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Das Geheimnis der Adsorption: Wie speichert und gibt Flözgas Methan frei?
Kohleflözgas (CBM) ist ein aus Kohleflözen gewonnenes Erdgas und unterscheidet sich von herkömmlichen Erdgasquellen. Angesichts des steigenden Energiebedarfs, insbesondere in den USA, Kanada und Australien, ist Kohleflözmethan zu einer wichtigen Energiequelle geworden. Das Besondere an diesem Energieträger ist, dass das Methan nicht direkt als Gas aus der Kohleflözströmung strömt, sondern in Form einer Adsorption im Kohleflöz gespeichert wird.
Kohleflözgas ist nicht nur eine interaktive Energiequelle, sondern auch ein wichtiges Beispiel für den Adsorptionsprozess in der Öl- und Gasindustrie.
Beim Speicherungsprozess von Kohleflözgas wird die poröse Struktur der Kohle ausgenutzt. Methan wird in den winzigen Poren der Kohle in einem nahezu flüssigen Zustand adsorbiert. Dadurch unterscheidet sich Kohleflözgas von herkömmlichem Sandstein oder anderen konventionellen Gaslagerstätten. Diese offenen Risse in den Poren, sogenannte Spalten, können auch freies Gas enthalten oder mit Wasser gesättigt sein.
Der Entstehungsprozess und die Geschichte von Kohleflözgas
Die Entstehung von Kohleflözgas ist hauptsächlich auf den thermischen Reifungsprozess organischer Stoffe zurückzuführen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kohleflözen, die mit Grundwasser aufgefüllt werden, entsteht Kohleflözmethan häufig durch die Fermentation mikrobieller Gemeinschaften innerhalb des Kohleflözes. Dies bedeutet, dass das Vorkommen von Flözgas eng mit dem Bestand und der Qualität der Kohle zusammenhängt und dass die inneren Bedingungen der Kohleflöze in verschiedenen Regionen die Erzeugung und Speicherung von Gas beeinflussen.
In den späten 1970er Jahren förderte die Förderung von Kohleflözgas durch die US-Regierung nicht nur die Forschung auf diesem Gebiet, sondern weckte auch das Interesse an einer kommerziellen Entwicklung.
Speichereigenschaften von Kohleflözgas
Bei der Speicherung und Freisetzung von Kohleflözgas spielen verschiedene physikalische Eigenschaften eine Rolle, beispielsweise Porosität und Adsorptionskapazität. Aufgrund der porösen Struktur von Kohleflözlagerstätten können Kohleflöze als Grundwasserleiter mit doppelter Porosität betrachtet werden: Die Porosität der Risse beeinflusst das Fließverhalten des Gases, während die Porosität der Kohlematrix die Menge des speicherbaren Gases bestimmt. Im Allgemeinen beträgt die Porosität von Kohleflözgas-Wasserspeichern etwa 10 bis 20 %, während die Porosität von Rissen zwischen 0,1 und 1 % liegt.
Darüber hinaus ist auch die Adsorptionskapazität des Kohlereservoirs entscheidend. Die Kapazität hängt von der Qualität und Art der Kohle ab. Wenn das Kohleflöz von hervorragender Qualität ist, kann die Adsorptionskapazität 100 bis 800 Standardkubikfuß Gas pro Tonne Kohle erreichen.
Methoden zur Gewinnung von Methan aus Kohleflözen
Bei der Gewinnung von Methan aus Kohleflözen werden typischerweise Brunnen in die Kohleflöze gebohrt. Dieser Vorgang kann bis zu einer Tiefe von 100 bis 1.500 Metern reichen. Wenn der Druck im Kohleflöz abnimmt, steigen das Gas und das produzierte Wasser durch Rohre an die Oberfläche. Die Aufbereitung des produzierten Wassers hängt in erster Linie von seiner chemischen Zusammensetzung ab, die gelöste Feststoffe wie Natriumhydroxid und Natriumchlorid enthalten kann. Das erzeugte Gas kann weiter zu einer Kompressionsstation geleitet und zu einer Erdgaspipeline transportiert werden.
Aufgrund der im Vergleich zu Kohle geringeren Treibhausgasemissionen während des Verbrennungsprozesses von Kohleflözgas ist es zu einer sauberen Energiequelle geworden, die zunehmend an Aufmerksamkeit gewinnt.
Umweltauswirkungen und Herausforderungen
Die Gewinnung und Nutzung von Kohleflözgas bleibt nicht ohne Auswirkungen auf die Umwelt. Insbesondere der Einfluss des freigesetzten Methans auf die globale Erwärmung kann nicht ignoriert werden. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass der Treibhauseffekt von Methan weitaus größer ist als der von Kohlendioxid. Daher ist ein effektives Gasmanagement während des Bergbauprozesses von entscheidender Bedeutung für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen.
Darüber hinaus gibt auch die Qualität des während des Produktionsprozesses entstehenden Wassers Anlass zur Sorge, da es große Mengen Salz und Schwermetalle enthält. Um die lokalen Wasserressourcen zu schützen, müssen verschiedene Regionen geeignete Methoden zum Umgang mit diesen Nebenprodukten entwickeln.
Globale Produktionsgebiete für Kohleflözgas
Zu den wichtigsten Produktionsgebieten für Kohleflözgas zählen derzeit die USA, Australien und Kanada. Mit dem technologischen Fortschritt haben auch viele Länder wie Indien und Kasachstan begonnen, das Potenzial von Kohleflözgas zu erforschen und zu erschließen. Jüngsten Daten zufolge beträgt die jährliche Produktion von Coal-Seam-Methan in den USA immer noch 3,6 Prozent der gesamten Gasproduktion, während Australien und Kanada ebenfalls ein stabiles Produktionswachstum meldeten.
Angesichts des steigenden weltweiten Energiebedarfs sind das Marktpotenzial und die Nachhaltigkeit der Entwicklung von Kohleflözgas weiterhin eine eingehende Betrachtung wert. Deshalb sollte die Frage, wie sich die Umweltauswirkungen bei gleichzeitiger Ausweitung der Nutzung von Kohleflözgas ausgleichen lassen, für Regierungen und Energieunternehmen zu einer wichtigen Frage werden.
