein im Jahr 2014 gelangten durch die Verbrennung von Kohle, Öl und Gas und die Herstellung von Zement gut 35 Milliarden Tonnen CO2 in die Luft. Um die Erderwärmung einzudämmen, wollen Forscher möglichst große Mengen des Treibhausgases unterirdisch einlagern – etwa indem sie es in poröse Gesteinsschichten pressen. Das Vorgehen ist aber eher unrentabel und stößt in vielen Regionen – auch Deutschland – auf Sorgen in der Bevölkerung. Nun stellen Forscher im Fachblatt „Science“ ein neues Verfahren zur CO2-Lagerung vor, das absolut sicher und gleichzeitig wirtschaftlicher sein soll.

„Der Erfolg der geologischen CO2-Einlagerung hängt von seiner langfristigen Sicherheit und der Akzeptanz in der Öffentlichkeit ab“, schreibt das internationale Team um Juerg Matter, von der Columbia University in New York, der inzwischen an der englischen Universität Southampton forscht. Das Injizieren des Gases in unterirdische Gesteinsschichten – vor allem frühere Öl- oder Gaslagerstätten sowie in Salzwasser führende Schichten – berge Risiken, denn die Speicher müssten Jahrtausende lang dicht halten.

Carbfix-Projekt in Island bringt erstaunliche Ergebnisse

Die Wissenschaftler um Matter stellen nun Ergebnisse des Carbfix-Projekts in Island vor. Dort testeten sie ein Verfahren zur Einlagerung von Kohlendioxid, bei dem das Treibhausgas im vulkanischen Basaltgestein mineralisiert und Karbonate bildet. Binnen zwei Jahren hätten mehr als 95 Prozent des eingebrachten sauren Gases mit dem basischen Basalt reagiert, berichtet das Team in „Science“.

„Basaltgestein ist sehr reaktionsfreudig und eine der häufigsten Gesteinsarten der Erde, die etwa zehn Prozent der Oberfläche der Kontinente und den größten Teil des Meeresgrunds bedeckt“, schreiben die Autoren. Daher könne man CO2 mit dem Verfahren künftig sicher und auch relativ günstig einlagern, betonen sie. Basalt enthält einen Gewichtsanteil von bis zu 25 Prozent Kalzium (Ca), Magnesium (Mg) und Eisen (Fe): Diese Elemente können mit dem CO2 Karbonate bilden und so für eine dauerhafte Ausfällung und Bindung des Gases sorgen. Bisher seien viele Experten davon ausgegangen, dass diese Mineralisierung lange Zeiträume brauche. Dass dies wesentlich schneller geht, zeigt das Projekt in Island nahe des Geothermie-Kraftwerks Hellisheidi.

Mehr als 95 Prozent des Gases schon nach zwei Jahren mineralisiert

Das 25 Kilometer östlich der Hauptstadt Reykjavik gelegene Kraftwerk produziert pro Jahr etwa 40.000 Tonnen CO2. In einem Pilotprojekt, das Anfang 2012 startete, lösten die Forscher 250 Tonnen Kohlendioxid in Wasser und leiteten das Gemisch dann in eine Basaltschicht, die eine Tiefe von 400 bis 800 Metern abdeckt. Um das Schicksal des eingeleiteten CO2 zu verfolgen, reicherten sie es mit einem Tracer an, in diesem Fall mit dem Kohlenstoff-Isotop 14. In der Zeit nach der Injektion sanken die Konzentrationen des CO2 und auch des Tracers an diesen Stellen deutlich. Daraus berechnet das Team, dass zwischen der Injektionsstelle und den Probebohrungen binnen zwei Jahren mehr als 95 Prozent des CO2 mineralisierten. Weitere Bohrungen bestätigten, dass das eigentlich tiefdunkle Basaltgestein weißliche Karbonat-Adern enthielt.

„Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass in Basaltgestein eine fast vollständige CO2-Mineralisierung in weniger als zwei Jahren geschehen kann“, schreiben die Autoren. „Einmal in Karbonat-Mineralien gelagert, entfällt das Risiko des Entweichens, und die Kontrollprogramme für die Lagerstätte können deutlich reduziert werden, was die Sicherheit und möglicherweise auch die öffentliche Akzeptanz fördert.“

Enormer Wasserverbrauch ist notwendig

Voraussetzung sei nur das Vorhandensein von Basaltgestein und ausreichend Wasser: Das Verfahren benötigt pro Tonne CO2 etwa 25 Tonnen Wasser. „Karbonat-Mineralien entweichen nicht aus dem Untergrund, sodass unsere neu entwickelte Methode eine dauerhafte und umweltfreundliche Lagerung von CO2-Emissionen erlaubt“, betont Matter. „In Zukunft könnten wir überlegen, diese an Kraftwerken einzusetzen, wo viel Basalt lagert – und es gibt viele solche Orte“, so Co-Autor Martin Stute von der Columbia University.

Das an der Studie beteiligte Unternehmen Reykjavik Energy nutzt das Verfahren inzwischen deutlich intensiver. Dessen Projektleiterin Edda Aradottir rechnete anfangs damit, dass der Prozess der Mineralisierung acht bis zwölf Jahre dauern würde. „Die Leute dachten, das könnte nicht so schnell gehen“, sagt sie. „Dann ging es noch viel schneller. Das war eine sehr willkommene Überraschung.“ Seit 2014 hat das Unternehmen die Menge auf jährlich 5000 Tonnen CO2 gesteigert. Ab diesem Sommer will es auch diese Rate noch verdoppeln. Die Kosten für Abscheidung und Speicherung lagen laut Aradottir bei etwa 30 Dollar (etwa 26 Euro) pro Tonne CO2 – im Vergleich zu 130 Dollar (etwa 115 Euro) für die herkömmliche Verpressung.

In Deutschland kaum anwendbar

Experte Franz May von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover sagt, die Wirtschaftlichkeit der CO2-Einlagerung hänge nicht nur vom verwendeten Verfahren ab, sondern maßgeblich auch von den Rahmenbedingungen. In Mitteleuropa lasse sich das Verfahren kaum anwenden, betont May. So gebe es etwa in Deutschland lediglich kleine Basaltvorkommen, etwa im Westerwald oder im südlichen Niedersachsen. Große Mengen des Vulkangesteins lagerten dagegen etwa in Sibirien oder in Teilen Indiens – in diesen Regionen fielen jedoch deutlich weniger CO2-Emissionen an, so seine Einschätzung.

Auch Axel Liebscher von GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam glaubt, dass der Standort auf Island Idealbedingungen für das neue Verfahren biete – etwa Basaltgestein und reichlich Wasser. Im Binnenland seien solche Mengen Wasser für eine großindustrielle Anwendung eher schwierig. „Für die Einlagerung einer jährlichen Menge von einer Million Tonnen CO2 bräuchte man 25 Millionen Tonnen Wasser, insgesamt müsste man also 26 Millionen Tonnen Flüssigkeit in den Untergrund pumpen“, gibt er zu bedenken. „Im kleineren Maßstab scheint das wunderbar zu klappen, aber ob es sich auch für eine großindustrielle Anwendung eignet, muss noch gezeigt werden“, sagt Liebscher. „Wir können die CO2-Emissionen mit unseren Speichertechnologien zwar nicht komplett auffangen, aber möglicherweise nicht unerheblich zu ihrer Reduzierung beitragen.“