Erdgas: Entstehung, Förderung, Transport, Reserven, Umwelt

Dieses Referat über Erdgas behandelt dich wichtigsten Fakten zu den Themen Entstehung, Förderung, Transport, Reserven und Umwelt.

Inhaltsverzeichnis:

1. Was ist Erdgas?
2. Wie entsteht Erdgas?
3. Gewinnung und Förderung
4. Lagerung und Transport
5. Erdgas-Reserven
6. Folgen für die Umwelt

Was ist Erdgas?

Erdgas ist ein geruchloses und unsichtbares Naturgas. Es ist brennbar (Zündtemperatur 600 °C) und setzt sich aus verschiedenen Gasen zusammen. Es besteht hauptsächlich aus Methan (75 – 99 %) und Stickstoff und kleinen Anteilen verschiedener Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan, Butan. Spuren von Helium, welches ein Edelgas ist, sind auch vorzufinden.

Die chemische Zusammensetzung schwankt jedoch je nach Fundstätte. Enthaltender Schwefelwasserstoff muss durch die Entschwefelung bereinigt werden. Auch die Nebenbestandteile Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf müssen abgetrennt werden, da sie giftig sind und die Pipelines angreifen. Vor allem die Hydratbildung des Wassers kann zu hohen Verlusten führen und die Pipelines verstopfen. Bei hohen Schwefelwasserstoff- und/oder Kohlenstoffdioxid-Anteilen bezeichnet man das Erdgas als Sauergas.

Erdgas kann ebenso elementaren Schwefel sowie Quecksilber enthalten, welche abgetrennt werden müssen, da sie die Fördereinrichtungen schädigen können und Quecksilber sehr schädlich für die Umwelt ist. Das Edelgas Helium ist von besonders großem Wert, kommt es in hoher Konzentration im Erdgas (max. 7 %) vor wird es herausgefiltert und gespeichert. Diese Erdgasquellen sind die Hauptproduzenten von Helium.

Man unterscheidet Erdgas in 3 verschiedene Effizienzklassen:

• L-Gas besteht aus etwa 85 % Methan, 4 % weiteren Alkanen (Ethan, Propan, Butan, Pentan) und 11
  % Inertgasen.
• H-Gas aus der Nordsee besteht aus circa 89 % Methan, 8 % weiteren Alkanen (Ethan, Propan,
  Butan, Pentan) und 3 % Inertgasen.
• H-Gas aus den GUS-Staaten besteht aus circa 98 % Methan, 1 % weiteren Alkanen (Ethan, Propan,
  Butan, Pentan) und 1 % Inertgasen.

Dabei ist der Methangehalt des Gases entscheidend für die Effizienz des Gases. L-Gas bedeutet (low-low) und H-Gas entspricht dem Typ E (Europe).

Erdgas dient in erster Linie als fossiler Energieträger. Man kann es zum Heizen von Wohngebäuden oder Gewerbegebäuden nutzen oder als Wärmelieferant für die verschiedensten Einsatzgebiete. Beispielsweise in Bäckereien, Ziegeleien und anderen Industriezweigen, wo Hitze zur Herstellung beziehungsweise die chemische Reaktion von Erdgas von Gebrauch ist. Erdgas wird zum Beispiel dafür genutzt Wasserstoff herzustellen oder bei der Düngemittelherstellung eingesetzt.

Wie entsteht Erdgas?

Erdgas entsteht ähnlich wie Erdöl und wird deswegen auch oft zusammen mit diesem gefunden. In einer Tiefe von 2000 – 4000 Metern und einer konstanten Temperatur von 65 – 120 °C wird im laufe von Jahrmillionen aus abgesunkenen marinen Kleinstlebewesen (Mikroorganismen, Algen, Plankton) unter hohem Druck und Luftabschluss Erdgas. Die Sediment-folgen aus biogenen und organischem Material werden in der sauerstoffarmen Umgebung, welche den Abbau der Biomasse verhindert zu einem Faulschlamm der wiederum von weiteren Sedimentschichten überdeckt wird, welcher den Druck und die Temperaturen zur Folge hat, die Erdgas zur Entstehung benötigt. Über Erdöl kann sich manchmal eine sogenannte „Gaskappe“ bilden. Das heißt über dem Erdöl sammelt sich eine undurchlässige Gesteinsschicht an, durch die das Erdgas nicht entweichen kann und sich so zwischen dem Erdöl und der Gesteinsschicht ansammelt.

Erdgas kann nicht nur im Meer, sondern auch über tief liegenden Steinkohlevorkommen entstehen. Nämlich dann, wenn der Druck von oben auf das Muttergestein, in dem sich das Erdgas gebildet hat, größer wird und es somit aus diesem herausgepresst wird und sich unter einer weiteren undurchlässigen Gesteinsschicht ansammelt, dem Speichergestein.

Das Helium ist dann im Erdgas enthalten, wenn unter der Lagerstätte liegende Mineralien Helium aus radioaktivem Alpha-Zerfall entsteht und nach oben diffundiert.

Gewinnung und Förderung

Durch geologische Untersuchungen kann festgestellt werden, wo sich Speichergestein befindet was aber keine Garantie gibt dort auch Erdgas zu finden oder nur auf Erdöl zu stoßen. Dies lässt sich nur durch Probebohrungen herausfinden. Im Schnitt sind aber 6 von 10 dieser Probebohrungen erfolgreich. Entweder wird das Erdgas in reinen Erdgasfeldern oder als Nebenprodukt bei der Erdölförderung gewonnen, bei letzterer wird es oftmals auch einfach abgefackelt. Da das Erdgas unter hohem Druck steht (bis zu 600 Bar) fördert es sich, sobald es angebohrt wurde
quasi von allein. Mit der Zeit nimmt der Druck jedoch stetig ab.

Nach konventionellen Erdgas (an Land) muss meist bis in eine Tiefe von 4 bis 6 Kilometern gebohrt werden. Bei Erkundungsbohrungen sind es manchmal bis zu 10 Kilometern. Normalerweise wird Senkrecht in den Boden gebohrt, aber es gibt auch Bohrer, denen es möglich ist schräg oder horizontal in das Gestein zu bohren. Diese wurden insbesondere für die Offshorebohrungen entwickelt. Während des Bohrens muss das durch den Bohrkopf zerstörte Gestein an die Oberfläche befördert werden damit es das Bohrloch nicht verstopft. Dazu wird das Bohrloch ständig mit einer Bohrflüssigkeit ausgespült, welche einerseits das Gestein nach oben spült und zweitens den Bohrkopf kühlt, damit dieser nicht überhitzt und kaputtgeht. Ein Mantel aus Zement schützt dabei den Bohrhohlraum.

Die Förderung von Erdöl und Erdgas aus Lagerstätten, die sich unter Wasser befinden ist um einiges komplizierter als die konventionelle Förderung. Hierbei müssen zur Erschließung der Lagerstätten auf dem Gewässerböden stehende oder auf dem Wasser schwimmende Bohrplattformen installiert werden. Von denen muss als Erstes gebohrt und dann gefördert werden. Es ist möglich nach dem Bohren eine reine Förderplattform einzusetzen. Die Hauptgründe für die Offshore-Förderung ist die Begrenzte beziehungsweise teure konventionelle Förderung, sodass man das Risiko der Offshore-Förderung eingeht, um die Preise am Weltmarkt möglichst gering zu halten. Dies betrifft aber hauptsächlich die Erdölförderung.

Lagerung und Transport

Da das ganze Jahr lang Erdgas gefördert wird, aber der Verbrauch im Jahresdurchschnitt schwankt, wird das Erdgas unter der Erde gespeichert. Im Winter, wenn die Nachfrage dann steigt kann auf diese Vorräte zurückgegriffen werden, sodass es keine Lastschwankungen gibt. Diese unterirdischen Erdgasspeicher sind größtenteils Kavernenspeicher. Kavernenspeicher befinden sich in Salzstöcken und werden ähnlich wie für die Atommüllendlagerung von Menschen angelegt. Es sind riesige Stollen, die nach dem Soleverfahren angelegt werden, das heißt man pumpt Wasser in den Stollen, der das Salz auflöst und pumpt es wieder ab. Dies ist ein langwieriger Vorgang, der Jahre dauern kann, bis ein Kavernenspeicher von circa 100.000 m³ fertiggestellt ist. Diese Methode der Erdgasspeicherung schaute man sich aus der Natur ab, wo es die Poren- bzw. Auifer- und Kavernenspeicher gibt.

Eine weitere Möglichkeit ist es, Erdgas in sogenannten Feldspeichern zu lagern, welche aus
entleerten Erdöl oder Erdgaslagerstätten bestehen. Um geringe Schwankungen im System auszugleichen, bieten sich Röhrenspeicher an die mäanderförmig einige Meter in den Boden verlegt werden und 50 bis 100 Bar aushalten. Ebenso die Obertage-Gasspeicher, welche für die Bedarfsschwankungen des Tages verwendet werden. Diese früher turmhohen Gasometer wie man sie vielleicht noch kennt und meistens Teleskop oder Scheibengasbehälter waren, wurden in den Jahren aber durch Hochdruck-Kugelgasbehälter ersetzt die mit circa 10 bar Überdruck betrieben werden können.

Der Transport von Erdgas ist über weite Strecken durch ein Netz von Pipelines möglich. In Westeuropa bekommt sein Gas hauptsächlich von Russland, die größten 3 Pipelines, die aus dem Osten kommen, sind die, North European Gas Pipeline, die Soyuz Pipeline und die Jamal-Europe Gasleitung. Das Erdgas muss aber bevor es durch diese Pipelines geschickt werden in einen anderen Aggregatzustand versetzt werden, hier unterscheidet man in drei Kategorien:

• Das komprimierte Erdgas auch CNG ( Compressed Natural Gas) genannt
• Das verflüssigte Erdgas auch LNG (Liquefied Natural Gas) genannt
• Das Gtl – Umwandlung des Gases in flüssige Kohlenwasserstoffe (Gas to Liquids)

Dies macht man vor allem, um das Volumen des Gases zu minimieren. Dies erleichtert zum einen die Lagerung immens, zudem macht es den Transport einfacher und sicherer. Der Druck, welcher in den Pipelines herrscht, ist abhängig davon, ob es sich um eine kleine regionale oder kontinentale Leitung handelt. Die Ferntransport-Rohrleitungen haben einen Durchmesser von 1,4 m und stehen unter einem immensen Druck von 84 Bar (Ein Autoreifen hat gerade mal einen Druck von 2,5 Bar!), bestehen aus Stahl und werden circa einen Meter unter der Erde verlegt. Da auf weiten Strecken der Druck verloren geht, muss alle 100 – 150 km eine Kompressorstation dafür sorgen, das der Druck konstant bleibt.
In Abständen werden Absperrventile installiert um bei einem Leck in der Pipeline, welche rund um die Uhr überwacht wird, das Leck abschotten zu können damit kein Gas ungehindert austreten kann. Diese Aufgabe übernehmen die Fernleitungsnetzbetreiber.

Die regionale Verteilung hingegen wird durch ein dichtes Netz der ortsansässigen Betreiber geregelt. Der Rohleitungsdruck dieser kleineren Leitungen beträgt immer noch stolze 16 Bar ist aber nur beschränkt auf die Verteilung im Land, denn für die Verteilung in die kleineren Kommunen bzw. Haushalte gibt es ein Netz mit einem Druck von unter 1 Bar, welcher mit den meisten Haushaltsgeräten und Heizungen kompatibel ist. Da ab etwa 4000 km Landweg oder 2000 km Seeweg durch den enormen Energieaufwand der Kompressorstationen, welche bei einer Strecke von 4700 km 10 % der Energie des Erdgases allein für den Pumpenbetrieb verbrauchen, es ökonomischer ist das Gas per Schiff zu transportieren, gibt es die sogenannten LNG-Transportschiffe. Diese Schiffe können riesige Mengen (160.000 Tonnen) des verflüssigten Erdgases in Kugel- oder Membrantanks befördern.

Erdgas-Reserven

Da Erdgas wie alle anderen fossilen Rohstoffe nur begrenzt auf der Erde vorhanden ist, wird es genau wie die Kohle und das Erdöl irgendwann zur Neige gehen. Fachleute haben herausgefunden das sich auf dem Meeresboden des Atlantiks das Weltweit größte Vorkommen an Erdgas befindet. Dieses befindet sich in einer Tiefe von 2 bis 3 km vor der nordamerikanischen Küste. Dabei handelt es sich jedoch nicht um pures Gas, sondern eine Verbindung aus Wasser und Gas, sogenanntes Gashydrat. Dieses Methanhydrat bedeckt flächendeckend den dortigen Meeresboden doch noch ist nicht geklärt wie man dieses Gas fördern kann, ohne das empfindliche ökologische Gleichgewicht des Meeres zu stören.

Es gibt jedoch noch viele Erdgasvorkommen die leichter zu fördern sind, sodass die Gashydrate nur eine Lösung in weiter Ferne darstellen sollten auch diese Vorkommen irgendwann erschöpft sein. Man unterscheidet bei den vorhandenen Erdgasvorkommen zwischen den sicher gewinnbaren Ressourcen (Lagerstätten) und den zusätzlich gewinnbaren (Gashydrat u. a.). Die sicher gewinnbaren sind solche welche ökonomisch genutzt werden können und die zusätzlich gewinnbaren solche welche heute noch keinen wirtschaftlichen nutzen haben. Die sicher gewinnbaren Weltgasreserven werden auf 140.000 Mrd. Kubikmeter geschätzt. Bei einer Netto-Weltförderung von Erdgas und Erdölgas abzüglich abgefackeltem und zurück gepressten Gas entsprach die Jahresfördermenge im Jahre 2010 3.239,5 Mrd. Kubikmeter.

Damit konnten circa 24 % des weltweiten Energiebedarfes gedeckt werden. Man schätzt, dass die Reserven noch ungefähr 65 Jahre ausreichen werden. Mit den noch zusätzlich gewinnbaren Ressourcen kommen die Schätzungen aber auch gerade mal auf 170 Jahre bei einem immer höher werdenden Energiebedarf tendiert diese Zahl jedoch mehr und mehr nach unten.

Deutschlands gewinnbare Erdgas Ressourcen beziffern sich 1995 gerade einmal auf 323 Mrd. Kubikmeter.

Folgen für die Umwelt

Anders als andere fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl hat Erdgas sehr gute physikalische und chemische Eigenschaften. Diese beziehen sich auf seine CO2-arme Verbrennung wobei es nur wenig beziehungsweise keine Rückstände hinterlässt. Auch spricht dafür das es sehr leicht in großen Mengen transportiert werden kann und somit wenig Energie für den Transport benötigt wird. Dagegen sprechen jedoch einige Aspekte die angesprochen werden müssen. Darunter ist zum einen der enorme Aufwand das Gas aus den tiefen des Bodens zu holen. Natürlich ist es lange nicht so aufwendig wie Steinkohle zu fördern jedoch ist das Risiko enorm hoch wenn dabei etwas schief
geht.

Besonders gefährlich ist es für die Umwelt, wenn ein Unglück bei der Offshore-Förderung passiert wie beispielsweise der Unfall der Förderplattform Deepwater Horizon im Jahre 2010. Bei diesem Unfall wurden Millionen Tonnen Öl im Meer freigesetzt darunter auch Gas, welches sich verflüchtigte und lange nicht solch große Schäden anrichten konnte wie das freigewordene Öl, welches eine große Umweltkatastrophe auslöste.

Jedoch werden bei der Förderung in großen Tiefen natürliche radioaktive Substanzen an die Oberfläche geholt darunter Radium 226 und Polonium 210. Diese Abfälle haben ein eher geringes Gefahrenpotenzial, doch in der Summe addiert sich dieses und kann wie in Kasachstan dazu führen, das weite Landstriche verseucht werden. Es gibt keine vollständige Überwachung was mit solchen Rückständen aus der Öl- und Gas-Förderung passiert. So leiten die Engländer ihre radioaktiven Rückstände in die Nordsee und die Amerikaner haben fast in jedem ihrer Bundesstaaten zunehmend mehr Probleme durch radioaktive Altlasten aus der Erdöl- und Erdgas-Förderung.

Eine äußerst bedrohliche, wenn aber auch sehr weit her geholte Theorie in welchem Ausmaß Erdgas der Erde schaden könnte ist, dass die Erwärmung des Meeres zum Schmelzen der Methanhydrate führen könnte was zu folge hat, dass das Methan frei gesetzt wird und ungehindert in die Atmosphäre gelang. Wäre dies der Fall und es nur ein kleiner Teil des Hydrats würde schmelzen wäre das eine bedrohliche Situation für unser Ökosystem, denn in einem Kubikmeter Hydrat befinden sich 164 Kubikmeter Methangas. Methan ist viel aggressiver und hat das 25 bis 33 fachen Treibhauspotenzial im Gegensatz zu Co2. Da wir schon heute durch Massentierhaltung extreme mengen Methan produzieren und dieser Ausstoß nicht geringer wird und unser Co2-Ausstoß in die Atmosphäre auch kaum reduziert wird, womit wir so unweigerlich unsere Erde aufheizen und das Meer sich schon so erwärmt hat, das die Pole anfangen zu schmelzen, ist es ein denkbares Szenario, das irgendwann auch das Methanhydrat schmelzen wird.

Quellenangaben:
wikipedia.org/wiki/Erdgas
wikipedia.org/wiki/Erdölgewinnung
schornsteinfeger-innung-saarland.de
wikipedia.org/Erdöl
wikipedia.org/methan
fundus.org/pdf.asp?ID=3252