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Geochemie: Eingelagertes Kohlendioxid löst sich gut

In ausgebeutete Erdöl- oder Erdgasquellen gepumptes Kohlendioxid könnte dort für Tausende oder gar Millionen von Jahren sicher lagern, da es sich offensichtlich sehr gut in Wasser löst und Kohlensäure bildet. Damit wäre eine sichere Einlagerung des Treibhausgases als Maßnahme zum Klimaschutz gewährleistet.

Bislang war unklar, ob sich das CO2 in Form von Kohlensäure löst oder mit dem vor Ort vorhandenen Gestein reagiert und beispielsweise als Karbonat ausfällt. Computermodelle hielten je nach Analysegrundlage beides für möglich, konkrete Daten, die eine der beiden Aussagen hätten stützen können, fehlten jedoch. Stuart Gilfillan von der University of Manchester und seine Kollegen untersuchten daher, wie sich Kohlendioxid in natürlichen Edgasfeldern verhält, wo es in großen Mengen vorkommt.

Die Forscher maßen, wie sich im Lauf der Zeit das Verhältnis von CO2 zu bestimmten Helium- und Neonisotopen verändert. Der relative Anteil von Helium-3 stieg beispielsweise, wenn gasförmiges Kohlendioxid dem System durch chemische Reaktionen entzogen wurde. Gleichzeitig nahmen in den neun von Gilfillans Team untersuchten Gasspeichern die Konzentrationen von Helium-4 und Neon-20 zu, was für die Geowissenschaftler nur einen Schluss zuließ: Das leicht lösliche Kohlendioxid wurde im Wasser gebunden und verdrängte dabei die schwer löslichen Edelgase, die sich relativ im Gasgemisch anreicherten.
Bei pH-Werten des Wasser zwischen 5 und 5,8 – wie sie in karbonatreichen Reservoirs gängig sind – dominiert dieser Prozess. Nur in silikathaltiger Umgebung spielt die Reaktion mit dem Umgebungsgestein und damit die Neubildung von Karbonaten mit einem Anteil von knapp 20 Prozent eine größere Rolle, wie veränderte Verhältnisse zwischen den Kohlenstoffisotopen 12 und 13 andeuteten. Kohlenstoff-13 fällt schneller aus als sein leichterer Mitspieler. Angesichts der nur geringen Veränderungen zwischen beiden Isotopen entfallen aber wohl nur maximal 20 Prozent der Kohlendioxidaufnahme auf diese Reaktion.

Bis zu 90 Prozent des ursprünglich vorhandenen gasförmigen CO2 verschwanden dadurch aus dem Grubengas und entwichen auch über geologisch lange Zeiträume nicht in die Atmosphäre. Für die von verschiedener Seite gewünschte Tiefeneinlagerung von Kohlendioxid – indem das Gas beispielsweise aus den Emissionen von Kohlekraftwerken abgeschieden und in ausgebeutete Erdöllagerstätten gepumpt wird – bedeutet dieses Ergebnis zumindest einen kleinen Fortschritt: Kritiker monierten bislang unter anderem, dass nicht bekannt ist, wie sich das Gas dort unten überhaupt verhält. Einen generellen Freibrief stellt es allerdings nicht aus, denn es muss stets abgeklärt werden, ob nicht irgendwo das kohlensäurehaltige Wasser austritt und das CO2 dann auf diese Weise die Atmosphäre belastet. (dl)
14. Woche

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 14. Woche

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  • Quellen
Gilfillan, S. et al.: Solubility trapping in formation water as dominant CO2 sink in natural gas fields. In: Nature 458, S. 614–618, 2009.

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