Wir müssen dringend etwas gegen die CO2-Emissionen unternehmen. Neben der Umstellung auf erneuerbare Energiequellen und der Steigerung der Energieeffizienz müssen wir damit beginnen, einen Teil des CO2 abzuscheiden, bevor es in die Atmosphäre gelangt. Möglicherweise werden die Auswirkungen des vom Menschen verursachten Klimawandels so schwerwiegend sein, dass wir möglicherweise sogar CO2 aus der Luft auffangen und in nützliche Produkte wie Kunststoffmaterialien umwandeln oder an einem sicheren Ort aufbewahren müssen.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern aus mehreren europäischen Ländern und den Vereinigten Staaten, darunter auch ich, traf sich mitten in Island, um herauszufinden, wie CO2 sicher gespeichert werden kann – im Boden. In einem kürzlich veröffentlichte StudieWir haben gezeigt, dass zwei Jahre nach der unterirdischen Injektion von CO2 an unserem Pilotteststandort in Island fast das gesamte COXNUMX in Mineralien umgewandelt wurde.

Mineralisierung

Island ist ein sehr grünes Land; Fast der gesamte Strom stammt aus erneuerbaren Quellen, darunter auch geothermische Energie. Heißes Wasser aus Felsen unter der Oberfläche wird in Dampf umgewandelt, der eine Turbine antreibt Elektrizität generieren. Allerdings emittieren Geothermiekraftwerke dort CO2 (viel weniger als ein vergleichbares Kohlekraftwerk), da der heiße Dampf aus Tiefbrunnen, der die Turbinen antreibt, auch CO2 und manchmal Schwefelwasserstoff (H2S) enthält. Normalerweise gelangen diese Gase einfach in die Luft.

Gibt es einen anderen Ort, an dem wir diese Gase platzieren könnten?

Konventionell Kohlenstoffbindung lagert CO2 in tiefe salzhaltige Grundwasserleiter oder in erschöpfte Öl- und Erdgaslagerstätten ein. CO2 wird unter sehr hohem Druck in diese Formationen gepumpt und da sie bereits über Millionen von Jahren Gase und Flüssigkeiten an Ort und Stelle hielten, ist die Wahrscheinlichkeit, dass CO2 austritt, sehr gering Es wurden Studien habe gezeigt.

An einem Ort wie Island, wo es täglich Erdbeben gibt, die das Vulkangestein (Basalte) aufbrechen, würde dieser Ansatz nicht funktionieren. Das CO2 könnte durch Risse aufsteigen und wieder in die Atmosphäre gelangen.

Basalt hat jedoch auch einen großen Vorteil: Er reagiert mit CO2 und wandelt es in Karbonatmineralien um. Diese Karbonate entstehen auf natürliche Weise und sind als weiße Flecken im Basalt zu finden. Die Reaktionen wurden auch in Laborexperimenten nachgewiesen.

CO2 in Wasser auflösen

Für den ersten Test verwendeten wir reines CO2 und pumpten es durch ein Rohr in einen vorhandenen Brunnen, der in einer Tiefe von etwa 1,700 Fuß einen Grundwasserleiter mit Süßwasser erschloss. Sechs Monate später injizierten wir über die Turbinen des Kraftwerks eine Mischung aus CO2 und Schwefelwasserstoff. Über ein separates Rohr pumpten wir auch Wasser in den Brunnen.

Im Brunnen haben wir das CO2 über einen Sparger – ein Gerät zum Einleiten von Gasen in Flüssigkeiten, ähnlich einem Sprudelstein in einem Aquarium – ins Wasser abgegeben. Aufgrund des hohen Drucks in der Tiefe löste sich das CO2 innerhalb weniger Minuten vollständig im Wasser auf. Diese Mischung gelangte dann in den Grundwasserleiter.

Wir haben auch winzige Mengen an Tracern (Gase und gelöste Substanzen) hinzugefügt, die es uns ermöglichen, das injizierte Wasser und CO2 von dem zu unterscheiden, was sich bereits im Grundwasserleiter befindet. Das im Wasser gelöste CO2 wurde dann vom langsam fließenden Grundwasser abtransportiert.

Weiter unten hatten wir Überwachungsbrunnen installiert, die es uns ermöglichten, Proben zu sammeln, um herauszufinden, was mit dem CO2 passiert ist. Zunächst sahen wir einen Teil des CO2 und der Tracer durchdringen. Nach ein paar Monaten trafen die Tracer zwar immer wieder ein, aber es war nur noch sehr wenig des injizierten CO2 zu sehen.

Wohin ging es? Unsere Pumpe im Überwachungsbrunnen funktionierte zeitweise nicht mehr, und als wir sie an die Oberfläche brachten, stellten wir fest, dass sie von weißen Kristallen bedeckt war. Wir haben die Kristalle analysiert und festgestellt, dass sie einige der von uns hinzugefügten Tracer enthielten, und das Beste daran war, dass es sich hauptsächlich um Karbonatmineralien handelte! Wir hatten CO2 in Steine ​​verwandelt.

Das im Wasser gelöste CO2 hatte mit dem Basalt im Grundwasserleiter reagiert und mehr als 95 Prozent des CO2 fielen als feste Karbonatmineralien aus – und das alles geschah viel schneller als erwartet, in weniger als zwei Jahren.

Dies ist die sicherste Art, CO2 einzulagern. Indem wir es in Wasser auflösen, verhindern wir bereits, dass CO2-Gas durch Risse im Gestein an die Oberfläche sprudelt. Schließlich verwandeln wir es in Stein, der sich unter natürlichen Bedingungen nicht bewegen oder auflösen kann.

Ein Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass neben dem CO2 auch Wasser injiziert werden muss. Aufgrund der sehr schnellen Entfernung des CO2 aus dem Wasser in mineralischer Form könnte dieses Wasser jedoch flussabwärts aus dem Boden zurückgepumpt und an der Injektionsstelle wiederverwendet werden.

Wird es woanders funktionieren?

Bei unserer Pilotstudie handelte es sich um eine kleine Pilotstudie, und die Frage ist, ob diese Reaktionen auch in Zukunft anhalten würden oder ob Poren und Risse im Basaltgestein unter der Oberfläche irgendwann verstopfen würden und nicht mehr in der Lage wären, CO2 in Karbonat umzuwandeln.

Unser Island Geothermie-Kraftwerk hat die Menge des injizierten Gases in den Jahren seit Beginn unseres Experiments an einem anderen nahegelegenen Ort mehrmals erhöht. Bisher sind keine Verstopfungen aufgetreten und es ist geplant, bald fast alle Abgase in den Basalt zu injizieren. Durch diesen Prozess wird auch verhindert, dass das giftige und ätzende Gas Schwefelwasserstoff in die Atmosphäre gelangt, das aufgrund seines charakteristischen Geruchs nach faulen Eiern derzeit noch in geringen Mengen in der Nähe des Kraftwerks nachweisbar ist.

Die in Island vorkommenden sehr reaktiven Gesteine ​​kommen auf der Erde recht häufig vor; Etwa 10 Prozent der Kontinente und fast alle Meeresböden bestehen aus Basalt. Mit anderen Worten: Diese Technologie ist nicht auf die Emissionen von Geothermiekraftwerken beschränkt, sondern könnte auch für andere CO2-Quellen eingesetzt werden, beispielsweise für Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen.

Die wirtschaftliche Machbarkeit des Verfahrens muss noch an verschiedenen Standorten nachgewiesen werden. Die Kohlenstoffmineralisierung erhöht die Kosten für den Betrieb eines Kraftwerks, daher bedarf es, wie bei jeder Form der Kohlenstoffbindung, eines wirtschaftlichen Anreizes, um sie durchführbar zu machen.

Die Menschen leben gerne in Küstennähe und viele Kraftwerke wurden in der Nähe ihrer Kunden gebaut. Vielleicht könnte diese Technologie genutzt werden, um CO2-Emissionen in Küstengebieten in nahe gelegenen Offshore-Basaltformationen einzudämmen. Natürlich würde es nicht an Wasser mangeln, das zusammen mit dem CO2 injiziert werden kann.

Wenn wir in Zukunft gezwungen sind, den CO2-Gehalt in der Atmosphäre zu senken, weil wir die schädlichen Auswirkungen des Klimawandels unterschätzen, könnten wir möglicherweise wind- oder solarbetriebene Geräte auf einer Meeresplattform nutzen, um CO2 aus der Luft zu fangen und das CO2 dann in Basaltformationen zu injizieren unterhalb.

Die in Island nachgewiesene Kohlenstoffmineralisierung könnte Teil der Lösung unseres Kohlenstoffproblems sein.

Über den Autor

Martin Stute, Professor für Umweltwissenschaften, Columbia University. Das Thema seiner Abschlussarbeit an der Universität Heidelberg konzentrierte sich auf neuartige Tracertechniken zur Untersuchung der Dynamik des Grundwasserflusses und die Nutzung des Grundwassers als Archiv des Paläoklimas.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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