Technik & Kosten

Inwieweit ist die Speicherung von CO₂ in der Ozeankruste angesichts der Entfernung zum Land realisierbar?

Im Wettbewerb mit alternativen Technologien sind die mit der CO₂-Speicherung in der Meereskruste verbundenen Kosten von zentraler Bedeutung für die Machbarkeit dieses Ansatzes. Neben den regulären wirtschaftlichen Kosten, wie z. B. Investitionen, müssen auch die Kosten im Zusammenhang mit eventuellen Umweltrisiken und sozialer Gerechtigkeit berücksichtigt werden, um ein ganzheitliches Bild zu erhalten.

Diese Kosten müssen gegen die Vorteile der Speicherung der jeweiligen Emissionen abgewogen werden. Das Carbfix-Projekt auf Island ist ein Referenzprojekt mit relativ geringen Kosten aufgrund der küstennahen und flachen Meeresgebiete. AIMS³ wird das CCS-Experiment auf dem Reykjanes-Rücken südlich von Island in ca. 1800 m Wassertiefe durchführen, was teurer ist als Carbfix, aber potenziell sicherer, da es in flüssigem Zustand vorliegt. Am Ende des. Projekts werden wir versuchen, eine Kostenschätzung für das entfernte MOR im Vergleich zu Island und dem Standard-CCS in der Nordsee vorzunehmen, wie es im Rahmen von GEOSTOR geplant ist.

Wie lange dauert die Mineralisierung?

Chemische Reaktionen zwischen dem basaltischen Wirtsgestein und dem CO2-beladenen Injektionswasser verlaufen nachweislich schnell und führen zu einer dauerhaften mineralischen CO2-Sequestrierung von über 95 % in weniger als zwei Jahren (Matter et al., 2016), solange die CO2-Konzentration im persolvierten Wasser niedrig ist.

Die Mineralisierung erfolgt so schnell, weil die Auflösung des CO₂ vor oder während der Injektion dafür sorgt, dass die chemischen Reaktionen zwischen dem Wirtsgestein und der injizierten Flüssigkeit unmittelbar nach der Injektion einsetzen. Die hohe Reaktivität und die chemische Zusammensetzung des basaltischen Wirtsgesteins (bis zu 25 Gewichtsprozent Kalzium, Magnesium und Eisen, die sich mit dem injizierten CO₂ zu stabilen Karbonatmineralien verbinden können) spielen eine noch größere Rolle für die Effizienz der dauerhaften Mineralienspeicherung in Basalten.

AIMS³ wird ein langfristiges CCS-Experiment durchführen, bei dem die Schlüsselvariablen in vorprogrammierten Schritten verändert werden. Der Lander am Meeresboden wird flüssiges CO₂ und Meerwasser in verschiedenen Mischungsverhältnissen und mit unterschiedlichen Pumpraten einleiten. Wir planen ein Injektionsloch, aber mindestens zwei stromabwärts gelegene Überwachungslöcher (d.h. in Richtung senkrecht zur Kammachse), in denen wir Flüssigkeiten messen und beproben, die isotopisch gelabelt sind.

Es ist bekannt, dass in Sedimentbecken wie diesen das Meerwasser in einem steten Tempo und über Entfernungen von bis zu 50 Kilometer durch die obere Basaltkruste der Rückenflanke zirkuliert. So lange das Kohlendioxid flüssig und damit schwerer ist als das Meerwasser, würde eine solche unterirdische Zirkulation die Einlagerung und Mineralisierung von Kohlendioxid erleichtern – würde sie doch helfen, das injizierte Kohlendioxid weiträumig im Basaltgestein zu verteilen.

AIMS³ CCS Experiment – wie funktioniert es?

Das CCS Experiment am Reykjanes Rücken ist in mindestens drei Phasen angelegt.

In Phase 1 (Sommer 2022) findet die geophsikalische Vorerkundung mit bathymetrischer Vermessung, sub-bottom profiling und in situ Wärmestrommesssungen statt. Hintergrundprozesse werden mit Landereinsätzen und Schwerelotbeprobung untersucht. Anhand der Daten werden geeignete Bohrlokationen festgelegt.

In Phase 2 (Sommer 2023) findet eine zweite Expedition statt, um mit dem MARUM MeBo70 Bohrgerät (siehe Abbildung) mindestens drei Löcher durch die Decksedimente bis zu einigen 10er Metern in die alterierten Basalte zu bohren. Die Bohrungen werden im oberen Teil verrohrt, um langfristig Zugang zu den Basalten zu haben. Ein Bohrloch wird als später zur CO₂-Injektion genutzt werden, die anderen zum Monitoring der Prozesse in der Kruste.

In Phase 3 (vermutlich ab Sommer 2025) wird ein Meeresboden Lander mit Tanks für flüssiges CO₂ und Meßsensorik neben dem Injektionsbohrloch abgesetzt, und ein Tauchroboter (ROV) schliesst das System an den eigens entwickelten Bohrlochabschluss an, durch den die Injektion stattfindet. Das CCS-Experiment beginnt dann entlang eines vorprogrammierten Ablaufplans, gemäß dem CO₂– Gehalt und Pumprate in verschiedenen Zeitschritten variiert werden. Die anderen Bohrlöcher haben Meßsysteme verbaut (Kopf et al., 2015).

Gegen Projektende von AIMS³ wird eine weitere Expedition die Geräte wieder abbergen und sie gegebenenfalls gegen neue austauschen.