Erdgas als EnergietrÀger der Zukunft

Erdgas ist ein derzeit bereits wichtiger EnergietrĂ€ger und besitzt auch betrĂ€chtliches Potential fĂŒr die Zukunft der Energieversorgung. Dieses ergibt sich zum Einen aus der grĂ¶ĂŸeren VerfĂŒgbarkeit mit umfangreicheren Reserven von Erdgas im Vergleich zu Erdöl. Noch interessanter sind allerdings Möglichkeiten, auf der Basis der Infrastruktur fĂŒr 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 EnergietrĂ€gern, die kobiniert mit modernen Technologien die CO 2 Emissionen reduzieren und Klimaschutz und Energiewende vorantreiben können.

Was ist Erdgas?

Erdgas ist ein Gasgemisch, das unterirdisch in LagerstĂ€tten vorkommt. Die ErdgaslagerstĂ€tten sind allerdings nicht etwa gleichmĂ€ĂŸig ĂŒber die ErdoberflĂ€che verteilt. Der Ausgangsstoff fĂŒr 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 undurchlĂ€ssige Gesteinsschichten gestoppt wurde. LagerstĂ€tten von Erdgas entstanden dort, wo das Gas weder nach oben noch seitwĂ€rts entweichen konnte.

Wo ist Erdgas zu finden?

Der beschriebene Prozess der Entstehung erfolgte ĂŒber Millionen von Jahren, wĂ€hrend denen sich die Ausdehnung der Weltmeere wesentlich verĂ€ndert hat. Deshalb gibt es heute auch Erdgasvorkommen, die ĂŒber dem Festland liegen. Die grĂ¶ĂŸten 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 fĂŒr Erdgasvorkommen ist die NĂ€he zu LagerstĂ€tten von Erdöl. Das ist auch nicht ĂŒberraschend, denn der Entstehungsprozess der beiden fossilen Brennstoffe ist sehr Ă€hnlich.

Wie wird Erdgas gefördert?

Die traditionelle Förderung aus konventionellen LagerstĂ€tten spielt auch heute noch eine wesentliche Rolle. Seit etwa dem Jahr 2000 wird sie besonders in den USA durch unkonventionelle Methoden so umfangreich ergĂ€nzt, dass diese Fördermethode einen wesentlichen Effekt auf das Gesamtangebot von Erdgas hat. Der jĂ€hrliche Erdgasverbrauch hĂ€ngt stark mit der jeweiligen Erdgasförderung zusammen. Der steigende Jahresverbrauch erfordert entsprechend eine möglichst effiziente Aufbereitung und eine besonders hohe ErdgasqualitĂ€t. So werden die Technologien zur Erdgasaufbereitung und Gasversorgung laufend fortentwickelt, um nicht nur grĂ¶ĂŸere Erdgasmengen zu Unternehmen und Verbrauchern nach Hause transportiert werden. Auch auf den Erdgaspreis hat diese Entwicklung nicht zu unterschĂ€tzende Auswirkungen.

Gas Förderung aus konventionellen LagerstÀtten

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 LagerstĂ€tte durch ein Bohrloch sehr einfach ist. In dieser Form tritt Erdgas oft zusammen mit Erdöl auf, das oft das primĂ€re Ziel der Förderung darstellt. Ist der Transport des Erdgases teurer und aufwendiger als der dafĂŒr 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 LagerstÀtten

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 FlĂŒssigkeit in das Gestein unter Druck eingeleitet, um im Gestein Risse zu erzeugen oder zu erweitern. Dieser Prozess ist als Fracking bekannt.

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, trĂ€gt nicht zum Vertrauen in diese Methode bei. Es sollte aber auch berĂŒcksichtigt werden, dass beim Clean Fracking mit Wasser, Bauxitsand und StĂ€rke nur Stoffe verwendet werden, die ökologisch unbedenklich sind.

Erdgasflasche

Woraus besteht Erdgas und welche Eigenschaften hat es?

Eigenschaften von Erd-Gas

In den meisten FĂ€llen 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 hauptsĂ€chlich Wasser und Kohlendioxid, also CO2. Das gilt allerdings erst fĂŒr aufbereitetes Erdgas, nicht fĂŒr die natĂŒrlich auftretende Form. BezĂŒglich 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 LagerstÀtten der Kohlenwasserstoff Methan. Neben anderen Kohlenwasserstoffen enthÀlt Erdgas auch Schwefelwasserstoff und Stickstoff. In bestimmten LagerstÀtten ist im Gas bis zu 7 % Helium enthalten, das durch radioaktiven Zerfall von Bestandteilen bestimmter Gesteine entstand.

FĂŒr 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 enthĂ€lt nur bis zu etwa 3% Inertgase, wozu vor allem Stickstoff und CO2 zĂ€hlen. Inert oder chemisch trĂ€ge 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 fĂŒr Erdgas mĂŒssen auf den Typ des verwendeten Gases eingestellt werden, um die richtige Menge an zugefĂŒhrtem Sauerstoff sicherzustellen. In modernen Heizkesseln erfolgt diese Einstellung auf H Gas bzw. L Gas automatisch.

Verwendung von Erdgas

Ausgetretenes und entzĂŒndetes Erdgas ist schon seit dem Altertum bekannt. GefĂŒrchtet war und ist es im Bergbau, da es zu Explosionen in Minen fĂŒhren kann. 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.

FĂŒr welche Zwecke wird Erdgas verwendet?

Es lassen sich vier Hauptverwendungszwecke fĂŒr Erdgas auflisten. Ihnen als privatem Nutzer wird Erdgas am besten als Heizmaterial bekannt sein. Neben der Heizung von Wohnraum kann es WĂ€rme fĂŒr 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 stĂ€rker wird Erdgas als Treibstoff fĂŒr Fahrzeuge, also fĂŒr MobilitĂ€t eingesetzt. In der Regel befindet es sich dafĂŒr 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 flĂŒssigen Zustand wird es in Tankschiffen transportiert. Nachdem das Gas schon bei -161 Grad in den gasförmigen Zustand ĂŒbergeht, ist fĂŒr diesen Zustand eine aufwendige KĂŒhlung erforderlich.

Schließlich ist Erdgas auch ein wichtiger Grundstoff fĂŒr die chemische Industrie. Im Haber-Bosch-Verfahren wird es fĂŒr die Herstellung von DĂŒngemitteln eingesetzt. Seit der Erschöpfung der natĂŒrlichen Salpetervorkommen ist dieses Verfahren fĂŒr die ErnĂ€hrung der Weltbevölkerung von entscheidender Bedeutung. Aus Erdgas lĂ€sst sich auch Wasserstoff herstellen und es ist die Hauptquelle fĂŒr industriell verwendetes Helium.

Vorteile von Erdgas

Der Hauptvorteil dieses fossilen EnergietrĂ€gers besteht darin, dass bei seiner Verbrennung mehr Wasser als CO2 entsteht, als das bei Erdöl der Fall ist. Die Einsparung an Kohlendioxid betrĂ€gt dabei bis zu 25%. Auch ist die Belastung durch Feinstaub wie beispielsweise durch Kohle bei weitem geringer. Manche lehnen Erdgas als fossilen EnergietrĂ€ger genauso wie Öl ab. Sie sollten aber berĂŒcksichtigen, dass eine kleinere Einsparung bei einem stark verwendeten EnergietrĂ€ger in Summe viel mehr einbringt als eine grĂ¶ĂŸere Reduktion, die bei anderen Energie-Quellen nur in kleinerem Rahmen ĂŒberhaupt verfĂŒgbar ist. Das trifft immer noch fĂŒr viele erneuerbaren EnergietrĂ€ger zu. Als Beitrag zur Energiewende kann also auch ein fossiler Brennstoff eine wichtige Rolle spielen, vor allem wenn er sofort in großer Menge verfĂŒgbar ist. Auch im Bereich der E-MobilitĂ€t 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 verfĂŒgbar, sie können auch schnell hoch- und wieder heruntergefahren werden. Damit sind sie fĂŒr das Abdecken von Spitzenlast geeignet, was fĂŒr die StabilitĂ€t des gesamten Stromnetzes nicht nur nĂŒtzlich, 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 fĂŒr eine nachhaltige Energieversorgung. Im Vergleich zu flĂŒssigen Treibstoffen ist ein Gas schwieriger zu speichern. Wenn es als Treibstoff fĂŒr 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 SchĂ€den entstehen. Da in Gestein gespeichertes Gas unter betrĂ€chtlichem Druck steht, kommt es durch seine Förderung zu einem Druckabfall, der auch auf der ErdoberflĂ€che durch seismische AktivitĂ€t spĂŒrbar 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 SchĂ€den an GebĂ€uden anzurichten.

Eine weitere Folge von Gasförderungen wird bis heute noch wenig beachtet. Bei der Förderung tritt Bohrschlamm aus den Bohrlöchern aus. Diese SchlĂ€mme enthalten radioaktive Stoffe mit einer StrahlungsintensitĂ€t, die fĂŒr den Menschen gesundheitsschĂ€dlich 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 AtmosphÀre gelangt. In dieser stellt es nÀmlich ein klimaschÀdliches Gas dar, das wesentlich stÀrker als CO2 wirkt. Es ist deshalb wichtig, durch sicheren Transport diesen Gasaustritt auf ein Minimum zu reduzieren.

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 EnergietrĂ€gern sein wird. Der Erdgas Anteil bei fossilen Energien wird also definitiv deutlich ansteigen. Dabei sollten Sie allerdings berĂŒcksichtigen, dass im nĂ€chsten halben Jahrhundert die Bedeutung der fossilen EnergietrĂ€ger stark abnehmen dĂŒrfte. Auf jeden Fall reichen die bekannten Reserven von Erdgas fĂŒr die nĂ€chsten 60 Jahre aus. Damit ist die Versorgungssicherheit in der nĂ€heren Zukunft gewĂ€hrleistet.

Die ZukunftsfĂ€higkeit des heute verwendeten Erdgases ergibt sich auch aus AnsĂ€tzen, die auf seinen Ersatz durch erneuerbare Energien hinauslaufen. Biogas kann fossilem Gas beigemischt werden, was die Verwendbarkeit nicht einschrĂ€nkt und den Anteil erneuerbarer Energie ansteigen lĂ€sst. 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 ĂŒberhaupt 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 fĂŒr die Auslieferung dieser Energieform auf die bestehende Infrastruktur im Erdgasnetz zurĂŒckgegriffen, die schon heute bis zu Ihrer Wohnung und zu Ihren Tankstellen zur VerfĂŒgung steht. đŸŒ±

Bildquellen

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