🌊 Von Jahrtausenden auf wenige Stunden: Sie beschleunigen einen Prozess zur Kohlenstoffbindung

Ein israelisches Labor eröffnet einen neuen Weg für die Kohlenstoffspeicherung, indem es die jahrtausendealte Wirkung von Gestein und Wasser nutzt. Dieser Ansatz, inspiriert von einem fundamentalen geologischen Kreislauf, könnte Schwerindustrien ein ergänzendes Werkzeug zur Minderung ihrer Umweltauswirkungen bieten. Er beruht nicht auf komplexen chemischen Verbindungen, sondern auf der Beschleunigung einer natürlichen Reaktion zwischen Industriegasen, Meerwasser und häufigen Mineralien.

Die gemeinsam von der Hebräischen Universität Jerusalem und der Open University of Israel durchgeführte Forschung geht ein zentrales Problem an: Wie kann ein terrestrischer Prozess zur Kohlenstoffregulierung signifikant verbessert werden, um der aktuellen Klima-Notlage gerecht zu werden? Indem sie dieses langsame Phänomen in ein kontrolliertes Laborsystem übertrugen, konnten die Wissenschaftler dessen Mechanismen sezieren und die Schlüsselparameter identifizieren, um dessen Geschwindigkeit radikal zu erhöhen.

Mechanik eines beschleunigten natürlichen Prozesses

Die Verwitterung von Karbonaten ist ein globaler Klimaregulator. Das in der Atmosphäre vorhandene Kohlendioxid löst sich in Niederschlägen und bildet eine schwache Säure. Dieses leicht saure Wasser fließt dann über Gesteinsformationen wie Kalkstein und löst allmählich das Calciumcarbonat auf. Die Reaktion produziert Bicarbonat-Ionen, eine gelöste Form von Kohlenstoff, die von Flüssen zum Ozean transportiert und dort langfristig gespeichert wird.

Dieser geochemische Kreislauf, obwohl fundamental, arbeitet auf Zeitskalen, die mit dem Tempo der anthropogenen Emissionen nicht vereinbar sind. Um ihn von mehreren Jahrtausenden auf wenige Stunden zu komprimieren, entwarfen die Forscher einen transparenten experimentellen Reaktor. Darin zirkulieren kontinuierlich Meerwasser und CO₂ durch ein Bett aus zerkleinertem Gestein und schaffen die natürlichen Bedingungen künstlich nach und intensivieren sie.

Die in der Zeitschrift Environmental Science & Technology veröffentlichte Studie erläutert, wie die präzise Kontrolle der physikalisch-chemischen Parameter die Reaktion optimiert. Die Effizienz hängt unter anderem vom Verhältnis zwischen Gas und Meerwasser ab. Eine moderate Rezirkulation des CO₂ verbessert dessen Einbindung, während ein zu aggressiver Fluss den Prozess beeinträchtigen kann. Auch die Korngröße des Gesteins beeinflusst das Ergebnis.

Perspektiven für eine industrielle Anwendung

Das System hat seine Fähigkeit demonstriert, etwa 20 % des injizierten CO₂ in gelösten anorganischen Kohlenstoff umzuwandeln. Diese Marge weist auf ein erhebliches Optimierungspotenzial durch Verfahrenstechnik hin. Dolomit erwies sich als ein besonders interessantes Material, da es die Bildung sekundärer Niederschläge zu vermeiden scheint, die Kohlenstoff wieder freisetzen könnten, und so einen stabileren Sequestrierungspfad bietet.

Kraftwerke, insbesondere solche, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, stellen ein offensichtliches Anwendungsziel dar. Die Integration von nach diesem Prinzip inspirierten Reaktoren nachgeschaltet zu den Schornsteinen könnte es ermöglichen, einen Teil der Rauchgase zu behandeln. Das Verfahren würde Meerwasser und reichlich vorhandene Gesteine nutzen, Ressourcen, die für viele Küstenanlagen zugänglich sind.

Andere stark emittierende Sektoren wie die Zement- oder Stahlproduktion könnten diese Technologie ebenfalls anpassen. Sie bietet eine Alternative oder Ergänzung zu energieintensiveren Abscheidemethoden. Die Autoren betonen, dass dieser Ansatz darauf abzielt, von der Natur inspirierte Lösungen in die bestehende Industriestruktur zu integrieren und so einen pragmatischen Weg zur Emissionsreduktion aufzeigt.

Um weiterzugehen: Wie wird Kohlenstoff im Ozean gespeichert?

Der Ozean wirkt wie ein riesiger Kohlendioxidschwamm. An seiner Oberfläche löst sich das in der Luft vorhandene CO₂ direkt im Wasser, ein Austausch, der durch die Bewegung von Wellen und Winden erleichtert wird. Einmal im Meerwasser angelangt, wandelt sich ein Teil dieses Gases in Kohlensäure um, die sich dann in Bicarbonat- und Carbonat-Ionen aufspaltet. Diese Gesamtheit bildet das, was Wissenschaftler als gelösten anorganischen Kohlenstoff bezeichnen, die erste Form der Ozeanspeicherung.

Die Zirkulation der Wassermassen spielt dann eine wesentliche Transportrolle. Die mit gelöstem Kohlenstoff angereicherten Oberflächengewässer kühlen sich in der Nähe der Pole ab, werden dichter und sinken in die Tiefe. Dieses Phänomen transportiert den Kohlenstoff in die tieferen Ozeanschichten, wo er Jahrhunderte lang von der Atmosphäre isoliert bleiben kann. Es handelt sich um einen langsamen, aber sehr umfangreichen Sequestrierungsprozess.

Parallel dazu betreibt das marine Leben eine "biologische Pumpe". Phytoplankton, winzige Algen, nimmt das gelöste CO₂ auf, um nahe der Oberfläche seine Photosynthese durchzuführen. Wenn sie sterben, sedimentiert ein Teil dieser Organismen und der Abfallstoffe der sie konsumierenden Tiere zum Meeresboden. Ein Bruchteil dieses organischen Kohlenstoffs wird so in den Sedimenten vergraben und bildet eine sehr langfristige Speicherung über Tausende von Jahren.