Spürnasen unter Wasser
Wenn Geochemikerinnen und Geochemiker Spurenelemente im Meer nachweisen wollen, nehmen sie gewöhnlich Proben und analysieren diese im Labor. Eine Analyse direkt unter Wasser, also „in situ“, ist bislang eine Herausforderung. „Sensoren dafür waren lange teure Einzelanfertigungen, so groß wie ein Eimer, die große Mengen an Chemikalien verbraucht haben“, berichtet Douglas Connelly. Der Geochemiker vom National Oceanography Center in Southampton hat großen Anteil daran, dass es mittlerweile fast marktreife chemische Unterwasser-Fühler von der Größe eines Kaffeebechers gibt: In mehreren internationalen Projekten hat er dazu beigetragen, die Messmethoden so weit zu miniaturisieren und zu automatisieren, dass Unterwasser-Roboter demnächst viele Stoffe direkt vor Ort erschnüffeln könnten. Teils verwenden diese Spürnasen ausgeklügelte Mikrotechnik, teils optische Messverfahren.
Prof. Douglas Connelly ist in allen Weltmeeren unterwegs, um die Zusammensetzung kalter und heißer Quellen am Meeresboden zu erforschen. Daneben treibt er die Entwicklung chemischer Sensoren voran, die unter Wasser eingesetzt werden können. Als Leiter des EU-Projektes STEMM-CCS koordiniert der Geochemiker derzeit mehrere Expeditionen britischer und deutscher Forschungsschiffe in der Nordsee.
Solche Sensoren sollen zum Beispiel in einem Arbeitspaket des EU-Projektes STEMM-CCS zum Einsatz kommen, das Douglas Connelly leitet. In einem kontrollierten Experiment in der Nordsee, etwa 120 Kilometer nordwestlich von Aberdeen, will das Projektteam 2019 geringe Mengen des Treibhausgases CO2 einige Meter unter dem Meeresboden freisetzen, um die Überwachungs-Technologie zu testen. Die beteiligten Forscherinnen und Forscher sind derzeit dabei, ein automatisches Monitoring-System zu entwickeln, das Austritte entdecken, Austrittsstellen lokalisieren und CO2-Mengen bestimmen kann.
Das Gesamt-Projekt hat das Ziel, Richtlinien für die so genannte CCS-Technik zu entwickeln (Carbon Capture and Storage). Dabei geht es darum, das Treibhausgas Kohlendioxid in tiefen geologischen Schichten zu speichern. CCS könnte dazu beitragen, den Temperaturanstieg durch den Klimawandel zu begrenzen. Als beste zukünftige Speicher gelten ausgeförderte Offshore-Gaslagerstätten – wie beispielsweise vor Schottland.
„Es ist ein sehr ambitioniertes Projekt – sowohl logistisch als auch technisch eine Herausforderung“, berichtet Douglas Connelly. Neben dem CO2-Experiment zählen auch seismische, geologische und biologische Untersuchungen zum Arbeitsprogramm. Bevor das erste CO2 freigesetzt wird, wollen die Forscherinnen und Forscher zunächst zwei Jahre lang den Normalzustand in ihrem Testfeld messen. So können sie die chemischen Reaktionen, die das Klimagas im Meeresboden möglicherweise auslöst, später nachvollziehen.
Besonders eng arbeitet Douglas Connelly mit Eric Achterberg vom Kieler Forschungszentrum Geomar zusammen. „Wir befassen uns ebenfalls mit chemischen Sensoren, unsere Fragestellungen ergänzen sich“, berichtet Achterberg. „Die technische Entwicklung läuft überwiegend in Southampton. Wir testen die Sensoren dagegen in der Praxis, beispielsweise in der Ostsee, und verbessern sie.“
Gerade haben sich die beiden in London getroffen, um den Antrag für ein neues EU-Projekt einzureichen. Diesmal geht es um chemische Sensoren im Süßwasser.
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