Überwachung von CO2-Quellen am Meeresboden

Die Spe­icherung von Kohlen­diox­id im Meeres­bo­den gehört zu jenen Maß­nah­men, die der Weltk­li­marat IPCC zur Begren­zung des Kli­mawan­dels disku­tiert. Doch bis­lang gibt es keine bewährten Meth­o­d­en, um mögliche CO2-Leck­a­gen unter Wass­er auf großen Meeres­bo­den­flächen zu überwachen. Mit Hil­fe natür­lich­er Gasquellen vor Ital­ien haben Forscherin­nen und Forsch­er des Geo­mar Helmholtz-Zen­trums für Ozean­forschung Kiel nun Mod­elle entwick­elt, die bei der Pla­nung eines Leck­age-Mon­i­tor­ings helfen kön­nten. Die Studie erscheint heute in der inter­na­tionalen Fachzeitschrift Envi­ron­men­tal Sci­ence & Technology.

Mit der Ver­ringerung von Treib­haus­gase­mis­sio­nen alleine sind die Ziele des Kli­maschutz­abkom­mens von Paris mit­tler­weile kaum noch zu erre­ichen. Deshalb disku­tiert der Weltk­li­marat IPCC zusät­zliche Maß­nah­men, um die Konzen­tra­tion von Treib­haus­gasen in der Atmo­sphäre zu ver­ringern. Kohlen­diox­id, das bei der Ver­bren­nung fos­siler Energi­eträger entste­ht, kön­nte zum Beispiel einge­fan­gen oder direkt aus der Atmo­sphäre ent­fer­nt wer­den und anschließend in geol­o­gis­chen Lager­stät­ten gespe­ichert wer­den. Der nor­wegis­che Konz­ern Equinor (ehe­mals Sta­toil) betreibt schon seit 1996 eine der­ar­tige Anlage zur Abschei­dung und Spe­icherung von Kohlen­diox­id. Sie injiziert jährlich etwa eine Mega­tonne CO2 in eine wasser­führende Sand­stein-Schicht unter­halb der Nord­see. Allerd­ings wer­den noch immer zuver­läs­sige Möglichkeit­en disku­tiert, das Aus­treten des Treib­haus­gas­es aus solchen unter­meerischen Spe­ich­ern effek­tiv zu überwachen.

In diesem Zusam­men­hang haben Forscherin­nen und Forsch­er des Geo­mar Helmholtz-Zen­trums für Ozean­forschung Kiel natür­liche vulka­nis­che Quellen von Kohlen­diox­id vor der Küste Ital­iens unter­sucht. Mit den Erken­nt­nis­sen aus diesen Unter­suchun­gen haben sie Mod­elle entwick­elt, die zur Sicher­heit­süberwachung zukün­ftiger sub­mariner CO2-Lager­stät­ten angewen­det wer­den kön­nen. Die entsprechende Studie erscheint heute in der inter­na­tionalen Fachzeitschrift Envi­ron­men­tal Sci­ence & Tech­nol­o­gy der Amer­i­can Chem­i­cal Soci­ety (ACS).

Die Spe­icherung von Kohlen­diox­id in Gesteinss­chicht­en unter­halb des Meeres­bo­dens stellt im Ver­gle­ich zur Spe­icherung an Land ein gerin­geres Risiko für den Men­schen dar. Sollte Gas aus dem Meeres­bo­den aus­treten, löst es sich im Meer­wass­er auf. Allerd­ings kann es dort den pH-Wert senken und das lokale marine Ökosys­tem schädi­gen. „Derzeit gibt es keine etablierte Meth­ode, um solche Kohlen­diox­i­dleck­a­gen zu lokalisieren und die Gesamt­menge des aus­tre­tenden Gas­es zu bes­tim­men, wenn sich die Aus­trittsstellen über ein mehrere hun­dert Quadrat­meter großes Gebi­et des Meeres­bo­dens erstreck­en“, sagt Dr. Jonas Gros vom Geo­mar , Erstau­tor der neuen Studie. Er und seine Kol­legin­nen und Kol­le­gen unter­sucht­en daher Verän­derun­gen des pH-Wertes in der Umge­bung von natür­lichen Kohlen­diox­i­daus­trit­ten in der Nähe von Panarea, ein­er kleinen Insel vor der Küste Nordsiziliens.

Bei Tauchein­sätzen und mit Hil­fe schiffs­basiert­er Instru­mente sam­melten sie Gas- und Wasser­proben nahe der Aus­trittstellen. Das Team nutzte diese Dat­en, um ein von ihm entwick­eltes Com­put­er­mod­ell zu testen, das pH-Änderun­gen im Meer­wass­er infolge von Kohlen­diox­i­daus­tritt vorher­sagen soll. Diese Sim­u­la­tion ergab, dass über 79 Prozent des Kohlen­diox­ids schon in einem Abstand von vier Metern zum Meeres­bo­den gelöst sind.

Das Team fand auch her­aus, dass das Mod­ell ein Muster der pH-Vari­a­tion in den Gewässern um die Gasquellen vorher­sagen kon­nte, das mit den gemesse­nen Sen­sor-Dat­en ver­gle­ich­bar war. „Damit kann das neue Mod­ell als Leit­faden für Strate­gien zur rou­tinemäßi­gen Überwachung von CO2-Spe­ich­ern im Meeres­bo­den und zur Abschätzung der Auswirkun­gen von Kohlen­diox­ide­mis­sio­nen in die lokale Meere­sumwelt dienen“, betont Dr. Gros.