Kohlendioxid tief im Untergrund zu speichern, könnte den Klimawandel bremsen. Die Versiegelung der Speicher soll mehr Sicherheit schaffen. Johannes Hommel entwickelte dafür mit Partnern ein Modell.
Springer Professional: Zur Problematik der sicheren Speicherung von Gasen im Untergrund wird seit Jahren intensiv geforscht, die Erdgasspeicherung seit Jahrzehnten praktiziert. In welchem Zusammenhang wird diese Technologie weiterhin benötigt?
Johannes Hommel: Die Speicherung ist ein wichtiger Teil der Energiezwischenspeicherung. Die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CCS) aus dem Abgas von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken oder anderen großen Quellen von CO2, wäre ein wichtiger Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen, um die Klimaschutzziele zu erreichen. Solange sowohl die Klimaschutzziele erreicht und weiterhin fossile Brennstoffe benutzt werden sollen, muss das dabei entstehende CO2 am Entweichen in die Atmosphäre gehindert und gespeichert werden.
Wie sicher ist die CCS-Technologie und welches Gesamtspeichervolumen steht in Deutschland schätzungsweise zur Verfügung?
Die Speicherung von CO2 ist nicht gefährlicher als die von Erdgas. Letzteres wird schon seit Jahrzehnten in Deutschland in großen Mengen gespeichert. Die hauptsächlichen Unterschiede zwischen der Erdgasspeicherung und der Speicherung von CO2 sind, dass CO2 viel tiefer, erst ab 800 bis 1.000 Meter Tiefe gespeichert werden sollte, und CO2 einmalig injiziert wird und danach im Untergrund verbleibt. Erdgas wird dagegen bei steigendem Bedarf wieder aus den Zwischenspeichern in das Gasnetz eingespeist. Die geschätzte Gesamtspeicherkapazität für CO2 im tiefen Untergrund in Deutschland liegt bei etwa 10 Gigatonnen CO2. Allerdings ist nicht die gesamte Kapazität ökonomisch oder technisch nutzbar, da die potenziellen Speicher zu weit von existierenden CO2-Quellen entfernt liegen.
An der Universität Stuttgart wurde in den letzten Jahren ein Modellkonzept für die Biomineralisationsmethode entwickelt und getestet. Bitte beschreiben Sie das Konzept und die gewonnenen Erkenntnisse aus der Erprobung!
Die Biomineralisierung als Versiegelungsmethode wurde seit etwa zehn Jahren von unseren Partnern an der Montana State University in den USA experimentell entwickelt. Dabei ändern natürlich vorkommende Bodenbakterien die Zusammensetzung einer Mineralisierungslösung, so dass in den Poren des Bodens oder Gesteins Calciumcarbonat ausfällt. Das Calciumcarbonat verstopft dabei einzelne Poren und verstärkt die Verbindungen zwischen den Gesteinskörnern, wodurch die Durchlässigkeit sinkt und die Festigkeit erhöht wird.
Für konkrete Anwendungen muss die Biomineralisierung auch berechenbar sein, wozu wir in Kooperation mit unseren Partnern das Modellkonzept und daraus ein numerisches Modell entwickelt haben. Mit diesem Modell können zum Beispiel die aus der Injektion der Mineralisierungslösung resultierende Calciumcarbonat-Verteilung berechnet oder die für einen gewünschten Versiegelungseffekt benötigte Menge an Mineralisierungslösung und deren optimale Injektionsstrategie ermittelt werden. Sowohl in den Berechnungen mit dem numerischen Modell als auch in den Experimenten und Feldversuchen unserer Partner konnte die Durchlässigkeit von Gesteinsproben um mehrere Größenordnungen auf unter ein Tausendstel des Ausgangswertes reduziert werden. Auch die mechanische Belastbarkeit des behandelten Gesteins konnte in Experimenten vervielfacht werden.
Die CCS-Technologie galt lange Zeit als Hoffnungsanker der Energiewirtschaft und effektives Mittel für den Klimaschutz. Aufgrund öffentlicher und politischer Bedenken und aus Kostengründen konnte sich CCS in Deutschland jedoch nicht durchsetzen. Wird sich das mit der neuen Methode ändern?
Ich glaube nicht, dass sich die öffentliche Meinung zu CCS in Deutschland in naher Zukunft ändern wird. Allerdings sind Versiegelungstechnologien wie die Biomineralisierung sicherlich ein wichtiger Beitrag, um CCS auch aus Sicht von Skeptikern sicherer zu machen. Das Ziel sollte jedoch immer sein, dass eine, vor allem nachträgliche, Versiegelung nicht nötig ist.
Sind Gasspeicher auch eine Option bei der Energiewende? Wie schätzen sie die Bedeutung und das Potenzial dafür ein?
Gasspeicher für Erdgas oder für mit überschüssigem Strom erzeugtem synthetischen Wasserstoff oder Methan sind auf jeden Fall ein Teil der nötigen Energiespeicher für die Energiewende, mit denen vor allem auch längerfristige, zum Beispiel jahreszeitliche, Schwankungen in Angebot und Nachfrage gepuffert werden können. Auch können mit Gasspeichern große Energiemengen mit erprobter Technologie gespeichert werden.