Wo wird Kohlendioxid platziert? Diesmal gibt es viele neue Ziele!

Rezensionsexperte: Gan Qiang, Dozent am Beijing Institute of Technology, PhD in Angewandter Chemie

Auf dem grenzenlosen Meeresspiegel im östlichen Teil des Südchinesischen Meeres meines Landes steht mitten im Meer die Ölförderplattform Enping 15-1. Derzeit wird auf der Ölförderplattform erfolgreich ein Projekt zur Kohlendioxid-Bestattung durchgeführt. Die erfolgreiche Umsetzung dieses Projekts markiert einen neuen Höhepunkt in der Kohlendioxidabscheidungs- und -bestattungstechnologie meines Landes.

Enping 15-1-Plattform Quelle: China National Offshore Oil Corporation

Kohlendioxid ist eines der wichtigsten Treibhausgase. Übermäßiger Kohlendioxidausstoß hat zu ernsten Problemen wie der globalen Erwärmung und dem Anstieg des Meeresspiegels geführt.

Wenn keine Maßnahmen zur Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen ergriffen werden, wird die Erde den Prognosen der Wissenschaftler zufolge in den kommenden Jahrzehnten noch schwerwiegendere Folgen des Klimawandels zu spüren bekommen, die enorme Risiken für unser Leben und die Umwelt mit sich bringen.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurde die Kohlendioxid-Vergrabungstechnologie vorgeschlagen und umfassend untersucht.

Die Kernidee dieser Technologie besteht darin, Kohlendioxid dauerhaft zu speichern, dessen Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern und so den Treibhauseffekt abzumildern.

Konkret geht es bei der „Kohlenstoffvergrabungstechnologie“ darum, zunächst das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und der industriellen Produktion entstehende Kohlendioxid zu sammeln und es mithilfe technischer Verfahren in der tiefen Erdkruste zu vergraben. Dadurch wird verhindert, dass das Kohlendioxid in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

Quelle: Nachrichten

An diesem Punkt scheint es schwierig, die beiden Dinge – Kohlendioxidbestattung und Ölförderplattformen – miteinander in Verbindung zu bringen, aber das Gegenteil ist der Fall. Bei der Bohrung und Erschließung von Meeresöl- und -gasvorkommen wird nicht nur Öl gefördert, sondern auch etwas unterirdisches Gas freigesetzt.

Diese Gase enthalten große Mengen Kohlendioxid. Werden diese Begleitgase beim Abbauprozess „ignoriert“, kann das in der Erdkruste verborgene Kohlendioxid leicht aus der Erdkruste „entweichen“ und in die Atmosphäre gelangen.

Wie funktioniert also die CO2-Speichertechnologie?

Zunächst muss das Kohlendioxid aufgefangen und getrennt werden, normalerweise durch industrielle Prozesse oder Kohlenstoffabscheidungsanlagen.

Das CO2 würde dann zum Meeresboden transportiert und in tiefes geologisches Gestein injiziert. Beim Vergraben bindet sich CO2 chemisch an Gestein und bildet stabile Verbindungen, wodurch verhindert wird, dass es ins Meer oder in die Atmosphäre entweicht.

Abschließend wird über der Gesteinsschicht eine Dichtungsschicht errichtet, die die Sicherheit und Stabilität des vergrabenen Bereichs gewährleistet.

Prinzip der Kohlendioxid-Vergrabung Quelle: Polaris Carbon Steward Network

1Wie speichert man Kohlendioxid?

Derzeit vergraben wir Kohlendioxid hauptsächlich im Meer und unter der Erde. Die wichtigsten Bestattungsmethoden sind die Meeresbestattung, die geologische Lagerung und die Mineralienbestattung.

Meeresbestattung

Es gibt zwei Möglichkeiten, Kohlendioxid auf dem Meeresboden zu speichern.

Schematische Darstellung der wichtigsten Methoden der geologischen Speicherung von Kohlendioxid auf dem Meeresboden

Quelle: Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen

Bei der Wassersäulenvergrabung handelt es sich um den Vorgang, Kohlendioxid in die Wassersäule des Ozeans einzuleiten, damit es sich auf natürliche Weise auflöst. Dies kann durch die Beförderung von Kohlendioxid auf den Meeresboden durch Schiffe oder Pipelines erreicht werden. Unter Sedimentvergrabung versteht man die Speicherung von Kohlendioxid auf dem Meeresboden. Durch die Ansammlung am Meeresboden verfestigt sich das Kohlendioxid allmählich und wird so von der Atmosphäre isoliert. Derzeit sind die technischen Kosten für die Vergrabung von Kohlendioxid auf dem Meeresboden zu hoch. Gleichzeitig wissen wir, dass Kohlendioxid Säure bildet, wenn es sich in Wasser auflöst. Bei einem hohen Säuregehalt wird das Wasser sauer, der pH-Wert sinkt und das marine Ökosystem wird beeinträchtigt.

Geologische Speicherung

Das Grundprinzip der geologischen Speicherung basiert auf dem Speichermechanismus fossiler Brennstoffe in der Natur. Da Kohlendioxid in einer bestimmten Schicht in einem überkritischen Zustand verbleiben muss, d. h. die Temperatur muss über 31 °C und der Druck über 7,38 MPa liegen, wird es häufig in einer Tiefe von 800 m vergraben. Gleichzeitig stellt Kohlendioxid auch besondere Anforderungen an die Schichten, in denen es gespeichert wird. Bisher wissen wir, dass diese besonderen Erdkrustenschichten hauptsächlich aus erschöpften Öl- und Gaslagerstätten, tiefen Salzwasserschichten und nicht abbaubaren Kohleflözen bestehen.

Vergrabene Mineralisierung

Wie wir alle wissen, sind Carbonate sehr stabil. Wenn Kohlendioxid mit Metalloxiden reagieren kann, kann es vergraben werden.

Quelle: Professional Insights

Bei der Mineralisationsvergrabung handelt es sich um die Einlagerung von Kohlendioxid in Mineralschichten, die große Mengen alkalischer Oxide (wie Magnesiumoxid und Calciumoxid) enthalten. Sie können mit Kohlendioxid reagieren und es verfestigen. Die nach der Verfestigung des Kohlendioxids entstehenden Verbindungen sind relativ stabil und können nicht in die Atmosphäre diffundieren. Die Mineralisierungsvergrabung wird auch als Erzkarbonisierungsvergrabung bezeichnet. Die Metalloxide in der Reaktion sind die Erze in den Schichten. Bei ihrer Reaktion mit Kohlendioxid entstehen vor allem Verbindungen wie Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat (also Kalkstein).

2Warum Kohlendioxid verstecken?

Die Kohlendioxid-Vergrabungstechnologie ist von großer technischer Bedeutung.
Erstens könnte es die Treibhausgasemissionen erheblich reduzieren und sich somit positiv auf den Klimawandel auswirken.

Kohlendioxid ist ein Treibhausgas. Die Erde, auf der wir leben, absorbiert einerseits die Wärme der Sonne, sendet andererseits aber auch Infrarotstrahlen aus, um die Wärme abzuleiten. Unter natürlichen Umständen absorbieren die Gase in der Erdatmosphäre die von Infrarotstrahlen abgegebene Wärmeenergie nicht, d. h., die von der Erde selbst abgegebene Wärmeenergie kann die Atmosphäre „unberührt“ passieren und die Wärme an das Universum abgeben, wodurch die Erde abgekühlt wird.

Zweitens können bei der Kohlendioxid-Vergrabung vorhandene geologische Strukturen wie Öl- und Gasfelder oder Salzformationen genutzt werden, was deren Wiederverwendung ermöglicht und die nachhaltige Nutzung von Energie und Ressourcen fördert.

Bei der Ausbeutung einiger Öl- und Gasfelder entsteht eine große Menge Kohlendioxid. Indem wir dieses Kohlendioxid abfangen und in die ursprünglichen Öl- und Gasfelder einleiten, können wir nicht nur die Treibhausgasemissionen reduzieren, sondern auch die Öl- und Gasressourcen effektiv nutzen und die nachhaltige Nutzung von Energie fördern.
Salzschichten sind in der Regel unterirdische Gesteinsschichten, die Salzwasser enthalten und keinen wirtschaftlichen Wert haben. Durch die Injektion von Kohlendioxid in Salzschichten können diese nicht nur dauerhaft versiegelt werden, um zu verhindern, dass es in die Atmosphäre gelangt, sondern auch die Ressourcen dieser Salzschichten voll ausgenutzt werden, um eine nachhaltige Ressourcennutzung zu erreichen.

Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Darüber hinaus kann die CO2-Speicherung das Risiko eines CO2-Austritts verringern und so die Meeresökosysteme und die menschliche Gesundheit schützen. Dies liegt daran, dass die 900 Meter unter dem Meeresboden liegende Salzschicht eine kuppelartige geologische Struktur aufweist, die Kohlendioxid wie eine „riesige Schüssel“ auf dem Meeresboden halten kann. Gleichzeitig kommt es bei dem im Untergrund vergrabenen Kohlendioxid zu einer Mineralisierungsreaktion mit Wasser und Gestein, und das verbleibende, nicht reagierte Kohlendioxid löst sich im unterirdischen Wasserstrom auf. Durch die dauerhafte Speicherung von Kohlendioxid auf dem Meeresboden mithilfe der Kohlendioxid-Vergrabungstechnologie können wir die Treibhausgasemissionen wirksam reduzieren und den Risiken des globalen Klimawandels entgegenwirken. Um die nachhaltige Entwicklung und sichere Umsetzung der CO2-Speichertechnologie zu gewährleisten, sind jedoch weitere Forschung, Innovationen und regulatorische Maßnahmen erforderlich. Nur wenn wir zusammenarbeiten, können wir die globale Herausforderung des Klimawandels bewältigen und den Weg für eine nachhaltige Zukunft ebnen.