Sprudel oder Karbonat-Gesteine

Britische Studie zeigt, was im Untergrund mit dem verpressten Treibhausgas Kohlendioxid passiert 

Manchester/Edinburgh (Großbritannien) – Rund 350 Millionen Tonnen Kohlendioxid pusten allein die deutschen Kohlekraftwerke jährlich in die Atmosphäre. In den nächsten Jahrzehnten soll das Treibhausgas dauerhaft in den Untergrund gepresst werden. Doch wie sicher die CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage) und die Lagerstätten sein werden und welche Prozesse in der Tiefe ablaufen, ist bis heute kann noch eindeutig geklärt. Britische Forscher präsentierten nun in der Fachzeitschrift "Nature", dass sich Kohlendioxid langfristig vor allem im Grundwasser löst.

Abb.: Chaffin Ranch Geysir, Utah. Dieser Geysir bricht aus einer Grundwasserschicht hervor, die mit natürlichem Kohlendioxid gesättigt ist. (Bild: Jason Heath/New Mexico Tech)

"Wir konnten zum ersten Mal exakt identifizieren, wo sich das Kohlendioxid ablagert", sagt  Stuart Gilfillan von der University of Edinburgh. Zusammen mit Kollegen der University of Manchester sowie aus Kanada, China und den USA untersuchten sie Proben aus insgesamt neun natürlichen Gasfeldern in den USA, China und Ungarn. Das Kohlendioxid gelangte in diese Lagerstätten bereits vor Tausenden bis Millionen von Jahren. Über die Hälfte des Treibhausgases fanden sie als Kohlensäure gelöst im Grundwasser, das in den Poren des Gesteins eingeschlossen war. Nur knapp ein Fünftel des Gases reagierte zu festen Karbonat-Mineralen.

Zu diesem Ergebnis gelangten die Forscher über eine Isotopenanalyse der ebenfalls in den Proben enthaltenen Edelgase Helium und Neon. So stieg im Laufe der vergangenen Jahrtausende der relative Anteil des Helium-3-Isotops an, weil der Anteil an gasförmigen Kohlendioxid nach und nach abnahm. Zugleich erhöhten sich in den von Gilfillans Team untersuchten Gasspeichern die Konzentrationen von Helium-4 und Neon-20. Diese Zunahme an Edelgasen erklärten die Wissenschaftler mit der leichten Löslichkeit von Kohlendioxid im Grundwasser, wodurch dessen Anteil an der Gasphase sank. Besonders in karbonatreichen Lagerstätten mit pH-Werten zwischen 5 und 5,8 spielte die Kohlensäure-Bildung im Grundwasser die dominierende Rolle. Nur in silikathaltiger Umgebung gingen maximal 18 Prozent des Treibhausgases in feste Karbonat-Gesteine über.

"Unsere Studie zeigt eindeutig, dass das Kohlendioxid in diesen Lagerstätten natürlich und sicher im Grundwasser gespeichert wurde", sagt Gilfillan. Das gebildete Mineralwasser verteilte sich in den Poren des Tiefengesteins und wurde dort über Tausende von Jahren stabil gebunden. "Diese Ergebnisse sind wichtig für die Beurteilung der Langzeitsicherheit von CO2-Lagern", sagt Werner Aeschbach-Hertig vom Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg. Denn in Wasser gelöstes Kohlendioxid könne nach seiner Meidung irgendwann mit Sicherheit wieder freigesetzt werden. Doch diese Gefahr drohe erst innerhalb von geologischen Zeiträumen, die in Hunderttausenden bis Millionen von Jahren gemessen werden.

Da aber die Bildung von Mineralwasser der wichtigste Mechanismus für die CO2-Lagerung ist, muss bei der Wahl der Lagerstätten genau auf die vorherrschende Geologie geachtet werden. "Gebiete mit jungem Grundwasser sollte man meiden", sagt Aeschbach-Hertig. Denn in diesen könnte das Treibhausgas durch die Bewegungen im Grundwasser schon viel früher als gewünscht wieder in die Atmosphäre freigesetzt werden. Beispiele für solche Verbindungen zwischen mit Kohlendioxid gesättigtem Grundwasser-Reservoirs und der Erdoberfläche sind Geysire, die wie eine geschüttelte Sprudelflasche Wasserfontänen ausstoßen.

"Die Ergebnisse liegen im Rahmen unserer bisherigen Vorhersagen und überraschen mich nicht", sagt Michael Kühn, Leiter des CO2-Testlagers im brandenburgischen Ketzin.  Mit einem Verweis auf die Szenarien der CO2-Speicherung, die bereits 2005 in einem Zusatzdokument zum Bericht des IPCC- Weltklimarats veröffentlicht wurden, sieht er keinen Anlass für neue Strategien bei der Suche nach geeigneten CO2-Lagern.
 
Jan Oliver Löfken


Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Stuart M. V. Gilfillan et al., Solubility trapping in formation water as dominant CO2 sink in natural gas fields. Nature, 458, 614
  http://dx.doi.org/10.1038/nature07852
• Werner Aeschbach-Hertig, Clean coal and sparkling water, Nature, 458, 583
• School of Earth, Atmospheric and Environmental Sciences, University of Manchester:
  http://www.seaes.manchester.ac.uk/index.html
• Scottish Centre for Carbon Storage, School of GeoSciences, University of Edinburgh:
  http://www.co2storage.org.uk/
• CO2Sink-Projekt:
  http://www.co2sink.org/
  

Weiterführende Literatur:

• IPCC-Report zur CO2-Speicherung (pdf Dokument):
  http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf
• Schrag, D. P. Science 315, 812–813 (2007)
• Moore, J. et al. Chem. Geol. 217, 365–385 (2005)

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