CO2-Untergrund-Mineralspeicherung durch Co-Injektion mit rezirkulierendem Wasser

Aus einem Klimaproblem Gestein machen

Das Verbrennen fossiler Brennstoffe setzt große Mengen Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre frei und treibt den Klimawandel voran. Eine vielversprechende Möglichkeit, dieses Problem anzugehen, besteht darin, CO2 über Jahrtausende sicher unter der Erde zu speichern. Diese Studie zeigt, wie Ingenieure in der trockenen Westregion Saudi-Arabiens eine lokale vulkanische Gesteinsschicht in einen riesigen natürlichen Schwamm für CO2 verwandelten, und dabei nahezu kein Süßwasser von der Oberfläche benötigten. Ihr Vorgehen weist auf einen praktikablen Weg zur Emissionsreduktion in trockenen Regionen hin, in denen einige der weltweit größten Industrieemittenten liegen.

CO2 als Stein, nicht als Gas speichern

Viele aktuelle Kohlenstoffspeicherprojekte injizieren komprimiertes CO2 in tiefe Untergrundschichten, die von undurchlässigem Gestein abgedeckt sind. In manchen Weltregionen fehlen solche natürlichen „Deckschichten“, sodass das Risiko besteht, dass CO2 wieder an die Oberfläche entweicht. Eine Alternative ist, CO2 in reaktiven Gesteinen wie Basalt in feste Mineralien umzuwandeln — ein dunkles Vulkan­gestein, das reich an Metallen wie Kalzium, Magnesium und Eisen ist. Wenn CO2 in Wasser gelöst durch Basalt fließt, kann es mit dem Gestein reagieren und stabile Karbonatminerale bilden — im Grunde menschengemachten Kalkstein und verwandte Gesteine. Bisher war diese Strategie jedoch durch ihren enormen Wasserbedarf begrenzt, was in Wüstenregionen ein ernstes Hindernis darstellt.

Das Grundwasser selbst als Arbeitsfluid nutzen

Das Pilotprojekt, angesiedelt in der Nähe des Jizan Economic Complex an der Rotmeer-Küste Saudi-Arabiens, bohrte ein Cluster von Brunnen in eine dicke Abfolge 21–30 Millionen Jahre alten Basalts. Zwei Brunnen im Abstand von etwa 130 Metern bildeten ein gepaartes System: einer pumpte Grundwasser nach oben, der andere leitete es nach Zugabe von CO2 wieder zurück. Im Injektionsbrunnen wurde reines CO2 in strömendes Wasser in der Tiefe geblasen, sodass es sich vollständig löste und ein kühles, dichtes, leicht saures, CO2-reiches Wasser entstand, das nicht aufsteigen würde. Dasselbe unterirdische Wasser wurde kontinuierlich zwischen den beiden Brunnen rezirkuliert, wodurch das Zuführen externen Wassers entfiel und Druckaufbau im Gestein reduziert wurde.

Dem Wasser folgen und neue Minerale beobachten

Sobald die kontinuierliche CO2-Injektion begann, verfolgte das Team sorgfältig, wie sich das zirkulierende Wasser beim Durchströmen des zerklüfteten Basalts veränderte. Sie überwachten Säuregehalt, Kohlenstoffgehalt und gelöste Elemente wie Kalzium, Magnesium, Silizium und Eisen und gaben zwei harmlose chemische Tracer hinzu, um die Fluidwege nachzuzeichnen. Als sich das mit CO2 beladene Wasser im Untergrund ausbreitete, reicherte es sich an diesen gesteinsbedingten Elementen an, was zeigte, dass der Basalt aufgelöst wurde und die Bausteine für neue Minerale freisetzte. Im Laufe der Zeit stieg der gelöste Kohlenstoffgehalt im produzierten Wasser zunächst an und fiel dann stetig ab, während die Chemie darauf hindeutete, dass Karbonatminerale wie Calcit, Ankerit und Siderit gesättigt wurden und begannen, in den Gesteinsklüften auszufällen.

Messen, wie viel Kohlenstoff zu Gestein wurde

Um über Schlussfolgerungen hinauszugehen, nutzten die Forschenden die Tracer, um abzuschätzen, wie hoch die gelösten Kohlenstoffwerte gewesen wären, wenn keine Reaktionen stattgefunden hätten. Der Vergleich dieser „Keine‑Reaktion“-Baseline mit den tatsächlichen Messwerten zeigte ein wachsendes Defizit an Kohlenstoff im Wasser — ein Hinweis darauf, dass er als neue Feststoffe gebunden wurde. Zwei unabhängige Tracer, Natriumfluorescein und Schwefelhexafluorid, lieferten konsistente Ergebnisse: Innerhalb von etwa zehn Monaten nach Beginn der Injektion waren ungefähr 70 Prozent der 131 Tonnen CO2, die in die Formation gepumpt wurden, in feste Minerale umgewandelt worden. Physische Belege von einer geborgenen Tiefbrunnenpumpe, überzogen und verstopft mit frischen Karbonatkristallen, bestätigten zusätzlich, dass das injizierte CO2 tatsächlich zu Stein geworden war.

Was das für künftige Klimalösungen bedeutet

Indem das Projekt zeigt, dass recyceltes Grundwasser große Mengen CO2 in zerklüftetem Basalt transportieren und mineralisieren kann, liefert es einen Bauplan für Kohlenstoffspeicherung in trockenen Regionen ohne konventionelle unterirdische Fallen. Die Methode benötigt weniger Energie als traditionelle Hochdruck-CO2-Injektionen, weil das gelöste CO2 hauptsächlich durch die Schwerkraft und nicht durch starke Pumpen bewegt wird, und sie vermeidet die starke Konkurrenz um knappe Oberflächenwässer. Obwohl Fragen zur langfristigen Kapazität und zu Beschränkungen des Gesteinsraums bestehen bleiben, zeigt der Jizan-Pilot, dass die Umwandlung von CO2 in unterirdisches Gestein keine bloße Laborneugier ist — sie kann in industriellem Maßstab funktionieren, sogar in Wüstenregionen, die eng mit der fossilen Brennstoffwirtschaft verbunden sind.

Zitation: Oelkers, E.H., Arkadakskiy, S., Ahmed, Z. et al. CO₂ subsurface mineral storage by its co-injection with recirculating water. Nature 651, 954–958 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10130-5

Schlüsselwörter: Kohlenstoffmineralisierung, Basaltspeicherung, CO2-Abscheidung und -Speicherung, Saudi-Arabien, Unterirdische CO2-Rezirkulation