Basalt könnte CO₂ für Millionen Jahre speichern – Klimagas wird zu Stein

CO₂ gilt als einer der Haupttreiber der Erderwärmung. Deshalb suchen Forscher nach Wegen, das Gas dauerhaft aus der Atmosphäre zu entfernen. Jedes Jahr entstehen weltweit Milliarden Tonnen CO₂ durch Industrie, Energieerzeugung und Verkehr. Ein Teil davon lässt sich technisch abfangen. Doch dann stellt sich die entscheidende Frage: Wohin damit? Eine Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT) liefert eine überraschend konkrete Antwort. In vulkanischem Gestein könnten gewaltige Mengen Kohlenstoff langfristig verschwinden – indem sich CO₂ tief im Untergrund in Stein verwandelt.

Basaltgestein spielt dabei eine wichtige Rolle. Das vulkanische Gestein enthält viele Hohlräume, feine Risse und kleine Kanäle. Durch diese Strukturen können Flüssigkeiten zirkulieren. Gelangt Kohlendioxid in gelöster Form in das Gestein, reagiert es mit Mineralen im Basalt. Dabei entstehen feste Karbonate – und der Kohlenstoff wird im Gestein gebunden.

Wie vulkanisches Gestein CO₂ dauerhaft bindet

Basalt besteht aus Mineralen, die reich an Eisen, Calcium und Magnesium sind. Gelangt CO₂ in gelöster Form in Kontakt mit diesen Elementen, beginnen chemische Reaktionen. Dabei entstehen Karbonatminerale wie Calcit oder Dolomit.

Diese Minerale sind fest. Sobald Kohlendioxid in dieser Form vorliegt, bleibt es im Gestein eingeschlossen. Eine Rückkehr in die Atmosphäre wird extrem unwahrscheinlich. Geologen gehen davon aus, dass solcher gebundener Kohlenstoff über Millionen Jahre stabil bleiben kann.

Ein bekanntes Praxisprojekt läuft bereits auf Island. Dort presst das Unternehmen CarbFix CO₂-haltiges Wasser in unterirdische Basaltformationen. Die Ergebnisse fallen deutlich aus: Mehr als 95 Prozent des eingebrachten Kohlendioxids verwandeln sich innerhalb von etwa zwei Jahren in feste Minerale.

Röntgenaufnahmen zeigen erstmals, was im Gestein passiert

Die neue MIT-Studie liefert einen besonders detaillierten Blick in diesen Prozess. Basaltproben aus Island wurden im Labor untersucht. Während Flüssigkeiten durch das Gestein strömten, entstanden im Inneren neue Minerale.

Der Ablauf ließ sich mithilfe eines Röntgen-Computertomografen beobachten. Diese Technik erzeugt hochauflösende dreidimensionale Bilder – ähnlich wie bei medizinischen CT-Scans im Krankenhaus. Über mehrere Tage hinweg entstanden so Aufnahmen, die zeigen, wie sich die Struktur des Gesteins verändert.

Dabei wurde ein überraschendes Muster sichtbar. Neue Minerale entstehen zuerst in extrem kleinen Mikrorissen. Diese verbinden größere Hohlräume miteinander und wirken wie winzige Tunnel im Gestein.

Mineralbildung bremst den Fluss – stoppt ihn aber nicht

Schon geringe Ablagerungen in diesen engen Verbindungen können den Flüssigkeitsfluss stark bremsen. Innerhalb eines Tages sank die Durchlässigkeit des Gesteins um etwa eine Größenordnung. Flüssigkeit bewegte sich danach deutlich langsamer durch das Basaltstück.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich Minerale zunächst in sehr kleinen Mikrorissen bilden, die größere Poren miteinander verbinden.“ So beschreibt Jonathan Simpson, Geophysiker vom MIT, den Mechanismus.

Diese engen Verbindungen reagieren besonders empfindlich auf Ablagerungen. „Man braucht nicht viel, um diese winzigen Risse zu verstopfen. Wenn sie blockiert sind, sinkt die Durchlässigkeit stark“, erklärt Simpson. Der Effekt klingt zunächst problematisch. Doch die Messungen zeigen ein anderes Bild: Trotz des gebremsten Flusses strömte weiterhin Flüssigkeit durch das Gestein. Die Mineralbildung setzte sich fort.

Selbst teilweise gefüllte Gesteine können weiter CO₂ aufnehmen

Ein weiteres Ergebnis überrascht besonders. Selbst nach längerer Mineralbildung blieb ein Großteil des Gesteins unverändert. Nur etwa fünf Prozent des ursprünglichen Porenraums füllten sich mit neuen Mineralen. Das bedeutet: Die größeren Hohlräume bleiben größtenteils offen. Flüssigkeit kann weiterhin zirkulieren und neue chemische Reaktionen auslösen. Simpson beschreibt die praktische Konsequenz so: „Wenn man CO₂ in den Untergrund pumpt und einen starken Rückgang der Durchlässigkeit sieht, könnten Betreiber denken, sie hätten das Reservoir verstopft.“

Doch dieser Eindruck kann täuschen. „Solange noch ein gewisser Durchfluss vorhanden ist, können sich weiterhin Minerale bilden und Kohlenstoff gebunden werden.“ Für mögliche Speicherprojekte ist dieser Punkt entscheidend. Unterirdische Reservoirs könnten somit länger nutzbar sein als bislang angenommen.

Ultraschall verrät, wie sich ein CO₂-Speicher füllt

Während der Experimente kam eine zweite Messmethode zum Einsatz. Sensoren schickten Ultraschallwellen durch das Gestein. Dabei zeigte sich: Je stärker Poren mit Mineralen gefüllt waren, desto schneller bewegten sich Schallwellen durch das Material. Diese Eigenschaft könnte künftig genutzt werden, um CO₂-Speicher zu überwachen.

Seismische Messungen könnten anzeigen, wie stark ein unterirdisches Reservoir bereits mineralisiert ist. Betreiber hätten so eine Möglichkeit, Veränderungen tief im Untergrund zu verfolgen.

„Diese Ergebnisse geben Hinweise darauf, wie sich das Gestein während dieses komplexen Mineralisierungsprozesses verhält“, erklärt der Geophysiker Matěj Peč vom MIT. Solche Informationen können helfen, Speicher gezielter zu planen.

Kurz zusammengefasst:

• Basalt kann CO₂ zu Stein machen: Gelöstes Kohlendioxid reagiert im Vulkangestein mit Mineralen wie Calcium oder Magnesium und wird zu festen Karbonaten – ein stabiler Speicher für Millionen Jahre.
• Schon winzige Kristalle verändern das Gestein: Minerale wachsen zuerst in feinen Mikrorissen und bremsen den Flüssigkeitsfluss stark, ohne ihn vollständig zu stoppen.
• Großes Speicherpotenzial bleibt erhalten: In Laborexperimenten füllten Mineralien nur rund fünf Prozent der Poren – deshalb könnten Formationen aus Basalt langfristig sehr große Mengen CO₂ speichern.

Übrigens: Neue Technik aus der Schweiz bindet CO₂ direkt an Industrieanlagen als feste Minerale – und erzeugt dabei gleichzeitig grünen Wasserstoff. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Matěj Peč