Erdgas als Energieträger

Was ist Erdgas?

Erdgas ist ein fossiler Energieträger, also ein Brennstoff, der vor Millionen von Jahren aus abgestorbenen Pflanzen und Tieren entstanden ist. Es handelt sich um ein Gasgemisch, das zum ca. 85% aus Methan besteht. Methan ist ein sehr energiereiches Gas und macht Erdgas zu einer wichtigen Energiequelle.

Erdgas kommt oft in den gleichen Lagerstätten wie Erdöl vor, da beide Stoffe auf ähnliche Weise entstehen. Die genaue Zusammensetzung von Erdgas kann von Lagerstätte zu Lagerstätte unterschiedlich sein, je nach geologischen Bedingungen. Neben Methan können auch geringe Mengen anderer Gase wie Ethan, Propan und Butan enthalten sein.

Wofür nutzen wir Erdgas?

Erdgas ist vielseitig einsetzbar und spielt in vielen Bereichen unseres Lebens eine wichtige Rolle:

• Heizen von Gebäuden: Erdgas wird in Heizkesseln und Blockheizkraftwerken genutzt, um Wärme zu erzeugen.
• Industrie und Gewerbe: Hier ist Erdgas noch der wichtigste Wärmelieferant für thermische Prozesse, zum Beispiel in Glas-, Stahl- oder Chemiefabriken.
• Stromerzeugung: In Gaskraftwerken wird Erdgas verbrannt, um Strom zu erzeugen. Diese Kraftwerke haben den Vorteil, dass sie flexibel hoch- und runter gefahren werden können.
• Treibstoff: Erdgas wird auch für den Antrieb von Kraftfahrzeugen und Schiffen eingesetzt.
• Rohstoff: Methan, Ethan und Propan aus Erdgas werden in der Chemieindustrie als Rohstoffe genutzt, zum Beispiel zur Herstellung von Ammoniak, das wiederum für Dünger benötigt wird.

Erdgas als Treibstoff für Fahrzeuge

Erdgas gewinnt zunehmend an Bedeutung als umweltfreundlicher Kraftstoff. Fahrzeuge, die mit Erdgas fahren, nutzen es entweder in komprimierter Form (CNG = Compressed Natural Gas) oder als verflüssigtes Erdgas (LNG = Liquified Natural Gas). Erdgas hat gegenüber Benzin und Diesel mehrere Vorteile als Kraftstoff.

• Sauberere Verbrennung: Im Vergleich zu Benzin oder Diesel entstehen bei der Verbrennung von Erdgas weniger Schadstoffe wie Stickoxide oder Rußpartikel. Im Idealfall entstehen bei der Verbrennung nur Kohlendioxid und Wasser.
• Geringerer CO₂-Ausstoß: Obwohl auch bei der Verbrennung von Erdgas das Treibhausgas Kohlendioxid freigesetzt wird, ist die Menge geringer als bei anderen fossilen Brennstoffen.
• Hoher Energiegehalt: Erdgas hat wegen des großen Methan-Anteils einen hohen Energiegehalt und sorgt damit für eine gute Reichweite.

Erdgasimporte und Abhängigkeiten

Die wichtigsten Förderländer für Erdgas sind die USA, Russland, Iran, Kanada und Katar. Diese fünf Länder fördern mehr als die Hälfte des weltweiten Erdgases. Global macht Erdgas etwa 24 % des gesamten Energieverbrauchs aus, und der Anteil steigt weiter.

Deutschlands Situation

In Deutschland gibt es nur wenige eigene Erdgasvorkommen, weshalb große Mengen importiert werden müssen. Die heimische Erdgasförderung deckte im Jahre 2022 nur etwa 5,5% des Bedarfs ab. Das meiste Erdgas, über 98%, wird in Niedersachsen gefördert, nämlich 4,7 Milliarden Kubikmeter im Jahre 2022 ^[2].

Der größte Teil kommt über Pipelines aus Russland, Norwegen und den Niederlanden. Diese Abhängigkeit birgt Risiken, wie wir seit dem russischen Angriffskrieg auf die Ukraine wissen.

Alternativen: Wie könnte die Zukunft aussehen?

Um unabhängiger zu werden und den Klimaschutz zu stärken, wird an alternativen Energieformen gearbeitet:

Power-to-Gas-Technologie

Hierbei wird mithilfe von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien (Wind, Wasserkraft, Sonne) aus Wasser durch Elektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff hergestellt.

$2 \ H_2O \to 2 \ H_2 + O_2$

Dieser Wasserstoff kann dann mit Kohlenstoffdioxid zu Methan umgewandelt werden, das genauso genutzt werden kann wie Erdgas:

$4 \ H_2 + CO_2 \to CH_4 + 2 H_2O$

Dieses Power-to-Methan-Verfahren funktioniert inzwischen mit einer Effizienz von 54%. Das heißt, 54% der eingesetzten elektrischen Energie können in chemische Energie in Form von Methan umgewandelt werden.

Das sogenannte HELMETH-Projekt zeigt sogar einen Wirkungsgrad von über 75%:

"Das vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierte EU-Projekt HELMETH (Integrated High-Temperature ELectrolysis and METHanation for Effective Power to Gas Conversion) hat gezeigt, dass Hochtemperaturelektrolyse und Methanisierung in einem Prototyp mit Wirkungsgraden für die Kette von Strom zu SNG (Erdgassubstitut) von über 75 Prozent betrieben werden können." ^[3]

Das Schöne an der Sache: Das so hergestellt Methan kann problemlos in das vorhandene Erdgasnetz eingespeist werden. Es sind keine neuen Technologien notwendig wie bei der Umstellung von Erdgas auf Wasserstoff.

Weitere Möglichkeiten

Methanhydrat: Die auch als Methaneis bezeichnete Verbindung kommt auf dem Meeresboden vor. Methanhydrat besteht aus Wasser-Molekülen, die über H-Brücken eine Art Käfig bilden, in dem dann Methan-Moleküle eingeschlossen sind. Man nimmt heute an, dass in Methanhydrat-Lagerstätten rund zehnmal so viel Methan vorkommt wie in den konventionellen Erdgas-Lagerstätten. Allerdings ist die Gewinnung dieses Methans wesentlich aufwändiger als die Förderung von Erdgas, und die Ausbeutung von Methanhydrat ist auch nicht ungefährlich. Wird dabei Methan freigesetzt, kann es in die Atmosphäre entweichen, und dort ist es ein wesentlich schlimmeres Treibhausgas als Kohlendioxid.

Biogas: Biogas entsteht durch die Vergärung von Biomasse jeder Art. In manchen Anlagen werden dafür pflanzliche oder tierische Abfälle (Gülle, Mist) eingesetzt, viele Anlagen werden aber auch mit extra dafür angebauten "nachwachsenden Rohstoffen" betrieben, in Deutschland zum Beispiel mit Mais, Rüben oder Raps.

Strom sparen: Im Prinzip ist das natürlich eine gute Möglichkeit, da viele Kraftwerke mit Erdgas betrieben werden. Aber wenn man dann an die vielen Wärmepumpen und Elektroautos denkt, die in Zukunft in Deutschland betrieben werden sollen, sieht es eher so aus, als würde der Bedarf an Strom eher noch zunehmen.