Der Autor

Dr. Renaud Dufour  (27) ist Postdoc am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation. Er ist Mitglied der Max-Planck-Forschungsgruppe „Tröpfchen, Membrane und Grenzflächen“  und erforscht in einem gemeinsamen Projekt mit der Abteilung „Komplexe Fluiddynamik“ mehrphasige Strömungen durch poröses Gestein und Benetzung in begrenzten Geometrien.

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Wie funktioniert die unterirdische Lagerung von Kohlendioxid?

Kohlendioxid ist das das wichtigste Treibhausgas, das durch menschliche Aktivitäten erzeugt wird. Es ist zudem anerkanntermaßen die Hauptursache der Klimaveränderungen, die wir in den vergangenen Jahren beobachtet haben. Zwischen 1990 und 2010 haben die weltweiten Kohlendioxid-Emissionen um 40 Prozent zugenommen; insgesamt beträgt der Ausstoß  mehr als 30 Milliarden Tonnen pro Jahr. Dies übersteigt die höchsten Konzentrationen, die sich für die vergangenen 800 000 Jahre rekonstruieren lassen. Die menschlichen Aktivitäten, die in erster Linie für den Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre verantwortlich sind, sind das Verbrennen fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdgas und Erdöl sowie die Abholzung von Wäldern.

Der Grundgedanke bei der unterirdischen Lagerung von Kohlendioxid besteht darin, Reservoire aus porösem Gestein wie eine Art „Schwamm“ zu nutzen: Das Kohlendioxid kann dort eingespeist und für Tausende bis Millionen von Jahren gespeichert werden. Diese Methode könnte deshalb eine effiziente Zwischenlösung sein, um die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre schnell zu senken. In einem ersten Schritt wird das Gas in industriellen Anlagen wie etwa Kohlekraftwerken oder Fabriken, die typischerweise mehr als 100 000 Tonnen pro Jahr emittieren, eingefangen. Es wird dann verflüssigt und zu unterirdischen geologischen Reservoirs transportiert. Dort bleibt es auf Grund der niedrigen Temperaturen und hohen Drücke, die unter der Erde herrschen, flüssig. Geologische Formationen, die sich für eine langfristige Lagerung eignen, sind beispielsweise erschöpfte Erdöllagerstätten oder unterirdische salzwasserführenden Schichten, so genannte salinare Aquiferen.  Diese liegen oftmals tausende von Metern unter der Erdoberfläche. 

Das Einströmen in die porösen Formationen ist ein sehr komplexer Prozess, der viele verschiedene physikalische und chemische Phänomene einschließt. Das poröse Gestein besteht aus einer Vielzahl kleiner Kanäle, die statistisch verteilt sind und deren Größe zwischen einigen Metern und einigen Mikrometern liegt. Ursprünglich sind diese Kanäle mit einer Flüssigkeit (je nach Reservoir Wasser oder Erdöl) gefüllt. Wird das Kohlendioxid eingeführt, breitet es sich durch die Kanäle aus und verdrängt die ursprüngliche Flüssigkeit. Im Idealfall würde das Kohlendioxid den Raum komplett ausfüllen. Doch die Realität ist etwas schwieriger und viele Phänomene können dabei auftreten: Das Kohlendioxid kann sich mit dem Wasser oder Erdöl vermischen, es kann mit Kristallkörnern reagieren,  die Kanäle können verstopfen oder die ursprüngliche Flüssigkeit kann das Einfließen verhindern. Als Konsequenz ist die Menge des Kohlendioxids, die tatsächlich gespeichert werden kann, begrenzt. Um die Methode zu optimieren, ist es deshalb notwendig, besser zu verstehen, wie Flüssigkeiten durch poröses Material strömen.

Abschließend sollte darauf hingewiesen werden, dass der Einfang und das unterirdische Lagern von Kohlendioxid nur dort möglich ist, wo das Gas so konzentriert anfällt, dass es verflüssigt werden kann. Dies ist etwa in industriellen Anlagen, die Kohlendioxid freisetzen, der Fall. Emission, die durch Verkehr, Transport und Heizung von Wohnungen anfallen, können derzeit noch nicht effizient eingefangen werden. In diesen Fällen kann nur das Einsparen von Energie die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre senken. Man geht gemeinhin davon aus, dass im Vergleich zu 1990 die Kohlendioxidemissionen um 50 Prozent reduziert werden müssen, damit der Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur bis 2050 zwei Grad nicht übersteigt. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur kann das Einsparen von Energie zusammen mit erneuerbaren Energien 55 Prozent  dieses Ziels erreichen.  Unterirdische Speicherung könnte 20 Prozent des Kohlendioxidausstoßes abfangen.

 
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