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Erdgas Speicherkraftwerk

Erdgas als Energieträger der Zukunft

Erdgas ist ein derzeit bereits wichtiger Energieträger und besitzt auch beträchtliches Potential für die Zukunft der Energieversorgung. Dieses ergibt sich zum Einen aus der größeren Verfügbarkeit mit umfangreicheren Reserven von Erdgas im Vergleich zu Erdöl. Noch interessanter sind allerdings Möglichkeiten, auf der Basis der Infrastruktur für die Auslieferung von Erdgas einen graduellen Übergang zur Nutzung von erneuerbarer Energie und Erzeugung von Strom zu vollziehen. In diesem Zusammenhang werden schon jetzt vielversprechende Experimente angestellt. Das Methan-haltige Naturgas gehört also auf jeden Fall zu den Energieträgern, die kobiniert mit modernen Technologien die CO 2 Emissionen reduzieren und Klimaschutz und Energiewende vorantreiben können. In diesem Artikel zeigen wir Ihnen was per Definition Erdgas ist, geben Ihnen rund ums Erdgas Erklärung zum Entstehungsprozess, nennen Ihnen Verwendungszwecke von Erdgas und gehen auf viele weitere Themen ein.

Ein kurzer Überblick zu Erdgas im Video.

Diesen Artikel vorlesen lassen:

Was ist Erdgas?

Erdgas ist ein Gasgemisch, das unterirdisch in Lagerstätten vorkommt. Die Erdgaslagerstätten sind allerdings nicht etwa gleichmäßig über die Erdoberfläche verteilt. Der Ausgangsstoff für Erdgas bestand aus abgestorbenen Kleinstlebewesen wie Plankton und Algen, die auf den Meeresgrund abgesunken sind. Auf dem Meeresboden wurden diese Kleinstlebewesen ohne Sauerstoff in Schichten eingeschlossen, was eine chemische Umwandlung in Kohlenwasserstoffe zur Folge hatte. Das so entstandene Gas stieg dann durch die Schichten auf, bis es durch undurchlässige Gesteinsschichten gestoppt wurde. Lagerstätten von Erdgas entstanden dort, wo das Gas weder nach oben noch seitwärts entweichen konnte.

Wo ist Erdgas zu finden?

Der beschriebene Prozess der Entstehung erfolgte über Millionen von Jahren, während denen sich die Ausdehnung der Weltmeere wesentlich verändert hat. Deshalb gibt es heute auch Erdgasvorkommen, die über dem Festland liegen. Die größten bekannten Reserven liegen in Norwegen, Katar und Russland. Erschließbare Vorkommen gibt es auch in den Kontinentalschelfen, also den Randgebieten des heutigen Festlands im Meer. Mit Bohrschiffen wurde schon Erdgas aus Wassertiefen von 3000 Metern gefördert. Charakteristisch für Erdgasvorkommen ist die Nähe zu Lagerstätten von Erdöl. Das ist auch nicht überraschend, denn der Entstehungsprozess der beiden fossilen Brennstoffe ist sehr ähnlich.

Wie wird Erdgas gefördert?

Die traditionelle Förderung aus konventionellen Lagerstätten spielt auch heute noch eine wesentliche Rolle. Seit etwa dem Jahr 2000 wird sie besonders in den USA durch unkonventionelle Methoden so umfangreich ergänzt, dass diese Fördermethode einen wesentlichen Effekt auf das Gesamtangebot von Erdgas hat. Der jährliche Erdgasverbrauch hängt stark mit der jeweiligen Erdgasförderung zusammen. Der steigende Jahresverbrauch erfordert entsprechend eine möglichst effiziente Aufbereitung und eine besonders hohe Erdgasqualität. So werden die Technologien zur Erdgasaufbereitung und Gasversorgung laufend fortentwickelt, um nicht nur größere Erdgasmengen zu Unternehmen und Verbrauchern nach Hause transportiert werden. Auch auf den Erdgaspreis hat diese Entwicklung nicht zu unterschätzende Auswirkungen.

Gas Förderung aus konventionellen Lagerstätten

In dieser Art des Vorkommens ist das Gas in porösem Gestein enthalten. Das Gas steht meistens unter erheblichem Druck, sodass die Förderung nach dem Erreichen der Lagerstätte durch ein Bohrloch sehr einfach ist. In dieser Form tritt Erdgas oft zusammen mit Erdöl auf, das oft das primäre Ziel der Förderung darstellt. Ist der Transport des Erdgases teurer und aufwendiger als der dafür erzielbare Preis, kommt es auch heute noch zum sogenannten Abfackeln des Gases, also seiner nutzlosen Verbrennung. Mit steuerlichen Anreizen wird heute aber versucht, einen Anreiz gegen dieses Abfackeln zu setzen.

Gas Förderung aus unkonventionellen Lagerstätten

Bei diesen Quellen ist das Erdgas in Tonsteinen gebunden. Geologisch nicht ganz korrekt werden diese oft als Schiefer bezeichnet und das aus ihnen gewonnene Gas als Schiefergas. Zur Förderung dieses Methan-haltigen Gases wird eine Flüssigkeit in das Gestein unter Druck eingeleitet, um im Gestein Risse zu erzeugen oder zu erweitern. Dieser Prozess ist als Fracking bekannt. So hat diese Förderung bzw. Gewinnung von Schiefergas Vor- und Nachteile.

Fracking gilt als ökologisch problematisch, weil dem eingepressten Wasser chemische Zusatzstoffe beigegeben werden, die das Grundwasser verunreinigen können. Dass diese Stoffe von den Unternehmen oft nicht öffentlich bekanntgegeben werden, trägt nicht zum Vertrauen in diese Methode bei. Es sollte aber auch berücksichtigt werden, dass beim Clean Fracking mit Wasser, Bauxitsand und Stärke nur Stoffe verwendet werden, die ökologisch unbedenklich sind.

Erdgasflasche

Woraus besteht Erdgas und welche Eigenschaften hat es?

Eigenschaften von Erd-Gas

In den meisten Fällen ist Erdgas geruchlos. Der bei privaten Endnutzern bekannte Geruch entsteht durch Zusatzstoffe, die das Erkennen von Gaslecks erleichtern sollen. Das Gas ist brennbar, farblos und leichter als Luft. Bei der Verbrennung von Erdgas entstehen hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid, also CO2. Das gilt allerdings erst für aufbereitetes Erdgas, nicht für die natürlich auftretende Form. Bezüglich Brennwert und der Preise der Gase spielt der Methangehalt eine entscheidente Rolle.

Die chemische Zusammensetzung von Erdgas

Durch den Entstehungsprozess ist plausibel, dass sich das Erdgas aus verschiedenen chemischen Verbindungen zusammensetzt. Diese ergeben sich aus dem organischen Ausgangsmaterial und den Eigenschaften der Bodenschichten, in denen sich das Erdgas bei seiner Entstehung unter hohem Druck und Temperaturen gebildet und angesammelt hat.

Kohlenwasserstoffe sind Bestandteil eines jeden Erdgas-Typen. Der Hauptbestandteil ist aber in allen Lagerstätten der Kohlenwasserstoff Methan. Neben anderen Kohlenwasserstoffen enthält Erdgas auch Schwefelwasserstoff und Stickstoff. In bestimmten Lagerstätten ist im Gas bis zu 7 % Helium enthalten, das durch radioaktiven Zerfall von Bestandteilen bestimmter Gesteine entstand.

Für die Verwendung des Gases wird zwischen zwei Typen unterschieden. H Gas oder Erdgas schwer zeichnet sich durch einen höheren Energiegehalt aus. Im Englischen wird das H Gas auch als „H Gas High“ bezeichnet. Das H Gas enthält nur bis zu etwa 3% Inertgase, wozu vor allem Stickstoff und CO2 zählen. Inert oder chemisch träge sind diese Stoffe im H Gas deshalb, weil sie nur schwer mit anderen Stoffen reagieren und auf jeden Fall keine Rolle beim Verbrennungsprozess im H Gas spielen.

L Gas oder Erdgas leicht dagegen besitzt einen niedrigeren Gehalt von Kohlenwasserstoffen und deshalb einen geringeren Brennwert. Im Englischen heißt das L Gas auch „Liquefied Natural Gas“. Im L Gas sind bis zu 11% Inertgase enthalten. Brenner für Erdgas müssen auf den Typ des verwendeten Gases eingestellt werden, um die richtige Menge an zugeführtem Sauerstoff sicherzustellen. In modernen Heizkesseln erfolgt diese Einstellung auf H Gas bzw. L Gas automatisch.

Erdgas chemische Formel

Die Strukturformel von Erdgas
Erdgas bzw. Methan (CH4) und seine Strukturformel

Erdgas ist ein Gemisch, bestehend vor allem aus Methan. So kann eine einfach klassische chemische Formel Erdgas bzw. Methan beschreiben: Diese chemische Formel für Methan lautet CH4. Erdgas enthält auch geringe Mengen anderer Gase, darunter Ethan, Propan, Butan und Pentan. Rein prinzipiell handelt es sich bei all diesen Gasen um Erdgase – jedoch der Hauptbestandteil bleibt das Methan. Grundsätzlich wird Erdgas hauptsächlich zum Heizen verwendet, bei der weiteren Erdgas Verarbeitung ist es aber auch ein wichtiger Brennstoff für die Stromerzeugung und die Industrie. Hier wird Erdgas auch zur Herstellung vieler gängiger Chemikalien wie Ammoniak, Methanol und Ethylen verwendet.

Verwendung von Erdgas

Ausgetretenes und entzündetes Erdgas ist schon seit dem Altertum bekannt. Gefürchtet war und ist es im Bergbau, da es zu Explosionen in Minen führen kann. Auch in Bezug auf den natürlichen Klimawandel spielt es bereits seit langer Zeit eine Rolle. Industriell wird das Gas erst seit der Mitte des 19. Jahrhunderts verwendet. Vor seiner Verwendung muss es aufbereitet werden. Dazu werden Bestandteile wie Schwefelwasserstoff, CO2, Wasser, feste Bestandteile und möglicherweise auch Quecksilber abgetrennt.

Für welche Zwecke wird Erdgas verwendet?

Es lassen sich vier Hauptverwendungszwecke für Erdgas auflisten. Ihnen als privatem Nutzer wird Erdgas am besten als Heizmaterial bekannt sein. Neben der Heizung von Wohnraum kann es Wärme für jeden beliebigen Zweck in Industrie und Gewerbe liefern.

Eine dieser Anwendungen ist die Stromerzeugung. Sie ist wichtig genug, um als eigene Kategorie angesehen zu werden, obwohl in einem kalorischen Kraftwerk der Brennstoff einfach zur Erhitzung von Wasser verwendet wird, das Dampfturbinen antreibt.

Immer stärker wird Erdgas als Treibstoff für Fahrzeuge, also für Mobilität eingesetzt. In der Regel befindet es sich dafür im Zustand von CNG Compressed Natural Gas. Es ist also in gasförmigem Zustand, allerdings unter dem hohen Druck von etwa 200 bar.

Alternativ kann es in die Form von LNG Liquified Natural Gas gebracht werden. In diesem flüssigen Zustand wird es in Tankschiffen transportiert. Nachdem das Gas schon bei -161 Grad in den gasförmigen Zustand übergeht, ist für diesen Zustand eine aufwendige Kühlung erforderlich.

Schließlich ist Erdgas auch ein wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie. Im Haber-Bosch-Verfahren wird es für die Herstellung von Düngemitteln eingesetzt. Seit der Erschöpfung der natürlichen Salpetervorkommen ist dieses Verfahren für die Ernährung der Weltbevölkerung von entscheidender Bedeutung. Aus Erdgas lässt sich auch Wasserstoff herstellen und es ist die Hauptquelle für industriell verwendetes Helium.

Vorteile von Erdgas

Der Hauptvorteil dieses fossilen Energieträgers besteht darin, dass bei seiner Verbrennung mehr Wasser als CO2 entsteht, als das bei Erdöl der Fall ist. Die Einsparung an Kohlendioxid beträgt dabei bis zu 25%. Auch ist die Belastung durch Feinstaub wie beispielsweise durch Kohle bei weitem geringer. Manche lehnen Erdgas als fossilen Energieträger genauso wie Öl ab. Sie sollten aber berücksichtigen, dass eine kleinere Einsparung bei einem stark verwendeten Energieträger in Summe viel mehr einbringt als eine größere Reduktion, die bei anderen Energie-Quellen nur in kleinerem Rahmen überhaupt verfügbar ist. Das trifft immer noch für viele erneuerbaren Energieträger zu. Als Beitrag zur Energiewende kann also auch ein fossiler Brennstoff eine wichtige Rolle spielen, vor allem wenn er sofort in großer Menge verfügbar ist. Auch im Bereich der E-Mobilität können Erdgas-Autos eine gute Zwischenlösung auf dem Weg zu klimaneutralen E-Autos sein.

Im Zusammenspiel mit erneuerbarer Energie aus Wind und Sonne besitzen erdgasbetriebene Kraftwerke entscheidende Vorteile. Im Gegensatz zu Wind und Sonne sind sie nicht nur jederzeit verfügbar, sie können auch schnell hoch- und wieder heruntergefahren werden. Damit sind sie für das Abdecken von Spitzenlast geeignet, was für die Stabilität des gesamten Stromnetzes nicht nur nützlich, sondern unbedingt notwendig ist.

Nachteile von Erdgas

Als fossiler Brennstoff hat es zwar Vorteile im Vergleich mit Erdöl oder Kohle, es ist aber auch nicht erneuerbar und deshalb höchstens eine Zwischenlösung für eine nachhaltige Energieversorgung. Im Vergleich zu flüssigen Treibstoffen ist ein Gas schwieriger zu speichern. Wenn es als Treibstoff für Fahrzeuge verwendet wird, spielt auch die geringere Energiedichte eine Rolle. Ein brennbares Gas bringt notwendigerweise eine gewisse Explosionsgefahr mit sich. Obwohl dieses Problem durch moderne Installationen schon weitgehend gelöst ist, kommt es doch immer wieder zu Gasexplosionen, die Todesopfer fordern können.

Interessanterweise können auch durch die Förderung selbst Schäden entstehen. Da in Gestein gespeichertes Gas unter beträchtlichem Druck steht, kommt es durch seine Förderung zu einem Druckabfall, der auch auf der Erdoberfläche durch seismische Aktivität spürbar sein kann. Als Beispiel können die Niederlande gelten, in denen es seit den neunziger Jahren immer wieder zu Erdbeben kommt, die mit Gasförderungen in Zusammenhang gebracht werden können und stark genug sind, um Schäden an Gebäuden anzurichten.

Eine weitere Folge von Gasförderungen wird bis heute noch wenig beachtet. Bei der Förderung tritt Bohrschlamm aus den Bohrlöchern aus. Diese Schlämme enthalten radioaktive Stoffe mit einer Strahlungsintensität, die für den Menschen gesundheitsschädlich sein kann. Trotzdem wird dieser Bohrschlamm immer noch an vielen Orten der Gasförderung unkontrolliert entsorgt.

Ein Nachteil des Erdgases ergibt sich erst, wenn es in die Atmosphäre gelangt. In dieser stellt es nämlich ein klimaschädliches Gas dar, das wesentlich stärker als CO2 wirkt. Es ist deshalb wichtig, durch sicheren Transport diesen Gasaustritt auf ein Minimum zu reduzieren.

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Erdgas – Energie mit Zukunft?

Eine Prognose der internationalen Atomenergiebehörde geht davon aus, dass Erdgas im Jahr 2080 mit einem Anteil von 50% der wichtigste unter den fossilen Energieträgern sein wird. Der Erdgas Anteil bei fossilen Energien wird also definitiv deutlich ansteigen. Dabei sollten Sie allerdings berücksichtigen, dass im nächsten halben Jahrhundert die Bedeutung der fossilen Energieträger stark abnehmen dürfte. Auf jeden Fall reichen die bekannten Reserven von Erdgas für die nächsten 60 Jahre aus. Damit ist die Versorgungssicherheit in der näheren Zukunft gewährleistet.

Die Zukunftsfähigkeit des heute verwendeten Erdgases ergibt sich auch aus Ansätzen, die auf seinen Ersatz durch erneuerbare Energien hinauslaufen. Biogas kann fossilem Gas beigemischt werden, was die Verwendbarkeit nicht einschränkt und den Anteil erneuerbarer Energie ansteigen lässt. Noch interessanter ist eine Technologie, in der mit aus Sonne und Wind gewonnenem Strom Methan synthetisiert wird. Diese Energie-Produkte können dann in das bestehende Erdgasnetz der Auslieferung und des Transports des Erdgases eingespeist werden. Ohne dass Sie als Verbraucher überhaupt etwas merken, erfolgt ein leiser Umstieg auf die Verwendung erneuerbarer Energie bei der Erzeugung von Strom und Energie. Diese Methode löst auf der einen Seite das Problem der Speicherung von Strom aus Sonne und Wind. Gleichzeitig wird auf diese Weise für die Auslieferung dieser Energieform auf die bestehende Infrastruktur im Erdgasnetz zurückgegriffen, die schon heute bis zu Ihrer Wohnung und zu Ihren Tankstellen zur Verfügung steht. 🌱

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Bildquellen

  • Erdgas-Speicherkraftwerk: iStock/elxeneize
  • Erdgasflasche: iStock/Ladanifer