Aus der Luft oder Fabrik zur Energieproduktion in den Untergrund
Geothermie mit CO₂‑Speicherung (CPG *)
Die Illustration zeigt eine Landschaft mit Industrieanlagen, Rohrleitungen, Kompressoren, Turbine/Generator, Kühlturm und Stromleitungen. Darunter ein Querschnitt des Untergrunds mit porösem Speichergestein, aufliegender undurchlässiger Deckschicht und einer gelb‑roten CO2‑Plume. Ein nummerierter Ablauf beschreibt den Kreislauf: 1) CO2 wird an Punktquellen oder aus der Luft abgeschieden und verflüssigt. 2) Es wird per Lkw, Zug, Schiff oder Pipeline zu einer Anlage gebracht und mindestens zwei Kilometer tief injiziert, wo Temperaturen von über 100 °C herrschen. 3) Das CO2 wird in Sandstein mit vielen Poren gepresst. 4) Durch Erdwärme wird es gasförmig, steigt auf und sammelt sich unter der Deckschicht als CO2‑Plume. 5) Unter der Deckschicht wird CO2 auf vier Arten gespeichert: struktureller Einschluss unter der Deckschicht, residueller Einschluss in Gesteinsporen, Lösung im Porenwasser zu Kohlensäure/Carbonat sowie dauerhafte Mineralbindung. 6) Ein zweites Bohrloch entnimmt einen Teil des erwärmten CO2. 7) An der Oberfläche treibt es eine Turbine an, die Strom erzeugt; Abwärme wird als Fernwärme genutzt. 8) Im Kühlturm kühlt das Gas ab und wird wieder flüssig. 9) Das verflüssigte CO2 wird erneut in den Untergrund geleitet, während gleichzeitig neues CO2 injiziert wird; so wird der Untergrundspeicher mit der Zeit zum langfristigen Kohlenstoffspeicher. Ein vergrößerter Kreis zeigt poröse, mit Wasser und Mineralen gefüllte Körner, die die verschiedenen Speicherprozesse veranschaulichen.
CPG kombiniert die Speicherung von CO₂ mit der Nutzung von Erdwärme (Geothermie): CO₂ wird über ein Bohrloch in tiefe Gesteinsschichten gepumpt, erwärmt sich dort und wird wieder an die Erdoberfläche geleitet. Dort wird es zur Stromproduktion und Wärmeerzeugung genutzt, bevor es wieder zurück in den Untergrund gepumpt wird. Im Laufe der Zeit bleibt immer mehr CO₂ im Untergrund gespeichert, während kontinuierlich zusätzliches CO₂ eingespeist wird.
CPG kann Treibhausgasemissionen einsparen und CO₂ aus der Atmosphäre entfernen. Die Einsparung erfolgt zum einen dadurch, dass mithilfe von Erdwärme erneuerbare, CO₂-neutrale Energie produziert wird. Zum anderen wird verhindert, dass Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen, da sie bei Industrieprozessen abgefangen und dauerhaft im Untergrund gespeichert werden. Da CO₂ abgefangen, genutzt und gespeichert wird, spricht man von «Carbon Capture, Utilisation and Storage (CCUS)». Zusätzlich wird CO₂ aus der Atmosphäre entfernt (Carbon Dioxide Removal CDR), indem es direkt aus der Luft gefiltert wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass Geothermie mit CO₂ viel effizienter Strom und Wärme produziert als mit Wasser, das normalerweise dafür verwendet wird.
CPG befindet sich derzeit im Übergang von der reinen Forschungsphase hin zur praktischen Umsetzung – ein entscheidender Schritt, für den 2023 das CPG-Konsortium an der ETH Zürich ins Leben gerufen wurde.
*CPG: CO₂-Plume Geothermal
Bevor CPG draussen in der Natur getestet werden kann, braucht es aufwändige Experimente und Modellierungen im Labor, um Prozesse besser zu verstehen und Risiken zu minimieren. Foto: Ulrike Kastrup (focusTerra)