Vor Beginn der CO₂-Speicherung muss der Istzustand des ausgewählten Standorts genau charakterisiert werden, um Veränderungen und Schäden detektieren, zuordnen und quantifizieren zu können, die durch die Erkundung und den Betrieb des Speichers ausgelöst werden.
Die Interpretation dieser Baseline-Daten wird jedoch dadurch erschwert, dass die Nordsee einem ständigen Wandel unterliegt. Veränderungen, die während der Speicherbetriebsphase auftreten, dürfen also nicht automatisch der CO₂-Speicherung zugeordnet werden, da sie ebenso durch andere dynamische Faktoren ausgelöst werden können. Dazu gehören natürliche Prozesse, wie z. B. die Nordatlantische Oszillation, sowie eine Vielzahl von anthropogenen Einflüssen, wie die stetig voranschreitende Erwärmung des Nordseewassers, die Überfischung und bodenberührende Fischerei, der Ausbau von Offshore-Windkraftanlagen, die Ausbreitung invasiver Arten und die Versauerung des Nordseewassers, die durch den kontinuierlichen Anstieg der CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre und im Wasser ausgelöst wird. In vielen Fällen wird es daher nur schwer möglich sein, eine im lokalen Ökosystem beobachtete Veränderung eindeutig dem Speicherbetrieb zuzuordnen.
Dieses Problem soll durch die im GEOSTOR-Projekt frühzeitig durchgeführte Baseline Studie adressiert werden. Da sie zu einem späteren Zeitpunkt durch die Baseline Studie komplementiert wird, die vom Speicherbetreiber ausgeführt werden muss, um eine Speicherlizenz beantragen zu dürfen, kann sie genutzt werden, um die Dynamik der Prozesse im Untersuchungsgebiet vor Beginn der Speicherung besser zu verstehen und so spezifische Veränderungen zu identifizieren, die durch den Speicherbetrieb ausgelöst werden können.

Was wird gemacht?

Im Rahmen der Baseline-Studie werden biologische, physikalische und geologische Prozesse im Arbeitsgebiet A integrativ untersucht. Die Arbeiten werden von mehreren Projektpartnern durchgeführt, die jeweils spezifische fachliche Schwerpunkte einbringen:

Biodiversität benthischer Organismen und Lebensgemeinschaften

Senckenberg am Meer

Die im und auf dem Meeresboden lebenden Endo- und Epifauna-Gemeinschaften werden hinsichtlich ihrer Artenzusammensetzung, Abundanz, Biomasse und funktionellen Eigenschaften analysiert. Hierzu werden systematische Beprobungen mit standardisierten Methoden (u. a. van Veen Greifer, Baumkurre) entlang eines räumlich hochauflösenden Stationsrasters durchgeführt.

Ergänzend werden saisonale Variabilitäten sowie das Vorkommen von Rote-Liste- und invasiven Arten erfasst. Die funktionelle Diversität wird anhand biologischer Traits (z. B. Bioturbationspotenzial) quantifiziert und statistisch ausgewertet.

Charakterisierung der natürlichen und anthropogenen Seismizität

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Zur Bewertung der seismischen Aktivität im Untersuchungsgebiet werden nationale und internationale Erdbebenkataloge reevaluiert und mit modernen Verfahren neu analysiert. Ergänzend werden seismische Wellenformdaten aus bestehenden Messnetzen herangezogen.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Unterscheidung zwischen natürlicher, induzierter und anthropogener Seismizität, um eine belastbare Referenz für die spätere Bewertung potenziell speicherbedingter Ereignisse zu schaffen.

Erfassung der Mikroseismizität und des Hintergrundrauschens

K.U.M. Umwelt- und Meerestechnik Kiel GmbH & CAU Kiel

Durch den Einsatz seismischer Sensoren am Meeresboden wird die Mikroseismizität über längere Zeiträume kontinuierlich aufgezeichnet. Die Sensoren werden von K.U.M. entwickelt und eingesetzt, während die Auswertung gemeinsam mit der CAU erfolgt.

Ziel ist es, natürliche Signalquellen (z. B. Wellen, Strömungen) von anthropogenen Einflüssen (z. B. Schiffsverkehr, Offshore-Infrastruktur) zu unterscheiden und eine hochauflösende seismische Referenzbasis zu etablieren.

Untersuchung potenzieller Leckagepfade

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Erdgas und Formationswasser können entlang von alten Bohrungen und an Störungszonen austreten, die bis zum Meeresboden reichen bzw. über permeable Schichten miteinander verbunden sind. An diesen Schwachstellen kann es während des Speicherbetriebs zu Leckagen von CO₂ und Formationswasser kommen, die durch den Druckanstieg im Speicher verstärkt werden. Im Gebiet A gibt es nur eine alte Bohrung (H15), die jedoch bis in die Speicherformation reicht. Zudem wurden in GEOSTOR I eine Reihe von Störungen in den Deckschichten identifiziert, die bis zum Meeresboden reichen. Auf einer Ausfahrt mit der FS ALKOR wird mit hydroakustischen Messungen nach Erdgas-Austritten am Meeresboden gesucht. Zudem werden dort Sedimentkerne genommen, um anhand der Porenwasserzusammensetzung den Aufstieg von salzigem Formationswasser nachzuweisen. Mithilfe der so gewonnen Daten können erste Informationen über die hydraulische Durchlässigkeit dieser Strukturen gewonnen werden. Zudem dienen die Daten als Baseline für das spätere Monitoring, bei dem diese Schwachstellen gezielt überwacht werden müssen, um frühzeitig gesetzt sowie Sedimentproben entnommen, um die chemische Zusammensetzung des Porenwassers zu analysieren.

Aufbau einer integrierten Datenmanagementplattform

North.io GmbH

Alle erhobenen Daten werden in einer zentralen, georeferenzierten Datenplattform zusammengeführt und visualisiert. Die Plattform wird von North.io entwickelt und kontinuierlich erweitert.

Sie integriert sowohl Umweltparameter (z. B. Temperatur, Salinität, Strömung) als auch geologische Informationen (z. B. Speicherformation, Deckschichten, Störungszonen) und ermöglicht die Erstellung eines dreidimensionalen Gesamtbildes des Untersuchungsgebiets.

Warum ist das wichtig?

Die Interpretation von Umweltveränderungen im Kontext einer CO₂-Speicherung ist mit erheblichen Herausforderungen verbunden, da die Nordsee ein hochdynamisches System darstellt. Veränderungen können sowohl durch natürliche Prozesse (z. B. klimatische Variabilität, ozeanographische Schwankungen) als auch durch anthropogene Einflüsse (z. B. Fischerei, Offshore-Windenergie, Temperaturanstieg) verursacht werden.

Vor diesem Hintergrund ist eine belastbare Baseline unabdingbar, um:

• Veränderungen eindeutig dem Speicherbetrieb oder anderen Einflussfaktoren zuordnen zu können
• die natürliche Variabilität von biologischen und physikalischen Prozessen quantitativ zu erfassen
• empfindliche Ökosystemkomponenten und potenzielle Risikobereiche frühzeitig zu identifizieren
• die wissenschaftliche Grundlage für Umweltverträglichkeitsprüfungen und Genehmigungsverfahren zu schaffen
Darüber hinaus bildet die Baseline-Studie eine wichtige Ergänzung zu späteren Untersuchungen durch potenzielle Speicherbetreiber, die für die Beantragung einer Speicherlizenz erforderlich sind.

Was sind die erwarteten Ergebnisse?

Die Baseline-Studie liefert eine umfassende, multidisziplinäre Datengrundlage zur Charakterisierung des Arbeitsgebiets A vor Beginn eines möglichen Speicherbetriebs.

Zu den zentralen Ergebnissen zählen:

• hochaufgelöste Datensätze zur Biodiversität und funktionellen Struktur benthischer Lebensgemeinschaften
• eine belastbare Referenz zur natürlichen und anthropogenen Seismizität einschließlich Mikroseismizit
• erste quantitative Einschätzungen potenzieller Leckagepfade und deren hydraulischer Eigenschaften
• eine integrierte, georeferenzierte Datenbasis zur Beschreibung des Untersuchungsgebiets in drei Dimensionen

Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für die nachfolgenden Arbeiten im Projekt, insbesondere für die Bewertung von Umweltrisiken sowie die Entwicklung von Monitoringstrategien. Gleichzeitig tragen sie dazu bei, Unsicherheiten in der Bewertung von Speicherprojekten zu reduzieren und eine wissenschaftlich fundierte Entscheidungsbasis für eine mögliche CO₂-Speicherung in der deutschen Nordsee zu schaffen.