Kohlendioxid im Boden strömt wie Lava-Lampe

31. Mai 2021, Wien
Durch Dichteunterschiede entstehen Konvektionsströme
 - Wien, TU Wien

Wenn die Menschheit ihren CO2-Ausstoß nicht in den Griff bekommt, ist eine vieldiskutierte Klimaschutz-Maßnahme die Abscheidung und Speicherung von CO2 in Böden (Carbon Capture and Storage, CCS). Wiener Forscher haben nun gemeinsam mit italienischen Kollegen untersucht, wie sich in Grundwasser gelöstes Kohlendioxid in porösem Gestein verhält. Durch Dichteunterschiede entstehen Konvektionsströme, ähnlich wie in einer Lava-Lampe, berichten sie im „Journal of Fluid Dynamics“.

Für die CCS-Technik reicht es nicht aus, CO2 einfach in den Boden zu pumpen. Das Kohlendioxid muss sich dort auch dauerhaft mit anderen Substanzen verbinden, damit es nicht wieder in die Atmosphäre entweicht. Relativ lange dauert es, bis es sich mit bestimmten Metalloxiden zu festem Karbonat-Gestein verbindet. Rascher würde es sich im Grundwasser lösen, wo es dann dauerhaft in großer Tiefe gespeichert bleibt.

Diesen Mechanismus hat sich nun ein österreichisch-italienisches Forscherteam genauer angesehen. Mittels aufwändiger Computersimulationen zeigten sie, dass es durch Dichteunterschiede zu Konvektionsströmen ähnlich wie in einer Lavalampe kommt. „Mit Supercomputern gelang es uns nun, diese Konvektionsphänomene zu verstehen und die entscheidenden physikalischen Parameter zu ermitteln, mit denen man diese Effekte in unterschiedlichen geologischen Strukturen beschreiben kann“, erklärte Marco De Paoli vom Institut für Wärmeübertragung und Strömungsmechanik der Technischen Universität (TU) Wien.

Wenn sich in einem typischen Gesteinsreservoir mit Poren mit Durchmessern von rund 50 bis 400 Mikrometern Grundwasser und Kohlendioxid mischen, bilden sich rund 50 Zentimeter große Zellen unterschiedlich hoher CO2-Konzentration. Diese kleinen Zellen können sich zu „Superzellen“ mit einem Durchmesser von drei bis zehn Metern verbinden. Insgesamt entsteht so ein Bild, das an das Muster der Plasma-Konvektionsströme auf der Sonnenoberfläche erinnert.

„Die Erkenntnisse, die wir mit unseren Computersimulationen gewonnen haben, lassen sich auf unterschiedliche Arten von Gestein anwenden“, erklärte De Paoli. Die Erkenntnisse könnten dabei helfen, die optimalen Gesteinsformationen zum Speichern von Kohlendioxid zu identifizieren.

APA

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