DAM Dekarbonisierung - AIMS3: Alternative Szenarien, innovative Technologien und Monitoringansätze für die Speicherung von Kohlendioxid in ozeanischer Kruste

Abstract

Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung einer Sonde mit neuartigen pH- und CO2-Sensoren für die Bestimmung des gesamten marinen Karbonatsystems. Kriterien für diese Sensoren waren eine schnelle Ansprechzeit, Robustheit, Energieeffizienz, geringe Größe und leichte Integrierbarkeit, um in Kombination mit Leitfähigkeit-Temperatur-Druck-Sonden (engl. Conductivity-Temperature-Depth abgekürzt: CTD-Sonden) sowohl als Echzeit-Online-Monitoring System an einer Schleppkette als auch auf profilaufnehmenden Plattformen wie z.B. Glidern und autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) im marinen Bereich eingesetzt werden zu können. Eine solche Ocean-Acidity-Probe wurde zeitnah benötigt, um CO2-Abscheidung und -Speicherungslokationen (engl. Carbon Capture and Storage abgekürzt: CSS) auf Leckagen zu überprüfen, aber auch um die Versauerung der Ozeane an der Meeresoberfläche detaillierter zu untersuchen und zu überwachen. CSS beschreibt ein technisches Vorhaben, CO2 aus Abgasen zu sammeln und in geologischen Formationen im Untergrund zu speichern. Eines der wichtigsten Ziele bei der Umsetzung von CCS ist die Vermeidung von Leckagen. So stellen alte, ungenügend versiegelte Bohrungen das größte Sicherheitsrisiko dar. Eine Überwachung von gespeichertem CO2 im Meeresuntergrund ist essentiell, um Austritte, die zur Ozeanversauerung am Meeresboden führen, zu vermeiden. Unser Konsortium aus Forschung (Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik in Freiburg, Institut für Festkörperphysik und MARUM Zentrum für Umweltwissenschaften an der Universität Bremen) und Industrie (Sea and Sun Technology GmbH) wollte daher qualitativ hochwertige und schnell ansprechende CO2- und pH-Sensoren entwickeln und in einer Sonde einpassen. Da die Messtechnik zur Detektion von CH4 und CO2 ähnlich ist, wollten wir auch erste Testuntersuchungen zur CH4-Quantifizierung im Rahmen des Projektes integrieren. Eine Sonde mit den neuen Sensoren sollte eine Überwachung der Offshore-Versiegelungen (versiegelte Bohrlöcher) unter Wasser ermöglichen. Für die Inspektion und das Umweltmonitoring sollten autonome Unterwasserglider und AUVs eingesetzt werden, die allerdings nur kleine, leichte und energiearme Sonden als Payload mitnehmen können. Die Sondensensoren sollten zusätzlich eine kurze Ansprechzeit haben, da sich die Fahrzeuge mit Geschwindigkeiten zwischen 0,2-1 m/s durchs Wasser bewegen. Ziel war es, schnellansprechende Sensoren zu entwickeln, die hochauflösende Daten generieren. An der Meeresoberfläche sinkt durch den Eintrag von anthropogenen CO2 der pH-Wert, wodurch kalkbildendes Plankton als Nahrungsgrundlage für Fische limitiert wird. Schleppketten mit Ocean-Acidy-Sonden könnten die Ozeanversauerung überwachen und Daten in Echtzeit an Bord eines Schiffes weiterleiten. Die Rohdaten sollen dabei durch integrierte Kalibrierung und zeitgleich gemessenen Umweltvariablen (Temperatur, Salinität, Druck) in nutzergerechte Daten umgewandelt werden. Diese neuartige Ocean-Acidy-Sonde sollte eine technisch verbesserte Möglichkeit bieten, die Meeresverschmutzung aufgrund des anthropogenen CO2-Eintrages zu analysieren und zu überwachen.