Verwitterung von Olivin

Im Laufe der Erdgeschichte kam es immer mal wieder zu Phasen mit hohen CO2 Konzentrationen in der Atmosphäre. Gewaltige Vulkanausbrüche pusteten gigatonnenweise CO2 in die Luft. Aber über die Jahrmillionen danach sank die Konzentration langsam wieder ab. Der Grund hierfür lag in der Verwitterung bestimmter Gesteinsarten, zum Beispiel Olivin, die mit Wasser reagieren und bei dem Prozess CO2 binden [1].

Man schätzt, dass bereits heute verwitterndes Gestein eine Gigatonne CO2 pro Jahr dauerhaft aus der Atmosphäre speichert. Aber angesichts unseres Treibhausgasproblems gibt es Überlegungen, der Verwitterung etwas nachzuhelfen, um noch mehr CO2 aus der Atmosphäre zu binden [2]?

Was ist Olivin?

Olivin ist ein Überbegriff für grünliche Mineralien ähnlicher chemischer Zusammensetzung. Grundsätzlich hat Olivin vor allem die Zusammensetzung Mg₂SiO₄, wobei auch Mineralien mit Eisen oder anderen Metallen statt des Magnesiums vorkommen [3].

Bei der Verwitterung von Olivin wird CO2 dauerhaft gebunden. — Olivin ist, wie der Name schon vermuten lässt, Olivgrün.

Auf der Erde kommt Olivin relativ häufig vor, ein Großteil des aktuellen kommerziellen Abbaus findet in Norwegen statt.

Chemisch gesehen ist Olivin nah mit dem Serpentinit verwandt, welches auch eine Rolle in der Lösung des Klimawandels haben könnte.

Wie genau verwittert Olivin?

Die Verwitterung von Olivin beginnt, indem sich CO2 in Wasser löst und Kohlensäure (H₂CO₃) bildet:

H₂O + CO₂ → H₂CO₃

Trifft die Kohlensäure nun auf Olivin, beginnen sie es aufzulösen, das Mineral verwittert:

Mg₂SiO₄(s) + 4H₂CO₃(aq) → 2Mg²⁺(aq) + 4HCO₃⁻(aq) + H₄SiO₄(aq)

Diese aufgelösten Mineralien gelangen irgendwann in die Ozeane. Dort verwenden Muscheln und ähnliche Lebewesen die Mineralien und das enthaltene CO2, um zum Beispiel Muschelschalen oder Korallenriffe aufzubauen. Diese Muschelschalen lagern sich diese auf dem Meeresboden ab.

Olivin hat eine Molare Masse von ungefähr 2*23(Mg) + 28(Si) +4*16(O) = 138g/mol. Bei einer vollständigen Reaktion kann 4*12(C) + 8*16(O) = 196g/mol CO2 gebunden werden. Pro verwitterter Tonne Olivin kann also 1,42 Tonnen CO2 gebunden werden.

Wie könnte man Olivin schneller verwittern?

Aber Olivin kann nur dann verwittern, wenn das Wasser auch an die Oberfläche des Gesteins gelangen kann, aber in der Regel bedeckt das bereits entstandene verwitterte Material die Oberfläche und hält so weiteres Wasser fern.

Um dies zu beschleunigen möchte eine Firma namens Vesta das Olivin zu Sand zerkleinern und an Küsten verteilen. Die Bewegung der Wellen, Interaktion mit Meereslebewesen und die durch die Zerkleinerung vergrößerte Oberfläche sollen die Verwitterung um ein Vielfaches beschleunigen [4].

Wie groß sind die (möglichen) Auswirkungen, was sind die Limits?

Nach Angaben von Vesta, könnte man pro 0.1-0.25% der Küstenfläche der Erde 1 Gigatonne CO2 durch Verwitterung von Olivin dauerhaft sequestrieren. Das entspricht 2% der jährlichen menschlichen Treibhausgasemissionen [5].

Um tatsächlich Gigatonnen CO2 zu sequestrieren bräuchte man aber auch eine Menge Olivin. Zur Zeit wir aber noch nicht so viel abgebaut, sondern lediglich ca. 8 Megatonnen pro Jahr [6]. Aber vielleicht braucht man nicht nur reines Olivin zu verwende oder man kann den Abbau ausweiten.

Zusätzliche Pluspunkte bekommt die Lösung, da sie eine küstensichernde Funktionen übernehmen könnte. Immerhin wird nicht nur CO2 sequestriert, sondern es wird auch Sand vor die Küsten geschüttet. So könnte man also zusätzlich Küsten schützen, die von den Gezeiten abgeschwemmt werden.

Außerdem wirkt diese Methode basenbildend auf den Ozean, so dass einer Versauerung entgegengewirkt wird. Die Basenbildung und die das bei der Verwitterung entstehende „Baumaterial“ für Korallen könnte weitere positive Wirkung auf lokale Ökosysteme und Korallenriffe haben.

Bisher wurden in der Grundlagenforschung und von Vesta die theoretischen Grundlagen geschaffen. Nun starten sie mit ersten Pilotprojekten, um die tatsächlichen Auswirkungen auf lokale Ökosysteme und Parameter der CO2 Sequestrierung zu untersuchen. Das heißt: Noch ist man noch sehr weit von den avisierten Gigatonnen entfernt, aber man ist schon dabei, die Theorie in die Praxis umzusetzen.

Und die Lösung sieht sehr vielversprechend aus. Insbesondere aufgrund der riesigen Chancen ist dies eine Methode, die man im Blick behalten sollte!