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Kohlevergasung Umweltkatastrophe oder Lösung der Energieprobleme?

Australische und britische Unternehmen wollen im großen Stil unterirdische Kohleflöze anzünden, um Gas für die Stromerzeugung zu gewinnen. Wie gefährlich die Methode ist.

Wo die Energiewende besser funktioniert
Im internationalen Vergleich gibt es kaum ein zweites Land, das sich derart ambitionierte Ziele zur Umstellung seines Energiesystems gesteckt hat wie Deutschland. Daher existiert auch kein Gesamtkonzept, das als Blaupause für die deutsche Energiewende dienen könnte. Dennoch kann Deutschland von anderen Ländern lernen. Eine Studie von McKinsey im Auftrag von Siemens stellt Beispiele aus verschiedenen Ländern vor und zeigt, was davon in welchem Umfang auch in Deutschland erfolgreich umgesetzt werden könnte. Die Fallbeispiele beziehen sich auf die wesentlichen Elemente der deutschen Energiewende entlang der Energiewertschöpfungskette: Stromerzeugung, Verteilung oder Balancierung von Angebot und Nachfrage sowie Steigerung der Energieeffizienz. Quelle: dpa
Dänemark, Niederlande, Brasilien - Versteigerung von WindparksDer Ausbau von Solar und Windkraft wird die Regierung bis 2020 rund 30 Milliarden Euro kosten. Eine Möglichkeit, den Kostenanstieg zu drosseln, wäre eine Anpassung der Förderung, zum Beispiel durch Auktionierung von Windparkprojekten – wie in Brasilien, Dänemark oder den Niederlanden praktiziert. So kann erreicht werden, dass Windparks an windreichen Standorten mit einer geringeren Vergütung auskommen. Würden in Deutschland die infrage kommenden Windparkprojekte in Zukunft versteigert, könnten allein im Jahr 2020 rund 0,7 Milliarden Euro an Förderkosten eingespart werden. Quelle: dpa
China – bessere Nutzung von AbwärmeAbwärme lässt sich bei Temperaturen ab circa 300 Grad Celsius zur Stromerzeugung nutzen. In Deutschland gibt es unter anderem in der Zement- und Glasindustrie weitere Potenziale, die andere Länder beziehungsweise Pilotanlagen in Deutschland bereits nutzen: So wurden in China in den  vergangenen zehn Jahren knapp 30 Zementwerke mit entsprechenden Anlagen ausgestattet oder werden aktuell umgerüstet. Durch Nachrüsten der in Deutschland infrage kommenden Werke könnten hier im Jahr 2020 etwa 2 TWh Strom erzeugt und so eine Megatonne CO2 eingespart werden. Die Investitionen würden sich bereits nach rund drei Jahren amortisieren, so die Autoren der Studie. Quelle: REUTERS
Shanghai – bessere TransformatorenJetzt wird es technisch, aber im Grunde simpel. Transformatoren sind  für die Stromversorgung unverzichtbar, da elektrische Energie nur mittels Hochspannungsleitungen über weite Entfernungen wirtschaftlich sinnvoll transportiert werden kann; der Betrieb von Elektrogeräten ist aber nur mit Nieder- und Kleinspannung praktikabel und sicher. Transformatoren haben einen magnetischen Kern, meist Eisen, man kann aber auch so genannte amorphe Metalle verwenden. Sie haben bessere magnetische Eigenschaften und senken Übertragungsverluste im Netz.  In Shanghai konnten die Leerlaufverluste der ausgetauschten Transformatoren um 80 % reduziert werden konnten. Allein die Ausstattung der in Deutschland bis 2020 neu zu installierenden Transformatoren mit amorphen Kernen könnte die Übertragungsverluste im Stromnetz im Jahr 2020 um 0,2 TWh reduzieren. Dies entspricht der Stromproduktion von circa 65.000 Aufdach-Solaranlagen. Durch die Einsparungen  würden sich die erforderlichen Investitionen nach circa elf Jahren amortisieren. Quelle: dpa
Schweden – mehr WärmepumpenEine Wärmepumpe entzieht zum Beispiel dem Boden oder der Luft unter Aufwendung mechanischer oder elektrischer Energie thermische Energie und stellt diese zur Raumheizung zur Verfügung. Momentan sind in Schweden bei 9,5 Mio. Einwohnern 1 Mio. Wärmepumpen installiert, gegenüber circa  0,5 Mio. Wärmepumpen in Deutschland bei rund 81 Millionen Einwohnern. Der Ausbau zusätzlicher 0,7 Millionen Wärmepumpen in Deutschland bis 2020 würde zu einer Senkung des Primärenergiebedarfs um 18 PJ und zu einer Senkung der CO2-Emissionen um 0,6 Mt für das Jahr 2020 führen. Foto: "Tourismusverband Westschweden Quelle: Blumenbüro Holland/dpa/gms
USA – Stromnachfrage besser steuernDie Stromerzeugung aus Wind und Sonne schwankt wetterabhängig sehr stark. Das belastet das Netz. Die Schwankungen lassen sich durch eine flexiblere Stromnachfrage ausgleichen. Im Nordosten der USA hat man dazu einen Markt für temporäre Nachfragereduzierung geschaffen. Zu Spitzenzeiten reduzieren Stromkunden ihren Verbrauch freiwillig und erhalten hierfür eine Vergütung. Bei diesem Fallbeispiel wurde die Spitzenlast in einem Markt, der größer als der deutsche ist, um circa 8 % reduziert. Würde Deutschland in ähnlicher Weise allein seine industrielle Nachfrage flexibilisieren, könnten 2020 etwa 0,5 Milliarden Euro eingespart werden. Das entspricht den jährlichen Betriebskosten von zwei großen Kohlekraftwerken. Quelle: AP
Los Angeles – LED-StraßenbeleuchtungInternational hat eine Reihe von Städten den Austausch der klassisch verwendeten Natrium-Hochdrucklampen durch LED s vorangetrieben. In den USA installierte zum Beispiel Los Angeles von 2009 bis 2013 in 146.000 Ampeln und Straßenleuchten mit LED. Mit Investitionen von rund 45 Millionen Euro konnte eine Reduzierung des Stromverbrauchs von rund 60 % erreicht werden. Quelle: Presse

Es ist wie in der Hölle: Mehr als 100 Meter unter der Erde brennt es. Die Hitze von rund 1000 Grad lässt das Gestein glühen und Kohle verdampfen. Der Teufel könnte sich hier wohlfühlen.

Doch das Inferno ist menschengemacht. Ingenieure haben den Kohleflöz in Usbekistan nahe der Hauptstadt Taschkent bereits 1961 angezündet. Sie erzeugen ein brennbares Gasgemisch, mit dem ein Kraftwerk Strom produziert.

Aber nicht nur in der Ex-Sowjetunion, sondern auch in China und den USA laufen Projekte, schwer zugängliche Kohlevorkommen zu nutzen. Bald könnte es zudem in Großbritannien so weit sein. Dort hat die Regierung Unternehmen an mehr als 20 Orten an der Küste erlaubt, das Verfahren zu testen.

„Auch in Norddeutschland lagert in mehr als 1500 Meter Tiefe genug Kohle, um die heimische Stromproduktion aus Atom- oder Kohlekraftwerken über Jahrzehnte zu ersetzen“, sagt Rafig Azzam. Der Geologieprofessor von der RWTH Aachen beschäftigt sich seit Jahren mit der unterirdischen Kohlevergasung und deren Umweltauswirkungen.

Schluss mit dem Schmutz

Weltweit steckt tief in der Erde so viel Kohle, dass die Menschheit damit ihren Energiehunger die nächsten 1000 Jahre stillen könnte. Aber an 80 Prozent dieser Vorkommen – bis zu vier Billionen verwertbare Tonnen – kommen die Bergleute mit herkömmlichen Verfahren nicht heran. Genau diesen Schatz wollen die Kohlepioniere jetzt heben.

Chronik der Energiewende

Und sie wollen noch mehr: nämlich Schluss machen mit dem schmutzigen Image der Kohle. Kein Tagebau soll mehr die Landschaft verschandeln, keine giftigen Feinstäube aus Kohlekraftwerken die Anwohner krank machen. Auch frei von klimaschädlichen Treibhausgasen soll das Verfahren sein.

Aber sind diese Versprechen realistisch? Lauern doch Gefahren für die Umwelt, ähnlich wie beim Fracking, bei dem Techniker bisher nicht förderbare Öl- und Gasvorkommen erschließen?

„Derzeit lässt sich noch nicht abschließend einschätzen, wie umweltfreundlich das Verfahren ist“, sagt der Aachener Geologe Azzam. Verheißungsvoll genug sei es. Deshalb solle auch Deutschland mehr in die Erprobung der Technik investieren, rät der Forscher. Denn sie könne eine klimafreundliche Brücke in eine Zukunft mit erneuerbaren Energien sein.

Und mit tendenziell steigenden Preisen für Kohle und Gas wird die Methode immer attraktiver. Noch aber herrscht kein Mangel an Kohle. Laut US-Energieministerium reichen die weltweit förderbaren Vorkommen an Stein- und Braunkohle 120 Jahre. Allerdings: Um den Rohstoff zu bergen, müssen Minenarbeiter immer tiefer graben oder ganze Bergspitzen abtragen. Das treibt die Kosten. In den USA haben sich die Kohlepreise seit 2004 verdoppelt.

Klimafreundlicher als Kraftwerke

Wo der Strom herkommt
BraunkohleNoch immer der mit Abstand bedeutendste Energieträger Deutschlands: Im Jahr 2013 ist die klimaschädliche Stromproduktion aus Braunkohle auf den höchsten Wert seit 1990 geklettert. Mit 162 Milliarden Kilowattstunden macht der Strom aus Braunkohlekraftwerken mehr als 25 Prozent des deutschen Stroms aus. Das geht aus vorläufigen Zahlen der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen hervor. Quelle: dpa
SteinkohleAuch die Stromproduktion in Steinkohlekraftwerken stieg im Jahr 2013 – um 8 Milliarden auf mehr als 124 Milliarden Kilowattstunden. Damit ist Steinkohle der zweitwichtigste Energieträger und deckt fast 20 Prozent der deutschen Stromproduktion ab. Vor allem Braun- und Steinkohle fangen also offenbar den Rückgang der Kernenergie auf. Quelle: dpa
Kernenergie Die Abschaltung von acht Atomkraftwerken macht sich bemerkbar. Nur noch 97 Milliarden Kilowattstunden stammten 2013 aus Kernerenergie, drei weniger als im Vorjahr. Das sind allerdings noch immer 15 Prozent der gesamten Produktion. Damit ist Atomstrom nach wie vor die drittgrößte Energiequelle. Quelle: dpa
ErdgasDie CO2-arme Erdgasverbrennung ist - anders als Kohle - wieder rückläufig. Statt 76 Milliarden kamen im vergangenen Jahr nur noch 66 Milliarden Kilowattstunden Strom aus Erdgaskraftwerken. Das sind gerade mal zehn Prozent der Stromproduktion. Dabei war Erdgas vor drei Jahren schon einmal bei 14 Prozent. Quelle: dpa
WindkraftDer größte erneuerbare Energieträger ist die Windkraft. Mit 49,8 Milliarden Kilowattstunden in 2013 ist sie allerdings leicht Rückläufig. Insgesamt steigt der Anteil der erneuerbaren Energien jedoch stetig. Zusammengenommen produzierten sie 23,4 Prozent des deutschen Stroms. Quelle: dpa
BiomasseFast genauso viel Strom wie aus Windkraft stammte aus Biomasse. Die Produktion stieg auf 42 Milliarden Kilowattstunden. Damit steht Biomasse auf Platz sechs der bedeutendsten Energieträger. Quelle: ZB
PhotovoltaikEs reicht zwar nur für knapp fünf Prozent der deutschen Stromproduktion, aber Solarenergie ist die mit Abstand am schnellsten wachsende Energieform. Im Jahr 2000 gab es in Deutschland noch gar keinen Sonnenstrom. Und seit 2007 hat sich die Produktion auf 28,3 Milliarden Kilowattstunden in 2013 beinahe verzehnfacht. Quelle: dpa

Das Verfahren, um den schwarzen Schatz zu bergen, ist nicht neu. Vor allem britische und sowjetische Ingenieure entwickelten die Technologie Anfang des 20. Jahrhunderts.

Zwar gibt es verschiedene Wege, unterirdisch Kohle zu verbrennen. Aber sie alle basieren auf demselben Prinzip (siehe Grafik): Auf der einen Seite pumpen die Techniker Luft oder Sauerstoff, vermischt mit Wasserdampf, in die Flöze; nur so kann die Kohle brennen. Über eine zweite Bohrung saugen sie den Gasmix aus Methan, Wasserstoff, Kohlendioxid und -monoxid an die Oberfläche. Er ähnelt in seiner Zusammensetzung dem Stadtgas, mit dem die Haushalte in deutschen Kommunen lange heizten und kochten.

Das Gas können Kraftwerke künftig zur Stromerzeugung nutzen, Raffinerien es in Diesel oder Benzin umwandeln, Chemiefabriken daraus Kunststoffe herstellen. Das klimaschädliche CO2, das bei der Kohlevergasung unter Tage entsteht, wollen die Betreiber in den Kohleflöz zurückpressen. Damit wäre das Verfahren klimafreundlicher als Kraftwerke, die Kohle oberirdisch verbrennen und bei denen das CO2 in die Atmosphäre entwischt.

Ähnliche Diskussion wie bei Fracking

Erste Hinweise, ob sich das Verfahren rechnet, gibt es auch schon: Wissenschaftler des Deutschen Geoforschungszentrums Potsdam (GFZ) kamen in einer detaillierten Untersuchung eines Kohlevorkommens in Bulgarien auf Kosten von rund sieben Cent pro Kilowattstunde Strom. Damit wäre der Gasmix konkurrenzfähig zu Erdgas.

Grafik Quelle: Illustration: Javier Zarracina

Mehrere Pilotprojekte haben zudem bewiesen, dass das Verfahren funktioniert. In den Achtzigerjahren förderte ein deutsch-belgisches Projekt erfolgreich Synthesegas. In Australien investierten die zwei Unternehmen Linc Energy und Cougar Energy mehr als 550 Millionen Dollar in Pilotanlagen, die seit 1999 in Betrieb waren. Sogar Autos fuhren mit dem dort produzierten Sprit.

Dann allerdings beendeten sie Ende 2013 die Förderung. Der Hintergrund: Aus einem defekten Bohrloch waren geringe Mengen krebserregender Stoffe, darunter Benzol, in das Grundwasser ausgetreten. Die Behörden stoppten die Produktion.

Damit droht dem Verfahren eine ähnliche Diskussion über mögliche Risiken wie beim Fracking, bei dem Techniker Wasser und Chemikalien in den Boden pressen. Denn neben den nützlichen Gasen entstehen bei der Kohleverbrennung immer auch giftige Stoffe, von Benzol bis hin zu Schwefelwasserstoff. Damit sie nicht durch die Gesteinsschichten herauf in das Grundwasser steigen, müssen die Betreiber Druck und Temperatur im Flöz genau kontrollieren und dafür sorgen, dass die Bohrlöcher dicht bleiben.

Tests in der Mongolei und Alaska

Ob das Verfahren wirklich so klimafreundlich ist wie behauptet, hat der Geowissenschaftler Thomas Kempka vom GFZ in Potsdam zusammen mit anderen Forschern untersucht. Dafür hat er im Labor eine Kohlevergasung nachgestellt. Das Resultat: In den Flözen lassen sich rund 20 Prozent des entstehenden CO2 speichern – den Rest müssten die Ingenieure an anderer Stelle in die Erde pressen. Großtechnisch erprobt ist das Verfahren aber nicht.

Am Ende bleibt zudem die Frage, wie gut sich das Kohlefeuer kontrollieren lässt. In Indien und China sind ganze Landstriche von lodernden Kohlevorkommen unterhöhlt, die niemand löschen kann. Sie zerstören Dörfer, und es gelangen Unmengen CO2 in die Atmosphäre. Auch in Deutschland brennen noch einige Kohlehalden.

In Arbeit
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Doch diese Höllenfeuer lodern nur wenige Meter tief im Boden. „Verbindungen zur Oberfläche versorgen sie mit Sauerstoff, der den Brand am Laufen hält“, erklärt Kempka. Doch je tiefer ein Flöz ist, desto weniger solcher Verbindungen gibt es. Werde deshalb bei der Kohlevergasung in mehreren Hundert Meter Tiefe die Sauerstoffzufuhr im Bohrloch gekappt, erlische der Kohlebrand, versichert der Geologe. Allerdings müssen Fachleute über Erkundungen vorher sicherstellen, dass keine Risse aus der Tiefe an die Oberfläche reichen, durch die Gase oder Wasser dringen können.

Schrecken lassen sich die Kohlepioniere durch diese Risiken nicht. Das australische Unternehmen Linc Energy will in der Inneren Mongolei und Alaska schon im nächsten Jahr erste Flöze in Brand setzen. Unter anderem hat auch der russische Oligarch Roman Abramovitsch, Besitzer des englischen Fußballclubs FC Chelsea, in ein Kohleprojekt von Linc Energy in Sibirien investiert. Der Vorteil der Einöde: Halten die Pioniere ihr Versprechen einer sauberen und günstigen Energieversorgung nicht, wird es kaum jemand erfahren. Sind sie dagegen erfolgreich, könnten bald auch in Europa Flöze brennen.

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