Erdgas

Erdgas ist ein brennbares Naturgas, das in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Häufig tritt es zusammen mit Erdöl auf, da es auf ähnliche Weise entsteht. Erdgase unterscheiden sich örtlich in ihrer Zusammensetzung, Hauptbestandteil ist aber immer Methan.

Zusammensetzung und Verarbeitung

Bei Erdgas handelt es sich um ein Gasgemisch, dessen chemische Zusammensetzung je nach Fundstätte beträchtlich schwankt. Der Hauptbestandteil ist immer Methan. Häufig enthält Erdgas auch größere Anteile höherer Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan, Butan und Ethen, dieses Gas wird nasses Erdgas genannt (dies hat nichts mit dem meist auch vorhandenen Wasserdampfanteil zu tun, sondern beschreibt allgemein den Anteil an leichten kondensierbaren Gasen).

Ein weiterer Nebenbestandteil ist Schwefelwasserstoff, der durch Entschwefelung des Erdgases entfernt wird, und bis zu neun Prozent Kohlendioxid. Da letzteres für die Energiegewinnung wertlos ist, wird es in die Luft abgegeben. Das können für eine Bohrinsel bis zu 28.000 Tonnen pro Tag sein. Von großem Wert sind Erdgase, die bis zu sieben Prozent Helium enthalten. Diese sind die Hauptquelle der Heliumgewinnung.

 

Entstehung

Erdgas entsteht auf ähnliche Art wie Erdöl und wird daher auch oft mit diesem zusammen gefunden. Es bildet sich unter Luftabschluss und hohem Druck aus abgestorbenen und abgesunkenen Kleinstlebewesen (Mikroorganismen, Algen, Plankton). Diese sind auf den Grund der damaligen Ozeane abgesunken und anschließend von undurchlässigen Schichten überdeckt worden. Der dann einsetzende chemische Prozess hat unser heutiges Erdgas gebildet. Erdgas wurde erstmals 1844 im Gebiet des Wiener Ostbahnhofs gefunden. 1892 folgten Funde bei Wels.

Ein Großteil des heute verfügbaren Erdgases ist vor 15 bis 600 Millionen Jahren entstanden.

 

Eigenschaften

Erdgas ist ein ungiftiges, brennbares, farb- und in der Regel geruchloses Gas mit einer Zündtemperatur von rund 600°C. Es ist leichter als Luft. Zur Verbrennung von 1 m³ Erdgas werden ungefähr 10 m³ Luft benötigt. Um eventuell austretendes Erdgas orten zu können, wird es mit einem Duftstoff versehen. Bei dieser Odorierung werden vorrangig Thioether z.B. Tetrahydrothiophen oder Thiole (z. B. Ethylmercaptan und tertiäres Butylmercaptan) in geringsten Mengen zugeführt. Diese Duftstoffe sind für den klassischen Gasgeruch verantwortlich. Je nach Herkunft des Erdgases kann sich darin ein erheblicher Anteil an organischen Schwefelverbindungen befinden, die eine Beseitigung dieser äußerst intensiv riechenden Erdgasbegleiter notwendig machen.

Man unterscheidet die Erdgasqualitäten L (low) und H (high). Erdgas H hat einen höheren Methangehalt (87 bis 99 Vol. %), während Erdgas L bei Methananteilen von 80 bis 87 Vol. % größere Mengen an Stickstoff und Kohlendioxid enthält.

* Energiedichte (Erdgas L – Erdgas H)
o Brennwert Hs (früher Ho) Masse : 10 – 14 kWh/kg = 36 – 50 MJ/kg
o Brennwert Hs (früher Ho) Volumen: 8,2 – 11,1 kWh/m³ = 30 – 40 MJ/m³
o Der Heizwert Hi (früher Hu) liegt jeweils etwa 10 % unter diesen Werten.
* Dichte \varrho = 0,700 – 0,830 kg/m³ (Erdgas H – Erdgas L)
* Siedepunkt = -161°C.

 

Transport und Speicherung

Erdgas kann durch technische Verfahren auch in andere Aggregatzustände versetzt werden, die einen Transport ohne Pipelines ermöglichen. Gemein ist allen Verfahren eine Verringerung des Volumens, wodurch sie sich unter anderem auch besser als Ersatz für Kraftstoff aus Mineralöl eignen.

* Komprimiertes Erdgas (CNG – Compressed Natural Gas) (Komprimierung, Druckbehälter)
* Verflüssigtes Erdgas (LNG – Liquified Natural Gas) (Gasverflüssigung durch Kompression und/oder Kühlung)
* GtL – Gas-to-Liquids (Umwandlung in flüssige Kohlenwasserstoffe)

In Europa gibt es u. a. die:

* Erdgastrasse Urengoi – Uschhorod
* Transeuropäische Naturgas-Pipeline
* Interconnector

Darüber hinaus wird Erdgas in erheblichem Umfang in Untergrundspeichern zum Ausgleich von Lastschwankungen und zur Bevorratung genutzt.

 

Trocknung von Erdgas mittels Molekularsieb

Damit Erdgas komprimiert, und damit für den Transport „reisefertig“ gemacht werden kann, muss dem Gas die darin enthaltene Feuchtigkeit entzogen werden. Würde dies nicht geschehen, würden diese Restmengen an Wasser im Gas bei der Verdichtung gefrieren, was ein Verladen und Transportieren in Pipelines oder Schiffscontainern unmöglich machen würde. Der Trocknungsprozess von Gasen erfolgt in der Regel in verschiedenen Stufen:

Stufe 1:

Vortrocknung durch Wärmetauscher oder andere Arten von Wasserabscheidern. Dadurch wird das Gas gekühlt, dabei werden bereits große Mengen an Wasser entzogen. Der Restwassergehalt im Gas ist nach diesem Prozess allerdings noch zu hoch, um es genügend komprimieren und damit verflüssigen zu können.

Stufe 2:

Nachdem Stufe 1 durchgeführt worden ist, gelangt das Gas in sogenannte Adsorberkessel. Dies sind mindestens zwei Tanks, welche mit einem Molekularsieb gefüllt sind. Das Gas wird nun durch Adsorber Nr.1 gepresst. Der restliche Wasseranteil wird nun vom Molekularsieb (in der Regel ein 4A) aufgenommen (adsorbiert) und zwar in einem solchen Ausmaß, dass beim Gasaustritt ein Taupunkt von bis zu -110°C erreicht wird. Dieser Adsorptionsprozess kann bis zu 12 Stunden oder mehr dauern. Danach wird der Gasstrom auf Adsorber Nr. 2 umgeleitet, und Adsorber Nr. 1 geht in die Regenerationsphase. Bei der Regenerierung wird sehr trockene, heiße Luft oder Stickstoff mit einer Temperatur von ca. 300°C von der Gegenseite her durch den Kessel gepresst und damit die vom Molekularsieb zurückgehaltenen Wassermoleküle herausgelöst und aus dem Kessel befördert. Danach erfolgt die Kühlung des Bettes über mehrere Minuten. Eine Adsorptions- und Regenerationsphase nennt man Zyklus.

Die Netto-Weltförderung von Erdgas (Naturgas) einschließlich Erdölgas, abzüglich zurückgepresstes und abgefackeltes Gas und abzüglich Eigenverbrauch betrug im Jahr 2004 rund 2.689 Milliarden m³, davon waren Russland mit 22 % und die USA mit 20 % Weltanteil die Hauptförderländer. Russland förderte 2004 589,1 Milliarden m³, die USA 542,9 Milliarden m³ Erdgas. Weitere bedeutende Förderstaaten sind Kanada mit 6,8 % (182,8 Mrd. m³), Großbritannien mit 3,6 % (95,9 Mrd. m³), Algerien mit 3,0 % (82,0 Mrd m³), Indonesien, Niederlande, Norwegen, Usbekistan, Iran, Argentinien, Mexiko, Saudi-Arabien, Vereinigte Arabische Emirate und Malaysia. Deutschland förderte 17,2 Milliarden m³ (0,6 %), Österreich 2,0 Milliarden m³.

Damit deckt Erdgas etwa 24 % des weltweiten Energieverbrauchs. Da das Erdgas in der Regel unter hohem Druck steht, fördert es sich sozusagen von selbst, sobald das Reservoir einmal geöffnet ist.

Die nachgewiesenen Welterdgasreserven beliefen sich 2004 auf 170.942 Milliarden m³ bzw. 185 Milliarden Tonnen SKE [1]. Diese Erdgasreserven sollten nach Hochrechnungen aus dem Jahr 2004 noch knapp 67 Jahre reichen. Dabei sind diese geschätzt wie folgt verteilt: Naher Osten 72.830 Milliarden m³, Europa und GUS-Staaten 64.020 Milliarden m³, Asien und Australien 14.210 Milliarden m³, Afrika 14.060 Milliarden m³, Nordamerika 7.320 Milliarden m³ und Südamerika 7.100 Milliarden m³.

Bedeutende Importländer von Erdgas sind USA, Deutschland, Japan, die Ukraine, Italien, Frankreich und Weißrussland.

 

Versorgung in Deutschland

Bis Anfang der 1980er Jahre wurde die Gasversorgung der meisten deutschen Städte von Stadtgas, das wegen des hohen Anteils von Kohlenmonoxid giftig ist, auf Gas umgestellt. Dies war ohne größere Umbauten möglich.

In Deutschland betrug der Erdgas-Anteil am Gesamtenergieverbrauch etwa 22,5%. Im Jahre 2003 wurden etwa 53% aller Privathaushalte mit Erdgas beheizt. Für Deutschland sind die wichtigsten Lieferländer: Russland 32%; Norwegen 26%; Niederlande 19%. Ein nicht unwesentlicher Anteil des Bedarfs wird in Deutschland selber gefördert – zumeist in Norddeutschland.

Mit der politisch umstrittenen Nordeuropäischen Gasleitung soll die Erdgasversorgung in Deutschland mit der Inbetriebnahme im Jahr 2010 weiter gesichert werden. Die Pipeline zwischen Russland und Greifswald kann mit 55 Milliarden Kubikmetern jährlich etwa die Hälfte des jetzigen deutschen Jahresverbrauchs decken.

Schon seit über 25 Jahren gibt es Überlegungen, bei Wilhelmshaven ein Terminal für Flüssiggastanker zu bauen, um die Abhängigkeit von Importen über Pipelines zu reduzieren.

Zur Spitzendeckung, zum Ausgleich kurzfristiger Importstörungen und Bedarfschwankungen werden in Deutschland ca. 18,6 Milliarden Kubikmeter Erdgas in Untergrundspeichern gelagert. Die Verwendung von Erdgas unterliegt in Deutschland einer Erdgassteuer, deren Normalsatz zur Zeit bei 5,50 € je Megawattstunde (d.s.5,5 € pro 1.000 kWh) liegt. Bei der Preisbildung für Erdgas spielt in Deutschland die Ölpreisbindung eine große Rolle.

 

Einsatz im Kraftwerk

Eine wichtige Anwendung für Erdgas ist sein Einsatz im Gasturbinenkraftwerk. Diese Anlagen werden in Deutschland in erster Linie zur Deckung von Spitzenlast verwendet, da die dort genutzten Gasturbinen eine hohe Schnellstartfähigkeit besitzen und daher als Betriebsreserve für die weniger schnell ersetzbaren Dampfkraftwerke dienen. Im GuD-Kraftwerk und im Kombikraftwerk dient Erdgas zum Antrieb von Turbinen, die im Grundlastbereich arbeiten.

 

Erdgas als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge

Erdgas wird seit einigen Jahren auch verstärkt als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet. Entweder als CNG Compressed Natural Gas (komprimiertes Erdgas) oder LNG Liquefied Natural Gas (Flüssigerdgas).

An Tankstellen ist Erdgas als H-Gas (High Gas) und/oder L-Gas (Low Gas) erhältlich, wobei das H-Gas einen etwas höheren Energiegehalt als das L-Gas hat. (Siehe Daten) Der Energiegehalt von 1 kg Erdgas (H-Gas) entspricht etwa 1,5 Liter Benzin beziehungsweise 1,33 Liter Diesel. Im November 2005 waren 35.000 mit Erdgas betriebene Fahrzeuge in Deutschland zugelassen, Tendenz steigend. Im November 2005 gab es in Deutschland bereits 639 Erdgastankstellen. Bis 2007 sollen über 1.000 Tankstellen Erdgas als Kraftstoff anbieten. Alternativ kann auch bei CNG-Fahrzeugen Biogas getankt werden. Der Vorteil von Erdgas liegt in der Steuerbegünstigung. Die deutsche Bundesregierung senkte mit dem „Gesetz zur Fortentwicklung der ökologischen Steuerreform“ aus dem Jahre 2002 für alle Fahrzeuge im öffentlichen Strassenverkehr den Mineralöl-Steuersatz auf Erdgas bis zum 31. Dezember 2020 und für Flüssiggas bis zum 31. Dezember 2009. Dieses Gesetz wurde 2006 überarbeitet, sodass nun Erdgas und Flüssiggas gleichermaßen bis 2018 steuerlich begünstigt ist. Durch die Steuervergünstigungen reduziert sich der Preis für Erdgas auf z. Zt. rund 50 Cent im Vergleich zu einem Liter bleifreiem Benzin. Die Automobilindustrie bietet serienmäßige Erdgas-Modelle seit 1995 an. Jedoch ist nicht jedes Modell als Erdgasfahrzeug erhältlich. Eine Nachrüstung von Benzinfahrzeugen ist relativ aufwändig, der Umbau kostet zwischen 2.000 – 4.000 Euro. Bei den meisten serienmäßigen Fahrzeugen sind die Tanks bereits unterflur angeordnet, wodurch keine Einschränkungen in der Nutzung des Kofferraums bestehen. Erdgastankstellen entnehmen das Gas dem Erdgasnetz und komprimieren es auf einen Druck von 200 bar. Durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes entfällt der Aufbau eines aufwändigen Transport- und Verteilnetzes. Es gibt zahlreiche lokale Verkehrsunternehmen im ÖPNV, die ihre Omnibusse mit Erdgas betreiben, aber auch Taxi-Unternehmen und Logistikunternehmen wie TNT. Neben Erdgas ist auch – mit passender Fahrzeugausrüstung – Flüssiggas als Kraftstoff in Anwendung.

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