Pictures of the Future      Frühjahr 2008

Aus den Augen – aus dem Sinn?

Kohlekraftwerke müssen sauberer werden. Doch wohin mit dem klimaschädlichen Kohlendioxid? Am besten tief unter unsere Füße, meinen Geologen. In Ketzin nahe Potsdam soll diese CO₂-Speicherung erprobt werden.

Es regnet in Ketzin. Ein Bohrturm reckt sich zu den dunklen Wolken, ein paar Gastanks und eine schmucklose Baracke stehen auf einer grünen Wiese mitten im Havelland, eine halbe Fahrstunde westlich von Potsdam. Prof. Frank Schilling vom GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) deutet in eine matschgefüllte Grube, aus der ein mannsdickes Rohr ragt. Darin ist ein Gestrüpp von Kabeln zu sehen. "Hierüber messen wir die Ausbreitung von Kohlendioxid im Untergrund", sagt der Mineraloge. Am anderen Ende der Wiese verschwindet ein zweites Loch in der Tiefe, ebenfalls verkabelt, 100 m davon entfernt ein drittes: Hier führen Rohre aus einem Tank in die feuchte Erde. 700 m unter Schillings Füßen sollen daraus bis zu 4 t Kohlendioxid pro Stunde unter Hochdruck ins Sandgestein strömen und dort salziges Wasser aus den Poren verdrängen.

CO₂SINK – so heißt das Projekt des GFZ nahe dem 4 000-Seelen-Städt­chen Ketzin – soll ab Früh­sommer 2008 zwei Jahre lang insgesamt 60 000 t Kohlendioxid in der Tiefe speichern. Das ist etwa soviel, wie die 150 000 Einwohner Potsdams im selben Zeitraum ausatmen, aber nichts im Vergleich zu den über 10 Mrd. t des klimaschädlichen Gases, das die Menschheit jedes Jahr zwecks Strom­erzeugung aus Kraftwerksschloten in die Atmosphäre pustet – ein Problem, das sich noch verschärfen wird, denn nach den Prognosen der Internationalen Energieagentur wird auch in den nächsten 20 Jahren die Zunahme der Stromerzeugung zu 85 % durch fossile Energieträger gedeckt werden. So wird sich die weltweit installierte Leistung bei Kohlekraftwerken auf dann 2 200 GW etwa verdoppeln. Der Trend ist bereits jetzt spürbar: Allein 2006 gingen in China 174 Kohlekraftwerke der 500-MW-Klasse ans Netz – im Durchschnitt jeden zweiten Tag eines (Kohlekraftwerke in China).

Entsorgung in der Tiefe. Angesichts dieser Entwicklungen könnte CO₂SINK trotz seines bescheidenen Umfangs einen wichtigen Beitrag zu grundsätzlichen Fra­gen der CO₂-Speicherung und damit zum Klimaschutz leisten. Wenn die Messungen in Ketzin die Modelle bestätigen, dass sich das Gas Tausende, wenn nicht gar Millionen Jahre in den Gesteinsporen unterirdisch sicher einsperren lässt, hätte das weltweit Signalwirkung. Dann wäre bewiesen, dass sich CO₂ aus Kohlekraftwerken, Raffinerien, Zementfabriken und Stahlhütten in die Erde pumpen und lagern lässt. Und was nicht in die Luft gelangt, belastet das Klima nicht.

Platz fürs CO₂ gäbe es in der Tiefe in Hülle und Fülle. Allein in Deutschland wird die Kapazität für die CO₂-Speicherung auf 30 Mrd. t geschätzt – beim heutigen CO₂-Ausstoß deutscher Kohlekraftwerke von jährlich 350 Mio t ausreichend für fast 100 Jahre. Das mit dem Friedensnobelpreis dekorierte Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) der UNO, das mit seinen Berichten zum Klimawandel im vergangenen Jahr Politik und Medien aufgeschreckt hat, schätzt die weltweite Speicherkapazität auf bis zu 900 Mrd. t in Öl- und Gaslagerstätten und mindestens 1 000, vielleicht sogar 10 000 Mrd. t in so genannten salinen Aquiferen – mit Salzwasser vollgesogenen Sandsteinen – wie in Ketzin. Hinzu kommt, dass diese Speichermöglichkeiten weltweit oft auch in der Nähe großer CO₂-Produzenten liegen, wo man das verflüssigte Gas leicht über Pipelines hintransportieren kann. Das ist etwa in Brandenburg der Fall, aber auch im US-Bundesstaat Illinois, wo mit dem Projekt FutureGen das CO₂-freie Kraftwerk erprobt werden soll. Der Traum vom Kohlekraftwerk mit einer direkten Abgasleitung ins unterirdische Gestein könnte also vielerorts auf der Welt Realität werden – wenn die politischen Weichen zügig gestellt und die Forschungsanstrengungen gesteigert werden.

Wie Studien zeigen, bleibt das CO₂ langfristig im Untergrund. Es wird sich dort im salinen Aquifer lösen – ähnlich wie es sich bei CO₂-Sprudlern im Mineralwasser löst – und wird dann im Porenraum der Sandsteine gehalten. Mit der Zeit wird es immer mehr als Mineral ausfallen und damit für immer und ewig der Atmosphäre erspart bleiben. Man weiß, dass nach tausenden Jahren Kalk entsteht sowie auch andere Karbonate wie Magnesit oder Siderit. Die zugrunde liegenden Modelle zu überprüfen und den Nachweis zu führen, ob und wie sich CO₂ langfristig und sicher speichern lässt, gehört zu den zentralen Fragen des CO₂SINK-Projekts.

Großlabor im Untergrund. Eine wesentliche Aufgabe von CO₂SINK ist es darum, die dreidimensionale Ausbreitung des CO₂ im Gestein zu verfolgen und Rückschlüsse für die kommerzielle CO₂-Lagerung an anderen Orten zu ziehen. In keinem anderen Projekt weltweit treiben die Geologen einen derart hohen Messaufwand:

? In den beiden Messrohren, die 50 beziehungsweise 100 m vom gasführenden Rohr entfernt sind, messen Ketten von Elektroden den elektrischen Widerstand im Gestein. Ergänzt wird dieses Elektrodenarray durch Elektroden an der Erdoberfläche. Das konzentrierte Salzwasser in den Poren des Sandsteins leitet den elektrischen Strom sehr gut. Wird es vom CO₂ verdrängt, sinkt die Leitfähigkeit, der Widerstand steigt. Mit dieser geoelektrischen Tomografie lässt sich die Ausbreitung des Gases dreidimensional und minutiös verfolgen.

? Einer medizinischen Ultraschalluntersuchung nachempfunden sind Experimente, bei denen starke Schallwellen zwischen den Bohrlöchern und von der Oberfläche aus hin und her geschickt werden. Weil die mit CO₂ gefüllten Poren eine geringere Schallgeschwindigkeit haben als die mit Salzwasser gefüllten, lässt sich auch damit die Gasausbreitung verfolgen.

? Optische Sensoren messen Temperaturänderungen in der Tiefe durch Streuung von Licht und zeigen damit den Fluss des CO₂ im Untergrund.

? Im Bereich des Reservoirs der Beobachtungsbohrungen sitzen zudem dünne Röhrchen mit einer halbdurchlässigen Membran, durch die das CO₂ eindringen kann. Hochreines Argon spült das CO₂ durch eine Kapillare nach oben, wo seine Konzentration gemessen wird.

Was auch immer die Messungen ergeben – eines sei sicher, sagt Frank Schilling: "Nach oben geht so gut wie nichts durchs Gestein." Grund für Schillings Überzeugung ist die Deckschicht aus Gips und Ton, die wie eine Käseglocke über der etwa 9 km² großen Sandsteinwölbung liegt und diese völlig abdichtet. Das hat sie auch schon früher getan, als Energieversorgungsunternehmen am selben Standort mehr als 40 Jahre lang eine Sandsteinschicht zwischen 250 und 400 m Tiefe als Erdgasspeicher nutzten, der deutlich größer war als der geplante CO₂-Speicher.

Und wenn doch CO₂ an die Oberfläche gelangt? Das Gas ist schwerer als Luft und könnte sich in Becken sammeln, wo es alles Leben erstickt, befürchten Kritiker. Doch diese Gefahr bestehe in Ketzin keinesfalls, erklärt Schilling. Selbst wenn Gas austreten würde, werde über dem flachen Gelände das CO₂ sprichwörtlich vom Winde verweht, in kleinen Mengen nehmen wir es sowieso mit der Atemluft auf oder trinken es in Sprudelwasser oder Limonade. Außerdem entspricht das in zwei Jahren gespeicherte CO₂ lediglich der Menge, die im selben Zeitraum auf natürliche Weise durch Abbauprozesse im Boden durch Bakterien in dem Gebiet über dem CO₂-Speicher in Ketzin erzeugt wird.

Ideale CO₂-Speicher sind überall dort, wo im Untergrund schon immer Gase oder Flüssigkeiten gespeichert waren, also im Prinzip alle Erdöl- und Erdgaslagerstätten, denn diese sind nachweislich seit Jahrmillionen dicht. Tatsächlich pumpen einige Öl- und Gasproduzenten CO₂ in ihre Lagerstätten zurück, um durch den erhöhten Druck nebenbei die Ausbeute zu erhöhen. Im industriellen Maßstab gibt es drei Vorzeigeprojekte – in Kanada, Algerien und Norwegen. Die meiste Erfahrung hat die norwegische StatoilHydro, die seit 1996 insgesamt 10 Mio t CO₂ in 1000 m Tiefe unter die Nordsee gepumpt hat. Das CO₂ wird als Verunreinigung mit dem Erdgas mitgefördert und würde StatoilHydro teuer zu stehen kommen, weil Norwegen jede Tonne CO₂ mit 50 US-$ besteuert.

Noch zu billig zum Lagern. Der IPCC-Bericht kalkuliert die Kosten für das Einfangen in CO₂-armen Kraftwerken, den Transport und die Speicherung auf 20 bis 70 US-$/t. Das lohnt sich in Norwegen, in Ländern ohne CO₂-Steuer müssen andere Marktmechanismen greifen. Die Kosten für Zertifikate im Emissionshandel nach dem Kyoto-Protokoll liegen in Europa derzeit unter 20 US-$ und sind folglich zu niedrig, um einen Anreiz zu schaffen. Bei einer staatlichen Förderung oder CO₂-Steuer von 0,02 bis 0,03 US-$/kWh würde sich die Technologie bereits bezahlt machen, wobei der Strompreis allerdings um 20 % steigen würde.

Siemens fördert CO₂SINK finanziell und nimmt im Projekt einen Beobachterstatus ein. "Die Lagerung von CO₂ wird zwar auch in Zukunft nicht zu unseren Kernkompetenzen gehören", sagt Günther Haupt von der Siemens Energy-Division Fossil Power Generation. Doch weil der Bau von Kohlekraftwerken ein wichtiger Teil des Geschäfts und auf eine Lösung des CO₂-Problems angewiesen sei, werde sich Siemens beteiligen. Und wo die passende Hardware fehlt, wird Siemens auch selbst aktiv – wie im Projekt Adecos, das mit Unterstützung der Bundesregierung ein Oxyfuel-Kraftwerk mit CO₂-­Abscheidung zum Ziel hat. Siemens entwickelt dafür Kompressoren, die CO₂ verdichten, damit es als Gas mit der Dichte einer Flüssigkeit unter Tage gepresst werden kann. Diese Kompressoren sind eine Querschnittstechnologie, da sie auch CO₂ aus Pre- und Post-Combustion-Verfahren verdichten (CO₂-Abscheidung, und Verdichter). Haupt: "Solche CO₂-Kompressoren gibt es für große Kraftwerke bisher nicht maßgeschneidert."
                                                                                                                 Bernd Müller