Simulation der Erdgasgewinnung aus submarinen Methanhydratvorkommen

Bei immer knapper werdenden Energieressourcen und gleichzeitig steigendem Energieverbrauch werden heute intensive Anstrengungen unternommen, aus heutiger Sicht unkonventionelle fossile Quellen zu erschließen. Die riesigen Mengen an Methanhydrat können in Zukunft den stetig steigenden Energiebedarf decken. Gashydrate sind eisähnliche, nicht-stöchiometrische Einschlussverbindungen aus Wasserkäfigen und darin eingeschlossenen Gasmolekülen. Je nach Gas bilden sie sich bei unterschiedlich hohen Drücken und niedrigen Temperaturen und können in 1 m3 Hydrat bis zu 170 Nm3 Gas speichern. Auf der einen Seite trägt die Verbrennung fossiler Energieträger zur Deckung des Energiebedarfs bei, auf der anderen Seite ist sie mit klimarelevanten CO2-Emissionen verbunden. Die Abscheidung und Speicherung von CO2 gerät daher immer mehr in den Fokus der Forschung und Industrie. Eine vielversprechende Alternative zur Speicherung von CO2 in geologischen Formationen im flüssigen oder überkritischen Zustand stellt die Speicherung in Hydratform im Meeresboden dar. Die Untersuchung submariner Methanhydrate, in denen ein bedeutender Teil des fossilen Kohlenstoffs eingelagert ist, ist Gegenstand vielfältiger internationaler Forschungsvorhaben. Insbesondere Japan, Korea und Schwellenländer wie Brasilien, Indien und China sehen hier Möglichkeiten der Substitution der umweltschädlichen und stark klimabelastenden Kohleverbrennung. Die Erschließung von Hydratvorkommen im Offshorebereich bedarf Systemlösungen, die sowohl ökonomische als auch ökologische Aspekte berücksichtigen. Eine solche Systemlösung stellt die im Projekt «SUGAR» (Submarine Gashydrat Reservoirs) angestrebte Technologie dar. Ziel des Projektes ist es, das Methanhydrat zu destabilisieren, möglichst reines Erdgas zu fördern und gleichzeitig das CO2 als Hydrat in der Lagerstätte dauerhaft zu speichern. Diese Austauschreaktion nutzt den Effekt, dass CO2-Hydrat bei in situ Bedingungen thermodynamisch stabiler ist als CH4-Hydrat. Im Rahmen dieses Projekts wird die numerische Simulation physikalischer Abläufe bei unterschiedlichen Förderverfahren (Druckentlastung, thermische Stimulation, CO2-Einspeisung) durchgeführt. Das hierfür entwickelte physikalisch/chemische Modell beschreibt eine nichtisotherme, mehrphasige Strömung von Gas und Flüssigkeit innerhalb des Hydrat führenden Sediments, wobei abhängig vom Druck- und Temperaturfeld eine Zersetzung oder Bildung von Gashydraten zu berücksichtigen ist. Vor diesem Hintergrund werden bisherige Ergebnisse aus numerischen Simulationen möglicher Verfahren vorgestellt und diskutiert. Dabei werden relevante Prozesse und Effekte beleuchtet und Unterschiede zu konventioneller Erdgasproduktion aufgezeigt.