Um die hoch gesteckten Klimaziele nach Kyoto zu erreichen, denken Experten in Deutschland verstärkt darüber nach, wo sich das Treibhausgas CO2 deponieren lässt. Das Versenken im Untergrund erscheint vielversprechend.
Gut versteckt in der Nähe des 750-Seelen-Ortes Oechsen in der Vorderrhön verrichten zwei besondere Messstationen automatisch ihren Dienst. Sie messen die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in einem drei Meter tiefen Bohrloch und übertragen die Daten per Funk zur Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover. Ziel der Hannoveraner Wissenschaftler ist es herauszufinden, wie sich das Treibhausgas Kohlendioxid sicher wegsperren lässt.
Dazu haben sie ihre Zelte in Oechsen aufgeschlagen. Gut 1000 Meter unter der Ortschaft befindet sich eine natürliche CO2-Lagerstätte. BGR-Wissenschaftler Dr. Stefan Brune will mithilfe der Messsonden untersuchen, ob die Deckschichten über der Lagerstätte gasdicht sind, oder ob das Gas an Schwachstellen an die Erdoberfläche dringt. „Bislang sehen wir keine Anzeichen für undichte Stellen”, sagt Brune nach mittlerweile zweijähriger Messdauer. Das Gas steckt schon seit mindestens zehn Millionen Jahren unter einer dicken Schicht aus Salzgestein.
Ganz anders in den Matra-Bergen im Norden von Ungarn: Rund um die Ortschaft Matraderescke dringt Kohlendioxid an vielen Stellen aus dem Untergrund – sichtbar ist das nur, wenn es unter einem Bach oder See austritt. Beträgt sein Anteil an der Bodenluft mehr als 30 Prozent, lässt es die Bäume an der Austrittsstelle absterben. An einigen dieser CO2-Quellen, so genannten Mofetten, ist die Konzentration des geruchlosen Gases bis in Bauchhöhe so hoch, dass Kerzenflammen ersticken.
Sowohl Oechsen in der Vorderrhön als auch Matraderescke in Ungarn dienen den Forschern als Studienobjekte für künstliche Lagerstätten, die bald an vielen Stellen Europas geschaffen werden sollen. Um herauszufinden, unter welchen Bedingungen das Gas im Untergrund gespeichert bleibt, untersuchen Wissenschaftler aus mehreren europäischen Ländern innerhalb des EU-Projekts „ Nascent” zurzeit die natürlichen CO2-Vorkommen.
Der tiefe Untergrund rückt immer mehr ins Visier von Politik und Industrie – als mögliches dauerhaftes Endlager für das Treibhausgas, das nach Überzeugung der meisten Wissenschaftler die beobachtete globale Erwärmung verursacht. Das deutsche Umweltministerium baut vor allem auf Energiesparen und regenerative Energien, um das nationale Klimaziel zu erreichen – eine über die im Protokoll von Kyoto zugesagte hinausgehende Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen bis 2005 um ein Viertel gegenüber dem Jahr 1990 – zu erreichen. Organisationen wie die International Energy Agency in Paris halten diese Vorstellung für unrealistisch. Ähnlich sieht es Dr. Peter Gerling, Leiter des Referats Energierohstoffe an der BGR: „Bis wir in der Wasserstoffwirtschaft sind, wird der Verbrauch fossiler Rohstoffe noch steigen. Wollen wir das CO2-Problem in den Griff bekommen, bleibt uns für eine Übergangszeit wahrscheinlich nichts anderes übrig, als das Gas zu deponieren.”
Allein die deutschen Kraft- und Fernheizwerke emittieren pro Jahr über 200 Millionen Tonnen Kohlendioxid. Auch Stahlwerke, Zementfabriken und Ölraffinerien, Verkehr und Haushalte sind große Quellen, die zu den insgesamt über 800 Millionen Tonnen CO2-Abgasen pro Jahr in Deutschland beitragen. Bei CO2-Schleudern wie Kraftwerken und Raffinerien könnte das Gas aus den Abgasen entfernt und per Pipeline in einen geologisch geeigneten Untergrund geleitet werden. „Politisch wird der Ball noch flach gehalten”, sagt Gerling, doch Vorarbeiten laufen schon. In dem EU-Projekts „Gestco” haben BGR-Forscher um Gerling bereits die Mengen abgeschätzt, die der deutsche Untergrund aufnehmen könnte. Drei Typen von Lagerstätten kommen in Frage:
ausgeförderte Erdöl- und Erdgasfelder,
tiefe, nicht nutzbare Kohleflöze und
tiefe, Salzwasser führende Grundwasserleiter.
„Unser Favorit sind die Erdgasfelder”, sagt BGR-Forscher Dr. Franz May. „Dort ist nachgewiesen, dass Gas für lange Zeit gespeichert werden kann. Man kennt das Volumen und die Geologie.”
Kohlendioxid, das unter hohem Druck eingeleitet wird, ist allerdings chemisch aggressiver als Erdgas, das überwiegend aus Methan besteht. Daher sind sorgfältige Vorstudien erforderlich. Rein rechnerisch könnten die großen Erdgasfelder in Deutschland insgesamt 2560 Millionen Tonnen CO2 aufnehmen. Die größte Lagerstätte in der Altmark fasst alleine 572 Millionen Tonnen. Allerdings werden die meisten deutschen Felder noch ausgebeutet. Ein weiteres Problem: „Man muss die Bohrlöcher nach dem Einleiten von Kohlendioxid wieder gut abdichten, und zwar möglichst für viele Tausend Jahre”, sagt Franz May.
Die deutschen Erdöllagerstätten bieten weniger Platz. Die bisher geförderte Menge an Öl und die Reserven der wenigen Lagerstätten ausreichender Größe entsprechen einer Speicherkapazität von etwa 110 Millionen Tonnen. Allerdings könnte CO2 die Effizienz der Ölförderung steigern, wenn es in noch nicht ausgeförderte Lagerstätten gepumpt wird. Denn das unter hohem Druck stehende Kohlendioxid ist ein gutes Lösungsmittel für Kohlenwasserstoffe, die Bestandteile des Erdöls. In den USA wird schon seit Jahren auf diese Weise beim Fördern von Erdöl nachgeholfen. Im kanadischen Weyburn-Ölfeld wird die Förderung seit Ende 2000 mit CO2 aus fossilen Quellen unterstützt. Die Dakota Gasification Company, ein US-Unternehmen, das Braunkohle in Methan umwandelt, liefert das Kohlendioxid. Das Projekt wird wissenschaftlich begleitet, um zu klären, ob die Ausbreitung des CO2 in den Lagerstätten verfolgt werden kann und wie viel von dem eingebrachten Gas zusammen mit dem Öl wieder herauskommt.
Bei der Produktion von Gas aus Steinkohleflözen soll die CO2-Deponierung ebenfalls mit dem Gewinn fossiler Brennstoffe verbunden werden. In Kohleflözen stecken meist größere Mengen von Methan, das durch Adsorption gebunden ist. Um dieses so genannte Gruben- oder Flözgas effizienter zu fördern, versucht man, es durch Kohlendioxid zu verdrängen, das man in die Kohleflöze leitet. In den USA macht Flözgas bereits sechs Prozent des geförderten Erdgases aus, allerdings wird in der Regel kein Kohlendioxid eingeleitet, sondern Grundwasser herausgepumpt, um den Druck zu verringern.
Wie sich die Injektion von CO2 auf die Methanförderung auswirkt, ist noch unklar. In Laborversuchen an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen zeigte sich, dass pulverisierte Kohle aufquillt, wenn sie mit Kohlendioxid in Kontakt kommt. Feldversuche amerikanischer Firmen im San-Juan-Becken in New Mexico (USA) ergaben, dass die Durchlässigkeit der Kohle beim Einleiten von CO2 zunächst nachlässt, sich später aber wieder erhöht. „Es gibt noch keine abschließenden Ergebnisse”, betont Dr. Bernhard Krooß vom Lehrstuhl für Erdöl und Kohle an der RWTH Aachen. Seine Arbeitsgruppe ist am EU-Projekt „Recopol” beteiligt, einem Pilotversuch, bei dem seit Oktober 2003 in Niederschlesien CO2 in Kohleflöze gepresst wird.
Eine Begleiterscheinung der Flözgas-Produktion kann der Austritt von Methan an der Erdoberfläche sein. So behaupten manche Bewohner des weltweit größten Fördergebietes im San-Juan-Becken, dass sich Methan in explosiven Konzentrationen in ihren Kellern angesammelt habe. „Man kann nicht ausschließen, dass solche Phänomene durch die Flözgasförderung verstärkt werden” , räumt Krooß ein. „Allerdings tritt in allen Regionen, wo es Kohle oder Erdöl gibt, auch mehr oder weniger stark Methan an der Erdoberfläche aus.”
Im Ruhrgebiet haben sich die Austritte nach der Stilllegung der Zechen an einigen Stellen verstärkt. Das Grubengas wird aber überwacht und zum Teil in Blockheizkraftwerken in Strom und Wärme verwandelt. Wie viel Kohlendioxid solche Kohleflöze, die wahrscheinlich auch in Zukunft technisch und wirtschaftlich nicht abbaubar sind, in Deutschland aufnehmen könnten, ist unsicher. In Frage kämen vor allem tiefe Flöze im Saargebiet und im Münsterland. Das größte Speicherpotenzial haben tiefe, mit salzhaltigem Grundwasser gefüllte Schichten, die vor allem unter dem norddeutschen Becken liegen. Die Reservoire sind gigantisch: In Deutschland rechnen die BGR-Experten mit einer Kapazität von rund 3,3 Milliarden Tonnen. Der Meeresboden unter der Nordsee könnte ein Vielfaches aufnehmen.
Erste Erfahrungen mit der Deponierung unter dem Meer hat der norwegische Erdölkonzern Statoil gesammelt. Seit 1996 separiert Statoil an der Plattform „Sleipner” Kohlendioxid aus dem geförderten Erdgas und pumpt pro Jahr eine Million Tonnen Kohlendioxid, das sonst in die Atmosphäre geblasen worden wäre, in Gesteinsschichten etwa einen Kilometer tief unter dem Meeresboden (bild der wissenschaft 3/2003, „In die Tiefe verbannt” ). Die Norweger wiesen nach, dass sie die Ausbreitung des CO2 mit seismischen Messungen überwachen können und dass das Gas innerhalb der Schicht bleibt. Es zeigte sich aber auch, dass das CO2 sich nicht – wie gewünscht – in einer gleichmäßigen Blase ausbreitet. „Das ist ungünstig, weil man nicht das ganze Volumen der Schicht nutzen kann”, sagt Franz May. Der BGR-Forscher sieht noch mehr Probleme bei dieser Art der Entsorgung: Aus Grundwasser führenden Schichten könnte Salzwasser in höhere Süßwasser haltige Schichten verdrängt werden. Unter der Nordsee ist das kein Problem, doch auf dem Land will man solche Verunreinigungen vermeiden. „Die riesigen Speicherkapazitäten, mit denen Befürworter argumentieren, sind blauäugig geschätzt”, warnt May. „ Letztlich wird man die Geologie jedes potenziellen CO2-Endlagers so genau erkunden und bewerten müssen wie bei jedem anderen Endlager auch. Dann bleiben vielleicht ein Dutzend brauchbare Standorte übrig.”
Ausgeförderte Erdgasfelder könnten allein in Deutschland bis zu 2,5 Milliarden Tonnen CO2 aufnehmen.
Durch Einleiten von Kohlendioxid in Steinkohleflöze lässt sich die Fördermenge von Methan als Grubengas deutlich erhöhen.
Schon seit 1996 werden jährlich rund eine Million Tonnen Kohlendioxid aus der Erdgasförderung in der Nordsee in Gesteinsschichten unter dem Meeresgrund gepumpt.
Ute Kehse
