Erdgas: Entstehung, Nutzung und Umweltfolgen

Ein Stoffgemisch enthält mehrere Stoffe. Deshalb hat Erdgas keine überall gleiche Zusammensetzung. Je nach Fundort können neben Methan auch Ethan, Propan, Butan und Pentan sowie Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Helium und Wasserdampf vorkommen.

Methan hat die Formel $CH_4$. Es ist der kleinste Kohlenwasserstoff und das kleinste Alkan. Kohlenwasserstoffe bestehen nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff.

Natürliches Erdgas ist farblos und im Regelfall geruchlos. Damit undichte Leitungen bemerkt werden können, setzt man stark riechende Stoffe zu. Dieser Vorgang heißt Odorierung.

Gasqualitäten richtig unterscheiden

H-Gas enthält etwa 87 bis 99 Prozent Methan und besitzt einen hohen Energiegehalt. L-Gas enthält ungefähr 80 bis 87 Prozent Methan und hat einen niedrigeren Energiegehalt. Für dieselbe Energiemenge wird daher mehr L-Gas benötigt.

Die Bezeichnungen trocken und nass meinen etwas anderes: Nasses Erdgas enthält größere Anteile leicht verflüssigbarer Kohlenwasserstoffe wie Propan, Butan oder Pentan. „Nass“ bedeutet hier nicht einfach „wasserreich“.

Am Anfang stehen abgestorbene Kleinstlebewesen wie Plankton und Algen. Sie sinken auf einen Meeresboden und werden von Sand, Ton und weiteren Ablagerungen bedeckt.

Unter Sauerstoffmangel wird das organische Material nicht vollständig zersetzt. Mit zunehmender Überlagerung gelangt es tiefer in die Erdkruste. Druck und Temperatur steigen. Über sehr lange Zeit wandeln chemische, biologische und physikalische Prozesse das Material in kleine gasförmige Kohlenwasserstoffe um, vor allem in Methan.

Typische Angaben aus dem Ausgangsmaterial ordnen die Erdgasbildung häufig Temperaturen von etwa 120 bis 180 Grad Celsius und Tiefen von ungefähr 4.000 bis 6.000 Metern zu. Das sind typische Bereiche, keine ausnahmslosen Grenzwerte.

Das entstandene Gas bleibt nicht immer am Entstehungsort. Es kann durch permeables, also durchlässiges, Gestein nach oben wandern. Diese Bewegung heißt Migration.

Trifft das Gas auf eine undurchlässige Deckschicht, kann es sich darunter in den Poren eines Speichergesteins sammeln. So entsteht eine konventionelle Lagerstätte. Bleibt das Gas dagegen im dichten Entstehungsgestein gebunden, spricht man von einer unkonventionellen Lagerstätte.

Konventionelle Lagerstätten werden durch Bohrungen erschlossen. Der Druck in der Lagerstätte kann das Gas durch die Gesteinsporen zur Bohrung und weiter an die Oberfläche treiben.

Bei unkonventionellen Vorkommen kann Fracking eingesetzt werden: Eine Bohrung führt in die gasführende Schicht, im Gestein werden Risse erzeugt und eine Flüssigkeit aus Wasser, Stützmitteln und weiteren Chemikalien wird eingepresst. Dadurch kann Gas zur Bohrung strömen. Das Verfahren ist umstritten, weil ein Teil der Flüssigkeit im Gestein bleibt und langfristige Umweltwirkungen zu berücksichtigen sind.

Gefördertes Erdgas ist noch nicht automatisch für das Leitungsnetz geeignet. Unerwünschte Bestandteile müssen entfernt werden. Besonders Wasser ist problematisch: Es kann feste Hydrate oder Eis bilden und Leitungen sowie Armaturen beeinträchtigen.

Zur Trocknung kann Wasser durch Abkühlen teilweise kondensiert werden. Flüssige Glykol-Verbindungen können Wasser aufnehmen, und Molekularsiebe können Restwasser an ihrer Oberfläche festhalten. Diese Verfahren bereiten das Gas für Transport und weitere Verarbeitung auf.

Der Transport erfolgt überwiegend durch Rohrleitungen. Für andere Transportwege lässt sich das Volumen verkleinern:

• CNG ist komprimiertes Erdgas in Druckbehältern.
• LNG ist durch starke Kühlung verflüssigtes Erdgas.

Untergrundspeicher gleichen Bedarfsschwankungen aus. Dafür können zum Beispiel erschöpfte Lagerstätten oder künstlich geschaffene Hohlräume in Salzstöcken genutzt werden.

Erdgas wird energetisch genutzt, wenn seine Verbrennung Energie bereitstellt. Beispiele sind Heizen, Kochen, Warmwasserbereitung, Stromerzeugung und der Einsatz als Fahrzeugkraftstoff. Schnell startende Gaskraftwerke können kurzfristige Schwankungen im Stromsystem ausgleichen.

Erdgas kann außerdem stofflich genutzt werden. Dann dient es als Ausgangsstoff für chemische Produkte, statt nur verbrannt zu werden. Im Ausgangsmaterial werden unter anderem die Herstellung von Ethin, Ruß und weiteren chemischen Stoffen genannt.

Erdgas ist fossil und bildet sich viel langsamer neu, als Menschen es verbrauchen. Es ist deshalb in menschlichen Zeiträumen endlich. Bei der Verbrennung entstehen Emissionen. Auch Förderung, Aufbereitung und Transport können die Umwelt belasten, etwa durch undichte Anlagen oder das Abfackeln von Begleitgas. Erdgas ist daher nicht emissionsfrei, auch wenn seine Verbrennung gegenüber anderen fossilen Brennstoffen weniger Schadstoffe freisetzen kann.

Natürliches Erdgas ist geruchlos und brennbar. Odorierung hilft, Lecks zu bemerken. Ein wahrgenommener Gasgeruch ist deshalb ein Warnsignal und darf nicht ignoriert werden.