Geniales aus der Tiefe der Erde

Umwandlung im porösen Sandstein

Tief bedeutet in diesem Fall etwa 1000 Meter unter der Erdoberfläche. Zunächst wird wie bei allen anderen Verfahren dieser Art der aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne, Wind oder Wasserkraft erzeugte Strom mittels Elektrolyseverfahren der bspw. in Wasser (H₂O) vorkommende Wasserstoff (H₂) abgespalten. Dieser wird nun gemeinsam mit CO₂ (Kohlendioxid), das beispielsweise aus Kehrrichtverbrennungsanlagen oder Zementwerken gewonnen werden kann, durch senkrechte Rohre in die Tiefe befördert und dort durch horizontal verlaufende und mit Löchern versehene Leitungen in das Erdreich eingebracht. Und hier liegt das Geniale an diesem Verfahren. Es werden keine Behälter gebraucht, in denen die Methanisierung vonstattengeht, sondern H₂ und CO₂ werden in den Poren des porösen Gesteins aufgenommen. Die darüber liegende dichte Gesteinsschicht verhindert, dass das Gas aufsteigen kann. Über das gleiche System wird dann das produzierte «saubere» Methan wieder an die Oberfläche befördert.

Doch wie werden die Ausgangsstoffe H2 und CO2 so tief unter der Erde zu Methan umgewandelt? Dies wurde fast zufällig bei einer der vorgängigen Untersuchungen festgestellt. Im Vorprojekt «Underground Sun Storage» wollte die österreichische RAG Austria AG, welche mehrere Erdgasspeicher betreibt, testen, ob in diesen unterirdischen Speichern auch Wasserstoff eingelagert werden kann. Bei der Ausspeisung aus der Testanlage wurde festgestellt, dass sich dieser zum Teil in Methan umgewandelt hatte. Grund dafür sind die im Erdreich natürlich vorkommenden Archaeen, welche vor Jahrmillionen das dort aufgefundene Erdgas produzierten. «Diese Archaeen, also Mikroorganismen, ernähren sich sozusagen von Wasserstoff und Kohlendioxid und produzieren dabei unter anderem das Methan», erklärt Zoe Stadler. Neben dem Methan – oder anders gesagt dem erneuerbaren Methan (CH4) – produzieren die Mikroorganismen auch noch Wasser (H₂O).

Diese Geo-Methanisierung verfügt gegenüber anderen Speichertechnologien über einige Vorteile: So weist das Verfahren wie bereits erwähnt eine hohe Speicherkapazität auf – bei gleichzeitig geringem Flächenbedarf an der Oberfläche. Es muss also kein menschlicher «Nutzraum» geopfert werden. So sind die horizontalen Verrohrungen im Boden, über die das Gas unterirdisch abgegeben und auch wieder aufgenommen wird, teils mehrere Kilometer lang.

Forschung auf hohem Niveau

Zusätzlich lassen sich die beiden Ausgangsgase in den Mengen einspeisen, die gerade zur Verfügung stehen, da der der Untergrundspeicher gleichzeitig als Methanisierungsreaktor dient. In den herkömmlichen Anlagen muss indes ein exaktes Verhältnis von Wasserstoff und Kohlendioxid eingehalten werden. Das Ausmass dieser Flexibilität wird in diesem Forschungsprojekt von der Universität für Bodenkultur Wien untersucht.

Die Universität Bern hingegen eruiert, inwieweit das Verfahren auch in der Schweiz umgesetzt werden kann. Denn der Untergrund muss zwingend bestimmte Faktoren erfüllen. So muss das Reservoir von einer gasdichten Schicht umgeben sein, ansonsten würden Wasserstoff und CO₂ aus dem Porenraum entweichen und es könnte gar keine Methanisierung stattfinden. Zudem muss die Gesteinsschicht, in der die Ausgangsstoffe eingespeist werden, eine bestimmte Porosität und Durchlässigkeit aufweisen, damit Gase eingespiesen und wieder produziert werden können, und damit sich die Archaeen optimal vermehren können. Das Reservoir muss in einer Tiefe liegen, wo Temperaturen zwischen 30 und 60 Grad herrschen, da die Methanisierung primär unter diesen Bedingungen effizient ablaufen kann. Die Empa untersucht, wann die Ausgangsstoffe in welchen Mengen an welchen Standorten in der Schweiz zur Verfügung stehen.

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IET Institut für Energietechnik