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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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 2/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 3/20
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 | 4/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 5/20
1.3 Methanhydrat
• Wasser + Methangas
• 1 m³ Methanhydrat = 164 m³ Methangas und 0,8 m³ Wasser
• Hoher Druck
• Niedrige Temperatur
1. Grundlagen
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 7/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 8/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 9/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 10/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 11/20
2. Klimaerwärmung
2.1 Gründe für den Zerfall
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 12/20
• 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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 |14/20
3. Energiequelle
Vorkommen derzeit zwischen
100 – 530.000 Gigatonnen Kohlenstoff
Quelle: worldoceanreview.de
Wahrscheinlicher Werte:
1.000 – 5.000 Gigatonnen Kohlenstoff
3.1 Vorkommen
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 |15/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 16/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 17/20
3. Energiequelle
Quelle: beobachter.ch
3.4 Das SUGAR Projekt
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 18/20
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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 19/20
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 | 20/20
• 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
Isabelle Wagner und Christine Becker 18.07.2012 | 21/20
Habt ihr noch Fragen?
Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!