Erhöhtes Vertrauen in die CO2-Speicherung

Das maßgeschneiderte Bohrgerät wird über die Seite des RRS James Cook abgesenkt. Das Bohrgerät ist so konstruiert, dass das gebogene Stahlrohr in das Sediment des Meeresbodens gedrückt wird. Bild: Copyright STEMM-CCS Projekt

CO2-Versorgungstanks mussten speziell für die Belastungen der Nordsee ausgelegt werden. Bild: Copyright STEMM-CCS Projekt

Der Mikroprofiler misst die Sedimentchemie mit einer Auflösung von Mikrometern, indem Elektroden über einen Zeitraum von einer Stunde langsam in die Sedimente eingeführt werden. Mit diesem Instrument können wir auch kleine Veränderungen untersuchen, die in den Sedimenten auftreten, wenn sich das Kohlendioxid in den Sedimenten auflöst. Bild: Copyright STEMM-CCS Projekt

Kelvin Boot ist ein Wissenschaftskommunikator, der mit dem Plymouth Marine Laboratory zusammenarbeitet und derzeit am Wissenstransfer für das EU-finanzierte STEMM-CCS-Projekt beteiligt ist.

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Wenn wir große Mengen Kohlendioxid (CO2) in erschöpften Öl- und Gasspeichern unter dem Meeresboden speichern wollen, müssen wir sicher sein, dass wir es im unwahrscheinlichen Fall eines Lecks erkennen können. Eine Forschungsexpedition mit einem weltweit ersten Experiment zur Entwicklung von Methoden zur Erkennung und Überwachung von Lecks ist gerade aus der Nordsee zurückgekehrt. es ist ein großer Erfolg erklärt worden.

Der Klimawandel, der durch den Anstieg des CO2-Gehalts in der Atmosphäre ausgelöst wird, ist mittlerweile eine bekannte Nebenwirkung menschlicher Aktivitäten, die tiefgreifende Auswirkungen auf die natürlichen Systeme der Erde hat. Während Anstrengungen unternommen werden, um zukünftige Quellen menschlicher CO2-Produktion, wie Industrie und Verkehr, zu reduzieren, muss parallel dazu verhindert werden, dass das Gas aus bestehenden Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt. Die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CCS), bei der CO2 an der Quelle enthalten ist, transportiert und letztendlich außerhalb der Atmosphäre gespeichert wird, ist eine solche Strategie. Das CO2, von dem es stammt, tief unter dem Meeresboden in erschöpften Gas- oder Ölvorkommen zurück zu bringen, scheint eine logische Lösung zu sein, aber es gibt Herausforderungen. Um Vertrauen in diesen Ansatz zu schaffen, ist es vorrangig, in der Lage zu sein, auftretende Undichtigkeiten schnell zu beheben: sie zu erkennen, ihre Stärke und Dauer zu messen, mögliche Auswirkungen auf die Umwelt vorherzusagen und sie gegebenenfalls abzudichten.

Frühere Untersuchungen im Labor und im Mesokosmos über die Auswirkungen von CO2 auf das Leben im Meer haben gezeigt, dass es den pH-Wert des Meerwassers verändern und lokalisierte Bedingungen für die Versauerung der Ozeane schaffen kann, die für viele Arten des benthischen Lebens (Meeresbodens) schädlich zu sein scheinen. Ein früheres Flachwasserexperiment, das Projekt zur Quantifizierung und Überwachung potenzieller Auswirkungen der geologischen Kohlenstoffspeicherung (QICS) auf das Ökosystem, lieferte einige Hinweise auf das Ausmaß, die Dauer und das Verhalten einer CO2-Wolke aus einem simulierten Leck, während Untersuchungen an natürlichen Versickerungsstellen durchgeführt wurden lieferte auch wichtige Informationen. Jetzt wurde ein größeres Experiment durchgeführt, bei dem Methoden, Geräte und Sensoren unter realen Bedingungen in der rauen Umgebung der britischen Nordsee getestet wurden.

Sammeln von Gasproben, wenn diese unter dem Sediment austreten. Die Verwendung eines ROV während dieses heiklen Vorgangs zeigt, dass auch kleine Lecks unter rauen Bedingungen untersucht werden können. Bild: Copyright STEMM-CCS Projekt

Das STEMM-CCS-Projekt (Strategies for Environmental Monitoring of Marine Carbon Capture and Storage) ist ein von der Europäischen Union mit Horizont 2020 finanziertes Forschungsprojekt. Es bringt Forscher aus Deutschland, Norwegen, Österreich und Großbritannien zusammen mit dem Industriepartner Shell, um die Techniken und Technologien zu entwickeln, mit denen Spuren von CO2-Lecks in der Meeresumwelt festgestellt werden können, um das Verhalten des Gases in Sedimenten und im Meer zu beobachten und sagen Sie voraus, wie weit sich Lecks ausbreiten und welche Auswirkungen sie haben könnten - diesmal jedoch so nahe wie möglich an den „realen“ Bedingungen. Im Mai dieses Jahres lief eine Forschungsexpedition vom britischen National Oceanography Centre in Southampton an Bord der RRS James Cook aus. Auf der Station, in der Nähe von Shells Goldeneye-Plattform, etwa 100 km vor der Küste Schottlands und in 120 m Wassertiefe, begann das Experiment. Ein Rohr wurde roboterhaft in den Meeresboden eingeführt - das erste Mal, dass ein solches Experiment in der Tiefe auf hoher See durchgeführt wurde. Das gebogene Stahlrohr mit einem Durchmesser von 1,5 cm wurde erfolgreich im Sediment positioniert, um sicherzustellen, dass sein Austritt drei Meter unter der Meeresgrundoberfläche lag. Es klingt einfach, aber um dies zu erreichen, wurde von Cellula Robotics in Kanada eine maßgeschneiderte Bohranlage entwickelt und gebaut, mit der das Rohr in das Sediment geschoben werden kann. Das Rohr wurde dann durch ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) mit einer CO2-Versorgung auf dem Meeresboden verbunden, so dass Gas durch das Rohr in die Sedimente fließen konnte. Auch dies hört sich einfach an, aber speziell konstruierte Gasflaschen, die in einem zweiten Rig untergebracht waren, mussten gebaut werden, um der rauen Salzwasserumgebung der Nordsee standzuhalten.

Glücklicherweise blieben die Bedingungen während dieser Operation ruhig, und das an Bord befindliche Wissenschaftsteam atmete erleichtert auf, als unter dem Sediment CO2-Blasen auszuströmen begannen. Die Idee war dann zu testen, wie gut eine Reihe von Sensoren, die für das Experiment entwickelt und gebaut wurden, funktionieren könnte.
Akustische und optische Instrumente wurden eingesetzt, um das Geräusch von Blasenströmen zu erfassen oder sie mit Kameras zu orten, während chemische Sensoren das CO2 und die winzigen Mengen der darin enthaltenen inerten chemischen Tracer "ausspähen" und es den Wissenschaftlern ermöglichen, dieses Signal von anderen zu unterscheiden natürlich vorkommendes CO2. ROVs und autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) mit anderen Sensoren vervollständigten das Arsenal der eingesetzten Technologie. Das Team an Bord war äußerst zufrieden und freute sich, dass die getesteten Sensoren und Überwachungstools weitaus besser als erwartet funktionierten. Dies hat zu der Gewissheit geführt, dass selbst sehr geringe CO2-Freisetzungen in ein marines System sowohl in der gelösten Phase als auch als Blasen nachgewiesen werden konnten. Diese Ergebnisse haben deutlich gezeigt, wie nützlich es ist, eine Reihe von Erfassungs- und Überwachungsansätzen zu kombinieren, um Lecks in CCS-Behältern zu erkennen.

Ein zweites Forschungsschiff, RV Poseidon, das von einer Crew und einem Wissenschaftsteam des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel, Deutschland, bemannt wurde, befand sich in Sichtweite der Goldeneye-Plattform und des RRS James Cook. Als Partner des STEMM-CCS-Projekts befasste sich das GEOMAR-Team mit weiter entfernten Monitoring- und Meeresboden-Basisstudien im Zusammenhang mit dem Experiment und kombinierte Fachwissen und Einrichtungen in verschiedenen europäischen Ländern.

Hydrophonwand auf dem Meeresboden, lauscht den Schallblasen, die entstehen, wenn sie aus dem Meeresboden austreten und sich durch die Wassersäule bewegen. Bild: Copyright STEMM-CCS Projekt

Professor Douglas Connelly, der NOC-Wissenschaftler, der das Projekt leitete, ist über das Ergebnis erfreut: „Drei Jahre harte Arbeit und innovatives Denken haben uns zu diesem aufregenden Punkt im STEMM-CCS-Projekt geführt. Dieses Experiment war einem echten Leck so nahe, wie wir es simulieren konnten, und es wurde zum ersten Mal auf der ganzen Welt versucht. Die Nordsee kann eine raue Umgebung sein, und es war schon immer eine Herausforderung, die Leitung in den Meeresboden zu leiten, an eine CO2-Versorgung anzuschließen und einen Gasstrom zu erzeugen. Dieses realistische Szenario war für uns von entscheidender Bedeutung, um die Sensoren, die für die Zukunft entwickelt wurden, ordnungsgemäß zu testen. Sollte es zu einem Leck kommen, können wir es schnell und präzise erkennen.

Die STEMM-CCS-Kreuzfahrt war aus technischer Sicht ein unglaublicher Erfolg. Es war keine leichte Aufgabe, 3 Tonnen CO2 auf den Meeresboden zu bringen und 3 m unterhalb des Meeresbodens auf kontrollierte Weise freizusetzen, um die hohe Empfindlichkeit der neuen Generation von Marinesensoren bei der Detektion des gelösten und sprudelnden Gases zu demonstrieren. Der Erfolg des Experiments und die Leistung der Sensoren geben uns einen Schritt weiter das Vertrauen, dass wir in einer realen Situation die Möglichkeit haben, das Entweichen von CO2 aus Speicherstätten unter dem Meeresboden zu erkennen und zu überwachen. “

Obwohl das endgültige Ziel des Experiments und des STEMM-CCS-Projekts als Ganzes darin besteht, Sensoren und Methoden zum Erkennen und Überwachen von Gasleckagen in einer realen Situation zu entwickeln, gibt es auch einen pädagogischen Aspekt. Der Postgraduiertenforscher Ben Roche (NOC) teilte mit über 200 Schülern aus Southampton, England und Wales über Live-Verbindungen vom Schiff aus die Aufregung einer wissenschaftlichen Forschungskreuzfahrt, ihre Herausforderungen und Erfolge: „Es war sehr lohnend Chatten Sie mit den Studenten, während die wissenschaftliche Forschung tatsächlich stattfand, und ich bin fasziniert zu sehen, wie sie reale Daten aus dem Experiment in ihren Lehrplanstudien verwenden und analysieren. “Weitere Öffentlichkeitsarbeit ist für den Rest des Jahres geplant Jahr und alle Details der Kreuzfahrt und des gesamten Projekts finden Sie unter www.stemm-ccs.eu

Über den Autor

Kelvin Boot ist ein Wissenschaftskommunikator, der mit dem Projekt arbeitet.