Methanhydrat – Klimakiller oder Energiequelle der Zukunft Veranstaltung: Ingenieurhydrologie Dozent: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch Isabelle Wagner und

Methanhydrat – Klimakiller oder Energiequelle der Zukunft

Veranstaltung: IngenieurhydrologieDozent: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch

Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 1/20

Quelle: Geomar, Kiel / GEO MAGAZIN 2000


Gliederung

1. Grundlagen1. Methan2. Gashydrate3. Methanhydrat

2. Klimaerwärmung1. Gründe für den Zerfall2. Mechanismen der Ausbreitung3. Anaerobe und aerobe Methanoxidation

3. Energiequelle1. Vorkommen2. Risiken der Förderung3. Lösungsansätze4. Das SUGAR-Projekt

4. Zusammenfassung

5. Quellenverzeichnis


1. Grundlagen

1.1 Methan

• Kohlenwasserstoff• Summenformel CH4

• farb- und geruchloses Gas• geringere Dichte als Luft• 25-mal stärkeren Treibhauseffekt als Kohlendioxid• CH4 + 2 O2 CO2+ 2 H2O

• Lebensdauer• In der Atmosphäre: ca. 8-14 Jahre• Im Ozean: ca. 50 Jahre


1.2 Gashydrate

• Hoher Druck + niedrige Temperatur

• Gehören zu den Clathraten

• Molekültyp bildet kristallartige Käfigstruktur aus

• Anderer Molekültyp wird in Käfig eingeschlossen

• Gas Eisähnliche feste Struktur

• Käfige ohne Inhalt instabil

1. Grundlagen


1.3 Methanhydrat

• Wasser + Methangas

• 1 m³ Methanhydrat = 164 m³ Methangas und 0,8 m³ Wasser

• Hoher Druck

• Niedrige Temperatur

1. Grundlagen


1.3 Methanhydrat

Vorkommen:

• Untermeerischen Kontinentalhängen mit geophysikalischen Methoden (rote Punkte), direkte Beprobung (blaue Punkte)

• Arktischen Permafrostgebieten(grüne Punkte)

• Arktis auf dem flachen Kontinentalschelf

Menge:• Sedimentmenge innerhalb der Stabilitätszone * mittlerer Hydratgehalt

• Methankohlenstoffmenge höher als Kohle-, Erdöl-, und Erdgaslagerstätten zusammen

1. Grundlagen


1.3 Methanhydrat

• Temperaturzunahme: 3 °C / 100 m• Bohrung in 300 m Hydratschicht von 300 m

• Temperaturzunahme in Permafrostzone: 1,3 °C / 100 m• Temperaturzunahme außerhalb: 2 °C / 100 m

1. Grundlagen


1.3 Methanhydrat

Boden-Simulierende-Reflexion:

• Schallwellen werden in Richtung Meeresboden geschickt

• Laufzeiten der reflektierten Schallwellen werden gemessen

• Reflexionen treten auf, wenn sich die Impedanz ändert

• Impedanz durch Dichteunterschied an Grenzfläche

• hohe Schallgeschwindigkeit der hydrathaltigen Sedimente, langsame Geschwindigkeit innerhalb der gashaltigen Sedimente

• Reflektor tritt in Tiefen bis 1000 m unterhalb des Meeresbodens auf, zeigt Untergrenze der Hydrat- Stabilitäts-Zone

1. Grundlagen


2. Klimaerwärmung

2.1 Gründe für den Zerfall

• Zerstörung der Stabilität

• CH4 ist 25 mal stärker als Treibhausgas als CO2

Quelle: TU-Dresden.de• Abhängig von:

Temperatur

Druck


2. Klimaerwärmung

2.1 Gründe für den Zerfall


• Diffusion

Quelle: worldoceanreview.de 2.3 Anaerobe und aerobe Methanoxidation

• Verbrauch von ca. 90 % des freiwerdenden Methans

2. Klimaerwärmung

• Probleme bei

Blowout : Gasblasen für die Mikroorganismen nicht verwertbar

geringe Wassertiefen

2.2 Mechanismen der Ausbreitung:

• Geschwindigkeit der Freisetzung

• Blowout

• Voraussetzung

Langsame Freisetzung

Diffusion des Methans

Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 |13/20

2.3 Aerobe und anaerobe Methanoxidation

Quelle: worldoceanreview.de

2. Klimaerwärmung

Versauerung der Ozean

Sauerstoffarme Zonen


3. Energiequelle

Vorkommen derzeit zwischen

100 – 530.000 Gigatonnen Kohlenstoff

Quelle: worldoceanreview.de

Wahrscheinlicher Werte:

1.000 – 5.000 Gigatonnen Kohlenstoff

3.1 Vorkommen


3.2 Risiken der Förderung

Quelle: worldoceanreview.de 3.3 Lösungsansätze

• Zerstörung komplexer Ökosysteme

• Abbau nur von sedimentbedeckten Hydratvorkommen (mind. 50m)

Ökosystem wird nicht gefährdet

Verhindert unkontrolliertes Entweichen von Methan

• Methanhydratersatz durch CO2-Hydrate

Stabilisierung der Kontinentalhänge durch die CO2-Hydrate

CO2-Hydrate thermisch stabil

3. Energiequelle

• Freisetzung von Methan

• Gefährdung der Stabilität der Kontinentalhänge

• Abbau nur im flachen Gelände


3.4 Das SUGAR Projekt

• „Submarine Gashydrat-Lagerstätten: Erkundung, Abbau und Transport„

Quelle: IFM-geomar

3. Energiequelle

• neusten Technologien zur

Erdgasgewinnung (Methan)

Quelle: sk-zag.de

Ziele:

• Deutschland besitzt keine eigenen Hydrat-Lagerstätten

• Unterstützt von der Bundesregierung mit 13 Mio.€

• Speicherung von Kohlendioxid (CO2) als

Hydrat


3. Energiequelle

Quelle: beobachter.ch

3.4 Das SUGAR Projekt


Beschreibung des Ablaufes

• Methan wird in Gaskraftwerken verbrannt (wie Erdgas)

3. Energiequelle

• CO2 wird in Gaskraftwerken abgeschieden

• CO2 wird komprimiert (mit hohem Druck verflüssigt)

• Bei -160 °C per Schiff zum Bohrschiff transportiert

• Flüssiges CO2 + warmes Meerwasser dringen in den Untergrund

• CO2 ersetzt das Methan im Clathrat

• Methan wird als Gas freigesetzt und aufgefangen

• Methan wird als Methanhydrat in Pelletform gepresst und an Land transportiert (-15 °C)

• Ein Doppelrohr dringt in die Tiefe


4. Zusammenfassung

Entstehung:• Methangas + Wasser + hoher Druck + niedrige Temperatur

Vorkommen:• Kontinentalhänge, Permafrostböden, arktischer Kontinentalschelf

Klimaerwärmung:• CH4 ist 25 mal stärkeres Treibhausgas als CO2

Energiepotenzial:• 1.000 bis 10.000 Gigatonnen Kohlenstoff, der in Gashydraten gebunden ist übersteigt die Kohlenstoffmenge der zur Zeit bekannten Vorkommen fossiler Brennstoffe

FAZIT:„ Die Industrie sieht eine riesige Energiereserve, die Wissenschaft eine Zeitbombe“


• Geo (2000). Zeitbombe im Meeresboden – In: GEO , 04|April 2000, S.32-34 und S.38-39

• World Ocean Review (2012). Wie das Methan ins Meer gelangte. Verfügbar unter http://worldoceanreview.com/meer-und-chemie/methanhydrate/ [Zugriff am 28.06.2012]

•Bundesregierung (2008). Nachhaltigkeitsstrategie für Deutschland, Rohstoffe aus dem Meer. Verfügbar unter http://www.bundesregierung.de/Content/DE/Artikel/WissenschafftWohlstand/2008-09-01-hightech-serie- maritime-rohstoffe.html?__site=Nachhaltigkeit [Zugriff am 14.07.2012]

• Suess, E.; Methanhydrate: Verbindung aus Gas und Wasser – Energieträger der Zukunft? In: Kasseler Symposium Energie-Systemtechnik, 2002; S. 8-25

•http://www.renewable-energy-concepts.com/index.php?eID=tx_cms_showpic&file=uploads%2Fpics%2FAbbau- OrganischeSubstrate.jpg&width=800m&height=600m&bodyTag=%3Cbody%20style%3D%22margin%3A0%3B%20background%3A%23fff%3B%22%3E&wrap=%3Ca%20href%3D%22javascript%3Aclose%28%29%3B%22%3E%20%7C%20%3C%2Fa%3E&md5=5e29a27fb0ba8c65a4f3fe159c6d415e

•Bohrmann, G.; Suess, E.; Gashydrate der Meeresböden : ein dynamischer Methanspeicher im Ozean Perspektiven für die Energie der Zukunft: 13 Vorträge der Münchner Tagung (2004). DPG, Bad Honnef, pp. 133-152.

• Potentiale und Risiken der Nutzung von Methan aus Methanhydraten als Energieträger. Markus Groth. Online publiziert: 9. März 2010. © Vieweg+Teubner 2010

• Lohmann, D.;Brennendes Eis – Gashydrate ; In Fokus: Bodenschätze (2012): 97-107 , January 01, 2012.

• Schicks, J; Gasgewinnung aus hydratführenden Sedimenten: von den Grundlagen zur angewandten Forschung. Verfügbar unter http://www.ozean-der-zukunft.de/fileadmin/user_upload/content/technologietransfer/pdf/schicks.pdf

5. Quellenverzeichnis


Habt ihr noch Fragen?

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!

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