Mit Hilfe von Was­ser kön­nen bestimmte Mine­ra­lien schäd­li­ches CO2 aus der Atmo­sphäre holen und rasch in fes­tes Car­bo­nat umwan­deln. Die TU Wien konnte die­sen mine­ra­lo­gi­schen Mecha­nis­mus nun nachweisen.

Steine kön­nen Koh­len­di­oxid bin­den – und das weit­aus schnel­ler als bis­her bekannt und ange­nom­men. Bis dato wur­den lang­wie­rige und ent­spre­chend lang­same Pro­zesse für die Umwand­lung von CO2 in Kar­bo­nat­ge­stein ver­ant­wort­lich gemacht. Die Bin­dung von (indus­tri­ell) ent­stan­de­nem CO2 würde dem­nach Jahr­hun­derte dauern. 

Ein alt­be­kann­ter, jahr­hun­der­te­lang dau­ern­der Prozess

Beob­ach­tun­gen und theo­re­ti­sche Berech­nun­gen deu­te­ten aber auch auf einen viel schnel­le­ren Weg von CO2 zu Kar­bo­nat hin, und das soll durch die Ver­mitt­lung von Was­ser pas­sie­ren, das hier dann ähn­lich wie ein Kata­ly­sa­tor agiert. For­scher der TU Wien haben die­sen Mecha­nis­mus nun erst­mals mit bild­ge­ben­den Ver­fah­ren auf ato­ma­rer Skala nachgewiesen.

Für die Trans­for­ma­tion von Koh­len­di­oxid zu Gestein wur­den lange Zeit zwei wesent­li­che Schritte aus­ge­macht : Einer­seits muss sich das CO2 in Was­ser lösen und gela­dene Teil­chen bil­den, ande­rer­seits muss sich das Gestein (Anm. etwa Sili­kat im Boden) teil­weise auf­lö­sen. Dar­aus kann sich dann ein neues Mate­rial bil­den, der Koh­len­stoff (CO2) aus dem Koh­len­di­oxid wird somit dau­er­haft ins Gestein eingebaut.

CO2 kann direkt ins Gestein ein­ge­baut wer­den

„Das ist aller­dings ein sehr trä­ger Pro­zess. Auf diese Weise lässt sich nicht erklä­ren, dass in der Natur diese Art von Kar­bo­nat­ge­stein oft sehr schnell ent­steht. Tests mit indus­tri­el­ler CO2-Injek­tion in den Boden zei­gen, dass 60 Pro­zent des Koh­len­stoffs schon inner­halb von zwei Jah­ren in Mine­ra­lien gebun­den wer­den kön­nen“, erläu­tert Giada Fran­ce­schi, vom Insti­tut für Ange­wandte Phy­sik der TU Wien. „Wenn sich dafür zuerst Ionen aus dem Gestein lösen müss­ten, würde das bis zu Jahr­hun­der­ten dau­ern“, ergänzt Fran­ce­schi, die das Pro­jekt mit Ulrike Die­bold leitet.

Aller­dings wurde schon seit län­ge­rer Zeit spe­ku­liert, ob es nicht einen direk­te­ren Weg für Koh­len­di­oxid-Ein­bau in bestimmte Mate­ria­lien geben könnte : Bei Anwe­sen­heit von Was­ser­mo­le­kü­len an der Mine­ral-Ober­flä­che, so die Ver­mu­tung, könnte CO2 direkt ins Gestein ein­ge­baut wer­den, ohne dass vor­her das Mine­ral auf­ge­löst wer­den muss und ohne den Umweg über gelöste Ionen, deren Bil­dung che­misch eher träge ist. 

Che­mi­sche Pro­zesse auf ato­ma­rer Skala

Was­ser ist unter natür­li­chen Bedin­gun­gen rund um diese Mine­ra­lien fast immer vorhanden.Mit dem Mine­ral Woll­as­to­nit konnte das Team an der TU Wien nun zei­gen, dass die­ser alter­na­tive Weg tat­säch­lich exis­tiert. Mög­lich wurde das durch hoch­auf­lö­sende Ras­ter­kraft­mi­kro­sko­pie : Die che­mi­schen Pro­zesse lie­ßen sich auf ato­ma­rer Skala direkt beob­ach­ten.

Damit wurde nun erst­mals der ent­schei­dende Mecha­nis­mus nach­ge­wie­sen, der rasche CO2-Abschei­dung nicht nur an Woll­as­to­nit ermög­licht, son­dern höchst­wahr­schein­lich auch an ande­ren, ähn­li­chen Mine­ra­lien. „Wenn wir in Zukunft CO2 aus der Atmo­sphäre holen und dau­er­haft für unbe­grenzte Zeit spei­chern wol­len, dann müs­sen wir es in fes­tes Gestein umwan­deln“, sagt Ulrike Die­bold vom Insti­tut für Ange­wandte Phy­sik der TU Wien „Unsere Mes­sun­gen zei­gen, wel­che Effekte auf ato­ma­rer Skala sich dafür ein­set­zen las­sen. (red/​cc)