Methanhydrat – Klimakiller oder Energiequelle der Zukunft Quelle: Geomar, Kiel / GEO MAGAZIN 2000 Veranstaltung: Ingenieurhydrologie Dozent: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 1/20

Gliederung Grundlagen Methan Gashydrate Methanhydrat Klimaerwärmung Gründe für den Zerfall Mechanismen der Ausbreitung Anaerobe und aerobe Methanoxidation Energiequelle Vorkommen Risiken der Förderung Lösungsansätze Das SUGAR-Projekt Zusammenfassung Quellenverzeichnis Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 2/20

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 Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 3/20

1. Grundlagen 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 Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 4/20

1. Grundlagen 1.3 Methanhydrat Wasser + Methangas 1 m³ Methanhydrat = 164 m³ Methangas und 0,8 m³ Wasser Hoher Druck Niedrige Temperatur Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 5/20

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 Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 7/20

1. Grundlagen 1.3 Methanhydrat Temperaturzunahme in Permafrostzone: 1,3 °C / 100 m Temperaturzunahme außerhalb: 2 °C / 100 m Temperaturzunahme: 3 °C / 100 m Bohrung in 300 m  Hydratschicht von 300 m Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 8/20

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 Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 9/20

2. Klimaerwärmung CH4 ist 25 mal stärker als Treibhausgas als CO2 2.1 Gründe für den Zerfall Zerstörung der Stabilität Klimaerwärmung Erwärmung des Meerwassers und -bodens Methanhydrat wird instabil Rutschungen Methan wird frei Abhängig von: Temperatur Druck Quelle: TU-Dresden.de Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 10/20 9

2. Klimaerwärmung 2.1 Gründe für den Zerfall Seebeben Anhebung des Meeresbodens Druck nimmt ab Methanhydrat wird frei Rutschungen Tsunami Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 11/20 10

2. Klimaerwärmung 2.2 Mechanismen der Ausbreitung: Diffusion Blowout Geschwindigkeit der Freisetzung 2.3 Anaerobe und aerobe Methanoxidation Quelle: worldoceanreview.de Verbrauch von ca. 90 % des freiwerdenden Methans Voraussetzung Langsame Freisetzung Diffusion des Methans Probleme bei Blowout : Gasblasen für die Mikroorganismen nicht verwertbar geringe Wassertiefen Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 12/20

2. Klimaerwärmung 2.3 Aerobe und anaerobe Methanoxidation Versauerung der Ozean Sauerstoffarme Zonen Quelle: worldoceanreview.de Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 |13/20 12

3. Energiequelle 3.1 Vorkommen Vorkommen derzeit zwischen 100 – 530.000 Gigatonnen Kohlenstoff Wahrscheinlicher Werte: 1.000 – 5.000 Gigatonnen Kohlenstoff Quelle: worldoceanreview.de Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 |14/20 13

3. Energiequelle 3.2 Risiken der Förderung Zerstörung komplexer Ökosysteme Gefährdung der Stabilität der Kontinentalhänge Freisetzung von Methan 3.3 Lösungsansätze Quelle: worldoceanreview.de Abbau nur von sedimentbedeckten Hydratvorkommen (mind. 50m) Ökosystem wird nicht gefährdet Verhindert unkontrolliertes Entweichen von Methan Abbau nur im flachen Gelände Methanhydratersatz durch CO2-Hydrate Stabilisierung der Kontinentalhänge durch die CO2-Hydrate CO2-Hydrate thermisch stabil Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 |15/20 14

3. Energiequelle 3.4 Das SUGAR Projekt „Submarine Gashydrat-Lagerstätten: Erkundung, Abbau und Transport„ Unterstützt von der Bundesregierung mit 13 Mio.€ Deutschland besitzt keine eigenen Hydrat-Lagerstätten Quelle: IFM-geomar Ziele: neusten Technologien zur Erdgasgewinnung (Methan) Speicherung von Kohlendioxid (CO2) als Hydrat Quelle: sk-zag.de Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 16/20 15

3. Energiequelle 3.4 Das SUGAR Projekt Quelle: beobachter.ch Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 17/20 16

3. Energiequelle Beschreibung des Ablaufes CO2 wird in Gaskraftwerken abgeschieden CO2 wird komprimiert (mit hohem Druck verflüssigt) Bei -160 °C per Schiff zum Bohrschiff transportiert Ein Doppelrohr dringt in die Tiefe 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) Methan wird in Gaskraftwerken verbrannt (wie Erdgas) Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 18/20 17

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“ Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 19/20 18

5. Quellenverzeichnis 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 Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 20/20

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! Habt ihr noch Fragen? Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 21/20 20