Bei der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) wird CO2 aus Emissionen abgetrennt, unter Druck in eine „überkritische Flüssigkeit“ gepresst und dann tief unter die Erde in poröse Gesteinslagerstätten gepumpt, wo es theoretisch eingeschlossen bleibt. Zu den potenziellen Lagerstätten für Kohlenstoff gehören erschöpfte Öl- und Gasfelder und tiefe salzhaltige Aquifere (Gesteinskörper, der geeignet ist, Grundwasser weiterzuleiten und abzugeben).
Obwohl es die CCS-Technologie schon seit Jahrzehnten gibt, hat sie sich noch nicht durchgesetzt. Das liegt zum Teil an den hohen Kosten für den Bau von Sequestrationsanlagen, aber auch an der Frage, wie gut das Verfahren tatsächlich funktioniert. Über längere Zeiträume hinweg können kleine Mengen Kohlendioxid austreten, und wenn sich die Speicherstätten unter dem Meeresboden befinden, haben die Lecks Auswirkungen auf das Leben im Meer.
Allein das Aufspüren von Lecks ist schwierig und teuer. Die CCS-Überwachung stützt sich in der Regel auf schwere seismische Geräte, die auf Lastwagen oder Schiffen montiert sind. Die Geräte senden starke Vibrationen in die Erdkruste und analysieren die Schallwellen, die zurückgeworfen werden. Aufgrund der hohen Kosten können solche Systeme nur für begrenzte Zeiträume eingesetzt werden. „Bei einem konventionellen System ist die Überwachung diskontinuierlich“, sagt Takeshi Tsuji, Ingenieurprofessor an der Universität von Tokio. „Es ist schwierig, kontinuierlich seismische Daten zu erfassen“.
Japans Bestreben, das Sonnensystem zu erforschen, könnte jedoch zu einem Durchbruch bei der CO2-Speicherung hier auf der Erde geführt haben. Ein Team der Universität Tokio und der Kyushu-Universität hat unter der Leitung von Tsuji ein leichtes System, die Portable Active Seismic Source (PASS), entwickelt, das an Bord von Mars- und Mondlandegeräten mitgeführt werden kann und auch Kohlenstofflecks an Sequestrationsstandorten aufspüren kann. Die Wissenschaftler*innen veröffentlichten ihre Ergebnisse letzten Monat in der Zeitschrift Seismological Research Letters.
Das tragbare aktive seismische Gerät (rechts) ist nur 10 Zentimeter lang und verringert damit die logistischen Herausforderungen, die mit den derzeit zur Überwachung von Kohlenstoffspeicherstätten verwendeten Geräten (links) verbunden sind. Gestapelte Schwingungen
Der nur 10 Zentimeter lange PASS erzeugt Vibrationen durch ein sich drehendes Rad, das mit einem außermittigen Gewicht versehen ist. Aufgrund der geringen Größe des Geräts sind die von ihm erzeugten Schwingungen relativ schwach, aber das Team verwendet eine Software, um Hunderte von Signalen zu „stapeln“ und so die Übertragung enorm zu verstärken.
Die „gestapelten“ seismischen Signale sind in der Lage, mehr als 800 Meter unter die Erde zu dringen. CCS-Bohrungen müssen so tief sein, um den Druck des Kohlendioxids aufrechtzuerhalten. Theoretisch können über diesen Bohrlöchern Reihen von PASS-Boxen aufgestellt werden, mit denen Geologen den Austritt von Kohlendioxid überwachen können. „Dieses System ist sehr billig“, so Tsuji, „und es erzeugt kontinuierlich Signale, so dass wir in der Lage sein werden, kontinuierlich zu überwachen.
Die PASS-Boxen könnten Japan helfen, sein ehrgeiziges Ziel zu erreichen, bis 2050 CO2-neutral zu sein. Als Teil dieses Ziels plant das Land, bis zu 240 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr in Hunderten von Bohrlöchern, vor allem vor der Küste, zu speichern.
Toru Sano ist Geophysiker bei JX Nippon Oil & Gas Exploration, einem japanischen Unternehmen, das plant, CCS in seine Aktivitäten einzubeziehen. Seiner Meinung nach ist das PASS aufgrund seiner geringen Größe und niedrigen Kosten ideal für die langfristige Überwachung von Sequestrationsstandorten. „Wir müssen nicht nur den Zeitraum der Injektion überwachen“, sagte er, „sondern auch nach der Schließung der Anlage – vielleicht 10, 20 oder sogar 50 Jahre lang“.
Obwohl einige Kritiker Japan vorwerfen, dass es die Kohlenstoffspeicherung als eine Möglichkeit ansieht, weiterhin fossile Brennstoffe zu fördern und zu verbrennen und gleichzeitig seine Netto-Null-Kohlenstoffziele zu erreichen, hält der Weltklimarat der Vereinten Nationen CCS für entscheidend, um die globale Erwärmung zu begrenzen. Laut dem jüngsten Bericht des Gremiums zum Klimawandel gibt es mehr als genug potenzielle Kohlenstoffspeicher auf der Erde, um das gesamte Kohlendioxid einzuschließen, das benötigt wird, um die Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen. Allerdings liegt die Verbreitung der Technologie derzeit weit unter dem, was zum Erreichen dieses Ziels erforderlich wäre.
Dieser Artikel von AGU’s Eos Magazine wird hier im Rahmen der globalen journalistischen Zusammenarbeit Covering Climate Now vröffentlicht.
