Akademische Welt und Industrie in Zusammenarbeit zur unterirdischen CO2-Speicherung
Für eine effektive Abscheidung und Speicherung von CO2 aus der Atmosphäre ist enge Zusammenarbeit zwischen der akademischen Welt und der Industrie erforderlich. Die akademischen Institutionen verfügen über experimentelles und analytisches Know-how zur Messung von Geschwindigkeit und Auswirkung der CO2-haltigen Fluid-Feststoff-Interaktionen, während die Stärke der Industrie in der Anwendung dieser Arbeit zur CO2-Injektion in den Untergrund liegt. Mit dem EU-finanzierten Projekt CO2-REACT (Geologic carbon storage) wurden sechs akademische und sechs dem Industriesektor stammende Forschungsteams zusammengebracht, um eine Reihe von miteinander verbundenen Forschungsprogrammen auszuführen, bei denen man sich auf die Charakterisierung von Geschwindigkeit von Reaktionen konzentriert, bei denen CO2-haltige Minerale entstehen. Die Konsortiumsmitglieder arbeiteten auch in dem EU-finanzierten Schwesterprojekt CARBFIX zusammen, um die Abscheidung und schnelle Speicherung von CO2 als unterirdisch gebildetes Mineral zu entwickeln und demonstrieren. Bei CO2-REACT kombinierte man die Beobachtungen von echten Gesteinskernen mit Experimenten zur Erforschung von Mineralstoff-Fluid-Interaktionen, um vorherzusagen, wo das CO2 nach der Injektion in den Untergrund verbleibt und wie es sich auswirkt. Die Ergebnisse wurden bei Feldstudien am Pilotstandort im isländischen Hellisheidi an Kalkstein- und Kalkkernen getestet. "Wir haben eine neue Technologie entwickelt, die die Karbonisierung von CO2 im Untergrund beschleunigt, indem erst das CO2-Gas in Wasser aufgelöst und dann in den Untergrund eingebracht wird", erklärt Projektkoordinator Dr. Eric Oelkers. "Dies hat zwei Vorteile: Zum einen ist mit CO2 angereichertes Wasser dichter als reines Wasser, es neigt also dazu, abzusinken. Zum anderen löst das säurehaltige, mit CO2 angereicherte Wasser Reaktionen im Untergrund aus, genauer gesagt die Lösung von Basalt, was wiederum zur Kohlenstofffixierung als feste, mineralische Phasen führt", erklärt er. Sicher und kosteneffizient Ist der Kohlenstoff erst einmal in ein Mineral umgewandelt, ist er über geologische Zeitfenster unbeweglich, was eine sichere langfristige Lösung für CO2-Speicherung darstellt. Des Weiteren zeigen wirtschaftliche Studien, dass die Kosten im Bereich von 30-40 USD pro Tonne liegen – was nicht teurer als andere, weniger sichere Alternativen ist. "Die Ergebnisse zeigen die schnelle Karbonisierung von Kohlenstoff, der im industriellen Maßstab in reaktiven Basalt eingebracht wurde. Die ursprüngliche Injektion fixierte in weniger als 18 Monaten über 90 % der eingebrachten 170 Tonnen reinen Kohlenstoffs als stabile karbonisierte Minerale", berichtet Dr. Oelkers. Die Forscher entwickelten neuartige, in Feldversuchen getestete tragbare Gasmembran-Instrumente zur Beurteilung des möglichen CO2-Austritts durch Deckgesteine an die Oberfläche. Die Ergebnisse wurden zur Kalibrierung von Computermodellen zum CO2-Transport in den Untergrund verwendet. Zusätzlich entwickelten Wissenschaftler verbesserte, zweidimensionale, reaktive Transportmodelle, um den Verbleib und die Konsequenzen des in typische unterirdische Grundwasserleiter injizierten CO2 auf lange Zeit vorherzusagen. Mit beiden Modellen kann eine langfristige und sichere CO2-Speicherung garantiert werden. "Die bei CO2-REACT entwickelte Technologie ermöglicht eine sichere Alternative zur Abscheidung und Speicherung anderer Sauergase wie Schwefelwasserstoff, was für unsere Forschung möglicherweise viel Anwendung finden wird", meint Dr. Oelkers. Bei dem Projekt wurden 13 Forscher in den Bereichen Mineralsynthese, Geothermie, chemische Modellierung und Gase sowie Lagerung radioaktiver Abfallprodukte geschult, was die Beziehung zwischen Laborversuchen und praktischer Anwendung betont. Dies wird der nächsten Generation von Wissenschaftlern aus der akademischen Welt, Industrie und Regierung dabei helfen, die Herausforderungen der Kohlenstoffspeicherung zu meistern. Abschließend erklärt Dr. Oelkers: "Die akademische Welt muss den Wert einer starken Zusammenarbeit mit der Industrie verstehen. Während Wissenschaftler neue Ideen entwickeln und demonstrieren, können sie nur durch Industriepartner in großem Stil umgesetzt werden, um schwerwiegende Probleme zu lösen."
Schlüsselbegriffe
CO2-Injektion, Untergrund, Kohlenstoffspeicherung, CO2-REACT, CARBFIX