Was tun bei zu viel Kohlendioxid? Lasst sie uns unter der Erde begraben!

Als aktiver Teilnehmer an der globalen Klimapolitik und als Initiator und Pionier beim Aufbau einer Schicksalsgemeinschaft für die Menschheit hat sich China das Ziel gesetzt, „den Höhepunkt der Kohlendioxidemissionen vor 2030 anzustreben und vor 2060 Kohlenstoffneutralität zu erreichen.“ Kohlendioxid hat als eines der wichtigsten Treibhausgase in der Atmosphäre schon immer große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Es gibt verschiedene Kontrollmethoden, und die geologische Speicherung von Kohlendioxid ist eine davon.

Woher du kommst, wohin du zurückgehst

Die wichtigsten Treibhausgase in der Atmosphäre sind Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid, Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Ozon. Vereinfacht ausgedrückt besteht der Treibhauseffekt darin, dass Treibhausgase die von der Erdoberfläche abgegebene langwellige Strahlungswärme absorbieren, wodurch die Lufttemperatur auf der Erdoberfläche ansteigt. Tatsächlich existiert dieser primitivste Treibhauseffekt schon seit langer Zeit und ist auch für die menschliche Entwicklung von großer Bedeutung. Gäbe es sie nicht, wären die Temperaturunterschiede zwischen den Jahreszeiten sowie zwischen Tag und Nacht auf der Erde sehr groß, was für das Überleben der Menschheit nicht geeignet wäre. Doch nach der industriellen Revolution wurden durch menschliche Aktivitäten große Mengen Treibhausgase freigesetzt, und der Treibhauseffekt verstärkte sich zunehmend, was zu einer Reihe globaler Klimaprobleme führte, die heute wissenschaftlich nicht mehr vorhersehbar sind.

Aus diesem Grund wurde für das wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre, Kohlendioxid, eine Methode namens geologische Sequestrierung vorgeschlagen: Da der größte Teil des von Menschen ausgestoßenen Kohlendioxids durch unter der Erde vergrabene fossile Energie freigesetzt wird, warum sollte man es nicht wieder unter der Erde vergraben?

Kohlenstoffversiegelung: Es gibt keine einheitliche Methode

Unter geologischer Speicherung von Kohlendioxid versteht man die Erfassung von Kohlendioxid, das aus industriellen Quellen ausgestoßen wird, mit ingenieurtechnischen Mitteln und die Injektion in geologische Strukturen wie tiefe Salzschichten an der Küste, erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten, nicht abbaubare Kohleflöze und Salzschichten am Meeresboden in einer Tiefe von 800 bis 3.500 Metern unter der Erde und die anschließende Versiegelung im geologischen Körper durch eine Reihe von physikalischen Gesteinseinschränkungen, Auflösung und Mineralisierung. Am weitesten fortgeschritten sind dabei Technologien zur Kohlenstoffbindung in tiefen Salzschichten an der Küste sowie in erschöpften Öl- und Gaslagerstätten.

Onshore-Kohlenstoffspeicherung in tiefen Salzwasserleitern: Die Führung übernehmen

Tiefe salzhaltige Grundwasserleiter an Land gelten aufgrund ihrer weiten Verbreitung und großen Speicherkapazität als der beste Ort für die langfristige Speicherung von Kohlendioxid.

Warum tiefe Salzwasserschichten wählen? Tiefes Salzwasser ist meist stark mineralisiert und schwer zu fördern und zu nutzen. Darüber hinaus können große Mengen an Calciumionen, Magnesiumionen usw. mit Kohlendioxid reagieren und Substanzen wie Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat bilden, die die Hauptbestandteile einiger Gesteine ​​in der Natur sind. Das heißt, die tiefe Salzwasserschicht wandelt das an der Reaktion beteiligte Kohlendioxid in festes Gestein um; es handelt sich dabei um einen Mineralisierungsprozess. Natürlich ist dieser Prozess langsam und kann sogar Millionen von Jahren dauern.

Obwohl Kohlendioxid mit Calcium- und Magnesiumionen reagieren kann, ist die Menge, die daran teilnehmen kann, begrenzt und kann nicht alle Bedürfnisse decken. Daher wird Kohlendioxid in tiefen Salzwasserschichten durch das Deckgestein, das über der Salzwasserschicht liegt, isoliert, durch Poren gebunden oder im Wasser gelöst und versiegelt.

Kohlenstoffspeicherung in erschöpften Öl- und Gaslagerstätten: Zeit und Aufwand sparen

Nach einer bestimmten Entwicklungsphase kann das verbleibende Öl und Gas in Öl- und Gasfeldern aufgrund technischer und wirtschaftlicher Einschränkungen nicht mehr gefördert werden und wird als erschöpftes Öl- und Gasreservoir bezeichnet. Obwohl es seinen ursprünglichen Wert verloren hat, bietet es große Vorteile für die geologische Speicherung von Kohlendioxid: Es kann vorhandene Daten zur Exploration und Erschließung von Öl- und Gaslagerstätten, Bohrstellen und Ölbohrausrüstung für die Speicherung voll ausnutzen und so Investitionen und Entwicklungszeit sparen.

Nachdem Kohlendioxid in erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten injiziert wurde, löst es sich entweder in Formationsflüssigkeiten auf, verfestigt sich zu Gestein oder wird von strukturellen Fallen der Formation aufgefangen, wodurch eine geologische Speicherung erreicht wird.

Kohlenstoffspeicherung in nicht abbaubaren Kohleflözen: die „bevorzugte“ Form von CO2

Dieser Ansatz ähnelt der Kohlenstoffbindung in erschöpften Öl- und Gaslagerstätten. In kohleführenden Schichten handelt es sich in der Regel um aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen stillgelegte Kohleflöze, die auch ein potenzieller geologischer Ort zur Speicherung von Kohlendioxid sind.

Kohleflöze stehen oft mit Methan in Zusammenhang. Da die Adsorptionskapazität von Kohlendioxid auf der Kohleoberfläche doppelt so groß ist wie die von Methan, beginnt Kohlendioxid, Methangas zu verdrängen, wenn es von Kohle oder Schiefergestein adsorbiert wird, das reich an organischen Stoffen ist und dieses „bevorzugt“. In diesem Fall bleibt das Kohlendioxid, solange Druck und Temperatur stabil bleiben, für lange Zeit gebunden und existiert schließlich in adsorbiertem oder freiem Zustand im Kohleflöz.

Zusätzlich zu den oben genannten Methoden werden auch Technologien wie die Kohlenstoffbindung von Kohlendioxid in Basalt (unter Verwendung der Mineralisierungsreaktion von Basalt zur Speicherung von Kohlendioxid) und die Kohlenstoffbindung in marinen Sedimentbecken (unter Verwendung ihres salzhaltigen Grundwasserleiters zur Speicherung von Kohlendioxid) entwickelt.

Der Klimawandel betrifft das Wohlergehen der Menschen und die Zukunft der Menschheit. Der Klimawandel, mit der globalen Erwärmung als seinem Hauptmerkmal, ist zu einer der schwerwiegendsten ökologischen und entwicklungspolitischen Herausforderungen für die menschliche Gesellschaft geworden. Umfragen zufolge verfügt China über ein enormes Potenzial für die geologische Speicherung von Kohlendioxid, und Wissenschaftler verstärken derzeit ihre Forschungsanstrengungen, um einen größeren Beitrag zur Erreichung der Kohlenstoffneutralität Chinas zu leisten.

Autoren: Wang Yao, Land Consolidation Center, Ministerium für natürliche Ressourcen; Chen Ruishan, Shanghai Jiao Tong Universität; Yao Shunyu, China Coal Finance Co., Ltd.; Chen Guangfeng, Stadtplanungs- und Naturressourcenkommission von Peking.

Verantwortlicher Redakteur: Hu Huiwen