Gastbeitrag: Dr. Johannes Peter Gerling – Mögliche Speicherorte aus geowissenschaftlicher Sicht

Eingangs möchte ich klarstellen, dass die geologische CO2-Speicherung im marinen Bereich aus geowissenschaftlicher Sicht nicht anders zu bewerten ist als eine Speicherung im Kontinentalbereich. Konkret sind beispielsweise die geologischen Verhältnisse im deutschen Nordseesektor unmittelbar vergleichbar mit denen im angrenzenden Bereich des Norddeutschen Flachlandes – beide Regionen gehören regionalgeologisch zum Norddeutschen Becken.

Hinsichtlich der Akzeptanz kann es in der Tat eine Rolle spielen, dass oberhalb möglicher Speicherstandorte im marinen Bereich keine Menschen leben – daher die persönliche Betroffenheit weniger akut ist. Das darf jedoch kein Anlass sein, weniger Sorgfalt beim Einrichten, während des Betriebs und in der Nachbetriebsphase walten zu lassen. Das gilt sowohl für den Betreiber wie auch für die zuständige staatliche Aufsicht.

Grundsätzlich kommen nach Auffassung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe für den Standort Deutschland insbesondere erschöpfte oder nahezu erschöpfte Erdgasfelder sowie tiefliegende, salinare Aquifere (Gesteinsschichten mit hochsalinen Formationswässern im Porenraum) als potenzielle CO2-Speicher in Betracht.

Das Speicherpotenzial von Erdgasfeldern im Onshore-Bereich haben wir aus der bisherigen Produktion und den verbliebenen Reserven recht genau mit 2,75 Milliarden Tonnen CO2 errechnen können.

Das Speicherpotenzial der salinaren Aquifere haben wir im Jahr 2005 pauschal für die gesamte Republik mit 20 +/- 8 Mrd. t CO2 abgeschätzt. In einer Publikation aus dem Jahr 2010 haben wir nur Antiklinalstrukturen (Fangstrukturen) in den drei Regionen „Norddeutsches Becken“, „Oberrheingraben“ und „Alpenvorland-Molasse“ betrachtet. Aus diesem Ansatz – es wurden dabei aber nur etwa 75 Prozent dieser drei Sedimentbecken erfasst – resultierte eine Speicherkapazität dieser Strukturen von 6,3 bis 12,8 Milliarden Tonnen CO2. Hiervon fallen etwa ein Drittel (1,9 – 4,5 Milliarden Tonnen) in den deutschen Nordseesektor.

In der weiteren (britischen, dänischen und norwegischen) Nordsee und in der norwegischen See bietet sich darüber hinaus insbesondere mit den norwegischen und britischen Erdöl- und Erdgasfeldern sowie verschiedenen salinaren Aquiferen ein ungleich größeres Speicherpotenzial an.

Grundsätzlich gehe ich für jeden Speicher bzw. Standort davon aus, dass nur solche Vorhaben von der Industrie realisiert respektive von der zuständigen Behörde genehmigt werden, bei denen es überhaupt keinen Zweifel an der Langzeitsicherheit gibt. Im Offshore-Bereich erwarte ich – mit Blick auf die jahrzehntelange Erfahrungen aus der Erdgasförderung und dem Erdgastransport – keine zusätzlichen Risiken beim Transport. Auch gibt es für diesen Raum adäquate Monitoringverfahren, die beispielsweise bei der CO2-Speicherung im Bereich des norwegischen Erdgasfeldes Sleipner bereits seit etwa 15 Jahren eingesetzt werden.

Entsprechend aktueller betriebswirtschaftlicher Studien gehen wir für Onshore-Bereiche von Kosten in Höhe von etwa 4 Euro pro Tonne für den Transport und von etwa 3 Euro pro Tonne für die Speicherung aus. Für den Offshore-Bereich werden die Kosten durch den vermutlich erheblichen Mehraufwand für größere Transportentfernungen, Plattformen für die Injektionsstandorte sowie Monitoringmaßnahmen vermutlich signifikant höher sein.

Völkerrechtlich gesehen ist die Einspeicherung von CO2 in Wasserkörpern nicht gestattet. Die dauerhafte Speicherung von CO2 im marinen Untergrund ist hingegen durch die OSPAR- und London-Konventionen geregelt und gestattet.

Dr. Johannes Peter Gerling ist Leiter des Fachbereichs B 3.3 (Nutzung des Untergrundes, Geologische CO2-Speicherung) bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe.

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7 Responses to Gastbeitrag: Dr. Johannes Peter Gerling – Mögliche Speicherorte aus geowissenschaftlicher Sicht

  1. Kommentar: zu CCS, carbon (dioxide) capture and storage.

    Herbert Barthel,
    Bund Naturschutz in Bayern.

    Primäre Anstrengung im Klimaschutz muss es sein, Energien in den Bereichen Strom, Wärme und Verkehr zu sparen.

    Ein weiteres primäres Ziel muss es sein, Erneuerbare Energien zu fördern, auszubauen und zu nutzen, und so weitgehend Abfall- und Emmissions-freie Energien lokal herzustellen und zur Verfügung zu stellen.

    In Folge muss sich Forschungs- und Innovationsförderung ganz konkret auf o.g. Aufgaben konzentieren: Energiesparen und Erneuerbare Energien ausbauen !

    Zur aktuellen Diskussion CCS, also CO2-Abscheidung mit anschließender Verpressung in unterirdische Kaverne ist massiv Skepsis angebracht – hier sind große Risiken zu sehen.

    1) Konzeptionell kann CCS eine Innovationsbremse sein, da sie gesellschaftliche Ressourcen fehlleitet und versucht, konventionelle fossile Energien zu promoten – mit der tristen Aussicht, dass diese endlich sind.

    2) Der geologische Untergrund unter Festland oder Meer ist nirgends dicht, sondern von Rissen und Klüften durchzogen, die typischerweise mit Wasser gefüllt sind. Wasser ist jedoch keine Sperre für CO2, denn CO2 löst sich gut in Wasser, v.a. bei hohem Druck. CO2 wird also im Konzentrationsgradienten gemäß Diffusionsgesetzen längs den Wasseradern wandern und dort ausgasen, wo der CO2-Druck gering ist, also an der Oberfläche, zur Atmosphäre.

    3) Im besten Fall reagiert CO2 chemisch, nach bekannten Reaktionen, mit den Gesteinen und Mineralien des Untergrundes: Bildung von Carbonaten, etc.
    Chemische Umwandlungen von Mineralien sind typischerweise mit Volumenenänderungen verbunden: Schrumpf oder Ausdehnung, die Zug- oder Druckspannungen erzeugen. Was dies bedeutet für Reaktionen im großen Stil, wissen wir heute nicht. Abbau von geologischen Spannungen aus tektonischen Bewegungen oder Vulkanismus nennen wir Erdbeben. Zu was CCS führen könnte, müssten man zunächst mal eruieren.

    4) CO2, Kohlendioxid ist zunächst nicht giftig oder schädlich für den menschlichen Organismus, bei natürlichem Partialdruck (ca. 0,03Vol%). Da unsere Atmung auf CO2-Entstehung basiert, also unser Körper CO2-durchflutet ist, haben wir auch keinen Sinn, der CO2 wahrnimmt – das würde ja stören. Die Atmung unserer Mitrochondrien ist jedoch auf ein CO2-Gefälle angewiesen. Oberhalb 5Vol% CO2 (am Ende der Atmungskette, also in der Atemluft) kommt die Aktivität der Mitrochondrien zum Erliegen, wir ersticken und sterben.
    4a) Unfälle mit CO2-Erstickungen sind bekannt aus Süddeutschland der 1960-1970er Jahren, als Silo-Türme für Gras in der Landwirtschaft gebaut wurden. Die Gärung erzeugt CO2, dieses ist schwerer als Luft, verbleibt als „See“ im Silo – es gab viele Tote unter Bauern, die hinabstiegen, und dort erstickten.
    4b) Es gab vor ca. 15 Jahren in Westafrika ein Naturunglück mit ca. 2500 Toten. Bauern siedelten im Inneren eines ehemaligen Vulkankraters. Bei einem vulkanischen Ausstoß von CO2 erstickten die Bauern in dem CO2-„See“ in diesem Krater !

    5) Fazit: Technisches CCS in unterirdischen Kavernen ist (i) möglicherweise konzeptionell falsch, (ii) beruht möglicherweise auf einem naturwissenschaftlichen Denkfehler – CO2 kann längs Wasseradern an die Oberfläche zurückdiffundieren, (iii) ist möglicherweise gefährlich, durch Ausgasungen in von Menschen genutzte Keller oder Tunnel.

    6) Die Natur bietet exzellente und effektive Systeme zur Sequestetierung von CO2, in Folge von Assimilation des CO2 durch die grünen Pflanzen, und anschließend deutlich zeitlich verzögerte Verrottung und Dissimilation: (i) Humusstoffe im Boden (mehrere 10 bis 100 Jahre), (ii) Urwälder (mehrere 100 Jahre), (iii) Moore (mehrere 1000 Jahre).
    zu (i) Das Pflügen in der Landwirtschaft, und damit Oxidation an der Luft der C-haltigen Huminstoffe im Boden zu CO2, macht diversen Schätzungen zu Folge ca. 20% der anthropogenen CO2-Emissionen aus.
    zu (ii) alte Urwälder haben neueren forstökologischen Studien zu Folge eine exzellente Speicherkapazität für Kohlenstoff/CO2.
    zu (iii) Schutz resp. Ausbau von Mooren muss ein mächtiger Eckpfeiler des Klimaschutzes sein. Der Einsatz von Torf im Gartenbau oder zu Heizzwecken wäre zu verbieten, ebenso das Trockenlegen von Mooren, das zur Oxidation der Huminstoffe führt.

    Herbert Barthel

    • Manfred Treber sagt:

      @ Dr. Herbert Barthel

      Um ein Missverständnis auszuräumen:
      Die geologische CO2-Speicherung geschieht nicht in unterirdischen Kavernen mit riesigen Gasblasen (wie man aus Punkt 5) Ihres Beitrags schließen könnte), sondern in den Poren des in mehr als 800 m Tiefe befindlichen Speicher-Gesteins (man stelle sich Sandstein vor, den wir fast alle vor Augen haben, der ist ja auch porös).

    • Alexander Boehringer sagt:

      Klimaschutz bedeutet die vom Mensch verursachten Veränderungen der Atmosphäre und damit die Auswirkungen auf unsere Zivilisation und die Natur so gering wie möglich zu halten. Ein Temparaturanstieg der Atmosphäre ist zu begrenzen, 2 Grad ist das vom Konsens der Wissenschaft definierte Maximum eines tolerierbaren Temperaturanstiegs und jetzt auch das generell politisch avisierte Ziel.

      2 Grad bedeutet aber nach dem Bericht des Weltklimarates nur eine 50 % Wahrscheinlichkeit gravierende Schäden abzuwenden, eine Wahrscheinlichkeit in Höhe eines Münzwurfs. Will man auf die sichere Seite, sollte der Temeperaturanstieg darunter bleiben. In dem komplexen System Klima haben wir nur wenige Stellschrauben; eines ist der CO2-Gehalt der Atmosphäre, der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe in den letzten rund 150 Jahren deutlich angestiegen ist und jetzt zur Erwärmung führt. Dass sich ein CO2-Gehalt in Erwärmung umsetzt, können wir qualitativ sagen, aber nicht hinreichend genau quantifizieren. Die Höhe künftig noch zu tolerierender CO2-Emissionen sind daher ein bewegliches Ziel, die Forschung ist noch im Fluss.

      Ich stimme Dr. Barthel zu, dass sich Anstrengungen zu Energiesparen (Effizienz) und dem Einsatz Erneuerbarer Energien aus eine Reihe von Gründen lohnen, und diese in dem Mittelpunkt des Handelns gehören – im Klimaschutz als Instrumente, nicht als Ziel. Ziel ist ein Anderes. Ob diese Instrumente aber ausreichen, wissen wir heute noch nicht. Es gibt Szenarien, die dies nahelegen. Aber, ob diese Szenarien Realpolitik werden, wissen wir ebenso wenig wie die Akzeptanz ihrer Umsetzung. Windkraft stösst in manchen Regionen an ihre Grenzen der Akzeptanz (und weicht auf See aus), die Geothermie kann Probleme bekommen. Und – bewegliches Ziel – wir wissen noch nicht, welche zusätzlichen Anforderungen der Klimawandel noch stellen wird. Dies bringt mich zu der Überzeugung, dass wir ein weiteres Instrument im Klimaschutz wie CCS zumindest einmal auf seine Tauglichkeit testen sollten. In vielen Bereichen entlang der Kette Abscheidung-Transport-Speicherung haben wir mehr Fragen als Antworten.

      Mit mehr Fragen als Antworten in der Tasche ist es nicht leicht, eine Technik so zu erklären, dass Menschen mit ihr leben wollen. Es bestehen Risiken, ja, wie bei jeder Technik. Grosse Wasserspeicher, Kern jedes Szenarios einer Versorgung mit Erneuerbaren Energien, haben Risiken. Wer erinnert sich noch an Longarone, jenes Städtchen in Norditalien, das in der Nacht zu einem Donnerstag im Oktober 1963 von einer Flutwelle weggespült wurde, in der über 1.900 Menschen starben ? Ein halber Berg war in den oberhalb gelegenen Vajont-Stausee gerutscht, und hatte diese Flutwelle erzeugt. Spielt dies eine Rolle in der Debatte um Erneuerbare Energien? In der Debatte um die CO2-Speicherung, auch hier, lesen wir oft den Verweis auf die Katastrophe am Nyos-See. Eine vergleichbare Situation kann es hier bei der CO2-Speicherung nicht geben, aber zum Angstmachen ist es allemal gut.

      Die Natur bietet exzellente Systeme, die Gase und Flüssigkeiten im Untergrund zurückhalten, sonst hätten wir kein Erdöl, kein Erdgas, und auch keine natürlichen CO2-Lagerstätten. Die Frage ist, finden wir sie, und auch, wie viele gibt es davon. Es ist auch beileibe nicht so, dass jede Gesteinsschicht von Rissen und Klüften durchzogen ist, in denen Wasser zirkuliert. Wäre dies so, gäbe es kein Trinkwasser im Untergrund, denn das salzhaltige Tiefenwasser könnte ungehindert die Süsswasserhorizonte erreichen und versalzen.

      Vielleicht bleiben nur wenige Standorte übrig, die sich zur CO2-Speichérung eignen, und würden diese Technik als Klimaschutzmassnahme begrenzen, das wissen wir nicht. Dazu wäre viel geologische Erkundungsarbeit erforderlich. Wenn aber bereits diese nicht möglich ist, legen wir ohne Not ein Klimaschutzinstrument aus der Hand, von dem wir nicht wissen, ob wir es eines Tages benötigen.

  2. Klaus Küster sagt:

    Sehr geehrter Herr Gerling,

    zu ihrem CCS-Beitrag habe ich folgende konkrete Fragen:

    Einerseits zu den berechneten CO2 Speicherpotential in Deutschland:

    (1) Berücksichtigen Sie bei dem von Ihnen genannten Speicherpotential bestimmte Grenzwerte für geomechanische Überdrücke?

    (2) Berücksichtigen Sie Einschränkungen auf Grund von hydrogeologischen Gegebenheiten?

    (3) Wie sieht es mit der Heterogenität der untersuchten Speichern aus? Sind sie sicher, dass sich die Speicher vollständig fluten lassen?

    (4) Reduzieren sich die Speicherpotentiale, wenn ich zwei benachbarte Speicher nutze, in Folge der Druckausbreitung?

    (5) Ist die Stabilität des Deckgebirges und die Dichtigkeit der Deckschicht berücksichtigt?

    Fragen zum Monitoring:

    (6) Was meinen Sie, wenn sie von adäquaten Monitoringverfahren reden? Welche Nachweisgrenzen haben die Verfahren?

    (7) Wie erkenne ich Leckagen von wenigen Tonnen CO2 frühzeitig?

    (8) Mit welcher Genauigkeit kann ich denn Aussagen über die Speicherstätten treffen, wieviel CO2 sich wo im Untergrund befinden?

    Und dann zu den Sicherheitsaspekten, insbesondere der Langzeitsicherheit:

    (9) Sie sprechen davon, dass nur Speicher genehmigt werden, bei denen „überhaupt kein Zweifel an der Langzeitsicherheit“ bestehen. Wie meinen sie dass?

    (10) Wie stellen Sie über hunderte von Jahren sicher, dass es zu keinerlei Leckagen kommt? Ich meine hier nicht die 3D-Erdmodelle, denn die sich ja immer nur ein idealisiertes Abbild der Wirklichkeit.

    (11) Wie lassen sich Leckagen in Folge von geologischen Störzonen überhaupt abdichten?

    Ich bin gespannt auf Ihre Antwort.

    Klaus Küster

  3. Uwe sagt:

    Bei beiden Diskussionsrunden zeigt sich:
    Germanwatch lässt vor allem CCS-Befürworter(innen) zu Wort kommen. In den Kommentaren werden mit vielen Argumenten dagegen hauptsächlich kritische Stimmen geäußert. Die Reaktion von Germanwatch / Manfred Treber beschränkt sich auf Kritik an einzelnen Worten (z.B. „buddeln“, „Geisterdebatte“, „Kavernen“) und ein bedingungslose Gläubigkeit gegenüber Bundesregierung und Konzernen (z.B. Sicherheit).
    Bleiben nur noch die Fragen:
    Warum betätigt sich Germanwatch als Lobbyorganisation für die Kraftwerkskonzerne? Könnte es daran liegen, dass Germanwatch zu sehr in der Lobbyarbeit drin steckt, somit den Kontakt zu sozialen / ökologischen Bewegungen verloren hat und dadurch geprägt wird? Dies würde zu einigen anderen Veröffentlichungen und Diskussionen passen, an die ich mich noch erinnern kann. So war Germanwatch stolz auf seine Lobbyarbeit. Außerdem einige Punkte aus früheren Ausgaben der Germanwatch-Zeitung Weitblick:
    http://www.germanwatch.org/pubzeit/z33dial.htm:
    „Schnittmenge zwischen den Interessen des Unternehmens und unseren politischen Zielen“
    http://www.germanwatch.org/pubzeit/z52kyoto.htm wurde von einem Vertreter des Gerling-Konzerns geschrieben:
    „Hier ist die Politik gefordert, die Akzeptanz der im Kyoto-Protokoll niedergelegten marktwirtschaftlichen Instrumente zu erhöhen“
    http://www.germanwatch.org/pubzeit/z52brief.htm:
    „Die Schweizer Vermögensverwaltung SAM stellt mit dem USamerikanischen Unternehmen Dow Jones die Auswahl der im Dow Jones Sustainability Index (DJSI) gelisteten Unternehmen zusammen.“ „Germanwatch wendet sich auch an SAM und wird die Wichtigkeit des Indizes unterstreichen sowie den Dialog mit den Analysten suchen.“
    http://www.germanwatch.org/pubzeit/z31kurz.htm#Entwicklung:
    „Steigende Mitgliederzahlen im Forum nachhaltige Geldanlage (vgl. Interview mit Walter Kahlenborn) und das Engagement von BMW, Preussag, Siemens und Versicherungsgesellschaften wie Allianz oder Gerling im deutschen Wirtschaftsforum für nachhaltige Entwicklung zeigen, dass dieses Thema von der Wirtschaft und der Industrie immer ernster genommen wird.“
    Und das war 2001 – 2003. Es wäre schön, wenn Germanwatch seine Ziele endlich wieder ernst nimmt.

    • Manfred Treber sagt:

      @Uwe:
      Diese Online-Diskussion war – in Folge einer ersten, die die grundsätzliche Frage zu CCS (‚die Lösung’ ‚eine Lösung’, ‚keine Lösung’) behandelt hatte – angedacht, um die Frage nach (Akzeptanz von) Onshore-Speicherung bzw. Offshore-Speicherung zu diskutieren. Dafür wurden Experten (also keine Vertreter von Unternehmen oder Politik) gebeten, ihre Sichtweise dazu kundzutun.

      Deshalb würden wir es begrüßen, wenn sich die Diskussion an dieser Stelle stärker um diese Fragen drehen würde.

      Ich selbst wollte in meinen Kommentaren nicht tiefer in diese Diskussion einsteigen (und damit noch mehr von on- bzw. offshore-Speicherung abzulenken) und die bereits stattgefundene Diskussion wiederholen. So beschränkte ich mich auf sachliche Kommentierung in Fällen, wo mit der gewählten Formulierung falsche Bilder beim Leser entstehen: ‚Verbuddeln’ gilt für Feststoffe und nicht für Gase; CO2 wird nicht in Kavernen gespeichert, sondern in den Gesteinsporen; die Formulierung ‚Geisterdebatte’ kam von
      einem externen Kommentar.

      Wer meint, Germanwatch sei eine ‚Lobbyorganisation für die Kraftwerkskonzerne’, der kennt Germanwatch nicht. Wir sind einer der unangenehmsten Kritiker, weil wir die Argumente im Detail prüfen und nicht einfach pauschal dagegenhalten. Weil wir zu guten Argumenten auch mal ja sagen, schmerzt unsere heftige Kritik dann umso mehr: in der Atomdebatte, gegen den Neubau von Kohlekraftwerken, für den Fortbestand des Einspeisevorrangs von Erneuerbaren Energien…

      Wir sind mit hunderten sozialer und ökologischer Initiativen und NGOs in den Entwicklungsländern und in Deutschland vernetzt. Gerne stehen wir auch für einen Dialog über die generellen Positionen von Germanwatch zur Verfügung. Allerdings sollten wir dazu nicht ein CCS-Forum wählen.

      Manfred Treber

  4. Toralf Kaiser sagt:

    Sehr geehrter Herr Treber,

    finden sie nicht die Auswahl der DiskussionsteilnehmerInnen im CCS- Diskussionsforum etwas einseitig. Frau Dr. von Goerne hat ehemals in der Abteilung von Herrn Dr. Gerling im Bundesamt für Geowissenschaft und Rohstoffe (BGR) gearbeitet. Jetzt ist sie für das Umweltministerium tätig, von dem ihre Organisation Germanwatch Finanzmittel bekommt, um CCS zu promoten. Im Rechenschaftsbericht von Germanwatch liest sich das so: „Außerdem wurde unter Federführung von Dr. Manfred Treber und mit Unterstützung des Bundesumweltministeriums sowie des Umweltbundesamts auf vielfältigem Wege Informationsarbeit zu den strittigen Fragen des CCS gemacht.“ Zu den Hauptsponsoren der norwegischen NGO Zero, für die Marius Gjerset einen Beitrag schreibt, zählt das „Who ist Who“ der Öl- und Gasindustrie: Statoil, ExonMobil, GDF Suez ….

    Die Industrie gehört dann auch wieder zu den Hauptfinanzgebern von den Projekten des Herrn Dr. Gerling. Gerlings BGR, die Fachbehörde vom Wirtschaftministerium, pflegt enge Kontakte zur Industrie: Statoil, GDF Suez, RWE und Vattenfall, etc.. Die Konzerne sind bei vielen Projekten des BGR direkt involviert. Und die BGR verweist dann auch gerne in seinen Links auf die sogenannte Umweltorganisation ZERO. Entschuldigung, aber da hätte ich von Germanwatch einen kritischeren Blick erwartet. So machen sie sich zum Sprachrohr von Regierungs- und Industrieinteressen. Und das im Auftrag des Umweltministeriums? Meine Meinung ist: Sie schaden mit dieser CCS-Scheindebatte der hohen Glaubwürdigkeit von Umweltorganisationen – den NGOs.

    Herzliche Grüße

    Toralf Kaiser

    P.S.: Eine Kopie meines Beitrags schicke gleichzeitig an Greenpeace und den BUND.

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