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2.2 – Fossile Energieträger

Die Energieversorgung Deutschlands und auch der Welt insgesamt beruht auf einem „Mix“ aus fossilen Energieträgern (Erdöl, Erdgas und Kohle), erneuerbaren Energieträgern und Kernenergie. Die fossilen Energieträger haben mit über 80 Prozent den weitaus größten Anteil an der Gesamtenergieversorgung. Um das Klima zu schützen und eine nachhaltige Wirtschaft aufzubauen, ist es nötig, die Abhängigkeit von den fossilen Energieträgern zu reduzieren. Trotz aller Anstrengungen werden die fossilen Energierohstoffe aber wahrscheinlich noch viele Jahre die Hauptlast der Energieversorgung tragen.

Die fossilen Energieträger sind in den letzten Jahren wieder verstärkt in den Brennpunkt des öffentlichen Interesses gerückt. Das hatte zum einen mit den stark schwankenden Preisen zu tun, zum anderen mit infrastrukturellen, wirtschaftlichen, politischen und technischen Problemen der Energierohstoffmärkte. Der Öffentlichkeit wird immer mehr bewusst, dass die fossilen Energierohstoffe endlich sind. Es ist daher nötig, Vorkommen und Verbreitung dieser Rohstoffe verlässlich zu ermitteln und nicht-konventionelle fossile Energierohstoffvorkommen wissenschaftlich zu untersuchen. Gerade die geowissenschaftliche Forschung ist hier gefragt, um Bildungsprozesse der Kohlenwasserstoffe zu bewerten, neue Lagerstätten zu identifizieren, leistungsfähige Explorationsmethoden zu entwickeln und nicht-konventionelle Lagerstättentypen auf ihre Nutzbarkeit hin zu untersuchen.

Fossile Energieträger

Mit den derzeit verfügbaren Fördermethoden kann im weltweiten Durchschnitt nur etwa ein Drittel des in den Lagerstätten vorhandenen Erdöls gefördert werden – eine Tatsache, die angesichts der großen Bedeutung fossiler Energieträger für unsere Gesellschaft erstaunen mag. Der größte Teil des Öls verbleibt technisch und wirtschaftlich nicht nutzbar in der Lagerstätte. Neue geochemische und mikrobiologische Methoden zur effektiveren Nutzung der Ressourcen werden derzeit erforscht. Die geowissenschaftliche Grundlagenforschung kann die Aktivitäten der Mineralölindustrie vorbereiten und damit einen grundlegenden Beitrag zur Zukunftssicherung unserer Gesellschaft leisten.

Entwicklung des weltweiten Primärenergieverbrauchs in Gtoe (Giga Tonnen Erdöl-Äquivalent) seit 1950 und Projektion bis 2030

Entwicklung des weltweiten Primärenergieverbrauchs in Gtoe (Giga Tonnen Erdöl-Äquivalent) seit 1950 und Projektion bis 2030 (Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover nach British Petrol, International Energy Agency und World Energy Outlook 2007)

Der Gesellschaft wird allmählich bewusst, dass die Reserven begrenzt sind, während die Nachfrage weiter ansteigt. Dadurch rücken die bislang als nicht-konventionell bezeichneten Energiereserven verstärkt ins Blickfeld. Dabei handelt es sich um Vorkommen, die schwerer zugänglich sind als konventionelle Reserven, zum Beispiel oberflächennahe Ölsande und Ölschiefer, Erdgas in dichten Speichergesteinen, flach und sehr tief liegende Erdgasvorkommen, Gas in Kohleflözen und Gashydrat. Große Energiereserven sind vor allem in Kohle und Ölschiefern gebunden. Deren Vorkommen an Land ist weitgehend bekannt. Entwicklungsbedarf besteht aber vor allem darin, die Abbautechniken weiterzuentwickeln. Die so genannte in-situ-Gewinnung von Öl oder Gas aus Kohle und Ölsanden ist besonders interessant. Man bezeichnet diese Verfahren auch als in-situ-Verflüssigung oder in-situ-Vergasung.

Nicht-konventionelle Energieträger

Für die nicht-konventionellen Gasvorkommen besteht erheblicher Forschungsbedarf. Diese Gasvorkommen befinden sich zum Beispiel in wenig durchlässigen Sandsteinen (tight gas), in Ton­steinen (gas shale) oder in Kohleflözen. Da die Durchlässigkeit des Gesteins in diesen Lagerstätten weit unter der konventioneller Lagerstätten liegt, muss untersucht werden, wie sich das Gas mobilisieren lässt. Auch geochemisch-mikrobiologische Fragen stehen im Zentrum der Forschung: Wie bildet sich Gas bei hohen Temperaturen, welche Rolle spielen mikrobielle Prozesse? Nicht-konventionelle Gaslagerstätten speichern sehr große Mengen Erdgas, und Erdgas setzt bei der Verbrennung weniger CO2 frei als andere fossile Energieträger. Daher sollte die Forschung in diesem Bereich intensiviert werden, zumal auch in Deutschland erhebliche Vorkommen an nicht-konventionellem Erdgas existieren. Im Gegensatz dazu wird marines Gashydrat, also in Eis gebundenes Erdgas, vermutlich trotz der großen Forschungsanstrengungen der vergangenen Jahre erst in ferner Zukunft als Energierohstoff genutzt werden können. Dabei übersteigt das insgesamt in Gashydrat gebundene Erdgas die konventionellen Erdgasmengen wahrscheinlich erheblich. Möglicherweise ist es sogar möglich, Erdgas aus nicht-konventionellen Gasvorkommen zu gewinnen und gleichzeitig dort Kohlendioxid abzulagern.

Noch gibt es auf unserem Planeten „weiße Flecken“ zu Vorkommen und Verbreitung fossiler Energierohstoffe. Allerdings entwickeln sich Aufschluss- und Produktionstechnologien immer weiter. Rohstoffe werden in Regionen erschlossen, die noch vor wenigen Jahren als unerreichbar und unantastbar galten, so genannte Frontiers. Zu diesen Frontierregionen gehören die Tiefstwassergebiete mit Meerestiefen ab 1.500 Metern, die nördlichen Polarregionen sowie die so genannten Forearc-Becken an aktiven Kontinenträndern.

Frontierregionen

Wissenschaftliche Herausforderungen

Erdöl- und Erdgasexploration in den Frontierregionen erfordern einen enormen wissenschaftlichen und technischen Aufwand. Die Grundlagenforschung kann im Vorfeld industrieller Aktivitäten ­einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, die Planungssicherheit für die künftige Energieversorgung zu verbessern und das Explora­tionsrisiko zu mindern. Die Aufgabe der Geowissenschaften besteht insbesondere darin, den geologisch-tektonischen Gesamt­überblick zu erarbeiten. Daraus lässt sich ableiten, ob in einem Gebiet Energierohstoffe vorkommen können und welche Risiken die Rohstofferkundung und Rohstoffnutzung bergen. Nach der geophysikalischen Vermessung müssen dreidimensionale Modelle der Untergrundstrukturen erarbeitet werden. Anschließend geht es darum, die geologische Entwicklung der Sedimentbecken und ihrer Kohlenwasserstoffsysteme zu rekonstruieren und numerisch zu modellieren. Hierbei gilt es, besonders die Prozesse besser zu verstehen, die zur Bildung nicht-konventioneller Lagerstätten führen, damit sie in die Beckensimulation integriert werden können.

Geologisch-tektonischer Überblick

Seismische Vermessung polarer Frontierregionen

Seismische Vermessung polarer Frontierregionen (Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover)

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen heute verfügbare Methoden und Technologien verbessert und neue Verfahren entwickelt werden. So müssen technische Werkzeuge zur gezielten geologischen Beprobung des Meeresbodens entwickelt werden. Es ist zudem nötig, eine adäquate geochemische Analytik zu entwickeln und geophysikalische Techniken zu optimieren, insbesondere tomographische Verfahren. Zudem müssen Modelle zur Entstehung von Kohlenwasserstoffen, Lagerstättenkonzepte und Explorationsstrategien für die Frontiergebiete angepasst oder neu entwickelt werden. Neben Aussagen zur prinzipiellen Verfügbarkeit spielen hier die Grundlagen der Rohstoffchemie, aber auch die mikrobiologischen Prozesse bei der Bildung und Alteration von Erdöl und Erdgas eine bedeutende Rolle. Aspekte der organisch-geochemischen Forschung berühren in vielschichtiger Weise die Aufsuchung und Förderung der fossilen Energieträger und ermöglichen erst die Abschätzung der Rohstoffqualitäten.

Methoden und Technologien

Die Explorations- und Produktionserfordernisse in der angewandten Grundlagenforschung werden zunehmend komplexer. Vor diesem Hintergrund gilt es, viele existierende analytische Methoden neu zu bewerten und zu optimieren. Laborexperimente an Erdölmuttergesteinen können grundlegende Erkenntnisse dazu liefern, wie sich das organische Material durch Wärme verändert und zu Erdöl oder Erdgas heranreift. Daraus resultieren Erkenntnisse darüber, wie sich die Kohlenwasserstoffe bilden, wie sie sich im Erd­boden bewegen, ansammeln und verändern.

Ganz wesentlich ist der Forschungsbedarf dazu, wie Porositäten und Permeabilitäten bei den nicht-konventionellen Erdgasvorkommen verteilt sind. Diese Vorkommen besitzen fast durchgängig eine sehr niedrige Durchlässigkeit. Zur wirtschaftlichen Nutzung sind fast immer Stimulierungsmaßnahmen notwendig. Deren Erfolg hängt jedoch von einer möglichst genauen Kenntnis der Porositäts- und Permeabilitätsverteilung, der Gassättigung und der Kluft- und Störungsverteilung ab. Daher ist eine detaillierte Analyse der Reservoir-Eigenschaften die Voraussetzung für eine erfolgreiche Exploration. Neue Forschungsanstrengungen sind notwendig, um verschiedene geowissenschaftliche Datensätze zusammenzuführen und ein optimiertes Reservoir-Management zu entwickeln.

Schon seit Jahrzehnten ist bekannt, dass mikrobielle (durch Mikroben verursachte) Tätigkeiten Erdöl, Erdgas und Kohle verändern. In Kohle- und Erdöllagerstätten erzeugen die Mikroben beispielsweise Methan. Mikroben können zudem eingesetzt werden, um die Ölförderung in konventionell ausgeförderten Lagerstätten zu steigern. Diese Verfahren sind als MEOR-Strategien (Microbially Enhanced Oil Recovery) bekannt. Sie bieten ein erhebliches Potenzial zur effektiveren Entölung der Reservoire. Ein kostengüns­tiges, biotechnologisches Verfahren, in dem Mikroben schwer förderbares Erdöl oder Kohle in leicht zu produzierendes Methan umwandeln, würde eine sehr ergiebige und zudem umweltschonende Energieressource bereitstellen.

Mikrobielle Tätigkeit

Mikroskopische Aufnahme im Fluoreszenzverfahren eines Erdöl führenden Gesteins

Mikroskopische Aufnahme im Fluoreszenzverfahren eines Erdöl führenden Gesteins. Die Hohlräume eines Mikrofossils (Foraminifere) sind mit Erdöl gefüllt (Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover )

Die fossilen Energieträger bieten ein sehr umfangreiches Forschungspotenzial. Gleichzeitig ist ihre Erforschung von hohem gesellschaftlichen Nutzen und durch Praxisnähe gekennzeichnet. Bei weiter steigendem Energiebedarf stellen die drei fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle auch in den kommenden Jahrzehnten die Hauptenergiequelle dar. Sie bilden damit das Fundament unserer Energieversorgung. Einen sicheren Nachschub zu gewährleisten, ist eine große Herausforderung, die multidisziplinäre und internationale Forschungskooperation erfordert.

Das globale Angebot an fossilen Energierohstoffen und an Uran mit Verbrauchsprognosen für den Zeitraum 2008 bis 2030

Das globale Angebot an fossilen Energierohstoffen und an Uran mit Verbrauchsprognosen für den Zeitraum 2008 bis 2030 (Gtoe = Giga-Tonnen Erdöläquivalent) (Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover u. International Energy Agency (IEA))

zuletzt geändert am 2014-08-26 11:05:01 durch Jana Stone | Impressum