CO₂ zurück in den Stein: Forscher arbeiten an der Zukunft der Klimarettung
Giada Franceschi im Labor (Foto©️TU Wien)
Die Vermeidung von Treibhausgasen bleibt die wichtigste Maßnahme gegen den Klimawandel. Doch selbst wenn die weltweiten Emissionen in den kommenden Jahren deutlich sinken, wird ein Problem bleiben: In der Atmosphäre befindet sich bereits so viel Kohlendioxid, dass viele Klimaziele ohne zusätzliche Maßnahmen kaum noch erreichbar erscheinen. Deshalb rückt eine Technologie immer stärker in den Fokus von Forschung und Politik: die aktive Entnahme und dauerhafte Speicherung von CO₂. Ein aktueller wissenschaftlicher Fortschritt der TU Wien zeigt nun, wie Kohlendioxid langfristig sicher im Untergrund gespeichert werden könnte.
Wenn CO₂ im Gestein verschwindet
Bei der sogenannten geologischen CO₂-Speicherung wird Kohlendioxid tief unter die Erdoberfläche gepresst. Dort gelangt es in poröse Gesteinsschichten, die mit salzhaltigem Wasser gefüllt sind. Die Forschenden der TU Wien konnten mithilfe von Simulationen zeigen, wie sich das CO₂ in diesen Schichten verteilt und langfristig gebunden werden kann.
Sobald sich das Gas im Wasser löst, verändert sich dessen Dichte. Das mit CO₂ angereicherte Wasser wird schwerer und sinkt tiefer in die Gesteinsschichten ab. Dadurch wird verhindert, dass das Treibhausgas wieder an die Oberfläche gelangt. Das CO₂ bleibt über sehr lange Zeiträume im Untergrund gespeichert.
Die Forschung liefert damit wichtige Erkenntnisse für den Ausbau sogenannter Carbon-Storage-Projekte, die weltweit als mögliche Ergänzung zum Klimaschutz diskutiert werden.
Von der Speicherung zur Versteinerung
Noch einen Schritt weiter geht die sogenannte Mineralisierung. Dabei reagiert Kohlendioxid mit bestimmten Gesteinsarten und wird in feste Mineralien umgewandelt. Aus dem gasförmigen CO₂ entsteht dabei praktisch neuer Stein.
„Das ist allerdings ein sehr träger Prozess“, sagt Giada Franceschi, die gemeinsam mit Prof. Ulrike Diebold am Institut für Angewandte Physik der TU Wien das Projekt leitete. „Auf diese Weise lässt sich nicht erklären, dass in der Natur diese Art von Karbonatgestein oft sehr schnell entsteht. Tests mit industrieller CO2-Injektion in den Boden zeigen, dass 60 % des Kohlenstoffs schon innerhalb von zwei Jahren in Mineralien gebunden werden können. Wenn sich dafür zuerst Ionen aus dem Gestein lösen müssten, würde das Jahrzehnte oder Jahrhunderte dauern.“
Ein direkter Weg, erstmals nachgewiesen
Allerdings wurde schon seit längerer Zeit spekuliert, ob es nicht einen direkteren Weg für Kohlendioxid-Einbau in bestimmte Materialien geben könnte: Bei Anwesenheit von Wassermolekülen an der Mineral-Oberfläche, so die Vermutung, könnte CO2 direkt ins Gestein eingebaut werden, ohne dass vorher das Mineral aufgelöst werden muss, ohne den Umweg über gelöste Ionen, deren Bildung chemisch eher träge ist. Und Wasser ist unter natürlichen Bedingungen rund um diese Mineralien fast immer vorhanden.
Anhand des Minerals Wollastonit konnte das Team an der TU Wien nun zeigen, dass dieser alternative Weg tatsächlich existiert. Möglich wurde das durch hochauflösende Rasterkraftmikroskopie: Die chemischen Prozesse ließen sich auf atomarer Skala direkt beobachten.
Island als Vorreiter
Bekannt geworden ist dieser Ansatz vor allem durch Projekte in Island, wo Kohlendioxid in Basaltgestein eingebracht wird. Innerhalb weniger Jahre kann sich das Treibhausgas dort dauerhaft in Karbonatgestein verwandeln. Das Risiko einer späteren Freisetzung wird dadurch nahezu ausgeschlossen.
Die Idee klingt fast zu einfach: CO₂ wird aus der Atmosphäre oder aus Industrieanlagen abgeschieden und anschließend dauerhaft in der Erde gebunden – entweder als gelöstes Gas oder als neues Gestein.
Warum die Technologie immer wichtiger wird
Der Weltklimarat IPCC geht inzwischen davon aus, dass die Erreichung der internationalen Klimaziele ohne sogenannte Negativemissionen kaum möglich sein wird. Neben der drastischen Reduktion von Emissionen müssen künftig auch Milliarden Tonnen Kohlendioxid wieder aus der Atmosphäre entfernt werden.
Dabei stehen verschiedene Ansätze zur Verfügung: Aufforstung, Humusaufbau in Böden, direkte CO₂-Entnahme aus der Luft sowie die Speicherung im Untergrund. Keine dieser Methoden kann den Ausstieg aus fossilen Energien ersetzen. Sie könnten jedoch dabei helfen, unvermeidbare Restemissionen aus Industrie, Landwirtschaft oder Luftverkehr auszugleichen.
Daten und Fakten
- Die globale CO₂-Konzentration in der Atmosphäre liegt heute bei über 425 ppm und damit auf dem höchsten Stand seit mindestens 800.000 Jahren.
- Der Weltklimarat IPCC sieht die Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre als wichtigen Baustein für das Erreichen der Klimaneutralität.
- Bei der Mineralisierung kann CO₂ innerhalb weniger Jahre dauerhaft in Gestein umgewandelt werden.
- Weltweit befinden sich zahlreiche Carbon-Storage-Projekte im Aufbau oder bereits im Betrieb, unter anderem in Island, Norwegen, Kanada und den USA.
- Auch Österreich verfügt über geologische Formationen, die grundsätzlich für eine langfristige CO₂-Speicherung geeignet sein könnten.
Die Forschung der TU Wien zeigt, dass Klimaschutz nicht nur bedeutet, weniger CO₂ auszustoßen. Zunehmend geht es auch darum, Wege zu finden, bereits ausgestoßenes Kohlendioxid dauerhaft aus dem Kreislauf der Atmosphäre zu entfernen. Die Erde selbst könnte dabei zu einem der größten CO₂-Speicher der Zukunft werden.
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