Tausch in der Tiefsee

"Bei 30-40 Dollar pro Tonne CO2 und einem weiteren Anstieg der Preise für Öl und Gas sind wir im Geschäft", sagt Professor Klaus Wallmann, zögert kurz und nippt an seinem Kaffee: "Aber wenn die Preise für Öl und Gas jetzt zusammenbrechen, und wir keinen weltweiten Zertifikate-Handel bekommen, dann nicht."

Dabei klingt die Idee, die der Leiter der Forschungseinheit Marine Geosysteme am Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-Geomar) skizziert, auf den ersten Blick wirklich bestechend: Wallmann will mit seinen Kollegen eine Methode entwickeln, um Methan aus unterseeischen Lagerstätten zu fördern und gleichzeitig klimaschädliches Kohlendioxid dort einzulagern. In den kommenden drei Jahren wollen Wallman und seine Kollegen nun erkunden, ob sich diese Idee technisch und wirtschaftlich umsetzen lässt. Am 5. September ist der offizielle Startschuss für sein "SUGAR"-Projekt gefallen, das gemeinsam von zwei Bundesministerien und der Industrie mit insgesamt 13 Millionen Euro gefördert wird.

Der Schlüssel des Projektes ist das so genannte Methanhydrat - Wassereis, in dessen Kristallgitter sich Methangas-Moleküle verfangen haben: Ein Kubikmeter Gashydrat kann rund 164 Kubikmeter Methan binden. Das Material entsteht, wenn Bakterien im Sedimenten am Meeresboden in Tiefen von bis zu drei Kilometern organische Substanzen zerlegen, erklärt Wallmann. Das dabei entstehende Methan wandert zunächst nach oben. In der Nähe der Oberfläche ist es dann kalt genug - unter zehn Grad Celsius-, so dass sich bei Drücken ab 30 Bar Gashydrate bilden. "Das sind Bedingungen, die, unabhängig vom Breitengrad, fast überall gelten - auch in niedrigen Breiten", sagt Wallmann. "Die typische Bodenwassertemperatur im offenen Ozean liegt bei etwa zwei bis drei Grad."

Nach Angaben der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover wurde mittlerweile weltweit an etwa 100 Orten Hinweise auf Gashydrat-Lagerstätten gefunden. Die Schätzungen für die weltweit verfügbare Menge an marinen Gashydrate schwanken zwischen 3,1 x 10^15 (3100 Billionen) und 7600x10^15 Kubikmetern. Zum Vergleich: Das weltweite Gesamtpotenzial an konventionellem Erdgas beträgt etwa 472 Billionen Kubikmeter - das entspricht 504 Gigatonnen Steinkohleeinheiten. "Wir selber denken, dass der beste Wert wahrscheinlich bei 3000 Gigatonnen Kohlenstoff im Hydrat liegt", sagt Wallmann.

Wie groß der Anteil an Lagerstätten ist, die sich wirtschaftlich abbauen lassen, ist noch unklar. Denn das Methanhydrat kommt in ganz verschiedenen Formen vor, erklärt Wallmann: Zum Teil ist es feinkörnig im Sand verteilt, zum Teil liegt es an der Oberfläche, und ein Teil hat sich "ähnlich wie ein Kohleflöz" unter tonhaltigen, eher undurchlässigen Sedimentschichten angereichert. Diese Vorkommen interessieren die deutschen Forscher besonders, denn nur hier lässt sich ihrer Meinung nach das Methan sowohl kontrolliert als auch wirtschaftlich vertretbar abbauen. "Zwischen zehn und 50 Prozent", der Gesamtmenge schätzt Wallmann, könnte sich für den Abbau eignen. " Aber selbst wenn es nur zehn Prozent wären - das ist die konservative Schätzung - hätte man 300 Gigatonnen Kohlenstoff."

Wenig verwunderlich ist es da, dass die Deutschen nicht die Einzigen sind, die sich für die unterseeische Energiequelle interessieren: Das US Departement of Energy beispielsweise hatte bereits 2000 ein entsprechendes nationales Forschungsprogramm aufgelegt, hält die Erdgasproduktion aus Methanhydrat, das im Permafrostboden Alaskas eingelagert ist, bereits jetzt für "technisch machbar", und hat eine Erschließung der marinen Vorkommen im Golf von Mexiko innerhalb der nächsten zehn Jahre avisiert. Auch China und Indien haben in den vergangenen Jahren entsprechende Projekte aufgelegt. Die japanische Regierung will mit einem nationalen Forschungsprogramm die technische Entwicklungen so weit vorantreiben, dass bis 2016 Methan aus den Lagerstätten im Nankai Trog vor der japanischen Pazifikküste gefördert werden kann - nach japanischen Schätzungen würde die Erschließung dieser Gashydratvorkommen das Land für hundert Jahre mit Erdgas versorgen.

Um das Methan aus dem Hydrat zu befreien werden im wesentlichen drei Verfahren erforscht: Eine Druckentlastung, eine Temperaturerhöhung oder die Verwendung chemischer Zusätze - so genannter Inhibitoren - die den Schmelzpunkt des Eises erhöhen. Mit dem SUGAR-Projekt wollten die Kieler Forscher noch einen Schritt weiter gehen: Sie pumpen Kohledioxid hinunter zum Methanhydrat, wo das CO2 das Methan aus dem Hydrat verdrängt.

"Es gibt bisher eine Hand voll Laborexperimente, die veröffentlicht sind - überwiegend von Südkoreanern und Norwegern- , die zeigen, dass das geht", sagt Wallmann. "Die zeigen auch, dass dabei Energie frei wird, weil die CO2-Hydrate stabiler sind als die Methanhydrate. Die Experimente zeigen aber auch, dass der Umwandungsprozess ziemlich langsam ist." "Ziemlich langsam" heißt, dass der Austausch im Laborexperiment mehrere Tage dauerte. Die Geomar-Wissenschaftler und ihre Partner wollen deshalb "eine Reihe von Tricks" ausprobieren, um den Prozess zu beschleunigen: So schlägt das Fraunhofer-Institut UMSICHT aus Oberhausen etwa vor, mit Hilfe von so genannten Mammut-Pumpen warmes Oberflächenwasser nach unten zu befördern, das Gas frei setzen soll. Das durch das Bohrgestänge nach oben entweichende Gas erzeugt einen Unterdruck, der weiteres warmes Wasser ansaugt, "so dass man kaum Energie aufwenden muss", sagt Wallman.

Das Geoforschungszentrum Potsdam dagegen schlägt vor, das Methan in der Lagerstätte teilweise zu verbrennen. "Wenn man nur ein bisschen von dem Methan verbrennt - ein paar Prozent reicht aus - wird da unten sehr sehr viel Wärme frei", sagt Wallman. "Dann gibt es die BASF. Die haben bioabbaubare Polymere, mit denen man den Prozess auch beschleunigen könnte." Welches dieser Verfahren das Rennen machen könnte, ist noch völlig offen: "Wahrscheinlich wird es keine einheitliche Lösung geben", sagt Wallmann. "Verfahren A wird bei einem Typ von Lagerstätten funktionieren, Verfahren B bei einem anderen".

Der unterseeische Abbau des Methanhydrats ist allerdings nicht ohne Risko. Denn die ergiebigsten Lagerstätten dürften sich vor allem in den Kontinentalhängen finden. Dort wird das Sediment aber durch das Methanhydrat "wie eine Art Zement" zusammengehalten. "Theoretisch könnte die Förderung von Methan aus Hydraten deren unbeabsichtigte Freisetzung in die Umwelt auslösen, schlimmstenfalls in Form plötzlicher Ausbrüche", schreibt die Wissenschaftliche Beratungskommission der Bundesregierung WBGU 2006 in einem Gutachten zum Thema Methanhydrat. "Dieses Risiko ist noch wenig erforscht.Im schlimmsten Fall könnte gar eine Hangabrutschung verursacht werden, die einen Tsunami auslösen könnte." Es sei daher dringen notwendig jeweils im Einzelfall eine "Umweltverträglichkeitsprüfung nach universellen Standards" durchzuführen, schreiben die Gutachter. Außerdem bedürfe es "völkerrechtlich bindender Vereinbarungen" für den Abbau von Methanhydraten innerhalb nationaler Hoheitszonen.

Wallmann hält Gefahr einer unkontrollierten Freisetzung von Methan - womöglich gar mit katastrophalen Folgen wie einem Tsunami - allerdings für eher unwahrscheinlich. Natürlich müsse man die Gegebenheiten vor Ort zunächst genau prüfen, sagt er. Viel gefährlicher aber sei der durch die Erderwärmung ausgelöste Freisetzung von Methan: "Wenn der Meersboden sich um drei Grad erwärmt, schmilzt der überwiegende Teil der Hydrat-Vorkommen auf dem tiefen Meeresboden. Man weiß nicht, wann das passieren wird, aber es kann durchaus schon in diesem Jahrhundert beginnen", sagt er. "Das ist ein katastrophales Szenario, weil damit ein positives Feedback losgetreten wird. Mit dem Austausch von CO2 gegen Methan können wir dem - zumindest lokal - entgegen wirken". (wst)