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RESSOURCEN/144: Nun also Methanhydrate - dem Klimawandel zum Trotz (SB)


Abbau von Methanhydraten - Fortsetzung der fossilen Energiewirtschaft mit anderen Mitteln



Leben wir auf einer tickenden Zeitbombe? Diese Frage wird im Zusammenhang mit sogenannten Methanhydraten, die in großen Mengen an den untermeerischen Kontinentalhängen lagern, häufig gestellt. Das Methan droht nämlich aufzusteigen, sollten sich die sehr speziellen physikalischen Voraussetzungen seiner Ansammlung - hoher Druck ab etwa 500 Meter Meerestiefe und tiefe Temperaturen - ändern. Naturgemäß kann es auf die Eingangsfrage keine gesicherte Antwort geben, denn würde es sich um eine Zeitbombe handeln, hat der Mensch mit ihr noch keine Erfahrungen gemacht. Zu seinen Lebzeiten ist sie noch nicht hochgegangen.

Bienenwabenartig strukturierter, handflächengroßer Eisblock - Foto: Wusel007, freigegeben als CC-BY-SA_3.0 Unported via Wikimedia Commons

Gashydrat aus etwa 1200 Meter Meerestiefe des 'Hydrate Ridge' vor Oregon, USA. Geborgen durch das deutsche Forschungsschiff FS SONNE, 13. Februar 2002.
Foto: Wusel007, freigegeben als CC-BY-SA_3.0 Unported via Wikimedia Commons

Zu bedenken ist allerdings, daß Methan (CH4) ein überaus wirksames Treibhausgas ist. Es hält die Wärmerückstrahlung der Erde mindestens 25 mal so gut zurück wie Kohlenstoffdioxid (CO2). Lediglich der Umstand, daß das Methan in der Erdatmosphäre in viel geringerer Konzentration (1,75 ppm) vorliegt als Kohlenstoffdioxid (399 ppm) - ppm steht für parts per million und bedeutet Teile pro Million - und innerhalb von durchschnittlich acht Jahren zu CO2 und H2O (Wasser) zerfällt, läßt es nur den zweiten Platz in der Reihenfolge der wichtigsten Treibhausgase einnehmen.

Das könnte sich jedoch ändern, sobald zwei Bedingungen erfüllt sind: Das Methan wird ständig nachgeliefert, bevor es zerfällt, und es wird in größeren Mengen freigesetzt. An dieser Stelle kommen die Methanhydrate ins Spiel. Diese bestehen aus einem durch Wassermoleküle aufgebauten Kristallgitter, welches das Methan vollständig einschließt. Deshalb werden die Hydrate auch als Klathrate bezeichnet, was auf das lateinische Wort 'clatratus' - vergittert - zurückgeht. Eine chemische Bindung zwischen Wasser- und Gasmolekülen besteht nicht. Das Methan wiederum wird von bestimmten einzelligen Organismen (Methanbildner) aus der Domäne der Archaeen bei ihrem Energiestoffwechsel gebildet.

Nach Auswertung der Daten von mehr als 90 Fundstellen vermuten Wissenschaftler, daß untermeerisch rund 10.000 Gigatonnen Kohlenstoff in Form von Methan lagern. Das ist die doppelte Menge der angenommenen Vorkommen an konventionellen fossilen Energieträgern. Methanhydrate finden sich neben den Kontinentalhängen auch am Tiefseeboden und im Permafrostbereich der Hohen Breiten. Schätzungen zufolge lagern im sibirischen Schelf 1400 Gigatonnen Methan - das sind ungefähr 934 Gigatonnen Kohlenstoff - in Form von Gashydraten , was der doppelten Menge an Kohlenstoff entspricht, der in allen Bäumen, Gräsern und Blumen der gesamten Erde enthalten ist. Würde auch nur ein Prozent des Methans im Verlauf von wenigen Jahrzehnten in die Atmosphäre entweichen, würde das einen abrupten Klimawandel auslösen, nimmt die Biogeochemikerin Natalia Shakhova von der Universität von Alaska in Fairbanks an. [1]

Eine Abschätzung der Methanvorkommen gestaltet sich jedoch schwierig, weswegen heutige Prognosen deutlich hinter denen aus den 1990er Jahren zurückbleiben, wie der Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) in seinem Sondergutachten "Die Zukunft der Meere - zu warm, zu hoch, zu sauer" im Jahr 2006 berichtete. [2]

Sofern die Wissenschaft überhaupt Hinweise auf urzeitliche Methanfreisetzungen erhalten hat, hatte es sich immer um Vorgänge gehandelt, die sich über Hunderte oder Tausende von Jahren erstreckten, und nicht um plötzliche Ereignisse - jedenfalls nicht nach dem Alltagsverständnis. Für Geologen dagegen, die auf eine mehr als vier Milliarden Jahre alte Erdgeschichte zurückblicken, sind tausend Jahre ein plötzliches Ereignis.

Aus den geologischen Archiven (beispielsweise Sedimentschichten, Eisbohrkernen) ist kein Beispiel bekannt, bei dem es zu einer schlagartigen Methanfreisetzung größeren Ausmaßes gekommen wäre, oder, um es mit David Archer von der Universität Chicago in der Studie für den WBGU zu formulieren, bis jetzt hat noch niemand einen Mechanismus vorgeschlagen, wie es zu so einem "Alptraum-Szenario" kommen kann. [3]

Methanhydrathügel am Meeresboden mit aufsteigenden Gasbläschen - Foto: NOAA Ocean Explorer INSPIRE: Chile Margin 2010: Methane in the Ocean

Wenn sich die Meere erwärmen, wird das den Aufstieg von Methanbläschen beschleunigen
Foto: NOAA Ocean Explorer INSPIRE: Chile Margin 2010: Methane in the Ocean


Tsunamigefahr durch Hangabrutschung

Methanhydrate sind in bis zu 1,1 Kilometer mächtigen Sedimentschichten eingebettet. Würden sich plötzlich größere Sedimentmassen in Bewegung setzen, kann eine schlagartige Methanfreisetzung nicht mehr ausgeschlossen werden. Das wird aber vermutlich erst dann geschehen, wenn Teile eines Kontinentalhangs ins Rutschen geraten. So geschehen vor rund 8.000 Jahren bei der Storegga-Rutschung vor der Küste Norwegens. Damals wurden etwa 250 Meter des Kontinentalhangs auf einer Breite von 100 Kilometern abgetragen, was zu einem Tsunami im Nordatlantik führte, der auf den Shetland-Inseln eine Höhe von 25 Metern erreichte. Aber selbst durch dieses dramatische Ereignis wurde der Treibhauseffekt nicht nennenswert verstärkt.

Nur weil ein Ereignis in der Vergangenheit nicht stattfand oder man keine Hinweise darauf gefunden hat, ist das natürlich keine Garantie dafür, daß es auch in Zukunft nicht eintreten wird. So hat es menschheitsgeschichtlich auch noch kein Beispiel dafür gegeben, daß die Methanhydrate zwecks Energiegewinnung angebohrt und abgebaut wurden. Eben das wird derzeit in Japan vorbereitet. Welche Folgen diese Anstrengungen nach sich ziehen, ist noch unabsehbar. Es wäre auf jeden Fall mit einer Störung der strukturellen Integrität des angebohrten Gashydratfelds verbunden, ähnlich wie bei der Förderung von Erdöl und Erdgas Deckschichten von Lagerstätten, die ausgeschöpft werden, einbrechen und Erdbeben auslösen können.

Sollten sich bei so einem Ereignis Methanhydrate von den Sedimenten, durch die sie am und im Meeresgrund gehalten werden, lösen, käme es zu einer größeren Freisetzung des Treibhausgases. Ob dieses Ereignis wiederum eine Kettenreaktion bei weiteren Lagerstätten bewirkt oder ob der Effekt regional begrenzt bleibt, ist unklar. Blickt man in die Vergangenheit, so haben anscheinend weder Erdbeben noch Vulkanausbrüche noch Asteroideneinschläge jemals ein solches "Alptraum-Szenario" ausgelöst.

Dennoch sind die Bemühungen einiger Staaten, sich die Methanhydrate aus dem Permafrostbereich und von den Kontinentalhängen als Energiequelle verfügbar zu machen, bedenklich. Erstens handelt es sich für Arten wie den Eiswurm Hesiocaeca methanicola um einen für sie unverzichtbaren Lebensraum. Zweitens könnte eine ungewollte Freisetzung von Methan den Treibhauseffekt verstärken, und das in einer Zeit, da das Klima anscheinend davongaloppiert und es wichtig wäre, die Quellen für weitere Treibhausgasemissionen zum Versiegen zu bringen. Und drittens entsteht bei der Verbrennung von Methan das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid.

Rußland (u.a. im Messoyakha-Gasfeld), die USA, Kanada, Indien, Japan und Deutschland (u.a. im Projekt Mallik im Mackenzie-Delta vor der kanadischen Küste) sowie China und Südkorea haben längst begonnen, Methanhydrate als Energiequelle zu erkunden. Am weitesten ist bisher Japan gediehen. Es hat in den letzten Jahren große Summen in sein National Methane Hydrate Exploitation Program MH21 zur Erschließung von Methanhydratfeldern investiert und in diesem Jahr im Nankai-Graben einen größeren Versuch unternommen, das aus seinem Eiskäfig befreite Methan zu fördern.

Brennendes Methan, das einem Eisklümpchen entweicht - J. Pinkston and L. Stern (USGS), USGS

Energieträger Methan, Aufnahme von 2010
Foto: J. Pinkston and L. Stern (USGS), USGS

Eine Auswahl an Stationen der Erkundung des Potentials von Methanhydraten zeigt das rege Interesse einiger Staaten:

- 1996 entdecken Wissenschaftler auf dem deutschen Forschungsschiff FS SONNE rund 100 Kilometer vor der Küste des US-Bundesstaats Oregon beträchtliche Methanhydratvorkommen.

- Im Jahr 2002 haben Forscher im nordkanadischen Mallik-Fördergebiet heißes Wasser in ein Bohrloch gepumpt, um die Methanhydrate zu schmelzen und das Methan einzufangen. 2008 wurde im selben Gebiet eine Methode der Druckabsenkung eingesetzt.

- Im Jahr 2011 wurde das Vorkommen von Methanhydraten vor der südkalifornischen Küste mit Hilfe eines Roboters erkundet. [5]

- Im Januar 2012 haben US-Forscher mit einem Pilotversuch begonnen, bei dem Methanhydrate aus dem gefrorenen Boden von Ignik Sikumi in der Prudhoe Bay von Alaska gefördert wurden. Dazu verwendeten sie Kohlenstoffdioxid, das in das Förderbohrloch gepreßt wurde. Bei dieser Methode wird das Methanhydrat herausgelöst und durch das CO2 ersetzt. Bei dem Versuch wollte man herausfinden, ob die Methanhydrate in größerem Maßstab und auf ökonomische Weise gefördert werden können. An dem Projekt sind neben dem US-Energieministerium (DOE) die in Houston ansässige Ölgesellschaft ConocoPhillips und die Japan Oil, Gas and Metals National Corporation (JOGMEC) beteiligt. [5]


Die jüngsten Aktivitäten Japans zur Nutzung der Methanhydrate

Da die Wirtschaftsmacht Japan im Rahmen der Staatenkonkurrenz nicht ins Hintertreffen geraten will und kaum über eigene fossile Energieträger verfügt, setzt sie auf den Import. Langfristig dürften die Weltmarktpreise für fossile Energieträger steigen, so daß die Methanhydratvorkommen vor der eigenen Küste wie ein versunkener Goldschatz anmuten, der nur darauf wartet, gehoben zu werden. Der Methananteil dieser submarinen Lagerstätte ist rund ein Drittel höher als der terrestrischer Lagerstätten.

Japanische Forscher haben berechnet, daß ihr Land durch die Nutzung der Methanvorkommen in seiner Ausschließlichen Wirtschaftszone einhundert Jahre lang auf Gasimporte verzichten kann. Gut ein Zehntel davon entfällt auf die Methanhydratmengen im aktuellen Testgebiet des Nankai-Grabens, das 80 Kilometer vor den Halbinseln Atsumi und Shima und rund 330 Meter unterhalb des Meeresbodens und einer Wassersäule von einem Kilometer liegt. [6]

Um das Methan aus der Kristallgitterstruktur des Gashydrats herauszulösen, stehen zwei Methoden zur Verfügung, die jeweils auf eine Veränderung der physikalischen Bedingungen - hoher Druck, tiefe Temperatur - zielen. Die Ingenieure der JOGMEC haben den Druck in der Lagerstätte durch das Herauspumpen des Wassers gesenkt. Dadurch stieg das entlastete Methan auf und wurde von speziellen Apparaturen auf dem Forschungsschiff Chikyu abgefangen.

Der ursprünglich auf zwei Wochen anberaumte Versuch mußte am 18. März, nach nur sechs Tagen des Gasstroms, wegen einer verstopften Pumpe abgebrochen werden. Bis dahin waren pro Tag etwa 20.000 Kubikmeter Gas und damit zehnmal mehr, als 2008 bei einem Versuch in Kanada aus einem Permafrostboden herausgeholt wurden, gefördert worden. [7] Ab 2018 will Japan mit der kommerziellen Gewinnung des Methans beginnen. Bis dahin muß allerdings noch ein Großteil der Infrastruktur zum Transport des Gases zur Küste und der Weiterverarbeitung installiert werden.

Das Fördergebiet ist extrem erdbebengefährdet. Wenngleich es kein Beispiel dafür gibt, daß sich Methan jemals in größerer Menge aufgrund eines Erdbebens aus den Hydratstrukturen im Meeresboden gelöst hätte, kann niemand abschätzen, was ein Erdbeben in Kombination mit menschlichen Förderaktivitäten bewirken wird.

Ansammlung von Eiswürmern in weißem Methaneis - Foto:NOAA Okeanos Explorer Program

Eiswürmer (Hesiocaeca methanicola), Golf von Mexiko, 2002
Foto: NOAA Okeanos Explorer Program


Wechselwirkung mit der Erderwärmung

Matthew Reagan und George Moridis vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, Kalifornien, führten Untersuchungen mit dem Ergebnis durch, daß bei einem Temperaturanstieg von 1 Grad Celsius am Meeresboden Methanhydrate aus flacheren Gebieten freigesetzt würden. Wohingegen der oben erwähnte Ozeanograph David Archer und seine Kollegen sich mit Methanfreisetzungen vom Tiefseeboden als Folge einer Erwärmung um drei Grad Celsius befaßt und dazu verschiedene Modelle durchgerechnet haben, die einen klimarelevanten Effekt vermuten lassen. Jean-François Lamarque vom US National Center for Atmospheric Research in Boulder glaubt jedoch nicht, daß noch in diesem Jahrhundert ein so drastisches Ereignis eintreten wird. Selbst bei einer Verdopplung der atmosphärischen CO2-Konzentration (und damit einer kräftigen Aufheizung der Erde) würde sich der Meeresboden nicht so sehr erwärmen, daß dabei Methanhydrate in klimarelevanten Mengen freigesetzt würden, vermutet er. [1]

Solche zeitlichen Abschätzungen zeigen, in welchen Fristen sich die Vorstellungen vieler Forscher bewegen. Auch wenn die folgende Formulierung auf den ersten Blick übertrieben wirkt: Die Menschheit hat nicht vor, am Ende dieses Jahrhunderts abzudanken. Mit diesen drastischen Worten soll auf etwas aufmerksam gemacht werden, das in der Klimadebatte zwar nicht verschwiegen, aber selten in den Vordergrund gerückt wird. Eine der wenigen Ausnahmen ist das oben erwähnte WBGU-Sondergutachten aus dem Jahr 2006. Dort heißt es:

"Der anthropogene Klimawandel kann durch Erwärmung des Meerwassers zu einer Destabilisierung von Methanhydratvorkommen am Meeresboden führen. Dabei ist die Gefahr einer raschen Freisetzung größerer, klimarelevanter Mengen innerhalb dieses Jahrhunderts nach gegenwärtigem Wissensstand jedoch sehr gering. Wesentlich bedeutsamer ist die Wahrscheinlichkeit einer chronischen Methanfreisetzung über viele Jahrhunderte bis Jahrtausende aufgrund des langsamen Eindringens der globalen Erwärmung in die tieferen Ozeanschichten und Sedimente. Die Konsequenzen menschlichen Handelns wirken hier nicht nur über Jahrhunderte, sondern könnten das Klima der Erde über Zehntausende von Jahren beeinflussen." [2]

Wenn beispielsweise Umweltschützer, die gegen den Betrieb von Braunkohlekraftwerken protestieren, weil von diesen besonders viele Treibhausgase emittiert werden, von Generationengerechtigkeit sprechen, dann meinen sie damit nicht, daß nur die nächsten zwei, drei Generationen vor den negativen Folgen unseres heutigen Tuns geschützt werden sollen.

Zwar haben die USA und Kanada die Gelder zur Erforschung von Methanhydraten kräftig zusammengestrichen, weil gegenwärtig die Gaspreise in den USA wegen der umfangreichen Förderung des unkonventionellen Erdgases relativ niedrig sind, doch könnten sich die ökonomischen Verhältnisse schnell wieder ändern, beispielsweise wenn der Energiebedarf der Schwellenländer weiter so zunimmt wie in den letzten Jahren. Dann würden auch die Gashydrate vor den Küsten und im Permafrostbereich Nordamerikas wieder attraktiv.

Da die politischen Entscheidungen von heute das Antlitz der Erde über viele Jahrhunderte wenn nicht sogar Jahrtausende hinaus bestimmen, könnte man den eingangs erwähnten Begriff Zeitbombe neu definieren und sagen, daß damit eine Wirkung gemeint ist, die sich nicht explosionsartig, sondern über längere Zeit hinweg entfaltet. In diesem Verständnis sind Methanhydrate sicherlich als Zeitbombe zu bezeichnen, und die könnte ausgerechnet bei dem Versuch, sie durch das Abzapfen des Methans zu entschärfen, zünden.

Wenn aufgrund der anthropogenen Erderwärmung ein oder mehrere sogenannte Kippunkte überschritten werden und in der Folge eine durch keine menschliche Maßnahme mehr zu stoppende Dynamik mit Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozeanen, Meereis und terrestrischen Abläufen in Gang gesetzt wird, dauerte es unter Umständen viele tausend Jahre, bis wieder ein "stabiler" Zustand erreicht ist. Die Bezeichnung "stabil" wird hier nur behelfsweise eingesetzt, denn zu keinem Zeitpunkt der Erdgeschichte waren die Verhältnisse auf dem Planeten stabil. Sie sind es auch gegenwärtig nicht, doch bewegen sich beispielsweise die klimatischen Schwankungen in einem Bereich, der es den Menschen (und den organischen Lebensformen allgemein) ermöglicht zu überleben.

Würden aber jene von Menschenhand verursachten dynamischen Verhältnisse eintreten, ähnelte der nächste sogenannte stabile Zustand, ab dem es zu keinen größeren Umbrüchen mehr käme, womöglich den Verhältnissen auf unseren Nachbarplaneten Venus (atmosphärischer Druck: 92 bar, durchschnittliche Oberflächentemperatur: 464 Grad Celsius) oder Mars (atmosphärischer Druck: 0,006 bar, durchschnittliche Oberflächentemperatur: -55 Grad Celsius).

Einladungskarten zum Besuch dieser Planeten sollte man besser ablehnen, sofern man nicht über eine bis heute unerprobte Ausrüstung verfügt, hinter deren Produktion aber in jedem Fall eine milliardenschwere Industrie stecken müßte. Wir haben es hier also mit keinem Lebensmodell zu tun, das für die Allgemeinheit in Frage käme. Gleiches gilt allerdings auch für den Planeten Erde, wenn die Verbrennung fossiler Energieträger weiter wie bisher fortgesetzt wird ...

In Sediment eingelagerte Gashydrate - Foto: Wusel007, freigegeben als CC-BY-SA_3.0 Unported via Wikimedia Commons

Gashydrat aus etwa 1200 Meter Meerestiefe des 'Hydrate Ridge' vor Oregon, USA. Geborgen durch das deutsche Forschungsschiff FS SONNE, 13. Februar 2002.
Foto: Wusel007, freigegeben als CC-BY-SA_3.0 Unported via Wikimedia Commons


Fußnoten:

[1] http://www.nature.com/climate/2009/0904/full/climate.2009.24.html

[2] http://www.wbgu.de/fileadmin/templates/dateien/veroeffentlichungen/sondergutachten/sn2006/wbgu_sn2006.pdf

[3] http://www.wbgu.de/fileadmin/templates/dateien/veroeffentlichungen/sondergutachten/sn2006/wbgu_sn2006_ex01.pdf

[4] http://www.nature.com/news/2011/110502/full/news.2011.263.html

[5] http://www.nature.com/news/gas-hydrate-tests-to-begin-in-alaska-1.9758

[6] http://www.jogmec.go.jp/english/news/release/news_01_000005.html?recommend=1

[7] http://www.nature.com/news/japanese-test-coaxes-fire-from-ice-1.12858?nc=1366918514258

7. Mai 2013