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Tauschhandel im Meeresboden

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Im Rahmen des Projekts SUGAR untersuchen deutsche Geoforscher gemeinsam mit Industriepartnern, wie sich Erdgas aus marinen Gashydraten gewinnen lässt und ob im Gegenzug Kohlendioxid im Meeresgrund gespeichert werden kann.

Schon seit Jahrzehnten wird Erdgas aus den Tiefen des Meeresbodens gewonnen. Beschränkte sich die bisherige Förderung auf gasförmige Vorkommen, so könnte in Zukunft auch eine eisähnliche Substanz als Rohstoffquelle dienen. Es geht um „Gashydrat“, einer festen Mixtur aus Wasser und Gas, die ebenfalls im (und sogar auf) dem Meeresgrund lagert und die ähnlich wie Erdgas im Wesentlichen brennbares Methan enthält – weshalb häufig von „Methanhydrat“ die Rede ist. Gewaltige Mengen davon werden in nahezu allen Weltmeeren vermutet.

Beste Voraussetzungen für derlei Lagerstätten herrschen ab 500 Metern Wassertiefe. Denn erst bei gewaltigem Druck und Eiseskälte können sich Wasser und Methan zu Methanhydrat verbinden. Mit dem Projekt SUGAR, das im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprogramm GEOTECHNOLOGIEN gefördert wird, haben deutsche Wissenschaftler nun ein besonderes „Tauschgeschäft“ ins Auge gefasst: Sie wollen Erdgas aus Hydratvorkommen gewinnen und dafür das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) dauerhaft im Meeresboden verwahren.


Jenseits der Grundlagenforschung


„Letztlich geht es darum, den fossilen Energiesektor etwas umweltfreundlicher zu gestalten“, erläutert Prof. Dr. Klaus Wallmann vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften die Hintergründe des Forschungsprojekts. „Einerseits möchten wir zusätzliches Erdgas auf den Markt bringen, denn Erdgas verbrennt sehr viel umweltfreundlicher als Öl oder Kohle. Gleichzeitig möchten wir CO2 aus Kohlekraftwerken oder anderen industriellen Anwendung im Meeresboden speichern.“ Dabei verfolgen die Wissenschaftler einen besonderen Ansatz. „Wir wollen das CO2 als festes Hydrat speichern. Diese Methode ist deutlich sicherer als andere Verfahren, die zurzeit getestet werden“, betont der Projektleiter von SUGAR.

Für deutsche Fachleute ist SUGAR in mancher Hinsicht Neuland. Hierzulande konzentrierte sich die Forschung bislang vorwiegend auf die Entstehung der Hydrate und deren Bedeutung für das marine Ökosystem. Während Deutschland in diesem Bereich der Grundlagenforschung weltweit führend ist, haben andere Nationen die Methanhydrate schon lange als potentielle Rohstoffquelle im Blick. Doch der Abbau der Hydrate ist nicht frei von Umweltrisiken. „Angesichts dieser Situation haben wir vor einigen Jahren darüber nachgedacht, wie man den Abbau der Hydrate umweltschonend und mit einem positiven Effekt für das Klima angehen könnte“, berichtet Wallmann. Studien aus Norwegen und Südkorea hätten dann auf den möglichen Einsatz von CO2 hingewiesen. „Wir kamen zu dem Schluss, dass dies ein Ansatz sein könnte, mit dem sich der Abbau der Hydrate verantworten lässt. Daraufhin haben wir das SUGAR-Projekt auf die Beine gestellt.“


CO2 zur Erdgasförderung


Das von SUGAR untersuchte Szenario beruht auf der erstaunlich simplen Formel „Kohlendioxid rein, Erdgas raus“: Zunächst transportieren Schiffe verflüssigtes CO2 aufs Meer hinaus. Dort wird das Treibhausgas dann über eine Bohrung in Hydratreservoirs im Meeresboden geleitet. Bei der nun einsetzenden Reaktion zwischen Methanhydrat und flüssigem CO2 wird Methan freisetzt – gleichzeitig entsteht CO2-Hydrat. Somit verbleibt das Treibhausgas als Feststoff im Meeresboden. „Der Trick ist, dass diese Reaktion spontan abläuft“, sagt Wallmann. „Wir brauchen also nichts weiter tun, als das CO2 einzubringen, die Reaktion abzuwarten und hinterher das Erdgas zu fördern, was über eine Bohrung geschehen würde.“

Noch in diesem Jahr soll das Verfahren an Land erprobt werden. Testgebiet ist Alaska. Im eisigen Erdreich des dortigen Permafrosts lagert ebenfalls Methanhydrat. Ausgiebige Feldversuche auf hoher See sind nicht vor 2011 vorgesehen. Bis dahin wird sich das SUGAR-Projekt im Wesentlichen auf Laboruntersuchungen und Computermodellierungen konzentrieren.


Umweltrisiken


Beim Abbau des Hydrats ist Umsicht gefragt. Denn Methanhydrat, das direkt auf dem Meeresgrund oder in den obersten Sedimentschichten lagert, spielt für die dortige Lebenswelt eine zentrale Rolle. Rund um derartige Vorkommen gibt es regelrechte „Oasen der Tiefsee“. SUGAR zielt daher auf Reservoirs, die tiefer im Meeresboden liegen. „Was wir benötigen, um die Hydrate abbauen zu können, ist eine Sedimentbedeckung von mindestens einhundert Metern, besser noch von mehreren hundert Metern“, erklärt Wallmann. „Tatsächlich ist es auch so, dass die meisten Hydrate in dieser Art vorkommen. Sie liegen also nicht am Meeresboden, sondern in einigen hundert Metern Sedimenttiefe.“

Außerdem muss beim Abbau des Hydrats vermieden werden, dass Methangas ungehindert ausströmt. Sonst ginge nicht nur ein wertvoller Energieträger verloren – Methan ist auch ein äußert wirkungsvolles Treibhausgas. Fingerspitzengefühl ist daher beim Einleiten des CO2 in den Untergrund gefragt, damit die Hydratvorkommen nicht unter übermäßigen Druck geraten. „Sonst besteht das Risiko, dass die Deckschichten aufreißen und unkontrolliert Gas entweicht“, gibt Wallmann zu bedenken.

Auch bei der Auswahl geeigneter Hydratvorkommen wollen die Forscher wählerisch sein. Ein Kriterium ist ein möglichst ebener Meeresgrund. „Macht man den Abbau im steilen Gelände, ist das mit Risiken verbunden, weil die Hydrate wie eine Art Zement wirken, die die Hänge stabilisieren“, erläutert der Kieler Geoforscher. „Wir können also nur dort arbeiten, wo der Meeresboden geringes Gefälle aufweist.“ In diesem Zusammenhang sei das von SUGAR gewählte Verfahren jedoch deutlich sicherer als andere Methoden des Hydrat-Abbaus. Wallmann: „Wir ersetzen einen Zement, nämlich Methanhydrat, durch einen anderen: CO2-Hydrat.“


Transport des Erdgases


Neben dem Abbau des Hydrats setzt sich das SUGAR-Projekt auch damit auseinander, wie das geförderte Erdgas an Land gelangen könnte. Der Transport per Pipeline oder – in verflüssigter Form – per Schiff wäre mit diversen Nachteilen verbunden, wie Wallmann erläutert. Getestet werden soll daher der Transport in fester Form, nämlich in Gestalt etwa tischtennisballgroßer „Hydrat-Pellets“. Wenngleich das geförderte Methan hierzu wieder in Methanhydrat zurückverwandelt werden müsste.

In der Praxis scheidet es jedoch aus, hierfür den extremen Druck am Meeresboden nachzubilden, unter dem Methanhydrat natürlicherweise stabil ist. Anderseits: Bei normalem Luftdruck und Raumtemperatur löst sich Methanhydrat innerhalb kurzer Zeit in Wasser und Methan auf. Aussichtsreich scheint es allerdings, die Temperatur zu senken. Denn bei Normaldruck und minus 20 Grad Celsius ist Methanhydrat „metastabil“ und wäre insofern geeignet für den Transport. „Solche Pellets halten sich über mehrere Monate ohne wesentliche Gasverluste“, berichtet Wallmann. Verstanden sei dieses Phänomens der „anomal langsamen Zersetzung“ allerdings noch nicht. „Wir möchten herausfinden, warum diese Dinger überhaupt metastabil sind. Außerdem wollen wir die Stabilität auf höhere Temperaturen ausdehnen, indem wir Zusatzstoffe beimischen.“ Diese würden von einem Projektpartner aus der chemischen Industrie entwickelt. „Jedes Grad Celsius, was man dabei gewinnt, verbessert die Energiebilanz“, unterstreicht Wallmann.

MN, iserundschmidt 07/2009


Mit der Untersuchung von Methan im Geo- und Biosystem beschäftigte sich bis voriges Jahr bereits das Projekt "MUMM II". Dessen Koordinatorin, Prof. Dr. Antje Boetius, wurde jetzt mit dem mit insgesamt 2,5 Millionen Euro dotierten Leibniz-Preis ausgezeichnet.

Weitere Informationen zum Projekt SUGAR finden Sie auf den Projektseiten.

Verweise
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