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Ab in den Untergrund

Poröse Gesteinsformationen als potenzielle "Endlager"

Die Speicherung von Kohlendioxid im Untergrund gilt unter Experten als vielversprechendster Ansatz in Sachen CCS. Anders als zum Beispiel die Lagerung im Meer, könnte die Speicherung in geologischen Formationen mehr sein als eine Zwischenlösung auf Zeit. Denn aus der Tiefsee sickert das Gas früher oder später an die Oberfläche zurück und gelangt von dort in die Atmosphäre. In Gestein lässt es sich im Idealfall hingegen für immer einfangen.

In tiefliegenden porösen Gesteinsschichten kann CO2 gelagert werden © Global CCS Institute

Tatsächlich sind unterirdische CO2-Speicher im Prinzip keine menschliche Erfindung, sondern ein Phänomen der Natur: Auf unserem Planeten gibt es einige natürliche Kohlenwasserstoff- und CO2-Lagerstätten, die teils Millionen Jahre alt sind. Acht von solchen alten Speichern in der Erdkruste existieren allein im Südosten Frankreichs, unter anderem bei Arles und Aix-en-Provence. Sie zeigen, dass einige geologische Strukturen über lange Zeiträume dicht sind. Demnach scheint die Lagerung von Kohlendioxid in geologischen Formationen grundsätzlich möglich zu sein.

Geeignete Speicher brauchen Poren und Barrieren

Das Treibhausgas kann jedoch nicht überall sicher für Jahrhunderte oder Jahrtausende in den Untergrund eingebracht werden. Vielmehr sind dafür tiefliegende Gesteine mit ganz bestimmten Eigenschaften nötig. „Geeignete Speichergesteine haben genügend Poren, in denen Fluide wie Gas, Formationswasser oder Öl zirkulieren können. Wenn CO2 injiziert wird, verdrängt es diese Fluide aus dem Porenraum. Das Gestein sollte daher zudem eine hohe Permeabilität aufweisen“, beschreibt das von der EU-Kommission geförderte Exzellenznetzwerk „CO2GeoNet“ die Anforderungen für die geologische Speicherung von CO2.

In Gesteinsschichten, die mindestens 800 Meter tief liegen, lässt sich eine Lagerung des Klimagases am effektivsten realisieren. Denn in diesen Tiefen herrschen Druck- und Temperaturverhältnisse, in denen das CO2 im Vergleich zu seinem Zustand in der Atmosphäre ein deutlich verringertes Volumen aufweist.

Sedimentbecken als unterirdische Lagerstätten

Potenzielle Speicherregionen in Deutschland und Europa © Heinrich-Böll-Stiftung/ CC-by-sa 3.0

Gesteine mit den gefragten Eigenschaften sind vor allem in Sedimentbecken zu finden. Ein Gebiet mit hohem Speicherpotenzial ist in Europa zum Beispiel das Südliche Permbecken, das sich von Großbritannien bis nach Polen erstreckt. In Senken wie diesem haben sich über Jahrmillionen Sedimentgesteine wie Ton, Sandstein, Gips oder Steinsalz in Schichten übereinander abgelagert. Oft wechseln sich dabei durchlässige Formationen mit undurchlässigen Gesteinen ab. Diese können als Barriere wirken, die ein Austreten des eingeschlossenen Gases verhindert.

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Das ist wichtig, da sich das in freier Form besonders leichte CO2 durch Auftriebskräfte an die Erdoberfläche bewegt. Neben dieser oberen Deckschicht sorgen auch sogenannte kapillare Bindungskräfte in den Poren des Gesteins dafür, dass das Kohlendioxid nicht einfach nach oben entweicht. Im Laufe der Zeit kann sich ein Teil des Gases zudem in der in den Poren enthaltenen Flüssigkeit lösen.

In Anwesenheit von Silikatgestein reagiert das gelöste Gas dort unter Umständen mit Ionen wie Kalzium. Dabei kristallisiert es zu Karbonat. Aus dem Gas wird ein Mineral – ein ideales Ergebnis mit einem entscheidenden Haken: Die Mineralisation von CO2 zu Karbonaten dauert in der Regel hunderte bis tausende von Jahren. Erst kürzlich zeigte eine Pilostudie auf Island allerdings, dass es unter speziellen Bedingungen, wie im vulkanischen Basaltgestein, auch bedeutend schneller gehen kann.

Auf der Suche nach geeigneten Speichern

Wo es geeignete Lagerstätten gibt und wie sich künstlich injiziertes Kohlendioxid in diesen verhält, das erforschen Wissenschaftler bereits seit den 1990er Jahren. Unter anderem in den USA, Kanada, Australien, Japan und Europa wurden damals erste Forschungsprogramme zur Erprobung unterirdischer Speicherverfahren gestartet. Eine besondere Vorreiterrolle kam dabei einem Projekt in Norwegen zu.

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Stand: 24.06.2014

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Wohin mit dem Kohlendioxid?
Auf der Suche nach sicheren Speichern im Untergrund

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