Kohlenstoff einfangendes Gestein

Chemische Reaktionen, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre ziehen und es in Form von festem Gestein in geologischen Formationen speichern, könnten laut Forschern der Columbia University in New York jedes Jahr Milliarden Tonnen Kohlendioxidemissionen ausgleichen. Die Wissenschaftler sagen, dass Forschungen an großen Felsformationen im Oman neue Wege zur Bindung von Kohlendioxidemissionen aufzeigen, um die globale Erwärmung zu verringern.

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Kohlensäurehaltiges Gestein: Ein magnesiumreicher Gesteinstyp, Peridotit genannt, ist mit Magnesiumkarbonat-haltigen Adern durchzogen, die sich bilden, wenn das Gestein mit Kohlendioxid aus der Atmosphäre in Kontakt kommt.

Die Forscher haben gezeigt, dass Gesteinsformationen namens Peridotit, die im Oman und an mehreren anderen Orten weltweit, darunter Kalifornien und Neuguinea, vorkommen, bei Kontakt mit Kohlendioxid Kalzium- und Magnesiumkarbonat produzieren. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass solche Formationen im Oman auf natürliche Weise Hunderttausende Tonnen Kohlendioxid pro Jahr speichern. Basierend auf diesen Erkenntnissen schreiben die Forscher in der aktuellen Frühausgabe des Proceedings of the National Academy of Sciences , berechnen, dass die Kohlenstoffbindungsrate in Gesteinsformationen im Oman auf Milliarden Tonnen pro Jahr erhöht werden könnte – mehr als die Kohlenstoffemissionen in den Vereinigten Staaten von Kohlekraftwerken, die 1,5 Milliarden Tonnen pro Jahr betragen.



Die Strategie der Columbia-Forscher ist wegen des sehr großen Potenzials, riesige Mengen Kohlendioxid zu speichern, attraktiv, sagt Marco Mazzotti , dem Leiter des Labors für Trennverfahren an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Typischerweise besteht die heutige Strategie zur Kohlenstoffbindung darin, ihn in den Untergrund zu pumpen, wo er in porösen Grundwasserleitern eingeschlossen ist. Da der Ansatz der Columbia-Forscher Kohlendioxid in Form von Gestein speichern würde, würde es die Wahrscheinlichkeit eines Austritts des Kohlendioxids eliminieren, sagt Mazzotti.

Die Forscher fanden heraus, dass die natürlichen Peridotit-Formationen im Oman Kohlendioxid in einem Netzwerk unterirdischer Adern einfangen. Peridotit enthält große Mengen an Olivin, einem Mineral, das aus Magnesium, Silizium und Sauerstoff besteht. Durch die Reaktion des Grundwassers mit dem Olivin wird das Wasser reich an gelöstem Magnesium und Bikarbonat, wobei letzteres die Kohlenstoffkonzentration im Wasser effektiv um etwa das Zehnfache erhöht. Wenn dieses Wasser tiefer in das Gestein eindringt und aufhört, mit der Luft zu reagieren, fallen Magnesium, Kohlenstoff und Sauerstoff aus der Lösung aus und bilden Magnesiumcarbonat, auch Magnesit genannt. Es bildet sich auch Dolomit, das Kalzium, Magnesium, Kohlenstoff und Sauerstoff enthält. Wenn sich Magnesit und Dolomit bilden, vergrößern sie das Gesamtvolumen des Gesteins um etwa 44 Prozent, wodurch überall Risse entstehen, die ein Netzwerk von Rissen mit einem Durchmesser von nur 50 Mikrometern erzeugen. Dadurch wird das Gestein geöffnet und das Wasser kann weiter eindringen. Es ist ein bisschen so, als würde man ein Kohleflöz in Brand setzen, sagt Peter Kelemen , Professor für Erd- und Umweltstudien an der Columbia University. Sie nehmen Gesteine, die der Atmosphäre nicht ausgesetzt waren, und oxidieren sie sehr schnell.

Die Forscher berechnen, dass sich der natürliche Prozess dramatisch beschleunigen lässt. Unter Verwendung von Techniken, die üblicherweise von der Ölindustrie zur Steigerung der Ölproduktion verwendet werden, könnte das Gestein weiter gebrochen werden, wodurch die Oberfläche für die Reaktionen vergrößert wird. Aus Kraftwerken gewonnenes Kohlendioxid könnte dann in das Gestein gepumpt werden, wo es die Bildung von Karbonaten auslösen würde. Das Erhitzen des Gesteins würde die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Da die Reaktionen selbst Wärme erzeugen, werden sie ab einer bestimmten Geschwindigkeit selbsterhaltend. Um diese sich selbst erhaltende Reaktion auszulösen, müsste das Gestein auf 185 ° C erhitzt werden, sagen die Forscher, was während des Prozesses zum Aufbrechen des Gesteins erfolgen könnte. Sie berechnen, dass in einem solchen System ein Kubikkilometer Gestein pro Jahr eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid speichern würde.

Mineralquellen: Calciumcarbonat-Gestein, das sich als alkalisches, kalziumreiches Wasser bildet, das aus unterirdischen Quellen im Oman sickert.

Die Forscher schlagen eine Strategie zur Kohlenstoffbindung vor, die den Transport von Kohlendioxid und das Erhitzen des Gesteins überflüssig machen würde. In diesem Szenario würden sie auf Gesteinsformationen in flachen Ozeangewässern vor der Küste des Oman und anderswo zugreifen, indem sie in sie bohren und das Gestein mit bestehenden Techniken der Ölindustrie aufbrechen. Die Forscher würden zwei Löcher bohren. In einen pumpten sie kühles Meerwasser. Die Temperatur des Gesteins steigt mit der Tiefe, so dass das Wasser, das in die Löcher gepumpt wird, heißer wird, bis es fast 185 ° C erreicht. Im Wasser natürlich gelöstes Kohlendioxid würde dann aus der Lösung ausfallen. Das heiße Wasser würde schließlich durch das gebrochene Gestein zum zweiten Bohrloch gelangen, wo es durch Konvektion an die Oberfläche steigen würde. Dieses Meerwasser würde schnell mehr Kohlendioxid aufnehmen, da Flachwasser und Brandung sich gut mit der Atmosphäre vermischen. Da die Atmosphäre Kohlendioxid kostenlos um die ganze Welt transportiert, könnte dieser Ansatz, so Kelemen, im großen Stil eingesetzt werden, um den weltweiten Kohlendioxidgehalt zu senken.

Dieses Szenario wäre durch die Kohlendioxidkonzentration im Meerwasser begrenzt, sodass ein Kubikkilometer Gestein nur etwa eine Million Tonnen Kohlendioxid pro Jahr binden würde. Da es aber nicht nötig wäre, Kohlendioxid zu transportieren oder für das Erhitzen des Gesteins zu bezahlen, könnte man, sagt Kelemen, mit viel größeren Gesteinsflächen arbeiten und dabei eine Menge von Milliarden Tonnen Kohlendioxid pro Jahr erreichen.

Aus konzeptioneller Sicht macht alles, was sie sagen, Sinn, sagt Mazzotti. Es bleiben jedoch Fragen, ob die Methoden in der Praxis funktionieren. Zum einen hängen die selbsterhaltenden Reaktionen davon ab, dass das Magnesiumcarbonat und andere Niederschläge das Gestein weiter zerbrechen, um mehr davon freizulegen. Die Forscher haben beobachtet, dass dies in der Geologie im Oman passiert ist, aber es ist nicht selbstverständlich, dass es in den von ihnen vorgeschlagenen Szenarien so weitergeht. Die Konzepte der Forscher sollen nun durch groß angelegte Tests ergänzt werden, sagt Mazzotti.

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