Millionen von IPs schaffen wissenschaftliche und technologische Talente, um das Land zu stärken. Die Unterwasser-Kohlenstoffversiegelung trägt dazu bei, das „Dual-Carbon“-Ziel zu erreichen.

Im Juni 2023 wurde das erste Offshore-Kohlendioxid-Speicherprojekt meines Landes mit einer Kapazität von einer Million Tonnen auf der Plattform Enping 15-1 in den östlichen Gewässern des Südchinesischen Meeres offiziell in Betrieb genommen. Dies stellt einen bedeutenden Durchbruch in der Technologie meines Landes zur Abscheidung, Nutzung und Speicherung von Kohlendioxid dar und verleiht dem Aufbau einer Seemacht neue Dynamik.

Warum Kohlendioxid auf dem Meeresboden speichern? Welche Probleme müssen gelöst werden, um Kohlendioxid erfolgreich abzuscheiden und im Meeresboden zu speichern?

Dies beginnt zunächst mit der Besonderheit des Ölfeldes Enping 15-1. Das Ölfeld Enping 15-1 ist das erste CO₂-reiche Gascap-Ölreservoir im östlichen Südchinesischen Meer. Das heißt, der CO₂-Gehalt im Begleitgas, das aus diesem Ölfeld gewonnen wird, ist relativ hoch. Im Allgemeinen ist Begleitgas bei der Offshore-Öl- und Gasförderung und -Erschließung unvermeidlich und CO₂ ist ein wichtiger Bestandteil von Begleitgas. In den meisten Fällen beträgt der CO₂-Gehalt im Begleitgas jedoch nur 20–30 %, doch der CO₂-Gehalt im Begleitgas des Ölfelds Enping 15-1 übersteigt 95 % und liegt damit deutlich über dem herkömmlichen Wert. Schätzungen zufolge wird die Gesamtmenge an CO₂, die von der Plattform Enping 15-1 erzeugt wird, 1,5 Millionen Tonnen übersteigen. Eine so große Menge Kohlendioxid, die zusammen mit Rohöl gefördert wird, führt nicht nur zur Korrosion von Offshore-Plattformen und Unterwasserpipelines, sondern erhöht auch die CO2-Emissionen meines Landes. Daher ist es notwendig, ein zuverlässiges „Ziel“ für dieses Kohlendioxid zu finden.

Tatsächlich wird die Technologie zur Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (kurz: CCUS) als wichtige Maßnahme zur Förderung der Kohlenstoffreduzierung und als eine der Schlüsseltechnologien zur Erreichung der „dualen Kohlenstoffziele“ anerkannt. Dabei handelt es sich um den Prozess, CO2 aus biologischen oder fossilen Quellen oder aus der Atmosphäre abzuscheiden und zu einem Speicherort zu transportieren, wo es dauerhaft in einer geologischen Formation isoliert wird. Da dieses Kohlendioxid aus Offshore-Ölfeldern stammt, kann es direkt auf dem Meeresboden versiegelt werden?

Hier gibt es viele Herausforderungen. Zunächst einmal: Wo soll das CO₂ gespeichert werden?

Die Forscher stellten fest, dass sich auf dem Meeresboden drei Kilometer von der Plattform entfernt und in einer Tiefe von 800 Metern eine kuppelartige Formation befindet. Der dortige Raum ist groß und stark abgeschlossen und eignet sich daher sehr gut für die dauerhafte Speicherung von CO₂. Nachdem CO₂ in die Formation injiziert wurde, kann der größte Teil davon dauerhaft von der „Kuppel“ bedeckt werden, der Rest kann von den Poren der Formation eingefangen werden, ein Teil kann sich langsam im Formationswasser auflösen und ein Teil kann mit Gesteinen und Formationswasser reagieren und Karbonatmineralien bilden.

Dann kommt das zweite Problem: Es muss ein Kanal gebaut werden, um CO₂ von der Plattform zur „Kuppel“ zu transportieren. Die technische Bezeichnung dieses Kanals lautet „Reinjektionsbohrung“. Allerdings beträgt die Tiefe der „Kuppel“ 800 Meter und sie ist 3 Kilometer von der Plattform entfernt. Dies bedeutet, dass beim Bohrvorgang für jeden Meter vertikale Tiefe mehr als 3 Meter horizontaler Vortrieb erforderlich sind. Diese Art von Rückverpressbohrung mit großer Verdrängung ist sehr schwierig zu bohren. Erschwerend kommt hinzu, dass die Schichten im Bohrbereich eine geringe Härte aufweisen und leicht brechen, sodass sie den Bohrwerkzeugen keinen wirksamen Halt bieten können.

Es gibt noch ein drittes Problem im Zusammenhang mit den Reinjektionsbohrungen: CO₂ trennt sich nicht automatisch vom Rohöl und gelangt in die Reinjektionsbohrungen. Es erfordert eine Reihe von Prozessen wie Erfassung, Trennung und Dehydratation. Mit anderen Worten: Die Reinjektionsbohrungen müssen nicht nur gebohrt werden, sondern es muss auch sichergestellt werden, dass CO₂ injiziert und abgedichtet werden kann.

Angesichts der Betriebsrisiken von Reinjektionsbohrungen und der besonderen Eigenschaften von CO₂ konzentrierte sich das Projektteam auf die Schlüsseltechnologien der Offshore-CO₂-Abscheidung und -Speicherung in geologischen Reservoirs, der Bohrung und Fertigstellung sowie der technischen Integration durch unabhängige technologische Innovationen. So wurde beispielsweise eine spezielle Bohrflüssigkeit entwickelt, die der Korrosion durch saures CO₂ wirksam widerstehen, die Bohrlochwand stützen, das Bohrloch schmieren und den Bohrvorgang „begleiten“ kann …

In diesem Demonstrationssystem werden Geräte wie der Hochkohlenstoffabscheider, der CO₂-Kompressor und die Molekularsieb-Entwässerungsanlage nacheinander gestartet. Das bei der Ölfelderschließung entstehende CO₂ wird aufgefangen, getrennt, unter Druck gesetzt und komprimiert und dann in überkritischem Zustand in die Rückinjektionsbohrung injiziert. Der überkritische Zustand ist weder gasförmig noch flüssig. Es kann den gesamten Raum wie ein Gas ausfüllen, seine Dichte ähnelt jedoch der einer Flüssigkeit. Schließlich wird das überkritische CO₂ durch Reinjektionsbohrungen zur Meeresbodenformation transportiert und dort dauerhaft gespeichert.

Es wird geschätzt, dass nach Abschluss des Projekts in Spitzenzeiten jährlich 300.000 Tonnen CO₂ gespeichert werden und das kumulierte Speichervolumen 1,5 Millionen Tonnen übersteigen wird. Das Ausmaß der Kohlenstoffreduzierung entspricht der Anpflanzung von fast 14 Millionen Bäumen. Vor dem Hintergrund des „Dual Carbon“-Ansatzes stellte der erfolgreiche Abschluss dieses Demonstrationsprojekts zur CO₂-Speicherung auf See nicht nur einen wichtigen Durchbruch auf dem Gebiet der CO₂-Speicherung auf See in meinem Land dar, sondern lieferte auch technische Unterstützung und Voraussetzungen für den zukünftigen Plan zur schnellen Reduzierung des CO₂-Ausstoßes im Küstenbereich.

Text: Gu Miaofei, stellvertretender Herausgeber von Science Pictorial, Shanghai Science and Technology Press

Gutachter: Zhu Yehua, PhD in Umwelttechnik, Tsinghua-Universität