Erdgas: Entstehung, Zusammensetzung & Förderung

Die Entstehung von Erdgas (und auch Erdöl) reicht Millionen Jahre zurück: In dieser Zeit sanken Überreste von Pflanzen, Algen und Kleinstlebewesen wie Plankton auf den Meeresboden und wurden dort von verschiedenen Sedimentschichten bedeckt. Aufgrund des fehlenden Sauerstoffs in den tieferen Schichten konnten die organischen Überreste nicht vollständig verrotten und wurden zunächst zu Faulschlamm.

Da sich mit der Zeit immer mehr Sedimentschichten über dem Faulschlamm ablagerten, stiegen Druck und Temperatur stetig an. So entstand Muttergestein, in dem sich Kohlenwasserstoffe wie Erdgas und Erdöl sammelten. Das leichte Erdgas wanderte dabei durch poröse Gesteinsschichten allmählich nach oben, bis es auf eine undurchlässige Schicht aus Ton oder Steinsalz traf. Dort hat sich das Erdgas in natürlichen Lagerstätten gesammelt, aus denen es gefördert werden kann.

Erdgas ist ein natürliches Gasgemisch. Sein Hauptbestandteil ist Methan (CH₄) – eine chemische Verbindung von Kohlenstoff und Wasserstoff. Je nach Lagerstätte enthält Erdgas außerdem weitere Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan und Butan sowie Stickstoff, Kohlendioxid und teilweise auch Helium.

In manchen Erdgasvorkommen sind zudem Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff enthalten, die vor der Nutzung entfernt werden müssen. Je nach Erdgaslagerstätte variieren diese Anteile, sodass die genaue Zusammensetzung des Erdgases immer unterschiedlich ist.

Übrigens: Aufbereitetes Biogas (Biomethan) ist chemisch fast identisch mit Erdgas. Daher wird es oft beigemischt, um Erdgas zu strecken. Ab 2029 wird es für neu eingebaute Gasheizungen einen verpflichtenden Mindestanteil an Biomethan geben.

1. Trockengas

Trockengas besteht fast ausschließlich aus Methan. Schwerere Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan oder Butan sind kaum enthalten. Es muss vor der Nutzung kaum aufbereitet werden und hat einen hohen Brennwert.

2. Nassgas

Nassgas enthält neben Methan größere Mengen schwererer Kohlenwasserstoffe. Diese Bestandteile können bei der Aufbereitung abgetrennt und als wertvolle Rohstoffe oder Brennstoffe weiterverwendet werden.

3. Süßgas

Süßgas ist Erdgas mit einem sehr geringen Gehalt an Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid. Es lässt sich vergleichsweise einfach fördern, transportieren und nutzen.

4. Sauergas

Sauergas enthält viel Schwefelwasserstoff und oft auch Kohlendioxid. Vor der Nutzung muss es aufwendig gereinigt werden, da Schwefelwasserstoff giftig und stark korrosiv ist. Bei der Aufbereitung wird der Schwefelwasserstoff entfernt und häufig zu Schwefel verarbeitet, der beispielsweise in Düngemitteln Verwendung findet.

Bevor Erdgas gefördert werden kann, müssen geeignete Lagerstätten gefunden werden. Dazu setzen Geologinnen und Geologen* verschiedene Verfahren wie geologische Kartierungen, Satellitendaten und die sogenannte Reflexionsseismik ein.

Die Reflexionsseismik funktioniert wie ein Echolot: Es werden seismische Wellen mithilfe von Schallquellen oder speziellen Fahrzeugen erzeugt, die dann im Untergrund an verschiedenen Gesteinsschichten reflektiert werden. Aus den zurückkehrenden Signalen lassen sich dann dreidimensionale Bilder des Untergrunds erstellen. Fachleute erkennen auf diesen Bildern, ob sich dort Erdgaslagerstätten befinden können.

Grundsätzlich wird zwischen konventionellen und unkonventionellen Erdgaslagerstätten unterschieden. In konventionellen Lagerstätten hat sich das Erdgas in porösen Sandstein- oder Kalksteinschichten unter einer undurchlässigen Gesteinsschicht gesammelt. Diese natürlichen Erdgasfallen lassen sich recht einfach erschließen. Bei unkonventionellen Lagerstätten hingegen ist das Erdgas im Gestein gebunden, in dem es entstanden ist, beispielsweise in Schiefergestein.

Ist eine Lagerstätte erschlossen, wird zunächst mit Spezialbohrern ein Bohrloch bis in die gasführende Gesteinsschicht gebohrt. Da Erdgas leichter als Luft ist und in der Lagerstätte unter hohem Druck steht, strömt es nach dem Anbohren häufig selbstständig an die Erdoberfläche. Die Förderung erfolgt sowohl an Land (Onshore) als auch auf dem Meer (Offshore) durch Bohrplattformen oder Bohrschiffe.

Befindet sich das Erdgas in einer unkonventionellen Lagerstätte, wird oft Fracking eingesetzt. Dabei wird ein Wasser-Sand-Gemisch mit Chemikalienanteil unter hohem Druck in das Gestein gepresst. So entstehen feine Risse und das Gas kann entweichen. Diese Fördermethode ist aufgrund möglicher Auswirkungen auf Umwelt und Grundwasser umstritten.

Wie wird Erdgas transportiert?

Nach der Förderung wird das Erdgas zunächst gereinigt und anschließend in das Fernleitungsnetz eingespeist. Den größten Teil seines Weges legt es durch unterirdische Pipelines mit einem Druck von bis zu 100 bar zurück. Da der Druck auf langen Strecken nachlässt, sorgen Verdichterstationen dafür, den Druckverlust auszugleichen. Über regionale Verteilernetze gelangt es schließlich zu Haushalten, Unternehmen und Kraftwerken.

Für den Transport über große Entfernungen – insbesondere zwischen Kontinenten – wird Erdgas häufig als Flüssigerdgas (LNG) verschifft. Dazu wird es auf etwa −162 °C heruntergekühlt und verflüssigt, damit es sein Volumen deutlich reduziert und mehr transportiert werden kann. Am Zielort wird das LNG in speziellen Terminals dann wieder erwärmt, in den gasförmigen Zustand zurückversetzt und anschließend in das Gasnetz eingespeist.

Wie wird Erdgas gespeichert?

Die Speicherung von Erdgas geschieht unterirdisch in speziell dafür vorgesehenen Erdgasspeichern.

Kavernenspeicher entstehen in unterirdischen Salzstöcken, aus denen große Hohlräume ausgespült werden. Da Salz nahezu gasundurchlässig ist, eignen sich diese Speicher besonders gut. Sie können Erdgas schnell aufnehmen und ebenso schnell wieder abgeben. Deshalb werden sie genutzt, um kurzfristige Schwankungen im Verbrauch auszugleichen.

Porenspeicher bestehen aus ehemaligen Erdgas- oder Erdöllagerstätten. Das Gas wird in die feinen Poren des Gesteins eingelagert und kann bei Bedarf wieder entnommen werden. Weil die Einspeisung und Entnahme aus dem Porenspeicher länger dauern, sind Porenspeicher vor allem für eine langfristige Speicherung vorgesehen.

Im Vergleich zu Kohle oder Heizöl verursacht Erdgas bei der Verbrennung weniger Emissionen, weniger Feinstaub, weniger Stickoxide. Auch die CO₂-Emissionen sind bezogen auf den Brennwert geringer als bei Kohle und Öl. Außerdem lässt es sich leicht transportieren und speichern. Jedoch können entlang der Förderungskette Methanemissionen entstehen. Methan als Hauptbestandteil von Erdas, das ungenutzt in die Atmosphäre entweicht, besitzt die etwa achtzigfache Klimawirkung von CO₂ und ist damit deutlich schädlicher. Schon kleine Leckagen stellen ein Klimarisiko dar. Auch Fracking wird kritisch gesehen. Die möglichen Folgen für Umwelt und Grundwasser lassen sich nur schwer abschätzen, sind aber aufgrund der eingesetzten Chemikalien nicht zu vernachlässigen.

Erdgas bleibt zudem ein fossiler und endlicher Rohstoff. Deshalb gilt es langfristig nicht als zukunftsfähige Lösung. Außerdem lässt es sich nicht mit den Klimazielen der Bundesregierung vereinen, denn Deutschland will bis 2045 klimaneutral sein.