CO₂ im Schweizer Untergrund speichern

Damit die Schweiz das Klimaziel Netto-Null bis 2050 erreichen kann, muss sie die Energiewende schaffen ¨C sei es beim Strom, bei der W?rme oder der Mobilit?t. Ein weiteres wichtiges Thema ist die dauerhafte Speicherung von CO₂. Gerade f¨¹r Emissionen, die sich nur schwer oder gar nicht vermeiden lassen, wie dies zum Beispiel bei Kehrichtverbrennungsanlagen der Fall ist, muss die Schweiz eine dauerhafte L?sung finden. Forschende der ETH Z¨¹rich haben erstmals untersucht, ob CO₂ in Form von Karbonatgestein im Schweizer Untergrund dauerhaft gespeichert werden kann, und welche Kriterien daf¨¹r erf¨¹llt sein m¨¹ssen. Ihre Ergebnisse pr?sentieren sie in einer Studie, die k¨¹rzlich im Swiss Journal of Geosciences erschienen ist.

Wie Gestein zum CO₂-Speicher wird

Die ETH-Forschenden wollen zun?chst herausfinden, ob es in der Schweiz Zonen gibt, wo CO₂ dauerhaft im felsigen Untergrund gespeichert werden kann. Voraussetzung f¨¹r eine dauerhafte Speicherung von CO₂ im Untergrund ist, dass das Gestein reich an Kalzium, Magnesium und Eisen ist und gleichzeitig m?glichst wenig Siliziumdioxid enth?lt. M?gliche Kandidaten sind die Gesteine Basalt, Peridotit und Serpentinit. F¨¹r eine ideale Speicherkapazit?t muss das Gestein im Untergrund ausserdem ein bestimmtes Volumen aufweisen und auf einer Tiefe von mindestens 350 Meter liegen, damit der Druck hoch genug ist, um das CO₂ im Wasser zu halten. Auch die optimale Temperatur von 90 bis 185 Grad Celsius, das Alter, der Alterungszustand, die Porosit?t und die Durchl?ssigkeit des Gesteins spielen eine wichtige Rolle.

?Das sind einige der Kriterien, die erf¨¹llt sein m¨¹ssen, damit ein Gebiet ¨¹berhaupt als Reservoir in Frage kommt?, sagt Adrian Martin, auf dessen Master-Arbeit diese Studie beruht.

Um das CO₂ im Untergrund speichern zu k?nnen, wird es in Wasser gel?st und als Kohlens?ure in den Untergrund gepresst. Das verwendete Wasser ist zuerst sauer, hat also einen niedrigen pH-Wert. Es dringt in das por?se Gestein ein und l?st es auf. Dabei kommen Eisen-, Magnesium- und Kalzium-Ionen frei. Dadurch steigt der pH-Wert des injizierten Wassers, und ab einem bestimmten Punkt kommt es zur umgekehrten Reaktion: Das CO₂ verbindet sich mit Kalzium und Magnesium und bildet weisses Karbonatgestein, zum Beispiel Kalk. ?Diesen Prozess nennt man In-situ-Mineralisierung?, sagt Martin.

Potenzial erkannt, Umsetzbarkeit fraglich

An der Studie mitgearbeitet hat auch Thanushika Gunatilake, ehemalige Postdoktorandin bei Stefan Wiemer, Professor am Departement Erd- und Planetenwissenschaften und Leiter des Schweizerischen Erdbebendienstes. Sie ist heute Assistenzprofessorin an der Freien Universit?t Amsterdam und betont, dass diese schweizweite Sichtung nach geeigneten Gesteinsarten die erste ihrer Art ist. Martin hat nicht nur zahlreiche wissenschaftliche Studien analysiert, er hat auch geologische Karten Gebiet f¨¹r Gebiet ¨¹berpr¨¹ft und jene Orte identifiziert, die die Kriterien erf¨¹llen und sich deshalb f¨¹r eine In-situ-Mineralisierung von CO₂ eignen k?nnten. Zu diesen Gebieten geh?ren unter anderem die Zermatt-Saas-Zone und die Tsat¨¦-Decke im Wallis oder auch die Arosa-Zone in Graub¨¹nden.

Die von Martin identifizierten Schweizer Gebiete eignen sich derzeit nicht f¨¹r die dauerhafte CO₂-Speicherung im Untergrund. ?Wir haben in der Schweiz zwar geeignete Gesteinstypen, stehen aber vor grossen technischen Herausforderungen?, sagt Martin. So sei die geologische Struktur durch die stark gefalteten Gesteinsschichten und tektonischen St?rungen sehr komplex. Bei der Tsat¨¦-Decke im Wallis kann die Schichtdicke der passenden Gesteine in Gebieten wie zwischen Gouille und Mont des Ritses ¨¹ber 500 Meter betragen, bei Les Diablons hingegen sind es aber nur ca. 150 Meter.

Hinzu kommen andere Umst?nde: Die Gesteine in der Zermatt-Saas-Zone zum Beispiel wurden in der Vergangenheit durch hohe Dr¨¹cke und Temperaturen umgewandelt und enthalten nun bereits viele Karbonat-Minerale, was darauf hinweist, dass dort bereits eine nat¨¹rliche CO₂-Aufnahme (also fr¨¹here Mineralisierung) stattfand. Zudem sind die Zermatter Gesteine im Untergrund sehr dicht und enthalten wenig offene Hohlr?ume oder Risse, in die das CO₂ eindringen k?nnte.

Des Weiteren ist der Wasserbedarf bei der In-situ-Mineralisierung enorm ¨C f¨¹r die Speicherung einer Tonne CO₂ br?uchte man rund 25 Tonnen Wasser. Martin erg?nzt: ?Hinzu kommen wirtschaftliche und gesellschaftliche H¨¹rden: Wer tr?gt die Kosten? Wie ¨¹berwindet man die Skepsis der Anwohner:innen, die sich beispielsweise vor Wasserverschmutzung f¨¹rchten? Wie sieht eine gesetzliche Regelung aus??

Alternative Methoden zur CO₂-Speicherung

Fazit der Forschenden: Die dauerhafte Speicherung von CO₂ durch In-situ-Mineralisierung in der Schweiz ist kurzfristig nicht realisierbar und erscheint auch langfristig als ungeeignet. Sie empfehlen daher, alternative Speichermethoden zu pr¨¹fen. K¨¹rzlich hat Gunatilake eine weitere Studie ver?ffentlicht. Diese befasst sich mit der CO₂-Speicherung in salzhaltigen Grundwasserleitern, sogenannten salinen Aquiferen. Die Forschenden haben f¨¹r dieses Projekt Daten aus dem Gebiet rund um das Triemli in Z¨¹rich numerisch simuliert. Dabei ist es ihnen gelungen, CO₂ ohne Wasser in ¨¹ber 2000 Meter Tiefe in die geologische Einheit, den unteren Muschelkalk, einzuleiten. ?Diese Methode der CO₂-Speicherung ist vielversprechend?, betont Gunatilake.

Es gibt zudem Projekte, die erfolgreich zeigen, dass die dauerhafte Speicherung von CO₂ im Untergrund gelingt. ?Ein Beispiel hierf¨¹r ist das Projekt DemoUpCARMA, bei dem CO₂ aus der Schweiz nach Island transportiert wurde und dort nun in Form von Karbonatgestein unterirdisch gespeichert wird?, erg?nzt Martin.

Es ist wichtig, das Thema auch in der breiten ?ffentlichkeit bekannt zu machen und mit Unwahrheiten und Ger¨¹chten aufzur?umen. ?Viele Leute denken, dass wir eine Blase unter der Erde erzeugen, die irgendwann sogar explodieren k?nnte?, f¨¹hrt Martin aus. ?Dabei ist das Risiko der unterirdischen CO₂-Speicherung f¨¹r die Bev?lkerung minimal und die Methoden sind wissenschaftlich gut erprobt.?