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Gut aufgehoben?

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 15.03.2010 15:36

Der Deal mit dem CO2

Fünfzig Prozent weniger Treibhausgase bis zum Jahr 2050. Dieser Beschluss der Umweltminister auf dem diesjährigen Gipfeltreffen im japanischen Kobe setzte ein deutliches Zeichen in der globalen Klimadebatte. Während sich der politische Wille der Amerikaner im Kampf gegen den Klimawandel schließlich zögerlich beugte, setzte sich die EU für eine umgehende Reduktion ihrer Treibhausgasemissionen um 20 Prozent innerhalb der kommenden zwölf Jahre ein. „Wir können es uns nicht leisten, Zeit zu verlieren“, betonte auch der deutsche Delegationsleiter auf dem G-8-Gipfel. Angesichts der aktuellen Rekordwerte der klimagefährdenden Gase Kohlendioxid (CO2) und Methan in der Erdatmosphäre besteht aller Grund zur Besorgnis. Im Rahmen des EPICA-Projektes (EUROPEAN PROJECT FOR ICE CORING IN ANTARCTICA) bohrten Klimaforscher tief ins arktische Eis und lasen Erschreckendes im weltweit besten Klimaarchiv. Anhand der Jahrtausende alten Gaseinschlüsse enthüllten die Wissenschaftler einen 28prozentigen CO2-Anstieg in den vergangenen 800.000 Jahren, während die Methangehalte der Erdatmosphäre sogar um rund 130 Prozent gewachsen sind – höher als je zuvor.

Oberste Direktive deutscher Technologieprojekte bleibt, wie der Ausstoß des klimaschädlichen Kohlendioxids vermieden werden könnte. Nur, wohin mit all den bereits produzierten Treibhausgasen? Mit dieser Frage beschäftigen sich mehrere Projekte des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN.

Die Lösungsansätze für die Verwertung und Speicherung derzeit bestehender Kohlendioxidgehalte in der Luft sind vielfältig. Favoriten sind hierbei die Einlagerung in ausgedienten Kohleschächten oder salinaren Aquiferen wie etwa im Falle der CO2-Speicherungsanlage bei Ketzin.

Gefahr gebannt, möchte man denken. Doch wie gut ist das einstige Klimagas tief unter der Erde wirklich aufgehoben? Und wie viel Potenzial steckt in den unterirdischen „Gefängnissen“? Die Nachhaltigkeit derartiger Methoden bleibt fraglich und hängt stark von den geologischen Gegebenheiten vor Ort ab. Denn aus den Augen, heißt noch lange nicht aus dem Sinn.

Die Entwicklung einer wirklich sinnvollen Methode zur Treibhausgasspeicherung war das erklärte Ziel von Prof. Dr. Merkel, Leiter des gerade abgeschlossenen Projekts CDEAL (Carbon dioxide elimination by using acid mine lakes and calcium oxide suspensions) und seinem Team. Mithilfe des in der Atmosphäre vorhandenen Kohlendioxids sollten Grubenseen, Überbleibsel des Braunkohletagebaus, saniert werden. Als Produkt entstehen Karbonate, beispielsweise Kalk, die als Feststoff ausgefällt am Grund der Seen abgelagert werden können. CDEAL entwickelte ein innovatives Verfahren zur CO2 -Speicherung, das außerdem die Umwelt schützt: Schädliches CO2 wird reduziert und gleichzeitig die Ökologie der Grubengewässer wiederhergestellt.

Grubensee


Grubensee aus der Vogelperspektive

planeterde hat den Koordinator des Projekts Prof. Dr. Merkel an der Technischen Universität Freiberg zu seinen Forschungsergebnissen und der Machbarkeit seines Speicherverfahrens befragt.

planeterde: Ihre Kollegen in den benachbarten GEOTECHNOLOGIEN-Projekten setzen bei CCS-Verfahren (Carbon Capture and Storage, Anm.d.Red.) eher auf die Einlagerung unter Tage, beispielsweise in tiefen Erdgasreservoirs oder Kohleschächten. Wie entstand die Projektidee, CO2-Speicherung in sauren Grubenseen aus dem Tagebau anzuwenden? Haben Sie dort mit Partnern im Bereich der CCS-Technologie zusammengearbeitet?

Merkel: Die Idee der Nutzung von Aschen aus der Braunkohleverwendung ist nicht neu, das vorhandene Potential wurde allerdings unterschätzt. Partner im Projekt waren die Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH (LMBV) sowie die eta AG engineering aus Cottbus als Firmen und auf Seiten der Wissenschaft die Technische Universität Bergakademie Freiberg sowie das Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.V. Wir haben bewusst kein klassisches CCS entwickelt, sondern konsequent auf die Synergie von Seesanierung und CCS gesetzt. Unter allen Projekten des Programms GEOTECHNOLOGIEN waren wir dort die einzigen.

planeterde: Giftige, metallverseuchte Schlacken aus dem Bergbau sollen zu einem umweltfreundlichen und lagerfähigen Endprodukt umgewandelt werden. Wie kann man sich die geochemische Sanierung eines Restsees vorstellen?

Merkel: Die Idee ist recht einfach: In dem See befinden sich alkalische Reststoffe, die aus der Verbrennung von Braunkohle entstanden sind. Diese enthalten vor allem CaO („Gebrannter Kalk“, der durch Erhitzen von Kalkstein im Kalkofen entsteht, wobei Kohlendioxid abgespalten wird. Anm.d.Red.), das aber an den Oberflächen durch Karbonatisierung passiviert ist, d.h. nicht reagiert. Durch die Zugabe von CO2 aktivieren wir diese Reststoffe und erreichen damit zwei Dinge: Zum einen wird der See neutralisiert, d.h. der pH-Wert wird von ca. 3 auf 7 angehoben, zum anderen wird CO2 dabei verbraucht und somit nicht in die Atmosphäre abgegeben.

planeterde: Quasi eine Rückverwandlung des durch Bergbauprozesse entstandenen CO2.Welche Methoden zur CO2-Injektion können für diesen Neutralisierungsprozess angewandt werden?

Merkel: Wir können drei Methoden anwenden: Bei der ersten Methode werden die Reststoffe aus der Braunkohleverbrennung mittels eines Schwimmbaggers aufgenommen und an Bord des Baggers gebracht, an Bord mit CO2 vermischt und in den See verspült. Die Aufnahme kann aber auch mittels Airlift erfolgen. Bei dieser zweiten Methode erfolgt die Aufnahme der Sedimente mittels eines Wasserstroms, der durch injizierte Luft angetrieben wird. Eine dritte Alternative ist die Direktinjektion des CO2 in die Sedimente. Diese Methode eignet sich für eine langsame, kontinuierliche Sanierung. Sie ist sehr kostengünstig, da der Energieeinsatz sehr gering ist – im Gegensatz zu den ersten beiden Methoden.

planeterde: Nach drei Jahren Förderung wurde CDEAL im Sommer diesen Jahres abgeschlossen. Zu welchen ersten Ergebnissen sind Sie für Ihre zwei Phasen, Tests im Labor und bei ihrem vor Ort Einsatz in der Lausitz, gekommen?

Merkel: In den Labortests konnte grundsätzlich gezeigt werden, dass die Aktivierung der Alkalinität der Reststoffe mittels CO2 möglich ist, und es wurde gezeigt, dass dabei keine unerwünschten oder toxischen Substanzen in den Wasserkörper eingebracht werden. Alle drei oben beschriebenen Methoden konnten im Restsee demonstriert werden, d.h. alle drei Methoden sind machbar und erfolgreich.

planeterde: Eine neutrale bis basische Umgebung ist die Ausgangsvoraussetzung für ihre Methode. Wie sicher und wie nachhaltig bewerten Sie die Speicherung von CO2 in Restseen?

Merkel: Die Speicherung des eingesetzten CO2 ist nachhaltig, wenn gewährleistet ist, dass die Seen nicht wieder versauern. Dieser Prozess würde in der Tat wirksam werden, wenn keine Maßnahmen ergriffen werden. Dies ist aber völlig unabhängig von der Sanierungsmethode: Saure Tagebaurestseen bedürfen einer kontinuierlichen Langzeitbehandlung über mehrere Jahrzehnte. Dies ist dem großen Säurepotential geschuldet, dass sich aus den Pyritgehalten (Pyrit ist eine Verbindung aus Eisen und Schwefel, Anm.d.Red.) in den Braunkohlen und diversen geologischen Schichten ergibt sowie der eingesetzten Tagebautechnologie.

planeterde: Der im Rahmen von CDEAL sanierte Restsee des Tagebaus Burghammer, der Bernsteinsee, umfasst ca. 445 Hektar Fläche. Wie hoch ist das Speicherpotenzial für Kohlendioxid des Sees? Könnte ihre Methode flächendeckend, zum Beispiel in ganz Deutschland, eingesetzt werden?

Merkel: Die in CDEAL entwickelte Methode ist eine Nischenlösung, wir können damit keinesfalls die CO2 Emissionen Deutschlands in den Griff bekommen. Der Bernsteinsee kann für einen Zeitraum von 10 bis 20 Jahren die CO2 Emission eines modernen 5 MW- Blockheizkraftwerks aufnehmen, mehr ist nicht möglich.

planeterde: Der Restsee ist einer von vielen renaturierten Gewässern in der Lausitzer Seenreihe. Ein Freizeit- und Naturpark soll hier entstehen. Lässt sich die CO2-Speicherung nach ihrer Methode mit dem zukünftigen Tourismusbetrieb der Region vereinen?

Merkel: Die in CDEAL entwickelte Methodik ist in der Lage kleinere Mengen an CO2 zu speichern und gleichzeitig den pH-Wert anzuheben. Das Anheben der pH-Werte ist ein absolutes Erfordernis, ohne die eine Freizeitnutzung, wie etwa in der EU-Badewasserverordung vorgesehen, völlig ausgeschlossen ist. Die Chemie des Sees wird ausschließlich positiv beeinflusst, vor allem die permanente Injektion von CO2 ist eine Technik, die von den Nutzern eines Tagebausrestsees überhaupt nicht gesehen wird, da sie unterirdisch am Seeboden geschieht.

planeterde: Laut G8-Gipfeltreffen im Mai 2008 im japanischen Kobe möchte die EU bis zu 20 Prozent der CO2-Emissionen reduzieren - ist CCS eine Brücke auf dem Weg aus der Klimamisere? Und wer zahlt am Ende die Rechnung?

Merkel: Ob die Reduzierung der CO2-Emmission global möglich ist und die Einlagerung von CO2 einen Ausweg aus der Klimamisere ist, sei dahingestellt. Fakt ist, dass die chemische Speicherung nachhaltig ist und bei der in CDEAL entwickelten Methode die ohnehin notwendige Sanierung der sauren Tagebaurestseen als ökonomischer Zusatzeffekt zu sehen ist. Es ist ein Beispiel für Nutzung des Rohstoffes CO2 statt diesen im Untergrund einzulagern. Die Wissenschaft ist gut beraten, mehr Nutzungsmöglichkeiten für CO2 zu entwickeln statt über Einlagerungstechniken zu forschen….

Die Sanierung der Restseen in der Lausitz und Mitteldeutschland ist mangels fehlender Rücklagen der Bergbauindustrie ein Fall für den Steuerzahler; somit gibt es im Moment keine industriellen Anfragen. Die großtechnische Anwendbarkeit wurde durch CDEAL bestätigt.

planeterde: Somit stellt ihre Methode eine effektive, sichere Übergangstechnologie zu regenerativen Energien dar?

Merkel: CCS in Restseen ist eine Nischenlösung mit vergleichbar geringem Potenzial solange man nur die Aschen aus der Braunkohleverbrennung nutzt. Könnte man eine andere Calcium-Quelle erschließen, würde das Potenzial deutlich größer werden.

planeterde: Welche Forschungsziele haben sie für die Zukunft?

Merkel: Wir suchen weitere Möglichkeiten, CO2 sinnvoll und intelligent zu nutzen. Ein Bereich ist zum Beispiel die Nutzung von CO2 zur Erschließung tiefer Geothermie mittels überkritischen CO2. Hier gibt es ein gewaltiges Potential.

planeterde: Vielen Dank für das Interview, Herr Dr. Merkel.


Weitere Informationen zum Projekt CDEAL finden Sie hier auf planeterde, auf der Homepage der TU Freiberg und selbstverständlich auf den Seiten der GEOTECHNOLOGIEN.

Saure Tagebauseen stellen eines der schwerwiegendsten aktuellen Umweltprobleme in Deutschland und anderen Bergbauregionen der Welt dar. Mehr dazu finden Sie hier und hier.

AA, iserundschmidt 10/2008