Der sogenannte Treibhauseffekt ist eine zentrale Grundlage für das Klima auf der Erde. Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO₂) sorgen dafür, dass ein Teil der von der Erde abgestrahlten Wärme in der Atmosphäre zurückgehalten wird. Ohne diesen natürlichen Effekt wäre die Erde lebensfeindlich kalt. Durch menschliche Aktivitäten, insbesondere die Verbrennung fossiler Energieträger und industrielle Prozesse, steigt die Konzentration dieser Gase jedoch stark an. Die Folge ist eine zusätzliche Erwärmung der Atmosphäre. Vor diesem Hintergrund wird intensiv nach Möglichkeiten gesucht, CO₂ nicht nur zu vermeiden, sondern auch dauerhaft zu speichern.

Ein vielversprechender Ansatz ist die sogenannte mineralische Bindung: Dabei wird CO₂ in Gestein eingebaut und langfristig stabil fixiert. An der Technischen Universität Wien wird dazu Grundlagenforschung betrieben, die neue Einblicke in die zugrunde liegenden Prozesse liefert. Beteiligt an den Forschungen ist auch Ulrike Diebold, Vizepräsidentin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Im Interview schildert sie, welche Bedeutung der Durchbruch bei den jüngsten Studien hat. 

Minerale im Fokus

Wie sind Sie auf die Idee gekommen, CO₂ in Gesteinen zu untersuchen?

Ulrike Diebold: Wir interessieren uns dafür, wie Oberflächen auf atomarem Maßstab aufgebaut sind. Im Rahmen eines größeren Projekts haben wir begonnen, auch Minerale zu analysieren. Diese waren mit unseren Methoden bisher kaum untersucht worden. Über mehrere Jahre hinweg haben wir uns intensiv mit verschiedenen Gesteinen beschäftigt und dabei auch neue experimentelle Zugänge entwickeln müssen.

Wasser ist entscheidend, weil es praktisch überall vorkommt.

Welche Rolle spielt dabei Wasser?

Diebold: Wasser ist entscheidend, weil es praktisch überall vorkommt – in der Luft als Feuchtigkeit oder im Boden als Grundwasser. Wir haben festgestellt, dass CO₂ allein relativ träge ist und kaum mit Gesteinsoberflächen reagiert. Sobald jedoch Wasser vorhanden ist, ändert sich das: CO₂ wechselwirkt zunächst mit den Wassermolekülen, wird dadurch aktiviert und kann sich dann direkt an das Gestein binden. Tests mit industriellen CO2-Injektionen in Böden haben gezeigt, dass zwei Drittel des eingebrachten Kohlenstoffs innerhalb von zwei Jahren in Mineralien gebunden sind. Bisher hat man angenommen, dass dieser Prozess viel länger dauert.

Was ist an diesem Mechanismus neu?

Diebold: Bisher ging man vor allem davon aus, dass CO₂ sich zuerst im Wasser löst und dann langsam als Mineral ausfällt. Dieser Prozess ist relativ langsam. Unsere Ergebnisse zeigen, dass CO₂ auch direkt an Oberflächen gebunden werden kann – vorausgesetzt, Wasser ist vorhanden. Dieser Mechanismus wurde theoretisch vorhergesagt, wir konnten ihn nun experimentell nachweisen. Wir haben verschiedene Minerale untersucht, insbesondere Silikate, die einen Großteil der Erdkruste ausmachen. Ein Beispiel ist Wollastonit, ein Kalziumsilikat, das sich gut als Modellmaterial eignet, etwa auch für Beton. Solche Materialien sind weit verbreitet und daher besonders interessant für mögliche Anwendungen.

CO2-Speicher in Erdöl-Bohrlöchern

Wie könnte diese Forschung praktisch genutzt werden?

Diebold: Unsere Arbeit ist Grundlagenforschung – wir versuchen zunächst zu verstehen, wie die Prozesse im Detail funktionieren. Anwendungen liegen noch einige Schritte entfernt. Aber dieses Wissen kann helfen, Verfahren zur CO₂-Speicherung zu verbessern. Ein Ansatz ist, CO₂ aus der Atmosphäre oder aus Industrieabgasen abzuscheiden, stark zu verdichten und in tiefe Gesteinsschichten einzubringen. Dort kann es langfristig in Mineralen gebunden werden. Dazu eignen sich besonders gut bereits vorhandene Bohrlöcher, in denen früher zum Beispiel Erdöl gefördert wurde.

Dauerhafte Speicherung von CO2 im Boden

Ist diese Speicherung dauerhaft?

Diebold: In vielen Fällen ja. Wenn CO₂ einmal in stabile Mineralstrukturen eingebaut ist, bleibt es dort sehr lange gebunden – im Prinzip über geologische Zeiträume. Das kennt man auch aus natürlichen Prozessen: Viele Gesteine enthalten bereits gebundenes CO₂, etwa in Form von Carbonaten. CO₂ muss für die Speicherung stark verdichtet werden, was energieintensiv ist. Deshalb ist es entscheidend, dafür erneuerbare Energiequellen zu nutzen. Außerdem muss man genau verstehen, unter welchen Bedingungen die Bindung besonders effizient abläuft – und genau dazu tragen unsere Untersuchungen bei.

Unser Ziel ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen dafür zu liefern – die konkrete Umsetzung liegt dann bei Ingenieur:innen.

Welches Potenzial sehen Sie für den Klimaschutz?

Diebold: Die mineralische CO₂-Speicherung ist sicher kein Allheilmittel, aber sie könnte ein wichtiger Baustein sein. Wenn wir verstehen, wie CO₂ schneller und effizienter in Gesteinen gebunden werden kann, lassen sich bestehende Technologien verbessern. Unser Ziel ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen dafür zu liefern – die konkrete Umsetzung liegt dann bei Ingenieur:innen. Ich persönlich finde es sehr schön, wenn wir mit grundlegenden physikalischen Arbeiten ein wenig dazu beitragen können, ein wirklich großes Problem zu lösen. Und auch meine jungen Mitarbeiter:innen motiviert es.