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Ein Umweltphysiker im Klimawandel

Gashydrate und Methanhydrat

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Derzeit sind Gashydrate, speziell das Metahnhydrat als Klimagase in aller Munde.

 

Gashydrate sind Eiskristalle in denen Erdgas eingeschlossen ist, z.B. Methangas (organisches Faulgas). Sie bilden sich nur unter bestimmten Umgebungsbedingungen. Erforderlich dafür sind eine niedrige Temperatur und ein hoher Druck. Diese Bedingungen sind vor allem im Tiefseesediment der Kontinentalhänge und in den Permafrostböden der Arktis und Antarktis gegeben.

 

In der Tiefsee finden sich Gashydrate entlang der Kontinentalhänge in den oberen Schichten des Tiefseesedimentes, d.h. in einem Bereich von bis zu einigen hundert Metern Tiefe unterhalb des Meeresbodens. Mit der Tiefe steigt die Temperatur im erdwarmen Sediment an. Man stößt auf die sog. Untergrenze der Gashydratstabilitätszone. Unterhalb dieser Zone sind die Temperaturen zu hoch, so dass das Gas hier in freier Form vorliegt. Ein Entweichen wird durch das darüber befindliche Gashydart und die Stabilitätszone verhindert. In den Permafrostböden der Arktis und Antarktis findet sich eine ähnliche Schichtung.

 

Mit einer Änderung von Temperatur und/ oder Druck verschiebt sich die Untergrenze der Gashydratstabilitätszone nach oben, oder nach unten. Steigender Druck hat eine direkte Verschiebung nach unten und damit eine Stabilisierung des Gashydrates zur Folge. Das beobachten wir grade mit dem derzeitig ablaufenden Meeresspiegelanstieg von 20-30 cm pro Jahrhundert. Schön zu beobachten ist dieser Zusammenhang auch an den Kontinentalhängen. Mit der Wassertiefe steigt die Mächtigkeit der Hydratschicht im oberen Sediment an.

 

Eine Temperaturerhöhung hat eine Auflösug an der Oberfläche und eine Verschiebung der Untergrenze der Gashydratstabilitätszone nach oben und damit eine Destabilisierung des Gashydrates zur Folge. Es kann zu einem sog. Blow-Out von Methangas kommen. Am Meeresboden zurück bleiben große Einbruchkrater sog. Pockmarks mit einem Durchmesser von einigen hundert Metern und einer Tiefe von einigen 10 Metern. Allerdings dauert es einige Jahrhunderte bis eine Temperaturerhöhung von einigen Grad Celsius an der Oberfläche den Meeresboden in der Tiefsee in abgeschwächter Form erreicht hat. Das Meer wirkt wie ein Puffer. Von dieser Erwärmung kommen nur einige Hundertstel bis Zehntel Grad am Meeresboden an. Weitere Jahrhunderte dauert es, bis die Temperaturstörung im Sediment die Untergrenze der Gashydratstabilitätszone erreicht hat. Dort kommt ebenfalls nur ein Bruchteil der Temperaturerhöhung, welche am Meeresboden stattgefunden hat, an. Das Sediment wirkt wie ein zweiter Puffer. Also ein äußerst langwieriger Prozess, der auf geologischen Zeitskalen satt findet und den wir kaum erleben werden.

 

Im Gegensatz zur Tiefsee hat eine Temperaturveränderung an der Oberfläche einen direkten Einfluss auf die Permafrostböden der Arktis und Antarktis. Wegen der großen Tiefen, in denen Methanhydrate in kontinentalem Permafrost auftreten, ist aber nicht damit zu rechnen, dass durch Auftauen der oberen Schichten große Gasmengen an die Erdoberfläche kommen. Auch hier dauert es Jahrhunderte, bis eine Temperaturerhöhung, welche an der Oberfläche stattfindet die Gashydrate in abgeschwächter Form erreicht hat.

 

Vor allem die Antarktis ist sehr, sehr kalt und zu großen Teilen mit Eis bedeckt und wird dieses auch bei einer Klimaerwärmung von einigen Grad Celsius bleiben. In Großteilen der Antarktis wird derzeit eine Abkühlung beobachtet. Auch in Nordwest-Sibirien wurde über die letzten 70 Jahre hinweg eine Abkühlung beobachtet. Eine Panikmache ist also unbegründet.

 

Anlage: Methanhydrate im Meeressedimenten und Permafrostböden

 

 

 

 

Sorge und Anlass zum Handeln sollten undichte Gasleitungen und das unkontrollierte Abfackeln von Erdgas bereiten. Dazu folgende Auszüge:

 

Eine Energie im Zwielicht: Erdgas (c) freie presse online
Der Energieträger wurde .. bislang als sauber und Umwelt schonend verkauft
– Greenpeace bestreitet das – Verluste beim Transport
(Von Karl-Heinz Fonck; 17.5.2002; freie presse online)
Zitat: Unstrittig ist: Erdgas besteht zu 90 Prozent aus Methan und dessen Treibhauseffekt ist zwanzig Mal (!) stärker als der von Kohlendioxid. Wird Methan verbrannt, entsteht überwiegend Wasser und ein Rest Kohlendioxid. Je vollständiger nun die Verbrennung, desto weniger Schadgase suchen die Atmosphäre heim.“

 

Erdgas: doch keine saubere Sache?
u.a. Zitat:“Die Aussage, Erdgas sei vergleichsweise klimaschonend, kann nicht mehr uneingeschränkt aufrecht erhalten werden. Die umwelt- und energiepolitische Bewertung des Heizens mit Erdgas muss überdacht werden. Dies ist das Ergebnis der Studie “Ganzheitliche Energie- und Emissionsbilanzierung von Heizsystemen”, die vom Forschungsinstitut Fichtner, Stuttgart, erstellt wurde.
Bei der Ermittlung der Klimabelastung sind die Beiträge der Treibhausgase Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O) zu berücksichtigen. Eine Beschränkung auf die CO2-Emissionen führt zu falschen Ergebnissen. Erdgas besteht zu ca. 90 Prozent aus Methan (CH4) und der Treibhauseffekt von Methan ist zwanzigmal stärker als der von CO2. Zudem darf sich die Betrachtung der Emissionen eines Heizsystems nicht auf den Anlagenstandort beschränken. Eine korrekte Bewertung muss die gesamten klimabelastenden Effekte einbeziehen, die durch das Heizen mit Erdgas verursacht werden. Dazu gehören ebenso die Emissionen des Treibhausgases Methan bei Förderung, Aufbereitung, Transport und Verteilung des Erdgases bis zum Ort des Verbrauchs wie die Emissionen, die durch die Energieaufwendungen dieser Prozessvorstufen verursacht werden. Nach Ermittlungen von Greenpeace gehen allein bei den Gasbezügen aus Russland, dem mit Abstand größten Lieferanten des in Deutschland eingesetzten Erdgases, 5 bis 8 Prozent der Produktion als Treibhausgas in die Atmosphäre verloren.
Diese ganzheitliche Bewertung führt zum Ergebnis, dass das Heizen mit Erdgas in Deutschland das Klima je nach Betrachtungszeitraum (100 Jahre/20 Jahre) mit einem CO2-Äquivalent von 347 bis 563 kg/MWh Nutzwärme belastet, also ungefähr 2 bis 3 mal so stark wie der bisher von der Gaswirtschaft angegebene CO2-Wert von 200 bis 229 kg/MWh Nutzwärme.*) Die Studie ist erhältlich zum Preis von 90,- DM beim Verlag MVV Medien GmbH, Am Binnenwasser 6, 40474 Düsseldorf, Tel.: 0211/479696-0, Fax: 0211/479696-15, info@mvv-medien.de.“
24.8.2001

 

Sehr informative Darstellung über die Gasabfackelung in Nigeria des Hamburger-Bildungsservers: http://www.hamburger-bildungsserver.de/klima/energie/shell/sns-8.html
U.a. mit Angabe der dabei ungenutzten Energiemenge „Das sind 60 Mio. m3 täglich, das heißt 20 Mrd. m3 pro Jahr. Darin sind 34 Mio. Tonnen CO2 und 12 Mio. Tonnen Methan-Gas enthalten. Für die Ölgesellschaften ist das Abfackeln die einfachste und billigste Methode, das assoziierte Gas loszuwerden. “ (assozierte Gas sind . ua. Propan, Butan, …)

 

Das Nigerdelta: ein zerrüttetes Ökosystem (c) greenpeace
u.a. Zitat:“. An anderen Stellen verursachte die Ölproduktion auch Luftverschmutzung sowie erhebliche Störungen durch Lärm und Licht bei der Ölraffination und beim Abfackeln des Erdölgases. Letzteres findet an etwa 60 Standorten statt, fast überall in Bodenhöhe, nur geschützt durch einen einfachen Erdwall. Einige Anlagen verbrennen nun seit 30 Jahren 24 Stunden täglich in unmittelbarer Nachbarschaft der Häuser Erdgas.“
[…] Auf globaler Ebene:
ist das Abfackeln von 20 Milliarden m3 Erdölgas pro Jahr in Nigeria weltweit eine der größten einzelnen Emissionsquellen für Treibhausgas. Wegen der extrem unvollständigen Verbrennung dieses Erdgases gelangen alljährlich zwölf Millionen Tonnen Methan in die Atmosphäre. Damit leistet die Ölindustrie in Nigeria einen Beitrag von 3,2% der weltweiten Methanemission. Dieses Gas hat einen 39-72fachen Treibhauseffekt von Kohlendioxid. Diese Methanemission beträgt das elffache der gesamten Methanemission der Niederlande!“

 

Leckagen von Erdgas:

Sibirisches Gas besteht beinahe ausschließlich (zu 97,8 Prozent (28)) aus Methan, das ein sehr wirksames „Treibhausgas“ ist. Über einen Zeitraum von 20 Jahren entspricht das Treibhauspotential von 1 Kilogramm Methan dem von 35 kg Kohlendioxid. Dieses Verhältnis nimmt längerfristig ab, da die Verweilzeit von Methan in der Atmosphäre kürzer ist als die von Kohlendioxid. Dennoch ist das Potential von Methan für einen Zeithorizont von 100 Jahren immer noch elfmal höher als das von Kohlendioxid, und viermal höher für einen Zeitraum von 500 Jahren (29).

Die Verbrennung von einem Kilogramm Methan setzt etwa 2,75 kg Kohlendioxid frei. Somit ist der Beitrag zum Treibhauseffekt bei der Freisetzung von Methan in die Atmosphäre etwa dreizehnmal höher als der Beitrag bei Verbrennung von Methan (betrachtet für einen Zeitraum von 20 Jahren).

Nach der Methan-Überwachung durch die Europäische Kommission werden durch die russischen Gasleitungen und Gasfelder jährlich 35 Millionen Tonnen (etwa 50 Milliarden m3) an Methan freigesetzt (21). Das Aufschließen von Gasfeldern sowie Lagerung und Produktion von Gas führen ebenfalls zu großen Verlusten.

Nach Angaben der norwegischen Umweltorganisation Bellona betragen die jährlichen Freisetzungen von Methan im Öl- und Gassektor in Russland etwa 42 Milliarden Kubikmeter (22). Insgesamt schwanken die Daten und Abschätzungen verschiedener Organisationen, betreffend jährliche Erdgasleckagen in Russland, sehr stark (23): 4 Millionen t, 9,7 Millionen t, 10 Millionen t, 17,7 Millionen t, 21 Millionen t, 31,1 Millionen t, 35 Millionen t. Es besteht also eine Bandbreite von 4 bis 35 Millionen Tonnen, entsprechend 6 bis 50 Milliarden Kubikmeter. Diese große Schwankungsbreite demonstriert den Grundsatz, dass „wir wissen, dass wir nicht wissen, wieviel Gas wirklich verloren geht“. Leider ist es charakteristisch für Russland, dass oft die schlimmsten Vorhersagen und Abschätzungen die zutreffenden sind …

Als Referenzfall werden im vorliegenden Bericht Verluste von 30 Milliarden Kubikmeter pro Jahr angenommen. Angesichts der schlimmsten Abschätzungen stellt dies in keiner Weise eine übermäßig pessimistische Annahme dar.

30 Milliarden Kubikmeter im Jahr entspricht etwa 5 Prozent der russischen Erdgasproduktion. Dies ist erheblich mehr als der internationale Standard. Zum Beispiel liegen die Verluste durch Gasleckagen in den USA und Deutschland um 1 Prozent (29, 30, 34). Diese Zahl ist zweifellos mit großen Unsicherheiten behaftet. Sie ist jedoch ausreichend dokumentiert, um als Orientierungswert für den Standard dienen zu können, der in entwickelten Industriestaaten erreicht wird.

Dementsprechend wird im Referenzfall angenommen, dass jährlich etwa 24 Milliarden Kubikmeter Gasverluste vermieden werden können, indem Leckagen auf den internationalen Standard reduziert werden.

Das Treibhaus-Potential dieser Menge entspricht dem von etwa 590 Millionen Tonnen Kohlendioxid (unter der Annahme eines Verhältnisses von 1 : 35). Bei der Verbrennung von 24 Milliarden Kubikmetern Methan würden lediglich etwa 46 Millionen Tonnen Kohlendioxid freigesetzt. (Die Verbrennung von 15 MillionenTonnen ? Öl würde etwa 47 Millionen Tonnen Kohlendioxid freisetzen. Somit ist der positive Effekt von Verbrennung statt Freisetzung der vermeidbaren Gasverluste – entsprechend der Vermeidung der Freisetzung von etwa 590 Millionen Tonnen Kohlendioxid – etwa 6,5mal größer als der negative Effekt der Verbrennung der vermeidbaren Öl- und Gasverluste zusammen, der in der Freisetzung von etwa 93 Millionen Tonnen Kohlendioxid besteht.)

Weitere Gasverluste entstehen durch das Abfackeln von Erdöl-Begleitgas. Nach offiziellen Angaben werden jährlich 15 Milliarden Kubikmeter allein bei den westsibirischen Ölfeldern verbrannt (10), in denen etwa zwei Drittel des russischen Öls gefördert werden. Es ist anzunehmen, dass in anderen ölerzeugenden Regionen, in denen mehr auf Umweltprobleme geachtet wird, verhältnismäßig weniger Begleitgas abgefackelt wird. Daher wird die Gesamtmenge des abgefackelten Begleitgases im Referenzfall mit etwa 18 Milliarden Kubikmeter pro Jahr angenommen. Diese Annahme basiert lediglich auf Abschätzungen von Experten und kann daher nicht als sehr genau angesehen werden. Es wäre aber auch äußerst schwierig, eine belastbare Bandbreite anzugeben. Daher wird auf den Ansatz einer Bandbreite in diesem Fall verzichtet und nur der Referenzwert wird in der Folge in allen Berechnungen benützt.

Die Menge an Begleitgas, die in den USA abgefackelt (und, in geringerem Ausmaß, ohne Verbrennung abgeblasen) wird, liegt bei etwa 3 bis 5 Milliarden Kubikmetern im Jahr (34). Die Ölförderung in diesem Land ist dabei höher als die in Russland (etwa 400 Millionen Tonnen im Jahr 1998 (35)). In den USA wird angestrebt, nicht mehr als 0,5 Prozent der gesamten Gasproduktion (Begleitgas und normales Erdgas) abzufackeln (bzw. abzublasen).

Dementsprechend wird angenommen, dass die Gesamtmenge an Gas, das in Russland abgefackelt wird, auf etwa 20 Prozent der derzeitigen reduziert werden kann. Damit würde etwa das Niveau der USA erreicht. Es wird also angesetzt, dass 14,5 Milliarden Kubikmeter Gas für energetische Nutzung verfügbar sein könnte, anstatt in den Ölfeldern abgefackelt zu werden. (Quelle: Ausschnitt aus o.g. Studie)

 

Written by admin

Donnerstag, 24 Januar, 2008 um 14:17

Veröffentlicht in Klimawandel

3 Antworten

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  1. gut :)

    sdsds

    Dienstag, 26 Oktober, 2010 at 10:44

  2. <>

    Einwand 1: Was wissen wir darüber, wie nahe eine Gashydrat-Lagerstätte dem kritischen Zustand jetzt ist? Falls es eine Art Sättigungszustand einer Lagerstätte gibt, könnte weiteres Methan, statt als Hydrat eingebaut zu werden, durch die Lagerstätte hindurch austreten, ohne Probleme zu bereiten – die Lagerstätte als Ganzes befindet sich aber dauerhaft im kritischen Zustand – eine kleine Störung kann dann jederzeit destabilisierend wirken. Ich weiß darüber zwar nichts genaues, aber wundern würde es mich nicht.

    Einwand 2: Meeresströmungen können sich verlagern – dann wird eine Lagerstätte in sehr viel kürzerer Zeit aufgewärmt als in Jahrhunderten.

    Krahmer

    Freitag, 14 Januar, 2011 at 16:00

  3. @Krahmer

    Sie haben die Abbildungen zu der Gashydrat-Stabilitätszone nicht verstanden.

    Es dauert einige Jahrhunderte bis eine Temperaturerhöhung von einigen Grad Celsius an der Oberfläche den Meeresboden in der Tiefsee in abgeschwächter Form erreicht hat. Das Meer wirkt wie ein Puffer. Von dieser Erwärmung kommen nur einige Hundertstel bis Zehntel Grad am Meeresboden an. Weitere Jahrhunderte dauert es, bis die Temperaturstörung im Sediment die Untergrenze der Gashydratstabilitätszone erreicht hat. Dort kommt ebenfalls nur ein Bruchteil der Temperaturerhöhung, welche am Meeresboden stattgefunden hat, an. Das Sediment wirkt wie ein zweiter Puffer. Also ein äußerst langwieriger Prozess, der auf geologischen Zeitskalen satt findet und den wir kaum erleben werden.

    Ein Meeresspiegelanstieg wirkt dem zudem entgegen. Steigender Druck hat eine direkte Verschiebung der Gashydratstabilitätszone nach unten und damit eine Stabilisierung des Gashydrates zur Folge. Das beobachten wir gerade mit dem derzeitig ablaufenden Meeresspiegelanstieg von 20-30 cm pro Jahrhundert.

    Auch am Festland dauert es Jahrhunderte, bis eine Temperaturerhöhung, welche an der Oberfläche stattfindet die Gashydrate in abgeschwächter Form erreicht hat.

    Schlangen Sie einfach mal unter Temperaturleifähigkeit und Wärmeleitfähigkeit (im Erdboden) und unter Gashydratstabilitätszone nach.

    Oder schauen Sie sich den Jahresgang der Temperatur im Erdboden an. In ca. 10 m Tiefe sehen Sie von den jahreszeitlichen Temperaturveränderungen an der Oberfläche schon nichts mehr. Was soll in großen Tiefen also das Gashydrat auflösen?

    klimakatastrophe

    Freitag, 14 Januar, 2011 at 17:41


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