Umwelt & Monitoring

Wie reagiert die Umwelt auf CCS und insbesondere auf die Versauerung im Falle von Leckagen?

Im Falle von Undichtigkeiten in den Reservoiren, wo CO₂ verpresst wird, kann Kohlendioxid als Gas am Meeresboden austreten. Die Versauerung der unmittelbaren Umgebung von Leckageorten ist die Folge, allerdings auf wenige 10er Meter beschränkt, wie Studien in der Nordsee belegt haben. In dem geringen Umkreis der Leckageorte könnte es zu einer Abnahme der Biodiversität kommen.

Im Falle der in AIMS³ studierten Tiefwasserlokationen am MAR ist die Situation anders. In reaktiver ozeanischer Oberkruste ist Bikarbonat oder flüssiges CO₂ stabil und aufgrund seiner Dichte auch schwerer als Meerwasser. Wird im CCS-Experiment Kohlendioxid in den Untergrund verpresst, wird es entweder als Karbonat im Porenraum gefällt, oder das flüssige CO₂ wird im Porenraum gespeichert. Beide Szenarien haben gemäss des Phasendiagramms von CO₂ nahezu kein Risiko einer möglichen Leckage entlang von Wegsamkeiten. In AIMS³ werden trotzdem Monitoringgeräte entwickelt und eingesetzt, um zu belegen, dass Leckagen nicht stattfinden.

Was können wir tun, um das generelle Verständnis von Meeresprozessen und der Rolle des Ozeans bei CO₂-Aufnahme zu befördern?

Der Ozean macht 71% der Fläche und 98% des Lebensraums (der sog. „inner space“) auf unserem Planeten aus. Monitoring ist somit zwangsläufig lückenhaft, sowohl räumlich wie zeitlich. Da Beobachtungssystem teuer sind und im Salzwasser sowie bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen leiden, müssen kostengünstige, robuste. Sensoren und Instrumente. Entwickelt werden, die zukünftig in größerer Zahl ausgesetzt werden können.

Für Fragestellungen zum Klimawandel und CO₂-Prozessen werden Sensoren des Karbonatsystems in großer Zahl gebraucht, weil sie Klimaveränderungen am besten abbilden. Hierzu zählen Parameter wie pH, DIC (dissolved inorganic carbon), pCO₂, wie sie in AIMS³ entwickelt werden. Insbesondere scheinen gemeinsame Entwicklungen als Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und kleinen und mittleren, innovativen Unternehmen als Schritt zu Technologietransfer sinnvoll.

Welche Techniken werden zur Umweltüberwachung benötigt?

Um das gigantische Volumen des Ozeans zu erkunden, werden gleichsam Plattformen an der Meeresoberfläche (wave glider, drifter), im Wasserkörper (glider, floats) sowie am Meeresboden (Verankerungen, Lander) benötigt. Es besteht v.a. ein Bedarf an kleinen, robusten und kostengünstigen Bauweisen, um so die Anzahl zu multiplizieren. Durch marine Robotik und künstliche Intelligenz kann die Überwachung räumlich erweitert werden.

Wichtig ist es im Kontext von Kohlendiaoxidentnahme, Umweltveränderungen durch CCS oder andere Maßnahmen durch den Menschen aufzuzeichnen. Insbesondere bei Verpressung von CO₂ im Untergrund ist ein solches Monitoring unerlässlich, um gegebenenfalls Leckagen zu orten, lokale Versauerung frühzeitig zu erkennen, und gegebenfalls Warnsysteme zu bedienen. In AIMS³ werden solche Systeme gebaut bzw. optimiert, um für die spätere Verpressung gewappnet zu sein.

Kann die CO₂-Ausbreitung im Untergrund sichtbar gemacht werden?

Die Ausbreitung von CO₂ in der Speicherformation kann mit geophysikalischen Methoden verfolgt werden. Dieser Ansatz wurde bereits erfolgreich bei der CO₂-Speicherung in der norwegischen Nordsee (Sleipner-Projekt) angewandt. Das GEOSTOR-Projekt entwickelt daher eine neue umweltfreundliche und minimalinvasive Methode, um mittels OBS die CO₂-Ausbreitung zu verfolgen und Veränderungen im Untergrund frühzeitig zu erkennen. Die erkannten mikroseismischen Ereignisse können auf Druckänderungen, Flüssigkeitsverschiebungen, Sättigung der Porenflüssigkeit, Reaktivierung von Klüften und Filtrationskanälen zurückzuführen sein.

Das AIMS³ Projekt dagegen muss die Ausbreitung nicht abbilden, sondern versucht über das Monitoring des Karbonatsystems zu zeigen, wieviel des eingeleiteten CO₂ direkt abgeschieden wird und ob gegebenenfalls etwas austritt. Basierend auf Ergebnissen aus Carbfix, wo die gleiche Methode flachmeerisch vor Island angewendet wird, können 95% oder mehr direkt mineralisch in der Ozeankruste abgelagert und dauerhaft gebunden werden.

Wie kann die große Menge an kontinuierlich aufgezeichneten Daten verarbeitet werden?

Eine automatisierte und optimierte Interpretation der Daten ist eine Voraussetzung für ein industriell skalierbares und gesellschaftlich akzeptierbares Überwachungssystem (Monitoring, Messung und Verifizierung) der CO₂-Sequestrierung in Offshore-Lagerstätten.  Die Menge der erzeugten Daten nimmt im Laufe der Zeit zu, insbesondere bei langfristigen Projekten und mit der zunehmenden Zahl der weltweit geplanten CCS-Projekte, die auf das Erreichen des Netto-Null-Ziels und die Abschwächung des Klimawandels abzielen. Diese wachsenden Datenmengen müssen effizient verarbeitet werden, um eine zeitnahe Interpretation der Daten zu gewährleisten und so die mit der CO₂-Speicherung verbundenen Risiken zu verringern. Hierzu existiert in der DAM-Mission CDRmare ein aufwändiges Datenmanagement.