Kohlendioxid unter dem Ozean speichern

Eine Möglichkeit, den globalen Klimawandel zu bekämpfen, besteht darin, Kohlendioxid, das wichtigste Treibhausgas, direkt bei seiner Emission einzufangen und sicher zu speichern. Aber Methoden der Kohlendioxid-Sequestrierung, insbesondere das Pumpen des Gases in unterirdische geologische Strukturen wie erschöpfte Öllagerstätten, sind in vielen Gebieten nicht praktikabel und lassen befürchten, dass das gespeicherte Kohlendioxid entweicht.

Eine bessere Möglichkeit, Kohlendioxid zu speichern: Pumpen Sie es in flüssiger Form in den Meeresboden. Dort wird es durch hohen Druck und kalte Temperaturen dichter als das Wasser im umgebenden Gestein und verhindert, dass es an die Oberfläche steigt. (Quelle: Daniel Schrag. Künstler: Jared T. Williams)

Wie zerstört man ein Schwarzes Loch

Jetzt haben Forscher der Harvard University und der Columbia University eine neue Methode vorgeschlagen, um nahezu unbegrenzte Mengen an Kohlendioxid einzufangen – eine Technik, die ihrer Meinung nach sicher ist und auch eine praktische Option für Gebiete weit entfernt von unterirdischen Reservoirs ist.



Die Forscher schlagen in einem diese Woche online veröffentlichten Artikel in den Proceedings of the National Academy of Sciences vor, dass Kohlendioxid in das poröse Sediment einige hundert Meter in den Meeresboden in tiefen Teilen des Ozeans (mehr als 3.000 Meter tief) gepumpt wird ), was einer der Forscher, Dan Schrag, Professor für Geochemie in Harvard, eine ziemlich einfache, dauerhafte Lösung nennt.

Der Schlüssel war, einen Sweet Spot zu finden, an dem der Druck und die Temperatur der Umgebung Kohlendioxid dichter machen als umgebende Flüssigkeiten, wodurch es an Ort und Stelle eingeschlossen wird. Diese Situation tritt am Meeresgrund aufgrund einer Kombination von hohem Druck und niedrigen Temperaturen auf – eine Tatsache, die auch andere in Vorschlägen zur Speicherung von Kohlendioxid in tiefen Teilen des Ozeans festgestellt haben.

Aber solche Injektionen würden das Leben im Meer töten, und das Kohlendioxid könnte, wenn es nicht in tiefen Gräben abgeschieden wird, durch Strömungen in flache Gebiete getragen werden, wo es wieder in die Atmosphäre gelangen könnte.

Die Erkenntnis der Forscher war, dass Injektionen in den Meeresboden den Druck und die Temperatur des Ozeans nutzen könnten, während die negativen Nebenwirkungen früherer Vorschläge vermieden werden. Das Kohlendioxid würde in flüssiger Form per Schiff oder Pipeline zur Sequestrationsstelle gebracht und mit Geräten, wie sie die Ölindustrie zum Bohren von Tiefseebohrungen verwendet, in den Meeresboden geleitet. Unter dem Meeresboden würde das Kohlendioxid mit den umgebenden Flüssigkeiten interagieren und hydratisierte Eiskristalle produzieren, die die Gesteinsporen verstopfen und als sekundäre Kappe für das Kohlendioxid dienen würden. Über Hunderte von Jahren würde sich das Kohlendioxid im umgebenden Wasser auflösen und dann nur durch Diffusion entweichen, ein langsamer Prozess, der Millionen von Jahren dauern würde, sagen die Forscher. Sie hoffen, innerhalb der nächsten fünf Jahre einen groß angelegten Feldtest dieses neuen Ansatzes durchführen zu können.

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Angesichts der zunehmenden Besorgnis über die Auswirkungen von Kohlendioxidemissionen auf den globalen Klimawandel suchen Forscher zunehmend nach Wegen, die Atmosphäre von Treibhausgasen zu befreien. Bisher waren Projekte im industriellen Maßstab jedoch begrenzt. Bemerkenswert unter ihnen sind die Ölgiganten BP und GE, die kürzlich ein Projekt zum Bau von Kraftwerken in Schottland und Kalifornien angekündigt haben, die Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen gewinnen und das Kohlendioxid-Nebenprodukt sequestrieren. Und Statoil in Stavanger, Norwegen, trennt überschüssiges Kohlendioxid aus Erdgas, das in seinen Bergbaubetrieben in der Nordsee gefördert wird, und injiziert es in unterirdische Lagerstätten. Diese Stauseen befinden sich zwar unter dem Ozean, aber zu wenig Wasser und zu tief unter dem Meeresboden, um die von Schrag und seinen Kollegen beschriebenen Mechanismen zu nutzen.

Die bekannteste Speichermethode heutzutage (das Projekt von Statoil ist ein Beispiel) beinhaltet die Ablagerung von Kohlendioxid in unterirdischen geologischen Formationen wie erschöpften Ölfeldern. Hier ist die Dynamik zwischen Kohlendioxid und umgebenden Flüssigkeiten anders als im Meeresboden, wo der Ozean die Flüssigkeiten kühl hält. Vielmehr werden diese Formationen durch die Erdkruste erhitzt, und die hohe Temperatur macht das Kohlendioxid weniger dicht als das Wasser im umgebenden Gestein, wodurch es anfälliger für den Aufstieg an die Oberfläche ist, sagt Schrag von Harvard.

Meeresbodeninjektionen bieten auch eine immense Speicherkapazität. Wären alle bekannten geologischen Reservoirs für die konventionelle Speicherung nutzbar, könnten sie das gesamte derzeit jährlich produzierte Kohlendioxid speichern und dies 80 Jahre lang bei den aktuellen Emissionsraten. Im Gegensatz dazu könnte allein die Speicherung des Meeresbodens in den Vereinigten Staaten die US-Kohlendioxidproduktion im Wert von Tausenden von Jahren speichern, schätzen die Forscher.

Robert Socolow, Co-Direktor der Carbon Mitigation Initiative der Princeton University, weist darauf hin, dass die Injektionsmethode am Meeresboden den Vorteil hat, dass sie intrinsisch sicher ist. Aber er sagt, dass gut kartierte Reservoirs, abseits von seismisch aktiven Gebieten, effektiv verschlossen werden können, um das Entweichen von Treibhausgasen zu verhindern, und daher werden diese Methoden weiterhin ihren Platz haben.

Die Kosten für die neue Meeresbodenmethode werden zwar variieren, sagt Schrag, aber wahrscheinlich etwas mehr als bei der Landspeicherung. Es könnte jedoch für Gebiete in Meeresnähe wirtschaftlicher sein, insbesondere für solche, die weit von einem bekannten geologischen Reservoir entfernt sind. Wenn Sie direkt neben einem großen Becken sitzen, ist es wahrscheinlich etwas teurer. Wenn Sie in New Jersey sind und das Kohlendioxid 300 Meilen weit pumpen müssen, um zu einem solchen Becken zu gelangen, dann würde ich nein sagen. Er stellt fest, dass die Kosten für jede Methode der groß angelegten Sequestrierung noch unklar sind.

Der Bedarf an robusten, potenziell kostengünstigen Kohlenstoffbindungssystemen ist enorm, sagt Nathan Lewis, Chemieprofessor am Caltech. Obwohl es noch mehr experimentelle Validierung erfordert, sagt er, dass Schrags Arbeit potenziell sehr wichtig ist. Es sollte sehr ernst genommen werden.

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