Wie wirtschaftlich und umweltfreundlich ist die Nutzung tiefer Steinkohlevorkommen durch die Vergasung untertage? Dies untersuchen ab jetzt Aachener Wissenschaftler in einem neuen Projekt. Die Geologen und Hydrologen werden sich aber auch mit der Speicherung des dabei frei werdenden CO2 im verbleibenden Material der ausgebrannten Flöze beschäftigen.
Ziel der Wissenschaftler der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen um Professor Rafig Azzam ist es zu erkunden, ob auf diese Weise auch bislang unwirtschaftliche kohleführende Flöze bis zu 4.000 Meter Teufe gewinnbringend vor Ort verarbeitet werden können – und ob dabei auch die Klimabilanz stimmt.
Idee aus dem 19. Jahrhundert
„Die Idee zur gezielten Untertage-Kohlevergasung stammt aus der Mitte des 19. Jahrhunderts zur Kontrolle und Nutzung spontaner Kohlebrände“, erläutert der Ingenieurgeologe Thomas Kempka. Nach ersten Programmen in der ehemaligen UdSSR während der 1930er Jahre und Testläufen im Laufe der 1970er und 1980er Jahre auch in Europa gibt es inzwischen aufgrund der steigenden Energiekosten weltweit Anstrengungen, dieses Verfahren in größerem Maßstab einzusetzen.
Das Prinzip ist auf den ersten Blick ganz einfach: Es erfolgen bis zu 26 gerichtete Bohrungen, die die Wissenschaftler und Ingenieure in großer Tiefe waagerecht nebeneinander vorantreiben. Diese werden mit einer weiteren Bohrung rechtwinklig dazu verbunden. Anschließend erfolgt die Selbstzündung der Kohle durch die Injektion eines Sauerstoff-Wasserdampfgemischs mit 80 bar Druck. Dadurch wird ein Luftstrom erzeugt, der eine kontrollierte Verbrennung der flözführenden Schicht erlaubt. Um die Vergasung untertage zu stoppen, müssen die Forscher nur Stickstoff einspritzen.
Das auf diese Weise gewonnene Gas wird durch die vertikale Bohrung an die Erdoberfläche geschafft. Dort trennen die Wissenschaftler das Synthesegas vom Kohlendioxid, das anschließend wieder untertage transportiert wird. „Auf diesem Wege dauert eine Kohlevergasung und CO2-Abspaltung für eine Fläche von einem Quadratkilometer bei einer Flözmächtigkeit von 1,5 Meter rund 2,5 Jahre“, schätzt Kempka.
Sicherheit und Umwelt im Visier
Das Forschungsprojekt im Aachener Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie soll vor allem die Umweltaspekte dieses Verfahrens prüfen: Wie wirken sich die entstehenden Hohlräume untertage auf die Erdoberfläche aus? Inwiefern kann eine Verunreinigung von unterirdischen Wasserspeichern, so genannten Aquiferen, durch Gase erfolgen? „Das Hauptaugenmerk unserer Untersuchungen liegt aber auf der Speichersicherheit für das CO2 untertage“, betont Kempka. Von daher soll das Projekt neben der konzeptionellen Vorgehensweise vor allem einen Katalog mit Kriterien für die Standortwahl und die Speicherpotenziale erbringen.
Darüber hinaus erfolgen am ebenfalls am Projekt beteiligten Lehr- und Forschungsgebiet für Kokereiwesen, Brikettierung und Thermische Abfallbehandlung Untersuchungen an Probematerialien aus den deutschen Bergbaurevieren. Weitere Probenanalytik stellt das Lehr- und Forschungsgebiet Ton- und Grenzflächenmineralogie sicher.
Die Porosität und Durchlässigkeit des Materials bestimmen dagegen Forscher am Geologischen Institut. Der Lehrstuhl für Geologie, Geochemie und Lagerstätten des Erdöls und der Kohle führt darüberhinaus Experimente zu den Speicherkapazitäten der unterirdischen Schichten durch. Im Rahmen von Studien- und Bachelor-Arbeiten sind auch Studierende an dem Projekt beteiligt.
Günstiger als Kohlekraftwerke, so sauber wie Atomstrom
„Dieses Verfahren könnte aus wirtschaftlicher Sicht günstiger als herkömmliche Kohlekraftwerke arbeiten und dabei CO2-Emissionswerte in der Größenordnung eines Kernkraftwerkes erreichen“, fasst Kempka die Vorteile zusammen. Noch eindrucksvoller scheinen die langfristigen Aspekte der in-situ Kohleumwandlung: „Dadurch wird die Nutzung heimischer Kohlevorkommen in großen Tiefen möglich, die unseren Energiebedarf für die nächsten Jahrhunderte decken könnten.“
Das Projekt ist Teil des GEOTECHNOLOGIEN-Programms des Bundesforschungsministeriums und der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
(idw – Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 01.07.2008 – DLO)
