CO₂-Speicher im geklüfteten Fels

Mit der blossen Reduktion des Treibhausgasausstosses lässt sich das 2010 an der UN-Klimakonferenz in Cancun festgeschriebene 2-Grad-Ziel nicht erreichen. Die zuletzt geforderte Variante von maximal 1,5 Grad Celsius Erderwärmung im Vergleich zur vorindustriellen Zeit schon gar nicht. Dies, so stellte der Weltklimarat IPCC 2018 in einem Sonderbericht fest, klappt nur, wenn zusätzlich CO₂ aus der Atmosphäre entfernt und im Boden eingelagert wird. Solch negative Emissionen lassen sich jedoch nur erreichen, wenn das abgeschiedene CO₂ für Jahrhunderte sicher gespeichert werden kann.

Ob das funktioniert, hängt nicht zuletzt von der Beschaffenheit des Untergrunds ab. Denn das in den Boden gepumpte CO₂ kann nicht nur durch bestehende Bohrungen wieder entweichen, sondern auch durch Störzonen im sogenannten Deckgestein. «Geeignete Deckgesteine sind möglichst undurchlässig und dichten das Reservoir mit dem CO₂ zuverlässig ab. Wir interessieren uns nun aber dafür, wie gut ein Deckgestein mit Klüften, sogenannten Störzonen, in der Lage ist, das CO₂ zurückzuhalten», erklärt Stefan Wiemer, Direktor des Schweizerischen Erdbebendienstes, der das Projekt verantwortet. Die physikalischen und chemischen Prozesse, die beeinflussen, ob und wie das CO₂ durch solche Störzonen entweichen kann, werden heute noch zu wenig verstanden. Ebenfalls unklar ist, welchen Einfluss CO₂-Injektionen auf Verformungen des Gesteins und chemische Interaktionen haben, die Erdbeben auslösen können. Zudem ist erst wenig über die in der Schweiz vorherrschenden Bedingungen bekannt, was es schwierig macht zu beurteilen, ob die unterirdische CO₂-Speicherung hierzulande überhaupt eine Option sein könnte.

Beeinträchtigen Felsklüfte die CO₂-Speicherung?

Aus diesem Grund führen Wissenschaftler des Schweizerischen Erdbebendienstes an der ETH Zürich und des Schweizerischen Kompetenzzentrums für Energieforschung (SCCER-SoE) ein Experiment durch, für das sie eng mit dem Departement Maschinenbau und Verfahrenstechnik und dem Institut für Geophysik an der ETH Zürich sowie der Swisstopo und der EPFL zusammenarbeiten. Sie untersuchen, wie gut geklüfteter Fels CO₂ speichern kann, unter welchen Bedingungen induzierte Seismizität auftritt und wie ein solches Reservoir am besten überwacht werden soll. «Theoretisch hat die Schweiz das Potential, mehrere Gigatonnen CO₂ im Untergrund zu speichern. Mit unserem Experiment tragen wir zu einem umfassenderen Verständnis der relevanten geologischen Prozesse bei, die das Speicherpotential beeinflussen. Zudem schaffen wir Grundlagen, um besser informierte Entscheide über mögliche CO₂-Speicherungsprojekte in der Schweiz zu treffen», so Stefan Wiemer.

Noch keine Speicher geplant

Das im jurassischen Mont-Terri-Felslabor durchgeführte Experiment ist Teil des externe Seite Elegancy-Projekts, das von der EU-Kommission und dem Bundesamt für Energie finanziert wird. Die Wissenschaftler werden kleine Mengen von CO₂-angereichertem Salzwasser in ein Bohrloch injizieren, das eine kleine Störzone durchstösst. Um herauszufinden, wie der zerklüftete Fels in dieser Störzone auf das CO₂ reagiert, werden sie die Stabilität des Felses beobachten und untersuchen, wie Scherverschiebungen, Porendruck und Fliesswege zusammenhängen. Aktive und passive seismische Sensoren werden Veränderungen der seismischen Geschwindigkeiten nahe der Injektion überwachen und mögliche Mikroerdbeben erfassen.

Im Unterschied zu einem echten CO₂-Speicherungsprojekt untersucht dieses Experiment potentielle Lecks auf einer sehr kleinen Skala. Nichtsdestotrotz werden die gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen, die relevanten Prozesse besser zu verstehen, welche die Bewegungen von CO₂ durch Störzonen beeinflussen. Damit leistet das Experiment auch einen Beitrag für eine verbesserte Standortcharakterisierung. Weltweit werden bereits eine Handvoll CO₂-Speicherprojekte betrieben, wovon jedes bis zu drei Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr abgeschieden und gespeichert haben. Weitere sind in Planung. In der Schweiz ist aktuell kein CO₂-Speicherprojekt geplant.