Kann Gestein Kohlendioxid aufnehmen? Forschende entdecken neuen Mechanismus, wie Mineralien in Rekordzeit CO₂ speichern

Die Vorstellung, dass Gestein Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen kann, ist nicht neu. Allerdings war man immer davon ausgegangen, dass das nur sehr langsam geschieht – und Jahrhunderte oder gar Jahrtausende dauert.

Eine aktuelle Untersuchung zeigt nun, dass diese Zeitspanne viel zu lang angesetzt war. Forschende der Technischen Universität Wien konnten belegen, dass bestimmte mineralische Reaktionen wesentlich schneller ablaufen – vorausgesetzt, Wasser ist im Spiel.

Zwei entscheidende Phasen

Bisher ging man von zwei aufeinanderfolgenden Schritten aus, damit sich CO₂ in festes Karbonat umwandeln kann: Zunächst muss sich das Gas im Wasser lösen und geladene Teilchen bilden. Anschließend muss sich das umgebende Gestein teilweise auflösen, damit neue Mineralstrukturen entstehen können, in denen der Kohlenstoff dauerhaft eingebaut werden kann.

„Das ist allerdings ein sehr träger Prozess“, sagt Dr. Giada Franceschi, die gemeinsam mit Prof. Ulrike Diebold am Institut für Angewandte Physik der TU Wien das Projekt leitete.

Messungen aus der Praxis widersprachen jedoch schon länger dieser Annahme. „Tests mit industrieller CO₂-Injektion in den Boden zeigen, dass 60 % des Kohlenstoffs schon innerhalb von zwei Jahren in Mineralien gebunden werden können“, erklärt Franceschi.

Der direkte Weg

Schon seit einiger Zeit wird daher ein alternativer Mechanismus vermutet, mit dem sich CO₂ direkt in Mineralien einbaut, ohne den Umweg über gelöste Ionen. Die entscheidende Rolle spielt dabei Wasser, das auf Mineraloberflächen fast immer vorhanden ist und chemische Reaktionen beschleunigen könnte. Das wurde nun erstmals experimentell bestätigt.

Als Modellmaterial diente das Mineral Wollastonit. An dessen Oberfläche ließ sich genau beobachten, wie CO₂ mit Unterstützung von Wasser eine feste Verbindung eingeht. Damit konnte das Forschungsteam zeigen, dass der direkte Einbau von Kohlendioxid tatsächlich möglich ist – und deutlich schneller abläuft als bisher angenommen.

Wenn sich CO₂ verbiegt

Eine zentrale Rolle spielt dabei die Form des CO₂-Moleküls. „Kohlendioxid ist geometrisch gesehen normalerweise völlig gerade“, erklärt Ulrike Diebold. „Die beiden Sauerstoffatome, die mit dem Kohlenstoff verbunden sind, zeigen in exakt entgegengesetzte Richtungen.“

„Wasser auf der Wollastonit-Oberfläche kann das Kohlendioxid-Molekül allerdings verbiegen – und dadurch ändern sich seine chemischen Eigenschaften“, erklärt Diebold. Das verbogene Molekül kann sich direkt an das Mineral anlagern – ohne dass dieses zuvor aufgelöst werden muss.

Große Bedeutung für den Klimaschutz

„Ohne Wasser ist das nicht möglich, da fehlt die passende Andockstelle“, sagt Giada Franceschi. Doch schon eine winzige Menge Wasser genüge, um die Wechselwirkung zwischen CO₂ und Wollastonit völlig zu verändern.

Die Ergebnisse liefern erstmals einen klaren experimentellen Nachweis für einen zukunftsweisenden Mechanismus. „Wenn wir in Zukunft CO₂ aus der Atmosphäre holen und dauerhaft für unbegrenzte Zeit speichern wollen, dann müssen wir es in festes Gestein umwandeln“, sagt Ulrike Diebold.

Die Erkenntnisse könnten helfen, Technologien zur CO₂-Speicherung zu verbessern. Besonders die beschleunigte Mineralisierung gilt als vielversprechender Ansatz im Kampf gegen den Klimawandel.

Quellenhinweis:

A. Conti et al. (2026): Molecular Views of Mineral Carbonation: Reaction of CO2 with the Wollastonite (100) Surface. ASC Nano.