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Zwei Probleme, eine Lösung

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 04.05.2009 10:48

Der Abbau fossiler Energieträger gestaltet sich zunehmend schwierig. Zudem verlangt der fortschreitende Klimawandel nach umweltgerechten Energiequellen. Durch Untertagevergasung von Kohle und einer Speicherung des dabei entstehenden CO2 wollen Forscher nun auf beiden Problemfeldern Fortschritte erzielen.

Schon Mitte des 19. Jahrhunderts untersuchten Wissenschaftler, ob man Kohle nicht bereits in ihren natürlichen Lagerstätten verbrennen und aus dem dabei entstehenden Gas ohne mühselige Transportwege wertvolle Energie gewinnen könnte. Brennende Kohleflöze ließen sich damals aber nur schwer beherrschen – man konnte den Weg und die Menge der zuströmenden Verbrennungsluft kaum in einer Genauigkeit bestimmen, die für einen kontrollierten Verbrennungsprozess notwendig ist. Auch im vergangenen Jahrhundert wurde vielerorts die Untertagevergasung von Kohle erprobt. Ein Einsatz in größerem Maßstab blieb bislang zwar aus; steigende Energiepreise verleihen dem Verfahren heute aber neue Attraktivität.

Der Ansatz zur Umwandlung von Kohle tief unter der Erdoberfläche wird daher im Rahmen von CO2SINUS wieder aufgegriffen. Das GEOTECHNOLOGIEN-Projekt, das im Wettbewerb "Deutschland - Land der Ideen" zu einem der "Ausgewählten Orte 2009" gekürt worden ist, sieht zunächst mehrere so genannte Injektionsbohrungen und eine Produktionsbohrung vor. Mit einem Druck von rund 80 bar wird ein Gemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf in das angebohrte Kohleflöz gepresst. Dabei führen die Bedingungen unter Tage zu einer Selbstentzündung der Kohle, die bei Temperaturen von bis zu 1000 Grad Celsius unter Sauerstoffmangel vergast. Über die Produktionsbohrung wird das bei diesem Prozess entstehende Synthesegas – ein Gemisch verschiedener Substanzen in Erdgasqualität – an die Oberfläche geleitet. Per Dampf- oder Gasturbine wird dieses Synthesegas über Tage schließlich in Strom und Wärme umgewandelt.

Zwar sind die Grundlagen der Vergasung von Kohlevorkommen bereits relativ gut erforscht, CO2SINUS soll aber in Bereiche vorstoßen, die dieses Verfahren bislang nicht vorsah. So liegen in Zentral- und Nordeuropa die verbleibenden Kohleflöze relativ tief unter der Erdoberfläche. Während im Ruhrgebiet beim konventionellen Bergbau bereits Abbautiefen von 1.500 Meter erreicht wurden, befinden sich im Bereich unterhalb der Nordsee die Kohleflöze sogar in bis 5.000 Meter Tiefe. „Wir müssen die Vergasungstechnik also insgesamt an diese Bedingungen anpassen“, erklärt Dr. Thomas Kempka vom CO2SINUS-Team.


Einmalige Forschung


Eine Konkurrenz zum traditionellen Bergbau sieht der Ingenieur in der vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam, der RWTH Aachen und dem Essener Unternehmen DMT untersuchten Methode folglich nicht: „Unsere Zielsetzung ist es, Kohleverkommen zu nutzen, die vom konventionellen Bergbau nicht erreicht werden können, entweder weil sie zu tief im Erdboden liegen oder nicht wirtschaftlich gewinnbar sind – zum Beispiel, wenn die Flöze nicht mächtig genug sind“, so Kempka.

Doch die Nutzung von bislang wirtschaftlich nicht nutzbaren Kohlevorkommen ist nur ein Arbeitsgebiet der Wissenschaftler. Zusätzlich sieht CO2SINUS eine anschließende Speicherung des beim Verbrennungsprozess entstandenen CO2 vor.  Hierzu wird das Kohlenstoffdioxid nach der Auskohlung der Lagerstätte über die Produktionsbohrung wieder zurück in das Flöz gepresst. Ein Vorhaben, das nach Einschätzung von Thomas Kempka in dieser Kombination weltweit derzeit einmalig ist: „Die Idee, eine Untertagevergasung mit einer anschließenden CO2-Speicherung in den entstandenen Hohlräumen zu kombinieren, ist natürlich nahe liegend. Aber dass neben uns in diesem Bereich noch jemand aktiv Forschung betreibt, ist mir nicht bekannt.“

Weshalb auch zunächst einmal Grundlagenforschung gefragt ist. „Wir wollen in unserem Projekt die prinzipielle Technik konzipieren, die bei einem solchen Verfahren zum Einsatz kommen kann, also nicht bereits jedes einzelne Ventil durchplanen“, erklärt Kempka die Vorgehensweise seines Teams. Ein Schwerpunkt von CO2SINUS ist dabei die Evaluierung möglicher Umweltrisiken. So muss sichergestellt werden, dass auch über lange Zeiträume hinweg Kohlenstoffdioxid nicht aus den Lagerstätten austreten kann. Auf diese Weise könnten bei der Energiegewinnung CO2-Emmissionswerte erreicht werden, die in der Größenordnung eines Kernkraftwerks liegen.


Wirtschaftlich konkurrenzfähig


Auch wirtschaftlich ist nach Berechnungen des Projektteams eine Kombination von Kohlevergasung und CO2-Speicherung ohne weiteres konkurrenzfähig: „Trotz sehr konservativer Rechnung liegen wir mit unserem Verfahren mindestens 15 Prozent unter den Kosten, die konventionelle Grundlastkraftwerke verursachen“, erklärt Kempka. Bei konsequenter Nutzung könnte mit dieser Technologie zudem nicht nur Geld gespart, sondern auch andere fossile Energiequellen für viele Generationen überflüssig werden: So weist eine im Rahmen des Projekts erstellte Studie aus, dass eine Vergasung von einem Drittel der europäischen Kohlevorkommen die Kernkraft für etwa 530 Jahre als Energiequelle in Europa ersetzen könnte.

Würde man hingegen sogar alle derzeit in Europa eingesetzten Energieträger vollständig ersetzen wollen, ließe sich bei einer Verwendung der untersuchten Methode eine Versorgungssicherheit von immerhin 70 Jahren aufrechterhalten. Darauf zielt das Projektteam von CO2SINUS allerdings gar nicht ab: „Grundsätzlich sind wir Befürworter des Energiemix“, betont Thomas Kempka, „wir wollen keine Energiequelle entwickeln, die alle anderen überflüssig macht. Vielmehr möchten wir mit unserer Arbeit dazu beitragen, die Zeit zu überbrücken, bis wir uns vollständig mit Regenerativen Energien versorgen können.“

RD, iserundschmidt 04/2009


Das Projekt CO2SINUS ist Bestandteil des GEOTECHNOLOGIEN-Schwerpunkts „Technologien für eine sichere und dauerhafte Speicherung des Treibhausgases CO2“. Wissenswertes, auch zu den anderen Projekten dieses Kernbereichs, finden Sie hier.


Weitere Informationen und anschauliche Animationen zu CO2SINUS finden Sie auf der Projektseite.

Verweise
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