Speicherschichten erklärt
Die Schweiz will bis 2050 nicht mehr Treibhausgase in die Atmosphäre ausstossen, als natürliche und technische Speicher aufnehmen können. Die wichtigste Massnahme ist, weniger Treibhausgase auszustossen. Doch gewisse Sektoren wie die Zement- oder Abfallwirtschaft haben Emissionen, die als schwer vermeidbar gelten, weil beispielsweise davon ausgegangen wird, dass auch künftig mit Zement gebaut werden muss oder Abfall anfällt. Die Klimastrategie des Bundes sieht vor, diese Emissionen durch CO₂-Abscheidung und -Speicherung zu kompensieren und zu reduzieren.
In Trüllikon (ZH) möchten Forschende ein mehr als ein Kilometer tiefes Bohrloch für einen Einspeisetest von CO₂ nutzen. Dazu soll verflüssigtes CO₂ in eine Speicherschicht geleitet werden. Aktuell laufen die Erkundungsarbeiten, die alle Grundlagen für ein solches Vorhaben prüfen.
Wir begleiten nun das CO₂ auf seinem Weg zum Bohrloch und hinunter in den Untergrund.
Das Trülliker Bohrloch
Die Nagra (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle) erstellte das Bohrloch in Trüllikon als Teil ihrer jüngsten Tiefbohrkampagne zwischen 2019 und 2022.
Das Bohrloch reicht 1'310 Meter in die Tiefe. Die Schicht, in der das CO₂ eingespeist würde, liegt in einer Tiefe von etwa 1'100 Metern.
Der Untergrund
Nun begeben wir uns auf eine Reise durch die Gesteinsschichten in Trüllikon, an denen das CO₂ vorbeigepumpt wird. Im Laufe von Millionen von Jahren lagerten sich verschiedene Schichten von Sedimentgesteinen übereinander ab und bildeten eine über 1’000 Meter mächtige Abfolge. Die jüngeren Gesteine liegen nahe der Erdoberfläche und je weiter wir in den Untergrund vordringen, desto älter werden die Gesteine.
In Trüllikon – wie auch in anderen Teilen der Schweiz – herrschten im Lauf der Erdgeschichte ganz unterschiedliche Ablagerungsräume für Sedimente: Meere, Flüsse, Seen oder Salzlagunen. Diese wechselnden Umweltbedingungen spiegeln sich in der Zusammensetzung, Farbe und Struktur der Gesteinsschichten wider.
Molasse, Malm, Dogger, Keuper und Trias?
Meeresmolasse, Süsswassermolasse, Malm, Dogger, Keuper und Trias sind Bezeichnungen für geologische Gesteins- und Zeiteinheiten. Sie beschreiben sowohl Zeitabschnitte als auch die jeweils dafür typischen Gesteinsschichten, die wir in Mitteleuropa finden.
Grundwasserspiegel
Tone und Sandsteine der oberen Meeresmolasse & unteren Süsswassermolasse
Nur 14 Meter unter der Erdoberfläche befindet sich der Grundwasserspiegel, eine unserer Trinkwasserquellen. Die folgenden 500 Meter bilden mächtige Sedimentgesteine, welche sich vor ca. 11 bis 21 Millionen Jahren in einem flachen Meer, respektive in Flüssen und Seen ablagerten.
Kalke (Malm)
Die typischen weissen Kalksteine des Malm (ca. 150 Millionen Jahre alt) sind in Trüllikon etwa 220 Meter mächtig und lagerten sich in einem flachen Meer ab.
Tone (Dogger)
Die nächste Schicht bilden die Tonsteine des Dogger, welche sich vor etwa 170 Millionen Jahren unter wechselnden Meeresbedingungen ablagerten. Diese Gesteine sind insgesamt feinkörnig und wenig durchlässig.
Erste Deckschicht
Opalinuston (Dogger)
Der Opalinuston ist eine tonreiche Gesteinsschicht und gilt in der Schweiz als Referenzgestein für geologische Tiefenlager. Er besitzt nur winzige Poren und ist sehr dicht, hat also eine extrem niedrige Durchlässigkeit (Fachbegriff: Permeabilität). Dank seiner selbstabdichtenden Eigenschaften bei Rissbildung eignet er sich besonders gut als natürliche geologische Barriere für Flüssigkeiten und Gase.
Permeabilität oder Porosität?
Porosität beschreibt, wie viel Hohlraum (Poren) ein Gestein im Verhältnis zu seinem Gesamtvolumen enthält – also wie viel Platz es für Flüssigkeiten oder Gase bietet. Permeabilität hingegen beschreibt, wie gut diese Flüssigkeiten oder Gase durch das Gestein hindurchfliessen können. Ein Gestein kann eine hohe Porosität haben, aber dennoch undurchlässig sein, wenn die Poren nicht miteinander verbunden sind.
In der Speicherschicht, der Schinznach Formation, erhöhen Spalten im Bereich von einigen Millimetern, die sich durch die Kalkschichten erstrecken, die Permeabilität.
Tone & Kalke (Lias)
Die Tone und Kalke des Lias lagerten sich vor etwa 175 - 200 Millionen Jahren in einem flachen, marinen Becken ab. Aufgrund ihrer feinen Körnung und geringen Porosität sind diese Gesteine meist nur schwach durchlässig und wirken als Barrieregesteine.
Zweite Deckschicht
Tone & Sandsteine (Keuper)
Diese Sedimentgesteine entstanden vor ca. 200 bis 230 Millionen Jahren in einer wechselfeuchten Landschaft mit Flüssen, Seen und zeitweiligem Meereseinfluss. Sie zeigen eine grosse Wechsellagerung aus Ton-, Mergel- und Sandsteinlagen und belegen damit ihre starken klimatischen und hydrologischen Schwankungen während ihrer Ablagerung.
Dritte Deckschicht
Anhydrite & Tone (Keuper)
Diese 60 Meter mächtige Gesteinsschicht (Bänkerjoch Formation) besteht aus Lagern von Anhydrit (Kalzium-Sulfat) mit eingeschalteten tonreichen Sedimenten. Der Anhydrit entstand, als das flache, teilweise ausgetrocknete Meeresbecken im damaligen tropischen Klima vollständig austrocknete. Diese Gesteine enthalten keine Klüfte und Aufgrund ihrer extrem geringen Durchlässigkeit wirken sie als effektive Abdichtung gegen Wasser und Gas. Sie bilden somit eine natürliche Deckschicht für das darunterliegende Speichergestein für CO₂.
Speicherschicht
Oberer Muschelkalk (Trias)
Die angedachte Speicherschicht am Standort Trüllikon gehört zur 245–235 Mio. Jahren alten Schinznach-Formation des sogenannten Oberen Muschelkalk. Die oberen 30 Meter davon bestehen aus Dolomitgestein (Stamberg-Untereinheit oder „Member“), das viele miteinander verbundene Porenräume aufweist und als geeignet gilt, um Gase oder Flüssigkeiten aufzunehmen. Die unteren 35 m bestehen aus Kalkstein, der wie der Stamberg-Dolomit häufig durchlässige Klüfte aufweist. Die gesamte Schinznach-Formation wirkt somit als regionaler Leiter für salines Grundwasser (keine Trinkwasserqualität), das als «Muschelkalk-Aquifer» bekannt ist. Der Aquifer liegt in einer idealen Tiefe für die Speicherung von CO₂. Aufgrund des hohen natürlichen Drucks bleibt das CO₂ in flüssiger Form. Darüber liegende, dichte Deckschichten der Bänkerjoch Formation (und weiter oben des Lias, Opalinuston und der Süsswassermolasse) hindern es am Aufstieg in die Atmosphäre. Die einzige Möglichkeit zu entweichen, wäre durch Klüfte oder Verwerfungen, die alle Schichten durchdringen. Solche grossräumigen Strukturen liessen sich auf den für das Projekt durchgeführten Abbildungen des Untergrunds mittels seismischer Messungen feststellen.
Mittlere Muschelkalk (Trias)
Unter der Speicherschicht finden wir noch 10 m Dolomitgestein, gefolgt von 40 m abwechselnden Anhydrit- und Tonablagerungen aus der Zeglinger Formation. Letztere ähnelt der Bänkerjoch-Deckgesteinsschicht und ist ebenso undurchlässig. Sie versiegelt daher den Boden der geplanten CO₂-Speichereinheit. Noch tiefer kommen weitere Trias Gesteine (Dolomit, Ton und Sandstein), die bis zu 250 Mio. Jahre alt sind. Damit endet der 1250 m mächtige Stapel von Sedimentgesteinen, die unter Trüllikon liegen. Bohrt man tiefer, dann findet man die uralten, meist kristallinen und harten Gesteine des Grundgebirges.
