Auswirkungen auch auf Suche nach Lagerstätten für CO2-Speicherung Sandstein- Barriereschicht entpuppt sich als durchlässig - scinexx | Das Wissensmagazin
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Auswirkungen auch auf Suche nach Lagerstätten für CO2-Speicherung

Sandstein- Barriereschicht entpuppt sich als durchlässig

Aztec-Sandstein-Formation in Nevada. Deutlich ist die Schichtung des Gesteins zu erkennen. © Mark A. Wilson / College of Wooster

Eigentlich galten komprimierte Schichten im Sandstein – so genannte Kompaktionsbänder – als ziemlich dicht. Jetzt aber haben amerikanische Forscher mittels Mikrotomografie von Gesteinsproben entdeckt, dass diese vermeintlich guten Barriereschichten doch durchlässig für Flüssigkeiten und Gase sind. Diese in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ veröffentlichte Erkenntnis hat große Bedeutung für die Suche nach Lagerstätten beispielsweise für die CO2-Speicherung im Untergrund, aber auch für die Gewinnung von Erdgas durch „Fracking“.

Wenn Geologen ein Gebiet auf der Suche nach potenziellen Öl- oder Gaslagerstätten erkunden – oder aber nach geeigneten unterirdischen Lagern für Atommüll oder aber Kohlendioxid suchen – geht es vor allem darum, im Untergrund Schichten zu finden, die als Barriere dienen können. Solche Gesteinsschichten lassen weder Wasser, Öl noch Gase hindurch und dienen damit als Basis oder aber Deckgestein für Reservoire und schließen sie effektiv gegen das Grundwasser umgebende Umwelteinflüsse ab.

Bisher galten auch die so genannten Kompaktionsbänder im Sandstein, einem normalerweise eher lockeren Quarzgestein, als relativ dicht. Diese stark komprimierten, flachen Schichten innerhalb des Sandsteins sollten daher, so die Annahme, als Barrieren gegen Öl oder Gas dienen können. Doch ein Forscherteam um José Andrade vom California Institute of Technology (Caltech) hat jetzt Gegenteiliges herausgefunden.

Mikrotomografie enthüllt Durchlässigkeit

Ihre Analyse von Proben der Aztec Sandstein Formation in Nevada, USA zeigt, dass die Kompaktionsbänder deutlich permeabler sind als bisherige, auf zweidimensionalen Daten und Aufnahmen beruhende Modelle ermittelten. Die Wissenschaftler ermittelten für ihre Studie sowohl die dreidimensionalen mikromechanischen Eigenschaften des Gesteins mit Hilfe einer computergesteuerten Mikro-Tomografie als auch quantitativ die makroskopische Durchlässigkeit für Flüssigkeiten.

Querschnitt durch Porenstruktur a: normaler Sandstein; b: Kompaktionsschicht. Dunkle Stellen zeigen Hohlräume an. © José Andrade/Caltech

Die Auswertungen ergaben, dass Flüssigkeiten auch die Kompaktionsbänder des Aztec-Sandsteins durchdringen konnten. Die vermeintlichen Barriereschichten sind damit unter Umständen weniger dicht als gedacht. Nach Ansicht der Forscher sollte daher in Zukunft die Bewertung von potenziellen Lagerstätten nicht wie bisher auf 2D-Bildern sondern grundsätzlich immer auch auf dreidimensionalen Untersuchungen der Mikrostruktur beruhen. „Die quantitative Verbindung zwischen der Mikrostruktur des Gesteins und seinen makroskopischen Eigenschaften ist entscheidend, da die physikalischen Prozesse in porösem Material durch Eigenschaften im Porenmaßstab kontrolliert werden“, erklärt Andrade.

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Entscheidend auch für CO2-Sequestrierung

Besondere Bedeutung haben die neuen Erkenntnisse für die zukünftig auch in Deutschland geplante Lagerung von Kohlendioxid im Untergrund im Rahmen der Kohlendioxidabscheidung und –speicherung (CCS). „Diese Ergebnisse sind sehr wichtig für die Entwicklung neuer Technologien wie die CO2-Sequestrierung oder das hydraulische Fracken von Gestein für die Gewinnung von Erdgas.“ Denn die unterirdische Lagerung von abgeschiedenem Kohlendioxid ist nur dann sicher, wenn die Lagerstätte absolut dicht ist und kein Gas an die Oberfläche oder in das Grundwasser entweicht. Auch hier muss nun unter Umständen methodisch nachgerüstet werden. (Geophysical Research Letters, 2011; doi:10.1029/2011GL047683)

(California Institute of Technology, 08.06.2011 – NPO)

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