Flutbasalte und Offshore-Formationen

Das Carbfix-Projekt auf Island hat demonstriert, dass die Bindung von Kohlendioxid durch Umwandlung in Carbonatgestein prinzipiell funktioniert. Das weckt die Frage, wo es noch geeignete Standorte für diese In-Situ-Mineralisierung gibt und welche Varianten dieses Prinzips denkbar sind. Auch dazu gab und gibt es erste Projekte.

Es geht auch mit verflüssigtem CO2

Eines der größeren Pilotprojekte dazu fand bereits 2013 im US-Bundesstaat Washington statt. Dort liegen im Untergrund die kilometerdicken Columbia-Flutbasalte, die durch die urzeitlichen Eruptionen einer vulkanischen Großprovinz entstanden sind. Dabei brannte sich vor rund 16,5 Millionen Jahren das glutheiße Magma eines vulkanischen Hotspots durch die Erdkruste und schoss durch unzählige Spalten aus dem Boden. Dies hinterließ Basaltschichten mit teilweise hoher Porosität.

Im Rahmen des Wallula-Basalt-Projekts testeten Forschende des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) die Injektion von 1.000 Tonnen reinem, unter Hochdruck verflüssigtem CO2 in zwei 800 bis 900 Meter tiefliegende Schichten dieser Columbia-Flutbasalte. Anders als bei der Einleitung von CO2-reichem Wasser wird bei diesem Verfahren kaum Wasser benötigt. Dafür muss sich das eingeleitete Kohlendioxid möglichst schnell im Porenwasser des Untergrunds lösen, bevor die chemischen Reaktionen der Mineralisierung einsetzen können.

Dennoch zeigten Analysen, dass auch bei dieser CCS-Methode ein Großteil des eingeleiteten Kohlendioxids relativ schnell im Gestein gebunden und zu Carbonaten umgewandelt worden war. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass rund 60 Prozent des injizierten CO2 innerhalb von zwei Jahren durch Mineralisierung fixiert wurden“, berichten Signe White vom PNNL und ihre Kollegen. In Bohrkernen waren deutlich weißliche Carbonat-Einlagerungen erkennbar, die es dort vorher nicht gab. Da es in vielen Regionen der Erde urzeitliche Flutbasalte gibt, unter anderem in Sibirien, Indien, Afrika oder Nordamerika, könnte auch dort eine solche CO2-Mineralisierung durchgeführt werden.

CO2-Mineralisierung auf hoher See

Doch es gibt eine Region, die sogar noch besser geeignet sein könnte: die hohe See. Dort ist reichlich Meerwasser für das Lösen des CO2 vorhanden, gleichzeitig ist viel Platz, um dort beispielsweise Anlagen zum Abscheiden von Kohlendioxid aus der Atmosphäre mittels Direct-Air-Capture (DAC) zu bauen. Ein weiterer Vorteil: Auch der für das CO2-Capture und Einleiten nötigte Strom könnten vor Ort erzeugt werden. Dies würde die Energiekosten senken und den Transport des CO2 ersparen.

„Das CO2 könnte an solchen Standorten mithilfe erneuerbarer Energien von Offshore-Windanlagen aus der Atmosphäre extrahiert und dann vor Ort in unter dem Meeresgrund liegende Basaltformationen eingeleitet werden“, erklären Sandra Snæbjörnsdóttir vom Carbfix-Projekt und ihr Team.

In Nordamerika wird die Offshore-Einleitung und Mineralisierung von CO2 bereits im Rahmen von zwei Projekten erforscht. Dabei soll das von Kraftwerken und Fabriken entlang der Küsten von Washington und British Columbia produzierte CO2 aufs Meer transportiert und dort über Offshore-Plattformen in gut 800 Meter Tiefe gepumpt werden. Ersten Machbarkeits-Tests zufolge könnten die vulkanischen Basaltformationen unter dem geplanten Offshore-Komplex im Cascadia-Becken vor der US-Nordwestküste rund 50 Millionen Tonnen Kohlendioxid aufnehmen und in Carbonate umwandeln.

Unterseevulkane als CO2-Speicher?

Besonders geeignet für die Offshore-CO2-Speicherung könnten auch erloschene Unterseevulkane sein, wie ein Team um Ricardo Pereira von der Neuen Universität Lissabon im Mai 2023 berichtete. Denn der Basalt der Unterseevulkane enthält besonders viel Calcium, Magnesium und Eisen – und damit die Elemente, die die Einlagerung des Kohlendioxids in Carbonaten begünstigen. Außerdem erleichtert das in den Gesteinsporen und -spalten reichlich vorhandene Meerwasser die Lösung des CO2 und schafft so die für die geochemische Reaktion nötigen Bedingungen.

Zum anderen macht es die Struktur eines Unterseevulkans einfacher, das CO2 einzuleiten und sicher zu speichern: Über den Schlot kann das Klimagas leicht in das Vulkaninnere gepumpt werden und sich dort in den porösen, wassergesättigten Basalten ausbreiten. Nach außen hin sorgen dagegen Schichten wenig durchlässiger Gesteine und Sedimente für eine Abdichtung des Vulkaninneren und verhindern so, dass das noch nicht gebundenen Kohlendioxid wieder entweicht.

Wie hoch das Potenzial für eine solche CO2-Bindung in Unterseevulkanen ist, haben die Forscher am erloschenen Unterseevulkan Fontanelas vor der Küste Portugals untersucht. Das Ergebnis: „Unsere Analysen des Vulkans und seiner internen Architektur enthüllten, dass schon dieser eine Schlot das Potenzial besitzt, zwischen 1,2 und 8,6 Gigatonnen CO2 in Form neuer Carbonatminerale zu speichern“, so Pereira. Diese CO2-Menge entspreche den gesamten industriellen CO2-Emissionen Portugals in einer Zeitspanne von 24 bis 125 Jahren.

„Wir wissen, dass die meisten Länder nach Möglichkeiten suchen, ihre Wirtschaft zu dekarbonisieren“, sagt Pereira. „Unsere Botschaft ist, dass solche Offshore-Vulkane eines der Hilfsmittel sein könnten, um das Problem zu lösen.“