Ein Pilotprojekt, das zeigen wollte, dass Kohlendioxidemissionen durch Umwandlung in Gestein eingesperrt werden können, scheint ein Erfolg zu sein. Tests beim CarbFix-Projekt in Island ergaben, dass der größte Teil des in Basalt injizierten CO 2 in weniger als zwei Jahren zu Karbonat-Mineralien umgewandelt wurde. Dies ist eine Zeit, die viel kürzer ist als die Jahrhunderte oder Tausende von Jahren, die Wissenschaftler früher für einen solchen Prozess gehalten hatten.
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„Dieses Projekt zeigt, dass CO 2 höchstwahrscheinlich in relativ kurzer Zeit zu Carbonaten wird“, stellt David Goldberg, Geophysiker am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, fest, der an dem Projekt nicht beteiligt war. "Das ist ein bedeutendes Ergebnis."
Bei den meisten konventionellen Projekten zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung wird verflüssigtes Kohlendioxid in Sedimentgesteine injiziert, die Gesteinsarten, in denen Öl und Erdgas vorkommen. Weil Öl- und Gasunternehmen so viel Erfahrung mit diesen Gesteinsarten haben, sind sie ein natürlicher Ort, um CO 2 zu speichern. Solche Formationen können das Gas jedoch nur speichern, nicht aber in Gestein verwandeln. Und es besteht immer die Gefahr, dass das Gas in die Atmosphäre entweicht und zum globalen Klimawandel beiträgt.
Die Mineralogie von Basalten ist jedoch sehr günstig, um Kohlendioxid einzusperren, sagt Jürg Matter, ein Geochemiker an der Universität von Southampton, der in Lamont-Doherty mit der Arbeit am CarbFix-Projekt begonnen hat. Damit Kohlendioxid in Karbonat umgewandelt werden kann, müssen die Gesteine, in die das Gas injiziert wird, kalzium-, magnesium- oder eisenreiche Silikatmineralien enthalten. Dann findet eine chemische Reaktion statt, die das Kohlendioxid und die Mineralien in ein kalkhaltiges Carbonat-Mineral umwandelt. Sedimentgesteine haben nicht viel von diesen Mineralien, aber Basalte - eine Art Vulkangestein, das den größten Teil des Meeresbodens ausmacht, sowie Gesteine an einigen anderen Orten an Land - haben viel. Wissenschaftler stellten sich vor, dass sie CO 2 in Gesteinen wie Carbonat einschließen könnten, mussten aber zuerst nachweisen, dass es funktionieren würde - und das in einem angemessenen Zeitrahmen.
Dieser Abschnitt des Gesteins aus dem CarbFix-Projekt enthält einen kleinen Teil des mineralisierten Kohlendioxids (das weiße Gestein in der Mitte). (Annette K. Mortensen) Im Jahr 2012 injizierten Wissenschaftler 230 Tonnen Kohlendioxid in Basaltgesteine in der Nähe der geothermischen Anlage Hellisheidi östlich von Reykjavik. Im Gegensatz zu konventionellen Kohlenstoffspeichern wurde das Gas zunächst in Wasser aufgelöst (so etwas wie Perrier, bemerkt Goldberg).
Da es schwierig ist zu sehen, was unter Tage vor sich geht, haben die Wissenschaftler auch eine Reihe von Tracern beigefügt, die es ihnen später ermöglichen, das Schicksal dieses CO 2 zu erkennen . Erstens enthielten sie zwei Chemikalien, Schwefelhexafluorid und Trifluormethylschwefelpentafluorid, mit denen sie die Bewegung der injizierten Flüssigkeit im Untergrund verfolgen konnten. Außerdem fügten sie ihrem Kohlendioxidgemisch eine kleine Menge radioaktiven Kohlenstoff-14 hinzu.
"Es ist eine Art Smart Tracer", sagt Matter. „In tiefen Lagerstätten, wie wir sie zur Speicherung von CO 2 verwendet haben, enthält der gesamte Kohlenstoff, der vor der Injektion im Lagerstätte vorbestanden hatte, keinen Radiokohlenstoff. Es ist zu alt. “Als das Team später nach Carbonat suchte, wussten die Forscher, dass es höchstwahrscheinlich aus dem von ihnen injizierten Gas stammte.
Diese Tracer lassen die Wissenschaftler quantifizieren, was nach der Injektion mit dem Kohlendioxid passiert ist. Mehr als 95 Prozent sind innerhalb der folgenden zwei Jahre zu Carbonat geworden, berichten sie heute in Science .
"Die Ergebnisse sind sehr ermutigend", sagt Peter McGrail, Umweltingenieur am Pacific Northwest National Laboratory. "Sie haben im Hinblick auf das Design dieser Feldstudie hervorragende Arbeit geleistet", sagt er, und insbesondere mit der Verwendung der beiden Methoden, um das Schicksal des Kohlenstoffs zu verfolgen.
McGrail leitet ein ähnliches Projekt, das überkritisches - flüssiges - Kohlendioxid in Basaltfelsen in der Nähe von Wallula, Washington, injiziert. Das Ergebnis dieses Projekts wird in Kürze veröffentlicht, aber McGrail sagt, dass seine Gruppe ähnliche Ergebnisse sieht wie das CarbFix-Projekt.
Jürg Matter steht beim CarbFix-Pilotprojekt neben der Injektionsbohrung. (Foto von Sigurdur Gislason) Obwohl diese Ergebnisse vielversprechend sind, bleibt die Frage offen, ob die Technologie auf Speicher in industrieller Größe übertragen werden kann, um eine Million Tonnen Kohlendioxid oder mehr einzusparen. (Das ist nicht viel in Bezug auf die globalen Gesamtemissionen, die etwa 38 Milliarden Tonnen pro Jahr ausmachen.) Die CarbFix-Methode würde in diesem Umfang viel Wasser erfordern. Und beide Basalt-Pilotprojekte können nicht vorhersagen, ob die notwendigen chemischen Reaktionen unter Tage mit so viel mehr Kohlendioxid aufrechterhalten werden, sagt McGrail.
Angelegenheit stellt fest, dass 10.000 Tonnen Kohlendioxid jetzt in einen anderen Standort in Island injiziert wurden, aber größere Mengen dort zu testen, wäre schwierig, weil "in Island nicht so viel CO 2 vorhanden ist ". Es ist ein kleines Land mit relativ geringen Kohlenstoffemissionen.
Die Kosten bleiben ebenfalls ein Problem. Die CarbFix-Methode kostet viel mehr als herkömmliche Methoden zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, erfordert jedoch nicht die gleiche umfassende Überwachung, da das Risiko eines Gasaustritts gering ist. Ohne jegliche politischen oder wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Speicherung von Kohlenstoff ist dies jedoch alles umstritten. Im Moment, bemerkt Matter, "ist es kostenlos, die Atmosphäre zu verschmutzen."
Sollten solche Anreize umgesetzt werden, könnten Kohlenstoffabscheidung und -speicherung in all ihren Formen einen größeren Anteil daran haben, wie Menschen mit dem Problem der Treibhausgase umgehen, sagen Goldberg und Matter. "Es ist keine Patentlösung", sagt Matter, aber es könnte eine Brücke zwischen unserer Vergangenheit mit fossilen Brennstoffen und einer Zukunft mit erneuerbaren Energien schlagen.
