Hydrothermale Umwandlung von Kerogen und Öl in gering durchlässigen Gesteinen der Domanic-Lagerstätten in Kohlenstoffdioxid-Medien

Verborgene Ölvorkommen in uralten Gesteinen erschließen

Ein Großteil des verbleibenden Öls der Welt ist in Gesteinen eingeschlossen, die Flüssigkeiten nur schwer durchlassen. In den Domanic-Formationen Russlands liegen gewaltige Mengen potenzieller Brennstoffe als feste, plastische organische Substanz namens Kerogen vor. Diese Studie untersucht, ob eine gezielte Erhitzung solcher Gesteine in Gegenwart von Wasser und Kohlendioxid den langsamen natürlichen Ölbildungsprozess beschleunigen und dieses feste Material innerhalb menschlicher Zeitmaßstäbe in nutzbares Öl und Gas verwandeln kann.

Weshalb diese harten Gesteine wichtig sind

Die Domanic-Ablagerungen in Tatarstan, Russland, enthalten Milliarden Tonnen organikreiches Gestein, lassen sich jedoch mit Standard-Bohr- und Frac-Verfahren nur schwer erschließen. Anders als in vielen nordamerikanischen Schiefervorkommen hat sich ein Großteil des organischen Materials hier noch nicht vollständig in flüssiges Öl verwandelt; stattdessen liegt es als Kerogen in einem dichten Karbonat–Silizium-Gestein gebunden vor. Weil dieses Kerogen fest und eng gebunden ist, löst es sich nicht in gewöhnlichen Lösungsmitteln und kann nicht zu Bohrungen fließen. Einen Weg zu finden, diese natürliche Umwandlung schonend im Reservoir zu vollenden, könnte eine große neue Energieressource eröffnen und zugleich großflächige Tagebauoperationen vermeiden.

Geologische Zeit im Schnellvorlauf simulieren

Um zu imitieren und zu beschleunigen, was unterirdisch normalerweise über Millionen von Jahren geschieht, setzten die Forscher zerkleinerte Proben aus dem Tavel-Ölfeld in einem Stahlreaktor mit Wasser und Kohlendioxid ein. Sie erhitzten dann die Gesteins‑Fluid‑Mischung für 24 Stunden bei hohem Druck auf 250, 300 bzw. 350 Grad Celsius — Bedingungen, die tiefen hydrothermalen Systemen in der Erdkruste ähneln. Nach jedem Versuch bestimmten sie, wie viel Kerogen im Gestein verblieb, wie viel flüssig extrahierbares Material sich mit Lösungsmitteln herausziehen ließ und welche Gase und flüssigen Kohlenwasserstoffe gebildet worden waren. Durch den Vergleich der Produkte bei unterschiedlichen Temperaturen konnten sie den schrittweisen Abbau des festen organischen Materials zu mobileren Öl‑ und Gasfraktionen verfolgen.

Von schweren Rückständen zu leichterem Öl und Gas

Die Experimente zeigten, dass höhere Temperaturen die Umwandlung des Kerogens deutlich verstärkten. Bei 250 Grad wurden vorwiegend schwere, zähe Komponenten freigesetzt, und das Gestein behielt noch den Großteil seines festen organischen Anteils. Bei 300 Grad begann ein größerer Anteil dieses schweren Materials in leichtere, gesättigte Kohlenwasserstoffe zu zerbrechen, sodass der Anteil einfacher, ölähnlicher Moleküle in den Extrakten zunahm. Bei 350 Grad war die Veränderung dramatisch: der Indikator für den Kerogen‑Gehalt im Gestein sank auf einen kleinen Bruchteil des Ausgangswerts, und der gesamte organische Kohlenstoff im Gestein ging entsprechend zurück. Gleichzeitig erhöhte sich die Menge an extrahierbarer Flüssigkeit um etwa zwei Drittel, und die Flüssigkeit wurde reicher an leichten gesättigten und aromatischen Kohlenwasserstoffen, während der Anteil hartnäckiger, teerartiger Asphaltene mehr als halbiert wurde.

Gasbildung und Gesteinsveränderungen

Neben flüssigem Öl erzeugte das heiße Wasser‑Kohlendioxid-Gemisch große Mengen Gas. Mit steigender Temperatur nahmen Methan, Ethan, Propan und Butane ebenso zu wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid und insbesondere Kohlendioxid. Bei 350 Grad war die Ausbeute an kohlenwasserstoffhaltigem Gas um ein Vielfaches höher als bei 250 Grad, ein Hinweis darauf, dass intensive Crack‑Reaktionen abliefen. Die Studie zeigte außerdem, dass viele der großringreichen Moleküle im Kerogen in kleinere aromatische Strukturen umgebildet wurden, einschließlich schwefelhaltiger Verbindungen wie Thiophene und Benzothiophene. Effektiv verschob sich das Gestein‑Fluid‑System in einen Zustand, in dem die feste organische Matrix rasch in leichtere, mobilere Moleküle zerteilt wurde, die leichter durch Poren und Brüche wandern können.

Was das für die zukünftige Ölrückgewinnung bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft: Die Forscher haben einen kontrollierten Weg gezeigt, um hartnäckige, organikreiche Gesteine „zu garen“, sodass sie deutlich mehr nutzbares Öl und Gas liefern. Durch das Erhitzen von Domanic‑Gestein in Wasser mit Kohlendioxid auf etwa 350 Grad Celsius erreichten sie nahezu vollständigen Abbau des festen Kerogens und eine starke Zunahme leichter, fließfähiger Kohlenwasserstoffe, ohne vermehrt inertem Kohlenstoffrückstand zu erzeugen. Das deutet darauf hin, dass sorgfältig gestaltete hydrothermale Verfahren unter Einsatz von Kohlendioxid große unkonventionelle Ölressourcen erschließen könnten, wobei gleichzeitig dasselbe Gas, das zum Klimawandel beiträgt, als Arbeitsmedium im Untergrund genutzt wird. Die Arbeit beantwortet nicht alle Umwelt‑ oder Wirtschaftsfragen, liefert aber ein experimentell gestütztes Rezept dafür, schwer zugängliches Kerogen in diesen anspruchsvollen Formationen in förderbares Schieferöl zu verwandeln.

Zitation: Mikhailova, A., Ammar, AK., Saeed, S.A. et al. Hydrothermal transformation of kerogen and oil in Low-permeability rocks of the domanic deposits in carbon dioxide media. Sci Rep 16, 8013 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39738-3

Schlüsselwörter: Schieferöl, Kerogen, hydrothermale Umwandlung, Kohlenstoffdioxid-Flutung, unkonventionelle Lagerstätten