Erdgas ist ein wichtiger Energieträger für uns. Es wird beispielsweise im Haushalt zum Heizen und für die Warmwasseraufbereitung sowie zum Kochen mit dem Gasherd (Abb. 1.1) verwendet. Erdgas wird aber auch für die Erzeugung von Strom eingesetzt und dient als Kraftstoff für manche Fahrzeuge (Abb. 1.2). Eigentlich ist Erdgas geruchlos. Dennoch ist dir sicherlich ein typischer Gasgeruch bekannt. Dem Gas wird ein (unangenehm riechender) Duftstoff beigemischt, um Löcher in Gasleitungen oder offene Gashähne bemerken zu können.
Erdgas entstand vor Millionen von Jahren
Das Erdgas, welches wir heute verwenden, ist vor 15 bis sogar 600 Millionen Jahren entstanden. Dabei sind abgestorbene Kleinstlebewesen, wie Plankton und Algen, auf den Meeresboden gesunken und haben sich dort abgelagert. Später wurden sie von Gesteinsschichten überlagert. Teilweise ist dort, wo einst ein Meer war, mittlerweile Land. Unter hohem Druck und hohen Temperaturen fanden anaerobe Abbauprozesse statt. Das heißt, dass diese Prozesse ohne Sauerstoff abliefen. Als Produkt entstanden unter anderem Erdöl und Erdgas. Das Erdgas wanderte durch poröse Gesteinsschichten, bis es zu einer undurchdringbaren Schicht gestoßen ist. Dort haben sich sogenannte Lagerstätten gebildet (Abb. 2).
MagentaGreen, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
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Erdgas kann sich aber nicht nur in Lagerstätten ansammeln, sondern auch in Gesteinsschichten. Um das Erdgas aus solchen Schichten zu lösen, kann Fracking angewendet werden. Dabei wird mit einem Bohrer erst kilometertief senkrecht in die Erde gebohrt, bevor der Bohrer horizontal in die Gesteinsschicht bohrt. Dort werden Löcher in die Gesteinsschicht gemacht, sodass die Fracking-Chemikalien, die in das Bohrloch gegeben werden, in das Gestein eindringen können. Die Flüssigkeit besteht aus Wasser, Sand, Keramikkügelchen und weiteren Chemikalien, die großenteils umweltschädlich sind. Durch die Flüssigkeit wird das Erdgas aus dem Gestein gedrückt und kann an die Erdoberfläche geführt werden. Zwar wird nach dem Abbau des Erdgases die Flüssigkeit wieder zurückgeführt, aber ein Teil bleibt im Gestein. Wegen der unklaren Langzeitwirkung dieser Stoffe im Gestein ist Fracking umwelttechnisch umstritten.
Unser Erdgas stammt meist aus der Nordsee oder aus Russland
Das Erdgas, welches wir verwenden, stammt zum Teil aus Gesteinsschichten tief unter dem Meeresboden der Nordsee. Um das Erdgas aus tausenden von Metern unter dem Meeresboden an die Oberfläche zu befördern, gibt es in der Nordsee dazu auf dem offenen Meer Bohrinseln (Abb. 3). Die größte Bohrinsel in der Nordsee ist die Sea Troll. Sie liegt vor der norwegischen Küste und ist höher als der Eiffelturm in Paris.
Die größten Erdgasvorkommen gibt es in Russland, Norwegen und den Niederlanden, wo das in Deutschland benötigte Erdgas hauptsächlich herkommt. Zu einem geringen Teil gewinnen wir unser Erdgas aber auch aus Lagerstätten in Deutschland.
Erdgas besteht hauptsächlich aus Methan
Erdgas ist ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen. Zu 75-99 % besteht es aus Methan ($\ce{CH4}$). Methan ist das kleinste Kohlenwasserstoff-Molekül (das kleinste Alkan) und siedet bereits ab einer Temperatur von \(\ce{-161°\,C}\). Der geringere Anteil des Erdgases besteht aus anderen Alkanen, wie Ethan ($\ce{C2H6}$), Propan ($\ce{C3H8}$), Butan ($\ce{C4H10}$) und Pentan ($\ce{C5H12}$). Wir unterscheiden bei der Zusammensetzung des Erdgases zwischen H-Gas (High Calorific Gas) und L-Gas (Low Calorific Gas). H-Gas besteht zu 87-99 % Methan und hat einen hohen Energiegehalt. Das L-Gas besteht zu 80-87 % aus Methan und hat einen niedrigeren Energiegehalt. Das bedeutet, dass mehr Gas für den gleichen Energiebetrag benötigt wird. Wenn der Anteil von längerkettigen Alkan-Molekülen am Erdgas besonders hoch ist, sprechen wir von nassem Erdgas. Das kommt daher, weil sich Alkane mit längeren Kohlenwasserstoffketten unter Druck leichter verflüssigen lassen als das Methan. Butan ist bereits bei \(\ce{-1°\,C}\) flüssig.
Erdgas ist ein endlicher fossiler Energieträger
Zu den fossilen Energieträgern gehören neben dem Erdgas auch Erdöl, Torf, Braunkohle und Steinkohle. Fossile Energieträger sind Brennstoffe, die sich über Millionen von Jahren durch den Abbau von abgestorbenen Pflanzen und Tieren entwickelt haben. Weil wir die Energieträger schneller verwenden, als sie durch natürliche Prozesse nachgebildet werden können, sind sie für uns endlich. Anders ist das bei erneuerbaren Energieträgern (Photovoltaik, Windkraft, usw.). Wenn gerade keine Sonne scheint oder kein Wind weht, können Gaskraftwerke dafür Stromschwankungen ausgleichen, weil sie sehr schnell einsatzbereit sind.
Unter den fossilen Energieträgern verursacht Erdgas die niedrigsten Emissionen. Bei der Stromerzeugung setzt Erdgas im Vergleich zu Kohle weniger Schadstoffe frei. Dennoch wird viel Kohlenstoffdioxid freigesetzt, wenn Erdgas in LKWs aus dem Ausland transportiert wird. Umweltfreundlicher ist für uns daher die Erdgasförderung in Deutschland, um die Transportwege zu verringern. Zudem sind wir dann weniger abhängig von ausländischen Importen.