Entwicklung von praktikablen Schwellenwerten für das Schutzgut Boden bei der untertägigen Speicherung von CO₂

Land / Region: Deutschland

Projektanfang: 01.03.2010

Projektende: 30.04.2013

Projektstand: 31.08.2011

Abb. 1: Schematische Darstellung der möglichen Auswirkungen flächenhafter CO2-Flüsse durch den Boden bei unterschiedlichen Flussdichten z.B. auf die Biodiversität in und auf Böden Quelle: BGR

Zur Minderung des klimawirksamen Anstiegs der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre gibt es weltweit Bestrebungen, CO₂ in geologischen Formationen zu speichern (CCS: Carbon Capture and Storage). Besonders nach dem geplanten Ausstieg aus der Atomkraft in Deutschland sind neue Wege der Verminderung und/oder Nutzung des bei der Energiegewinnung und industrieller Produktion entstehenden CO₂ notwendig (Ethikkommission für eine sichere Energieversorgung, 2011).

Im Rahmen dieses Projektes (UBA-Forschungsvorhaben 370972204 und 371172226) wird eine geeignete Methodik zur Gefährdungsabschätzung für das Schutzgut Boden entwickelt. Dafür wurden veröffentlichte Auswirkungen von erhöhten CO₂-Konzentrationen auf das Schutzgut Boden systematisch ausgewertet. Diese Zusammenstellung von Beobachtungen dient dazu, die potentiellen Risiken bei Störungen des ordnungsgemäßen Betriebes von CCS auf den Boden zu beurteilen.

Die hauptsächliche Gefahr für das System Boden würde von einer unvorhersehbaren Leckage aus dem CO₂-Speicher ausgehen, wobei die davon betroffenen Flächen und die Flussstärken nicht voraussagbar sind, da sie in starkem Maße von den örtlichen Gegebenheiten abhängen. Somit kann auch nicht vorhergesagt werden, wie weit sich das Ökosystem Boden verändern würde. Es kann jedoch aus den Ergebnissen bisheriger Untersuchungen geschlossen werden, dass es bei einem Zufluss von CO₂, der zu Konzentrationen im Boden führt, die über das Maß der natürlichen Schwankungen hinausgehen, zu Änderungen im Ökosystem Boden kommen würde. Dies würde bei entsprechender Stärke auch zu einer Beeinträchtigung der gesetzlich geschützten Bodenfunktionen, wie im Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG, §2) definiert, führen. Die Ergebnisse der Untersuchungen an natürlichen Analoga zeigen, daß die Bodenfunktionen und die Bodenökologie im unmittelbaren Umfeld der CO₂-Quellen stark beeinflusst sind. Sie zeigen Änderungen im Stoffhaushalt der Böden, ein Absinken des pH-Wertes, dadurch erhöhte Mobilität von Schwermetallen und eine Beeinflussung des Pflanzenwachstums.

Abb. 2: Darstellung der potentiellen Wirkungspfade bei der Umweltbewertung der CCS-Technologie (grau) im Hinblick auf das Schutzgut Boden (rot) und seine zu erhaltenden Bodenfunktionen (grün) Quelle: BGR

Bei der Bewertung erhöhter CO₂-Konzentrationen sind auf jeden Fall die hohe zeitliche und räumliche Variabilität der natürlich vorkommenden CO₂-Konzentrationen im Boden zu berücksichtigen. Die natürliche Konzentration im Boden ist von mehreren Prozessen (z. B. CO₂-Produktion und Gastransport im Boden) abhängig und diese wiederum von zahlreichen Umweltfaktoren (z. B. Bodentemperatur, Bodenfeuchte) und Prozessen (Wassertransport). Daher können vereinfachte Annahmen zu großen Unsicherheiten führen. Diese natürliche Variation der CO₂-Konzentration im Boden erschwert die Festlegung eines allgemein gültigen Schwellenwertes und die Detektion zusätzlicher (CCS-bedingter) CO₂-Flüsse.
Ausreichend validierte und getestete Modelle können genutzt werden, um die räumlichen und zeitlichen Variabilitäten in den CO₂-Flüssen zu beschreiben. Simulationsläufe können als „Baseline“-Szenarien helfen, zusätzliche Flüsse von den natürlichen Flüssen zu trennen. In der zweiten Phase des Projektes soll mit modellgestützten Szenarienanalysen der Einfluss möglicher zusätzlicher CO₂-Flüsse unter realistischen Randbedingungen (typische Witterungsverläufe, unterschiedliche Bodenarten) quantifiziert werden. Mit Hilfe  dieser Szenarien soll eine Bewertungsmethodik entwickelt werden und Schwellenwerte für das Schutzgut Boden bei der untertägigen Speicherung von CO₂ vorgeschlagen werden.

Partner:

• UBA (Positionspapier des UBA zu CCS)
• Prof. Dr. J. Böttcher, Institut für Bodenkunde, Universität Hannover