Aus der Luft in den Untergrund
Direkte CO₂-Entfernung aus der Atmosphäre mit Speicherung im Untergrund (DACCS *) oder in Produkten (DACCUS *)
Die Grafik zeigt eine DACCS-Anlage in einer Landschaft mit Erdwärmenutzung. Schritt 1: Ventilatoren ziehen Umgebungsluft durch Module; der Betrieb erfolgt mit erneuerbarer, CO₂‑armer Energie (z. B. Geothermie). Schritt 2: CO₂ bleibt auf einem Filtermaterial haften. Ist der Filter gesättigt, wird er mit geothermischer Wärme erhitzt; das CO₂ löst sich. Schritt 3: Das CO₂ wird mit Wasser vermischt und bildet Kohlensäure bzw. Hydrogencarbonat. Schritt 4: Das kohlensäurehaltige Wasser wird über Bohrungen in den Untergrund gepumpt und reagiert dort mit Kalzium/Magnesium aus Basaltgestein. Schritt 5: Aus der Reaktion entstehen stabile Carbonatminerale (z. B. Kalzit), die den Kohlenstoff dauerhaft binden. Schritt 6: Sensoren überwachen Injektion, Wasserqualität und seismische Aktivität. Eine Legende illustriert die Reaktionskette von CO₂ + H₂O zu Carbonat.
Ventilatoren der DACCS-Anlage auf Island saugen Umgebungsluft an und leiten damit den Prozess der CO₂-Entfernung aus der Atmosphäre ein. Foto: Climeworks
Das CO₂ wird direkt aus der Luft gefiltert und durch chemische Prozesse abgeschieden. Anschliessend wird es verflüssigt oder mit Wasser gemischt und in den Untergrund gepumpt. Dort bildet es – mehr oder weniger schnell – ein festes Mineral und wird so dauerhaft im Gestein gespeichert (DACCS). Alternativ kann das aus der Luft gefilterte CO₂ auch in Produkten wie Beton gespeichert werden (DACCUS).
Erste DACCS-Anlagen in Island und in den USA entfernen bereits seit mehreren Jahren CO₂ aus der Atmosphäre. Weitere Anlagen sind in Planung – u.a. in den USA, Kenia und im Oman.
DACCS-Anlagen können fast überall gebaut werden, wo es einen geeigneten Speicheruntergrund gibt. Das kann Basaltgestein sein wie in Island oder ein ehemaliges Erdöl- und Erdgasreservoir. Häufiger ist es aber eine tiefliegende, Salzwasser führende Gesteinsschicht.
Eine Herausforderung ist der hohe Energiebedarf: Da CO₂ nur ca. 0.04 % der Luft ausmacht, ist der Filterprozess sehr ineffzient und daher energieintensiv und teuer. Damit die Technologie zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen kann, muss die eingesetzte Energie zudem aus erneuerbaren Quellen stammen und dabei möglicherweise anfallendes CO₂ ausgeglichen werden (CO₂-Neutralität).
*DACC[U]S: DIRECT AIR CARBON CAPTURE, [UTILISATION] AND STORAGE
Exponate
Basalt mit natürlich mineralisierten Kalzitadern
Ibergeregg
Hinten links: loser Sand; Eawag-Beachvolley-Feld, Dübendorf
Vorne links: Sandstein ohne biologische CO₂-Mineralisierung; Boise, USA
Hinten rechts: Sandstein mit biologischer CO₂-Mineralisierung; Eawag-Labor, Dübendorf
Vorne rechts: Sandstein mit biologischer CO₂-Mineralisierung; Boise, USA
CO₂-SPEICHERUNG IM GESTEIN – NATÜRLICH & BESCHLEUNIGT
CO₂ kann in Gesteinen durch Mineralisierung dauerhaft gebunden werden: Gelangt es in Poren oder Risse, reagiert es mit dem dort vorhandenen Wasser und den chemischen Elementen aus dem Gestein und bildet Mineralien wie Kalzit (CaCO₃). In der Natur dauert der Prozess in der Regel Tausende von Jahren. Einmal mineralisiert, ist CO₂ sicher und stabil als Teil des Gesteins gespeichert. Im Basalt siehst du natürlich mineralisierte Kalzitadern.
Die technologische CO₂-Speicherung im Untergrund nutzt die natürliche Mineralisierung; sie muss jedoch schneller ablaufen, um rasch viel CO₂ in fester Form zu speichern. In Island gelingt dies im frischen Basalt ohne Nachhilfe: CO₂ mineralisiert innerhalb von zwei Jahren – das ist geologisch betrachtet unglaublich schnell. In anderen Speichergesteinen, die weit häufiger vorkommen, wie in tiefen, salzwasserführenden Gesteinsschichten oder in erschöpften Erdöl- und Erdgasfeldern, bleibt eingespeistes CO₂ zunächst überwiegend im Wasser in den Gesteinsporen gelöst. Bis es unter dem Deckgestein, das ein Entweichen verhindert, mineralisiert, dauert es sehr lange.
Forschende suchen nach Wegen, die Mineralisierung zu beschleunigen. Eine Möglichkeit sind Bakterien: Sie können z.B. die Chemie im Porenwasser verändern, sodass Mineralien wie Kalzit vermehrt ausfallen (CO₂-Biomineralisation). Laborversuche zeigen, dass sich damit die Poren eines Sandsteins innerhalb kurzer Zeit mit Kalzit füllen (Sandsteinbohrkern in der Vitrine). Sogar loser Sand kann so zu Sandstein werden, indem biomineralisierter Kalzit die Körnchen wie Leim zusammenhält (loser Sand und Sandstein in der Vitrine; Film auf dem Bildschirm). Während die Biomineralisierung im Labor an der Erdoberfläche gelingt, stellt sich aber die Frage: Welche Bakterien können auch unter den extremen Drücken und Temperaturen tief im Untergrund zur Biomineralisation beitragen?
CO₂-SPEICHERUNG IM SCHWEIZER UNTERGRUND
Im Schweizer Mittelland gibt es Gesteinsschichten, die sich zur dauerhaften Speicherung von CO₂ eignen könnten. In Trüllikon (ZH) soll deshalb der Obere Muschelkalk in einem bestehenden Bohrloch erforscht werden. Ziel ist es herauszufinden, ob CO₂ gespeichert werden kann und welche technischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen damit verbunden sind.
WIE WIRD CO₂ IM MUSCHELKALK GESPEICHERT?
CO₂ kann in einem porenreichen, durchlässigen Gestein wie Muschelkalk gespeichert werden, wenn das Gestein von undurchlässigen Deckschichten überlagert wird. Diese verhindern, dass das CO₂ wieder aufsteigt. Bei der Einspeisung vermischt sich das CO₂ mit dem Wasser in den Gesteinsporen, in dem es langfristig gebunden bleibt – ähnlich wie Kohlensäure im Mineralwasser. Über die Zeit verbindet sich zudem ein Teil des gelösten CO₂ mit dem Umgebungsgestein, indem es z.B. in Form von Kalk ausfällt.
VOR DER EINSPEISUNG
WÄHREND UND NACH DER EINSPEISUNG
- Das eingespeiste CO₂ steigt im Speichergestein auf und staut sich unter der Deckschicht an.
- Das CO₂ löst sich langsam im Porenwasser.
- Das CO₂-haltige Wasser ist dichter und damit schwerer: Es sinkt auf den Boden des Speichergesteins.
- Am Grund des Speichergesteins wandert das gelöste CO₂ langsam mit dem Wasser entlang der natürlichen Fliessrichtung.