Gashydrat

Bekannte und vermutete Lagerstätten von Gashydrat im Sediment und in Permafrostböden

Gashydrat/Methanhydrat (weiß) im Sediment eingelagert.

Gashydrate sind natürlich vorkommende Einschlussverbindungen (Clathrate), bestehend aus verschiedenen Gasen (fest, in Eis ähnlicher Struktur) und Wasser. Natürliche Gashydrate enthalten vor allem die Gase Methan, Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff. Spezielle Formen, die vorwiegend ein bestimmtes Gasmolekül enthalten, werden zum Beispiel als Methanhydrat bezeichnet.

Die wichtigsten Faktoren, die zur Bildung von Gashydraten führen, sind Druck, Temperatur und hohe Gaskonzentration im Umgebungsmilieu (freies Gas im Sediment oder im Porenwasser gelöst). Bei hohem Druck, niedriger Temperatur und entsprechend hoher Gaskonzentration werden die Gasmoleküle, im Sediment oder am Meeresboden bei der Clathratbildung in einem Molekülgitter bestehend aus Wassermolekülen „eingefangen“. Dabei entsteht ein Käfig aus mehreren Wassermolekülen, in dem ein Gasmolekül eingeschlossen ist. Ein Kubikmeter Gashydrat enthält in etwa 164 m³ des entsprechenden Gases. Durch die Cladratbildung wird der Porenraum des Sediments aufgefüllt, und es entstehen Vorkommen in der Regel als Sediment-Gashydratgemisch. Das Sediment wird durch Gashydrat zementiert und damit verfestigt, was bei Kontinentalhängen für deren Stabilität von großer Bedeutung ist. Das Gashydrat ist leichter als Wasser und wird auf diese Weise vom schwereren Sediment am Meeresboden festgehalten. Freies Gashydrat in der Wassersäule steigt schnell nach oben auf. Auf seinem Weg zersetzt es sich und transportiert das entsprechende frei gewordene Treibhausgas dabei in die Wassersäule und möglicherweise auch direkt in die Atmosphäre. Im Sediment ist das Gashydrat bis in einige hundert Meter Tiefe stabil. Unter anderem durch Sedimentationsprozesse auf langen Zeitskalen können sich die in der Nähe der Sedimentoberfläche gebildete Gashydrate auch in größeren Tiefen unterhalb einer stabilen Deckschicht befinden. In größeren Sedimenttiefen wird das Gashydrat durch den Wärmefluss der Erde wieder instabil.

Der Vorgang der Gashydratbildung soll auch bei der CO₂-Sequestrierung dafür sorgen, dass CO₂ aus Kraftwerken für lange Zeit zum Beispiel am Meeresboden sicher abgelagert werden kann und so nicht in die Atmosphäre gelangen kann. Unter günstigen Voraussetzungen kann sich das künstlich in tiefe Sedimentschichten eingebrachte CO₂ dort in die feste Hydratstruktur umwandeln und so stabil lagern.

Struktur eines Gashydratbrockens

Gashydrate wurden erstmals 1811 von Davy in Form von Chlorhydrat gefunden. Sie wurden lange als Kuriosität betrachtet, bis man um ca. 1930 feststellte, dass eine eisartige Substanz Erdgaspipelines in kalten Regionen verstopfte. Bei diesen Substanzen handelte es sich um Methanhydrat, welches sich mit dem im Erdgas befindlichen Wasser unter dem Druck der Pipeline gebildet hatte. Dieses auch beim Transport von Erdöl bestehende Problem wird umgangen, indem bestimmte Chemikalien, Inhibitoren, mitbefördert werden. Sie verändern die zur Bildung von Gashydraten notwendigen Bedingungen so, dass bei den in der Pipeline herrschenden Temperaturen und Drücken möglichst wenige Gashydrate entstehen. Trotzdem können sich insbesondere an Ventilen und ähnlichen Störungen vermehrt Gashydrate bilden oder stauen.

Seismische Untersuchungen in neuerer Zeit lassen vermuten, dass die Menge der Methanhydrat-Lagerstätten auf dem Meeresgrund sehr bedeutsam ist. Sie könnten daher eine mögliche wichtige Energiequelle für unsere Zukunft sein, auch wenn der verlustfreie Abbau sich als recht schwierig erweisen könnte, da Methan nicht in größeren Mengen in die Atmosphäre gelangen darf (Treibhausgas). Die gesamte Menge der Treibhausgase aus fossilen Brennstoffen soll geringer sein als die Menge der Treibhausgase, die aus den bekannten Gashydratvorkommen freiwerden könnte. Sowohl Kohlendioxid als auch Methan sind bekannte Treibhausgase. Schätzungen gehen von einer Gesamtmenge von mehr als 1.000 Gigatonnen Kohlenstoff aus, der in den verschiedenen Arten von Gashydraten gespeichert ist.^[1]

Doch nicht nur als Energielieferant sind die Gashydrate von besonderem Interesse. Auch die Stabilität des Meeresbodens wird an bestimmten Stellen durch sie gewährleistet. So kann es bei plötzlichen Temperatur- oder Druckunterschieden und damit einhergehender Zerstörung oder einer Destabilisierung der Gashydratschicht zu einem Abrutschen von Meeresboden an Kontinentalhängen kommen (Storegga), bei dem sich ein Tsunami bilden könnte.

Einzelnachweise

Weblinks

Commons: Gas hydrates – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Homepage über Gashydrate beim Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) Kiel
• Das SUGAR Projekt (Submarine Gashydrat Reservoirs) beim Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) Kiel
• Gas in Käfighaltung aktuelle Erkenntnisse zu Gashydraten auf dem Geowissenschaften-Portal planeterde
• A Global Inventory of Natural Gas Hydrate Occurrence
• Gashydrate im Video und Hintergrundwissen zu Gashydraten, deren Vermeidung und Entfernung (Laborgerätehersteller)
• Meeresgeologie im Internet