Neue Forschung schlägt bessere Kohlenstoffspeicherung durch gestapelte Geologie vor

Das übergeordnete Ziel aller Projekte zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung ist dasselbe: Kohlendioxid-Emissionen (CO2) aus der Atmosphäre fernzuhalten, indem sie dauerhaft im Untergrund gespeichert werden.

Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, das CO2 in einen Reservoirraum zu pumpen, der mit einem großen Deckel abgedeckt ist – einer undurchlässigen Deckschicht, die das Gas an Ort und Stelle hält und jeglichen Aufwärtsfluss stoppt. Auf dieses Modell verlässt sich die Erdölförderung seit Jahrzehnten bei der Suche nach Ölfallen, und es funktioniert sowohl bei Öl als auch bei CO2. Doch laut einer Studie des Bureau of Economic Geology der University of Texas in Austin sind unterirdische Reservoirs, die mit einer Ansammlung von Hunderten kleinerer Deckel abgedeckt sind – insgesamt als „Verbund-Einschlusssystem“ bezeichnet – möglicherweise die bessere Option, um Kohlenstoff langfristig einzuschließen.

Das sind gute Nachrichten für die Kohlenstoffspeicherindustrie. Diese Art von verteiltem System ist in vielen geologischen Umgebungen üblich, darunter auch an der texanischen Golfküste.

„Direkt unter der größten Emissionskonzentration in den USA haben wir unglaubliche Reservoirs, aber nur wenige regionale Versiegelungen. Stattdessen haben wir jede Menge diskontinuierliche Barrieren für den vertikalen Fluss“, sagte Alex Bump, außerordentlicher Professor am Gulf Coast Carbon Center des Bureaus in der UT Jackson School of Geosciences. „Diese Forschung hat eine sehr lokale Motivation, aber die Anwendung ist global.“

Viele Menschen, die sich mit der Kohlenstoffspeicherung beschäftigen, haben ihre Wurzeln in der Öl- und Gasbranche – darunter auch Bump. Die beiden Branchen verfügen über ähnliche Kenntnisse in der Reservoirgeologie und Fluiddynamik. Laut Bump hat dies jedoch auch zu einigen Annahmen über optimale Szenarien zur Kohlenstoffspeicherung geführt – nämlich, dass die gleichen mit Deckgestein abgedichteten Reservoirs, die sich als Ölfallen erwiesen haben, auch der bevorzugte Ort zur Kohlenstoffspeicherung sein sollten.

Laut Bump gibt es zwischen der Kohlenwasserstoffproduktion und der Kohlenstoffspeicherung wesentliche Unterschiede, die ein Umdenken in den überlieferten Konzepten nahelegen.

„Bei der Erdölförderung werden konzentrierte, bewegliche Vorkommen mit großem Volumen angestrebt. Deshalb suchen wir nach großen Fallen und hochdurchlässigen Reservoirs mit undurchlässiger Versiegelung“, sagte Bump.

Dasselbe Modell funktioniert für die Kohlenstoffspeicherung, aber die Faktoren, die es für die Erdölproduktion ideal machen, machen es für die Speicherung riskant, sagte Bump. Wenn es beispielsweise ein Leck in der Abdichtung gibt (etwa durch eine unsachgemäß stillgelegte Bohrung), kann möglicherweise eine große, konzentrierte Menge CO2 austreten. Im Gegensatz dazu helfen die zahlreichen Barrieren eines Verbundeinschlusssystems nicht nur, ein Entweichen zu verhindern, sondern tragen auch dazu bei, die CO2-Fahne über den verfügbaren Porenraum in einem Reservoir zu verteilen. Dabei immobilisieren sie das CO2 effektiv. Selbst dort, wo es einen Fluchtweg geben könnte, gibt es wenig oder kein mobiles CO2, das diesen nähren könnte.

Bump vergleicht die Unterschiede zwischen einem Caprock- und einem Composite-Ansatz beim Auffangen eines Wasserlecks mit einem Eimer im Vergleich zu einem Stapel Handtücher. Beide können die Aufgabe erfüllen. Aber es besteht keine Gefahr, dass das Wasser mit den Handtüchern verschüttet wird. Die Handtücher saugen es einfach auf.

In einem Papier veröffentlicht im Internationale Zeitschrift für TreibhausgaskontrolleBump und seine Kollegen am Gulf Coast Carbon Center, Hailun Ni und Sahar Bakhshian, argumentieren für Verbundeinschlusssysteme zur CO2-Speicherung, indem sie Daten aus experimentellen Modellen, numerischen Simulationen und tatsächlichen Reservoirs präsentieren.

Ihre Experimente und numerischen Modelle zeigen, dass die Länge und Häufigkeit der Barrieren die beiden einflussreichsten Faktoren für ein wirksames Rückhaltesystem sind. Sie fanden auch heraus, dass die Barrieren nicht besonders groß sein müssen, um wirksam zu sein. Schon geringfügige Verringerungen der Körnung zwischen geologischen Schichten reichen aus, um den Weg einer aufsteigenden CO2-Fahne umzulenken – was dazu beiträgt, das Gas seitlich im Reservoir zu verteilen, ohne dass es zur Oberfläche wandert.

Bump sagte, dass als nächstes die Verbreitung von Informationen über Verbund-Einschlusssysteme zur Kohlenstoffspeicherung auf der Tagesordnung stehe. Derzeit arbeitet er an der Entwicklung eines Leitfadens mit bewährten Vorgehensweisen für die Suche und Genehmigung dieser Art von Reservoirs zur CO2-Speicherung.

„Es geht hier wirklich darum, eine Bedienungsanleitung zu erstellen“, sagte Bump. „Wir überlegen, wie wir eine gute Idee umsetzen können. An der Golfküste gibt es bereits kommerzielle Projekte, die damit voranschreiten. Wir wollen es zu einem Standardbestandteil des globalen Instrumentariums für die Kohlenstoffspeicherung machen.“