Gashydratforschung: Erweitertes Grundwissen und neue Technologien

Gashydrate sind eisartige Verbindungen aus Wassermolekülen mit Gasen wie zum Beispiel Methan. Sie kommen in großen Mengen in den Kontinentalhängen an den Ozeanrändern vor und sind aufgrund des eingeschlossenen Methans als potenzielle Energiequelle im Gespräch. Gefördert vom Bundeswirtschaftsministerium und vom Bundesforschungsministerium hat das am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel koordinierte Verbundprojekt SUGAR in den vergangenen zehn Jahren nicht nur das Grundlagenwissen über Gashydrate deutlich erweitert, sondern auch Technologien rund um Gashydrat-Erkundung und Gashydratproduktion sowie der dazugehörenden Umweltüberwachung entwickelt. Jetzt endet das Projekt mit einer Abschlusskonferenz am Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ).

Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der SUGAR-Abschlusskonferenz am GFZ in Potsdam. (Kristin Hamann/GEOMAR)
Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der SUGAR-Abschlusskonferenz am GFZ in Potsdam.
Foto: Kristin Hamann/GEOMAR

Bis Ende des 20. Jahrhunderts galten Gashydrate als ein seltenes Kuriosum. Die eisartigen Verbindungen aus Wassermolekülen, die Methan und andere Gase einschließen, traten zum Beispiel ungewollt in Gaspipelines auf. Erst in den 1990er Jahren wiesen unter anderem deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach, dass die Kontinentalhänge an allen Ozeanrändern große Vorkommen dieses Stoffes enthielten. Neben der reinen Grundlagenforschung stand sehr bald auch die Frage im Raum: Kann das Methan aus den Hydraten als Energierohstoff genutzt werden?

Eine Person hält ein brennendes Gashydrat in ihren Händen (Science Party SO174)
Gashydrate werden wegen des eingeschlossenen Methans auch als "brennendes Eis" bezeichnet.
Foto: Science Party SO174

Deutschlands Küsten grenzen nur an Randmeere, die zu flach für die Bildung von Gashydraten sind. Sollten Gashydrate also eine wirtschaftliche Bedeutung erlangen, könnte Deutschland nur als Technologielieferant an diesem Markt teilhaben. Daher förderten das Bundeswirtschaftsministerium und das Bundesforschungsministerium ab 2008 das Verbundprojekt "Submarine Gashydrat-Lagerstätten" (SUGAR). In dieser Woche endet es nach fast zehn Jahren mit einer Abschlusskonferenz am Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ). "Das SUGAR-Konsortium hat in dieser Zeit viel erreicht: Das Wissen über Gashydrate im Meeresboden deutlich erweitert und Technologien entwickelt, die jetzt weltweit nachgefragt sind", sagt Projektkoordinator Dr. Matthias Haeckel vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

Die Nachfrage kommt vor allem aus Asien. Japan und China konnten im letzten Jahr bereits mehrmonatige Testförderungen von Erdgas (Methan) aus submarinen Hydratlagerstätten erfolgreich demonstrieren. Auch in Indien, Südkorea und Taiwan ist das Interesse sehr groß. Am SUGAR-Projekt beteiligte Firmen aus Deutschland konnten in den vergangenen Jahren zum Beispiel Technologien zur Umweltüberwachung entwickeln. Dazu gehören spezielle Echolote, die am Meeresboden austretende Methangasblasen aufspüren können oder Sensoren, die die Methankonzentrationen in der Wassersäule messen können.

"Aber auch die Frage, wo überhaupt Gashydrate vorkommen und wieviel, konnten wir zu Beginn von SUGAR deutlich schlechter beantworten. In diesem Bereich gab es große Erkenntnissprünge, unter anderem dank besserer Computer-Simulationen der Prozesse im Meeresboden und hochauflösender Abbildung des Meeresbodens bis in 500 Meter Tiefe", erklärt Prof. Dr. Klaus Wallmann vom GEOMAR, der während der ersten beiden Projektphasen bis Mitte 2014 als Koordinator fungierte.

Ein Mann arbeitet mir einem Forschungsgerät (Jan Steffen / GEOMAR)
Auch dies neuartige geomechanische Prüfgerät, das Triax-CT am GEOMAR, wurde im Rahmen von SUGAR entwickelt. Es kann die Dynamik von Sedimenten mit Gashydraten testen und so helfen, Hangrutschungen besser zu verstehen.
Foto: Jan Steffen / GEOMAR

Ein weiteres Beispiel für Technologie, die im Rahmen von SUGAR entwickelt wurde, ist der Reservoirsimulator LARS (LArge Reservoir Simulator) am GFZ. Dabei handelt es sich um einen 425 Liter großen Stahltank, der mit zahlreichen Messgeräten ausgestattet ist. Darin können unter naturähnlichen Bedingungen Gashydrate in Sedimenten gebildet werden. "Mit LARS können wir verschiedene Abbaumethoden für die Gewinnung von Methan aus natürlichen Gashydratvorkommen im Technikummaßstab testen", sagt Dr. Judith Schicks, Leiterin der Arbeitsgruppe Gashydratforschung am GFZ.

Von derartigen Versuchsanlagen profitiert aber auch die angewandte Grundlagenforschung. Denn nach dem Abschluss von SUGAR bleiben Gashydrate für die Wissenschaft in Deutschland interessant. "Wir wollen noch mehr darüber erfahren, ob sie zum Beispiel Hangrutschungen und damit Tsunamis auslösen können, wenn sie sich infolge der Ozeanerwärmung zersetzen", erklärt Dr. Haeckel.

Bei der Bearbeitung dieser Fragen profitiert die Wissenschaft von den Erkenntnissen und Entwicklungen des SUGAR-Projektes. "Die bessere Modellierung des Meeresbodens oder Versuchsanlagen zur Gashydratdynamik in Sedimenten versprechen neue Erkenntnisse über das Risiko von Hangrutschungen. Die in SUGAR entwickelte mobile Bohrtechnik erlaubt die kostengünstige Gewinnung dafür notwendiger natürlicher Gashydratproben unter Druckerhaltung", erklärt Dr. Haeckel.

Das Projekt SUGAR:
Das Verbundprojekt SUGAR wurde in drei Phasen (2008-2011, 2011-2014, 2014-2018) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen von FONA mit insgesamt 31 Millionen Euro gefördert.