Umwelt

Die Kohlendioxid-Konzentration hat Höchstwerte erreicht und heizt das Klima auf. Um diese Erwärmung einzudämmen, soll jetzt Treibhausgas in unterirdische Depots gesperrt werden. Aber schaffen die »CO2-Kerker« wirklich Abhilfe? Kann man so das Klima retten, oder drohen sogar neue Umweltgefahren?

Ein Wirrwar aus Pumpen, Stangen, Pipelines: Mehr als 200 Meter ragt der stählerne Koloss »Sleipner« aus der aufgewühlten Nordsee. Für den Laien sieht die Gasförderplattform aus wie jede andere Offshore-Bohrinsel. Doch hier, 250 Kilometer vor der norwegischen Küste, wird nicht nur einfach Erdgas gewonnen. Hier findet ein wegweisendes Experiment statt, das zur Lösung eines der größten Umweltprobleme beitragen soll: der Erwärmung der Erde durch das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2).

Dass das Klima unter anderem deshalb aus den Fugen geraten ist, weil der Mensch zu viel CO2 in die Luft bläst, ist unumstritten. Es wird durch die Verbrennung fossiler Energieträger in Kraftwerken, Motoren und Öfen freigesetzt – und beim Fördern von Erdgas. Das natürliche Gas, das die »Sleipner« aus 3000 Meter Tiefe holt, enthält bis zu neun Prozent Kohlendioxid. Und so fallen jeden Tag rund 28000 Tonnen CO2 an. Weil es für die Energieproduktion nutzlos ist, lässt man es normalerweise in die Luft entweichen. Nicht so auf dieser Plattform von Statoil, dem größten Ölkonzern Norwegens: Hier transportiert man das Kohlendioxid wieder dorthin zurück, wo es hergekommen ist: unter die Erde. Folge: null CO2-Emissionen.

Zuständig für diese umweltfreundliche Entsorgung des Klimakillers ist eine kirchturmhohe, 12000 Tonnen schwere Anlage, die auf der Plattform errichtet wurde. Im Inneren des Stahlgiganten wird das Kohlendioxid vom Erdgas getrennt, unter Druck verflüssigt und anschließend durch eine Pipeline in den Untergrund gepumpt: in die »Utsira«-Sandsteinschicht 800 Meter unter dem Meeresboden. Diese poröse Gesteinsformation – mehrere hundert Kilometer lang, rund 150 Kilometer breit und 250 Meter dick – saugt das CO2 wie ein Schwamm auf. Die harte Gesteinsschicht darüber wirkt wie ein Deckel, der das flüssige Kohlendioxid nicht nach oben entweichen lässt.

»Die Methode ist ausgereift«, sagt Bohrinsel-Chef Edvon Ytredal. Und schon wird überlegt, sich gegen Bezahlung auch das in Stahlwerken, Kohle- und Ölkraftwerken anfallende CO2 via Pipelines oder Tanklastwagen anliefern zu lassen, um es unter dem Meeresboden zu entsorgen. Denn der geologische »Utsira«-Speicher könnte rund 600 Gigatonnen (= Milliarden Tonnen) Kohlendi-oxid aufnehmen. Das ist so viel, wie alle europäischen Kohle-, Öl- und Gaskraftwerke in 600 Jahren ausstoßen.

In Fachkreisen heißt die »Sleipner«-Technik der Trennung des Kohlendioxids vom Erdgas »Sequestrierung« (engl. sequestration = Absonderung). Die norwegische Offshore-Plattform ist das Pilotprojekt des »Carbon Sequestration Leadership Forum« (CSLF): In dieser Organisation haben sich 17 Nationen (die USA, Russland, Brasilien, Indien, China und die meisten EU-Staaten) zusammengeschlossen, um die Sequestrierungs-Forschung zu forcieren und neue Lagerstätten für CO2 zu suchen. Die US-Regierung investiert inzwischen jährlich rund 50 Millionen Dollar in entsprechende Studien, und die EU hat den Forschungsetat für diesen Bereich kürzlich von 30 auf 200 Millionen Euro aufgestockt.

Der Kampf gilt einem Gas, das von Natur aus gar kein Umweltzerstörer ist. Im Gegenteil. Die gesamte Natur ist auf den farb- und geruchlosen Luftbestandteil angewiesen. Ohne CO2 gäbe es auf unserem Planeten kein Grün. Denn Pflanzen brauchen dieses Molekül, das aus einem Kohlenstoff-Atom (»C«) und zwei Sauerstoff-Atomen (»O«) besteht, für ihren Stoffwechsel: Durch Photosynthese wandeln sie den Kohlenstoff in neue Zellbausteine um, während sie den Sauerstoff freisetzen. Pflanzen leben überwiegend von den vier Prozent CO2, die im Atem von Mensch und Tier enthalten sind: Beim Verbrennen der Nahrung im Körper entsteht als Abfallprodukt unter anderem Kohlendioxid; es wird vom Blut zur Lunge befördert, damit es ausgeatmet werden kann.

Auch bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird das Gas frei, von dem unsere Umgebungsluft 0,3 Promille enthält. Der im Brennmaterial enthaltene Kohlenstoff verbindet sich mit dem Sauerstoff in der Luft zu Kohlendioxid. So entstehen z. B. bei der Verbrennung von einem Liter Benzin nicht weniger als 2,33 Kilogramm des Treibhausgases. Bei einem Durchschnittsverbrauch von sieben Litern pro 100 Kilometer und 10000 Kilometer Fahrleistung sind das 1,6 Tonnen pro Jahr: Damit stößt ein Auto jährlich mehr Kohlendioxid aus, als es selbst wiegt!

Durch Abgase aus Auspuffanlagen, Fabrikschornsteinen, Kraftwerken und Haushalten werden weltweit jährlich rund 24 Gigatonnen CO2 in die Erdatmosphäre geblasen – zu viel, um von den Pflanzen gebunden werden zu können. Dieses zusätzliche Gas sammelt sich an und bildet in der Atmosphäre eine Schicht. Während normalerweise die Wärmestrahlung der Sonne von der Erde großenteils in den Weltraum reflektiert wird, bleibt sie jetzt an der Kohlendioxid-Schicht hängen und wird auf die Erde zurückgeworfen. Folge: Das Klima heizt sich auf. Das »Intergovernmental Panel on Climate Change« (IPCC), ein renommierter zwischenstaatlicher Experten-Ausschuss, hat errechnet, dass die durchschnittliche Temperatur auf unserem Globus bis zum Ende des Jahrhunderts um 5,8 Grad Celsius steigen wird.

Um die Erwärmung zu stoppen, genügt es nach Ansicht von Fachleuten nicht, nur die CO2-Emissionen zu reduzieren. Denn selbst wenn die Unterzeichner des Kyoto-Protokolls ihren Reduktionsverpflichtungen nachkämen, würde das den Temperaturanstieg gerade mal um ein zehntel Grad abschwächen. Vor diesem Hintergrund könnte die Sequestrierung des Kohlendioxids und die Lagerung in Depots die Atmosphäre enorm entlasten. Zurzeit gehen die 17 CSLF-Staaten davon aus, dass in den kommenden 100 Jahren bis zu 1000 Gigatonnen CO2 in der Erde »eingekerkert« werden können; das wären 42 Prozent der im gleichen Zeitraum vom Menschen produzierten 2400 Gigatonnen Kohlendioxid.

Bis das Gas weltweit in »Schutzhaft« genommen werden kann, sind noch drei Hürden zu überspringen: Die Technologien müssen ausgereift sein, die Verfahren müssen Wirtschaftlichkeit versprechen – und die unterirdischen Kohlendioxid-Depots müssen sicher sein. Denn wer will schon auf einem »CO2-Pulverfass« sitzen?

Das auf der Gasbohrinsel »Sleipner« angewandte Verfahren der Sequestrierung scheint bereits alle drei Hürden genommen zu haben. Die Trennung des Kohlendioxids vom Erdgas verläuft mit der »Absorptionsmethode« bisher problemlos: Die geförderte Gasmenge (Erdgas plus CO2) durchläuft unter hohem Druck die so genannte Amin-Wäsche; wird der Druck wieder gesenkt, absorbiert das Erdgas die Chemikalien, und beide trennen sich vom Kohlendioxid; das CO2 wird abgepumpt und über Pipelines in die Lagerstätte befördert.

Wirtschaftlichkeit verspricht die Sache auch. Die laufenden Kosten für die Sequestrierung und das Abpumpen ins Reservoir sind dadurch gedeckt, dass die Betreiberfirma dem norwegischen Staat jetzt keine »Strafsteuer« mehr für das Freisetzen von Treibhausgasen zahlen muss: »Die Kosten für die Einleitung«, so Statoil-Manager Tore A. Torp, »sind ungefähr genauso hoch wie die Steuer.« Und um die Investitionskosten wieder »reinzuholen«, will die Firma mit Indus-trieunternehmen und Kraftwerken Verträge über die Abnahme von CO2 abschließen.

Die Sicherheit des norwegischen Gasdepots unter dem Meer wurde durch seismische Messungen getestet: Es gibt bisher keinerlei Hinweise auf ein Austreten des Gases aus der Sandsteinschicht. Auch in den nächsten paar hundert Jahren sind laut Torp Lecks unwahrscheinlich. »Aber«, so räumt er ein, »wir können natürlich nicht versprechen, dass es für immer dort unten bleibt.« Seebeben z. B. könnten bewirken, dass CO2 aus dem Gestein »ausperlt«. Deshalb wird die Lagerstätte von Geofonen überwacht: Sensoren, die verdächtige Unterwasser-Geräusche wahrnehmen und an die Sleipner-Crew melden. Im Notfall müsste dann das gelagerte Gas wieder nach oben gepumpt und per Pipeline in einen anderen Speicher geleitet werden.

Während das Abtrennen des schädlichen Kohlendioxids bei der Förderung von Erdgas gelöst scheint, gibt es in Industrie- und Kraftwerken noch einige Probleme. Zwar lässt sich die »Sleipner«-Technologie auch anwenden, um das CO2 aus Verbrennungsabgasen zu holen – aber der Aufwand ist wesentlich größer. Eine andere Methode, bei der fossiler Brennstoff oder Biomasse mit reinem Sauerstoff statt mit Luft verbrannt werden, hat ebenfalls ihre Tücken: Die Absonderung des Kohlendioxids ist sehr kompliziert und sehr energieaufwändig. Nicht gelöst ist bisher auch das Problem der Infrastruktur: Der Transport von CO2 zur Lagerstätte erfordert ein Netz von Pipelines und den Einsatz einer neuen Flotte von Tanklastzügen. Wie das alles Wirklichkeit werden soll, steht noch in den Sternen.

Aber von den Unzulänglichkeiten der Realität lassen sich Erfinder ja zum Glück nicht abschrecken. Einen der verblüffendsten Vorschläge, mit dem CO2 fertig zu werden, hat der Meeresbiologe Victor Smetacek vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven erforscht: die Meere mit Eisensulfat düngen. Dieser Stoff, der durch das Auflösen von Eisen in warmer Schwefelsäure entsteht, regt das Plankton-Wachstum an. Die Einzeller sollen sich rasant vermehren, dabei Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen und das Treibhausgas in der Tiefe des Ozeans versenken, wenn das Plankton abstirbt. Smetacek hat nachgewiesen, dass dieses Verfahren funktioniert; dennoch hält er es für »sinnvoller, die Freisetzung von CO2 zu drosseln, als einen regulierenden Mechanismus der Natur zu beschleunigen«.

Aber schon wittert die Industrie das große Geschäft. »Die Düngung ist eine extrem preiswerte Variante der CO2-Seques-trierung«, sagt Lee Rice, Präsident der Firma GreenSea Venture in Springfield, US-Bundesstaat Illinois. Er hat sich eine spezielle »Dünge-Technik« patentieren lassen. Umweltschützer fürchten jedoch, dass durch diese »Meeres-Begrünung« das sensible marine Ökosystem gestört wird.

Ein anderer Vorschlag kommt vom CSLF: Das Gas soll einfach im Meer versenkt werden. CO2 ließe sich problemlos im Wasser lösen, wenn man es in Pipelines mindestens 950 Meter tief unter die Oberfläche befördert. Nur ein geringer Teil würde in absehbarer Zeit wieder ausperlen und zurück in die Atmosphäre gelangen. Der große Rest, so der norwegische Forscher Helge Drange, bleibe für Hunderte von Jahren im Wasser gespeichert. Allerdings warnt Professor Douglas Wallace vom Institut für Meereskunde an der Universität Kiel: »Das gelöste Gas säuert das Meerwasser an. Dadurch geraten riff- und schalenbildende Meeresbewohner in Gefahr.« Der Grund: In saurem Wasser ist der Gehalt an maritimem Kalziumkarbonat geringer – das brauchen Korallen und Muscheln aber für ihr Wachstum.

Ein amerikanisch-japanisches Forschungsprojekt zielt darauf ab, das Kohlendioxid in Senken des Meeresbodens zu lagern. Unterhalb von 2600 Metern ist der Druck so groß, dass das komprimierte flüssige Gas schwerer als Wasser wird und zu Boden sinkt: Ein stabiler Kohlendioxid-See entsteht. In den nächsten Monaten will das US-Energieministerium den Versuch starten, einige Meilen vor Hawaii 60 Tonnen CO2 ins Meer zu pumpen. Andrew Chadwick vom »British Geological Survey«, einer geologischen Forschungsgesellschaft, schätzt auch dieses Verfahren als »wahrscheinlich schädlich für die Meeresorganismen« ein. Außerdem sei das Risiko zu groß: »Es ist fraglich, ob so ein CO2-See längere Zeit stabil ist. Denn wir wissen sehr wenig über die Strömungen in der Tiefe der Ozeane.« Diese Gefahr sieht auch Helmut Kaschenk vom Umweltbundesamt: »Es ist ungewiss, wie sicher und wie lange das Gas im Ozean eingeschlossen bleibt. Wer-den große Mengen auf einmal frei, bedeutet das eine unvorstellbare Katastrophe.«

Was dann passieren kann, zeigte ein schweres Unglück in Kamerun. Im See des Vulkans Nios hatte sich auf natürliche Weise eine riesige CO2-Blase gebildet, die in der Nacht des 21. August 1986 plötzlich platzte. Der Kohlendioxidgehalt der Luft in der Umgebung stieg dadurch rasant an – ab zehn Prozent führt er zum Tod durch Atemstillstand. 1700 Menschen starben.

Wegen der unkalkulierbaren Risiken hält Chadwick alle Methoden, das Kohlendioxid im offenen Meer zu entsorgen, für problematisch. Als geeignet erscheint ihm bisher nur die Technologie auf der norwegischen Bohrinsel »Sleipner« – die Lagerung in geeigneten Gesteinsschichten: »Dieses Verfahren ist sicher und technisch praktikabel. Wir wissen, dass natürliche Ansammlungen von CO2 für Millionen von Jahren im Untergrund eingeschlossen waren. Wenn die Lagerstätten sorgfältig ausgewählt werden, sollte das CO2 für unbegrenzte Zeit dort bleiben.«

Jahrmillionen haben auch die unterirdischen Erdgas- und Erdölfelder dicht gehalten – sie eignen sich nach Ansicht der meisten Fachleute quasi »von Natur aus« als Kohlendioxid-Depots. Dabei kommen nicht nur bereits komplett ausgebeutete Lagerstätten in Frage – sondern auch solche, die noch »aktiv« sind. Mit einem angenehmen Nebeneffekt: Füllt man beispielsweise ein noch halb volles Erdgasfeld nach und nach mit CO2 auf, entsteht Druck, der das Erdgas austreibt – das erleichtert die Förderung und erhöht den Ertrag. Das IPCC veranschlagt die weltweite Kapazität unterirdischer Lagerstätten auf rund 400 Gigatonnen Kohlendioxid; in Deutschland könnte man nach Schätzungen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) 2,5 Gigatonnen CO2 unter der Erde »begraben«. Sowohl die Speicherdauer als auch die Sicherheit werden allgemein als hoch eingestuft. Die Internationale Energieagentur (IEA) hat in Kanada ein vierjähriges Pilotprojekt zur Sequestrierung von Kohlendi-oxid mit anschließender Lagerung in einem Ölfeld durchgeführt. Das Ergebnis ist ermutigend: Die Lagerstätte ist dicht geblieben.

Ob sich auch stillgelegte Kohlebergwerke als CO2-Depots eignen, soll »Recopol« beantworten – ein gemeinsames Forschungsprojekt mehrerer EU-Staaten.

Geplant ist, im polnischen Kattowitz mehr als 40 Tonnen Kohlendioxid etwa 1200 Meter tief in die Stollen zu pressen. Dort soll sich das flüssige Gas in den Poren einer Steinkohleschicht festsetzen. Erweist sich die Methode als sicher, kann man sie nach Ansicht der Experten europaweit einsetzen: Denn »die Vorkommen hier sind typisch für andere Kohlereviere in den Niederlanden, Deutschland oder Frankreich«, sagt Recopol-Projektleiter Henk Pagnier.

Das Aufsehen, das die CO2-Sequestrierung hervorrief, hat ein Heer von klugen Köpfen zu fantastischen Ideen animiert, wie man sonst noch mit dem Kohlendioxid fertig werden kann. Zum Beispiel ist es jetzt niederländischen Wissenschaftlern an der Technischen Universität Eindhoven gelungen, flüssiges CO2 in der Herstellung des Kunststoffs Polymethylmethacrylat (PMMA) zu verwenden: Damit eröffnet sich eine neue Dimension umweltfreundlicher Chemie. US-Forscher vom Oak Ridge Laboratory im Bundesstaat Tennessee haben Katalysatoren aus kleinen Cadmium-Nanokristallen entwickelt, die sie auf das Treibhausgas loslassen: Die Winzlinge regen CO2-Moleküle zu chemischen Reaktionen an – die Endprodukte können Zucker, Treibstoffe oder Kunststoffe sein. Andere Katalysatoren, an den Wänden von Fabrikschloten angebracht, »fressen« Kohlendioxid.

Alle bisher geschilderten Verfahren der Sequestrierung verhindern das Entweichen von menschengemachtem Kohlendioxid in die Atmosphäre. Man kann diese Technologie aber auch einsetzen, um bereits vorhandenes CO2 aus der Luft zu »fischen«. Unter dem Namen »CO2SINK« hat das GeoForschungszentrum Potsdam (GFZ) ein entsprechendes Projekt gestartet. Unter der Leitung von Professor Günter Borm wird in Ketzin, 20 Kilometer westlich von Berlin, Kohlendioxid in die Poren einer Schilfsandsteinschicht in 730 Meter Tiefe gepumpt. Das eingespeiste CO2 stammt aber nicht aus konventionellen Kraftwerken, sondern aus einem Biomasse-Kraftwerk. Dieses hat schon im »Normalbetrieb« eine ausgeglichene CO2-Bilanz, weil es nur so viel Kohlendioxid ausstößt, wie die Pflanzen zuvor aufgenommen haben. Leitet man die Abgase auch noch unter die Erde, dann wird der Luft CO2 entzogen – und die Umwelt entlastet.

So ermutigend die bisherigen Versuche auch sein mögen: Experten mahnen, darüber nicht das Energiesparen und die Entwicklung umweltfreundlicher Energien zu vernachlässigen. Wir sollten die unterirdische Lagerung des CO2 nur als Durchgangsstadium betrachten: »Das Verfahren soll den effizienten Umgang mit Energie ergänzen, nicht ersetzen«, sagt Prof. Borm. »In vielleicht 100 Jahren, wenn das Energiesystem auf Wasserstoff umgestellt ist, brauchen wir die Deponien ohnehin nicht mehr.«