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Warum der Kraftstoff der Zukunft zu einem großen Problem für die Ölgesellschaften geworden ist

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© gazprom.ru / Бованенковское месторождение

Gashydrate werden oft als der Kraftstoff der Zukunft bezeichnet, was kaum verwunderlich ist. Wissenschaftler schätzen, dass ihre weltweiten Reserven etwa doppelt so groß sind wie die Ressourcen, die in konventionellen Erdgasfeldern liegen. Allerdings gibt es ein "Aber". Es ist zwar technisch möglich, Methan aus der Eisfalle zu gewinnen, in der es sich durch Hydratbildung gebildet hat, aber zu teuer. Die kristallinen Wassergasverbindungen sind also kein potenzielles "Perpetuum mobile" oder "Garant für Nachhaltigkeit", sondern eine Art "Anti-Held", der die Effektivität der Kohlenwasserstoffförderung untergräbt.

Doch der Reihe nach.

Was sind Gashydrate?

Gashydrate kommen in der Natur auf dem Grund von Meeren und Ozeanen oder in Permafrostgebieten vor. Es handelt sich um weiße Kristalle, die aus einer schneeartigen Masse aus Gas und gefrorenem Wasser bestehen. Das ist genau dasselbe wie das von Gazprom oder Novatek geförderte Methan, nur dass es, bildlich gesprochen, in einer Art Mausefalle gefangen ist. Vor einiger Zeit sind seine Moleküle, die aus dem Erdinneren freigesetzt wurden, mit Wasser zusammengefroren und bilden nun mit diesem eine einzige Struktur.

In gewisser Weise lassen sich Gashydrate mit Schiefergas vergleichen, denn in beiden Fällen handelt es sich um besondere Bedingungen für das Vorkommen desselben Stoffes. Ölschiefer ist bekanntlich ein Gestein mit einem schichtweisen Aufbau, vergleichbar mit Bienenwaben. Es ist unrentabel, mit der klassischen Methode Mineralien aus ihm zu gewinnen, da jede dieser mikroskopisch kleinen Waben isoliert ist und nicht mit den anderen in Verbindung steht. Deshalb begann die industrielle Ausbeutung von Ölschiefervorkommen erst nach der Erfindung des Hydraulic Fracturing oder Fracking, bei dem aus zahlreichen Einzelzellen ein einheitliches unterirdisches Reservoir entsteht.

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© Photo by Paul-Alain Hunt on Unsplash

Es ist gut möglich, dass eines Tages etwas Ähnliches mit Gashydraten passieren wird. Im Moment haben die Wissenschaftler in diesem Bereich noch wenig zu bieten. Es gibt zwar Technologien zur Methangewinnung aus Eiskristallen, die in Japan und einigen anderen Ländern sogar in der Praxis angewandt werden, aber ihre Aussichten sind noch vager als beispielsweise die des mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebenen Verkehrs. Von letzteren ist bekannt, dass es sie seit Jahrzehnten in Form von Prototypen gibt, aber sie sind in dieser Zeit nicht kommerziell nutzbar geworden, so dass viele Prototypen nur zu besonderen Anlässen der seriösen Öffentlichkeit vorgeführt werden. Es handelt sich nicht um ein reines Geschäft, sondern nur um eine Form der Imagepflege, die darauf abzielt, einen Ruf als "grünes Unternehmen" zu schaffen.

Die Bedrohung durch Öl- und Gasarbeiter

Die Beschäftigten der Erdöl- und Erdgasindustrie nehmen Gashydrate nicht so positiv wahr wie andere Berufsgruppen. Für sie sind diese Kristalle bösartige Schädlinge, die die Rentabilität der Ölfelder spürbar verringern. Dies gilt auch für Erdölfelder, da sie zwangsläufig Begleitgas enthalten.

Bei der Förderung von Kohlenwasserstoffen in den nördlichen Regionen kommt es nämlich aufgrund der niedrigen Temperaturen und des hohen Lagerstättendrucks direkt in den Bohrlöchern zur Bildung von Hydraten, was den Flüssigkeitsdurchfluss verringert. Mit anderen Worten: Dieser Prozess führt zu einer erheblichen Verringerung der Produktivität und in einigen Fällen sogar zu außerplanmäßigen Bohrlochüberholungen.

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© gazprom-neft.ru

Es gibt verschiedene Methoden, um mit solchen Komplikationen umzugehen, aber sie sind nicht alle perfekt. In den meisten Fällen wird das Bohrloch mit relativ billigem Methanol gefüllt, das nicht nur giftig ist, sondern auch schnell verdunstet und große Mengen verbraucht.

"Es liegt auf der Hand, dass für Methanol eine Alternative oder zumindest ein Zusatzstoff gefunden werden muss, der seine Wirksamkeit verbessert und die negativen Auswirkungen verringert. Denn wenn es in hohen Konzentrationen verwendet wird, geht es in die Gasphase über und verdunstet, was mit einem hohen Verbrauch auf dem Feld verbunden ist. In geringen Anteilen (bis zu 5 %) mit Wasser gemischt, beschleunigt es im Gegenteil das Hydratwachstum stark, wie unsere Forschungen zeigen. Es gibt noch einen weiteren bedeutenden Nachteil: Die Auswirkungen von Methanol auf die Zerstörung von Rohrleitungen und Ausrüstungen werden nicht immer berücksichtigt, da es in seinem reinen Zustand unter Laborbedingungen nicht korrosiv ist. Aber unter realen Bedingungen, wenn es sich in Salzwasser in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen auflöst, verändert es den pH-Wert und die Ionenstärke der Lösung, was wiederum zur Aktivierung elektrochemischer Prozesse in metallischen Werkstoffen und zu deren Beschädigung führt", sagt Georgij Buslajew, ein Vertreter des Arktis-Forschungszentrums an der Sankt Petersburger Bergbauuniversität der Kaiserin Katharina der Großen.

Aussichten auf eine Lösung des Problems

Er gehört zu einem Team von Wissenschaftlern an der Universität, das Gashydrate untersucht und Hemmstoffe testet, die die Erschließung von Lagerstätten effizienter machen können. Zu der Gruppe gehören nicht nur führende Vollzeitwissenschaftler, die von ihren Lehrverpflichtungen entbunden sind, sondern auch Spezialisten aus Fachabteilungen, Doktoranden und sogar Studenten. Täglich führen sie Experimente durch, um die beste Basiskombination verschiedener Lösungsmittel zu finden.

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© Форпост Северо-Запад / Павел Долганов

"Unser Labor wurde vor eineinhalb Jahren eröffnet. Dank der neuen Möglichkeiten, die sich mit der Anschaffung moderner Geräte ergaben, ist es uns gelungen, ein wissenschaftliches Team zusammenzustellen, das in mehreren Bereichen gleichzeitig arbeitet. Dazu gehören die Grundlagenforschung zur Entstehung von Gashydraten, die für ihre Nutzung als neue Energiequelle notwendig ist, sowie die Forschung zur Bekämpfung von Komplikationen in Bohrlöchern und Pipelines und die Entwicklung von Forschungsmethoden und Algorithmen zur schnellen und genauen Datenverarbeitung. Ziel ist es, die Wärme- und Druckbedingungen zu ermitteln, unter denen sich Wasser- und Methankristalle bilden und zersetzen, und anhand dieser Daten Beziehungen herzustellen, die sowohl für grundlegende als auch für angewandte Probleme genutzt werden können", erklärt Anna Lawrik, Doktorandin an der Bergbauuniversität.

Mit jedem Jahr, das vergeht, wird die Suche nach optimalen Lösungen zur Bekämpfung der Hydratbildung immer dringlicher. Schließlich werden die meisten neuen Ölfelder jetzt am Polarkreis oder in Ostsibirien erschlossen, wo Permafrost und niedrige Durchschnittstemperaturen dieses Problem noch verschärfen als in der westsibirischen Provinz.

Die St. Petersburger Bergbauuniversität ist sich dessen sehr wohl bewusst und plant in naher Zukunft, zusammen mit Gleichgesinnten eine eigene wissenschaftliche Schule zu gründen. Das heißt, es soll ein System grundlegender Kenntnisse über die Hydratbildung und eine Methodik zur Bekämpfung dieses Phänomens geschaffen werden, das die Effizienz der Erschließung von Erdöl- und Erdgasvorkommen im Fernen Norden und in Ostsibirien erhöhen wird.

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© Форпост Северо-Запад