Im Rahmen des SUGAR-Projekts entwickelt das GFZ innovative Methoden für die Förderung von Gas aus hydratführenden Sedimenten. Bereits im Jahr 2006 wurde ein neuartiger Ansatz patentiert, bei dem die Abwärme der katalytischen Verbrennung von Methan in einem Wärmetauschreaktor für die Zersetzung von Gashydraten im Sediment genutzt werden soll. Ein solches Verfahren setzt eine Bohrung in hydratführende Sedimentschichten voraus. Der Reaktor wird innerhalb des Bohrlochs in die hydratführenden Sedimentschichten verbracht, sodass sich die heiße Reaktionszone im Bereich der Gashydratschicht befindet. Dort wird dann die nötige Wärme für die Hydratzersetzung durch eine flammenlose, katalytische Oxidation von Methan in situ erzeugt. Im Teilprojekts B2 wird dieses Verfahren im Pilotmaßstab am GFZ getestet. In der ersten Phase des Projekts wurden mehrere Reaktorprototypen und verschiedene Katalysatoren entwickelt und hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Es gelang, die Oxidationsreaktion am Katalysator autotherm und stabil außerhalb der Explosions- oder Selbstzündungsgrenzen des Methans ablaufen zu lassen. Dabei wurden zwei Reaktionsrouten getestet: die partielle und die totale Oxidation von Methan. Der Vorteil der vollständigen Oxidation von Methan ist, dass die Reaktion stark exotherm abläuft und dadurch nur etwa 10-15% des geförderten Methans für die in situ Verbrennung notwendig sind. Die Ergebnisse der bisherigen Versuche sind bezüglich der Effizienz des Verfahrens durchaus vielversprechend. Für den Reaktortest wurde ein Reservoirsimulator entwickelt, der ein Volumen von 425 Liter hat und bis zu einem Druck von 250 bar betrieben werden kann (LArge laboratory Reservoir Simulator LARS). Hier werden realitätsnah und reproduzierbar Gashydrate in Sedimenten aus der gasgesättigten, wässrigen Phase erzeugt (siehe Schicks et al., 2011). Dieser am GFZ entwickelte und erstmalig erprobte experimentelle Aufbau ist hinsichtlich des großen Probenvolumens und der technischen Ausstattung weltweit einmalig. Im Rahmen der zweiten Projektphase sind eine Weiterentwicklung des Reaktors zur Bohrlochsonde sowie ein Feldtest vorgesehen. Die experimentellen Daten fließen in numerische Simulationen ein (Teilprojekt B1).  Folgende Ziele sollen dabei realisiert werden: 1. Weiterentwicklung und Optimierung des Laborreaktors zu einer Bohrlochsonde. 2. Die Funktionalität der Bohrlochsonde soll zunächst an der Kontinentalen Tiefbohrung KTB in Windischeschenbach getestet werden.

Mittelfristig wird ein submariner Feldtest angestrebt.

Es ist außerdem vorgesehen, eine direkte Methaneinspeisung aus der Hydratlagerstätte in den Reaktor zu realisieren. Dazu wird die Verwendung von Membran-Verfahren untersucht, um einen Teil des erzeugten Methans aus der Hydratlagerstätte direkt in den Reaktor extrahieren zu können und somit die Wärmeerzeugung durch katalytische Verbrennung zu realisieren. Neben der thermischen Stimulation sollen auch weiter Produktionsmethoden, wie z.B. die Druckerniedrigung oder die chemische Stimulation einzeln oder in Kombination getestet werden. Bei der chemischen Stimulation kann z.B. CO2 in die hydratführende Sedimentschicht injiziert werden. Diese Gewinnung von Methan aus Methanhydraten bei gleichzeitiger Injektion von CO2 wurde am GFZ in kleinvolumigen Druckzellen (< 0,5 mL) durchgeführt und in situ mittels Raman-Spektroskopie und Röntgendiffraktometrie analysiert. Dazu wurden Methanhydrate, aber auch komplexe Mischhydrate, die neben Methan auch Ethan oder Propan enthalten, einer CO2-Atmosphäre ausgesetzt. Es zeigte sich, dass sich alle untersuchten Hydrate – unabhängig von ihrer Struktur oder Zusammensetzung – in der CO2-Atmosphäre in ein CO2-reiches Hydrat umwandeln. Leider zeigte sich auch, dass dieser Prozess umkehrbar ist und sich das CO2-reiche Hydrat in Anwesenheit einer kohlenwasserstoffreichen Umgebung wieder in ein Methan- bzw. Kohlenwasserstoffhydrat umwandelt, wobei das CO2 aus den Hydraten wieder freigesetzt wird. Siehe Schicks et al. (2011) und Beeskow-Strauch et al. (2012).

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