Aus Luft entnommen

Studie gibt Hoffnung: Boden als Endlager für CO2?

Simulationen von Forschern der TU Wien zeigen nun, dass sich das CO2 dauerhaft in der Erde speichern lässt.

(Bild: laponpat - stock.adobe.com)

Im Kampf gegen die Erderhitzung wird neben der Reduktion des CO2-Ausstoßes auch auf „Carbon Capture and Storage“ (CCS) gesetzt. Dabei soll Kohlendioxid (CO2) direkt aus der Luft entnommen oder am Entstehungsort, etwa einem Kraftwerk, abgeschieden und dauerhaft im Boden gelagert werden. Mittels Simulationen zeigen Forscher nun, wie das gelingen kann.

Marco De Paoli vom Institut für Strömungsmechanik und Wärmeübertragung an der Technischen Universität Wien hat im Vorjahr einen mit 1,5 Millionen Euro dotierten „Starting Grant“ des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) erhalten.

Mit dem Fördergeld entwickelt der Wissenschafter neue Methoden, um Strömungen von Flüssigkeiten durch poröse Materialien genauer beschreiben zu können. Derzeit forscht De Paoli auch an der Universität Twente in den Niederlanden. Ab Herbst wird er das ERC-Projekt an der TU Wien umsetzen.

Simulationen auf Supercomputern
In aufwendigen Simulationen auf Supercomputern zeigte De Paoli mit Kolleginnen und Kollegen aus Italien und Großbritannien nun im Fachjournal „Geophysical Research Letters“ erstmals genau, was passiert, wenn sich CO2 mit Grundwasser in einem porösen Gestein mischt. Tief im Boden ist der Druck so hoch, dass Kohlendioxid flüssig ist. Obwohl die Dichte des flüssigen CO2 geringer als jene von Wasser ist, driftet das flüssige CO2 nicht nach oben, wenn es ins Grundwasser gepumpt wird. Es löst sich vielmehr im Wasser, wodurch eine dichtere Flüssigkeit entsteht.

Dadurch, dass CO2-reicheres Wasser eine höhere Dichte hat als CO2-armes Wasser, ergibt sich im porösen Gestein eine hochinteressante Dynamik.

Marco De Paoli vom Institut für Strömungsmechanik und Wärmeübertragung an der TU Wien

„Dadurch, dass CO2-reicheres Wasser eine höhere Dichte hat als CO2-armes Wasser, ergibt sich im porösen Gestein eine hochinteressante Dynamik“, erklärte De Paoli. In Regionen mit der höchsten CO2-Konzentration sinkt das Wasser schneller nach unten, was für noch bessere Durchmischung sorgt. So bildet sich ein netzartiges Muster aus CO2-reicheren und -ärmeren Gebieten.

Voraussetzung für diese Dynamik ist eine möglichst undurchlässige Gesteinsschicht, unter der sich das CO2 sammeln kann, bis es sich in Wasser gelöst hat. Zudem sollte das Gestein darunter möglichst porös sein, damit das CO2-haltige Wasser leicht nach unten sinken kann.

Geologische Voraussetzungen nicht selten
„Solche geologischen Gegebenheiten sind gar nicht so selten“, sagte De Paoli. Als Beispiel nennt er ehemalige Erdöllagerstätten oder sogenannte salzhaltige Aquifere. „Alleine in Österreich gibt es mindestens sechs solche Aquifere“, so der Forscher.

Insgesamt zeigte das Forschungsteam, dass das CO2 unter solchen Verhältnissen für unbeschränkte Zeiträume im Boden bleibt. Unklar ist allerdings noch, was langfristig mit dem CO2 passiert. Auch geologische Veränderungen, etwa Erdbeben oder menschliche Eingriffe, würden die Situation nicht mehr beeinflussen. Aus den Berechnungen konnte das Team einfache Modelle ableiten, die in der Praxis verwendet werden können, etwa um den CO2-Fluss im Boden vorherzusagen oder um Injektionsstrategien zu entwickeln.