Methanhydrat aus dem Reaktor 15.03.2017, 12:39 Uhr

Dresdner Forscher bauen Energiespeicher nach dem Vorbild der Tiefsee

Methanhydrat gilt als fast unerschöpfliche Energiequelle aus der Tiefsee. In einem Liter erstarrten Wassers sind 205 Liter Methan gespeichert. Jetzt arbeiten Chemiker in Dresden daran, nach diesem Vorbild einen Energiespeicher an Land zu bauen. Es wäre ein Energiespeicher mit unglaublichen Kapazitäten.

Aufgebrochene Permafrostküste in Alaska: Deutlich zu sehen ist das Methanhydrat, in dem große Mengen Methan gespeichert sind. Die Speichermethode der Natur wollen Chemiker der TU Dresden nun für einen Energiespeicher nutzen.

Aufgebrochene Permafrostküste in Alaska: Deutlich zu sehen ist das Methanhydrat, in dem große Mengen Methan gespeichert sind. Die Speichermethode der Natur wollen Chemiker der TU Dresden nun für einen Energiespeicher nutzen.

Foto: Brandt Meixell/USGS

Der Chemiker Lars Borchardt will an der TU Dresden in den nächsten Jahren das Verfahren so weiterentwickeln, dass man insbesondere Strom aus erneuerbaren Energiequellen in Form von Methanhydrat speichern kann. Das ist derzeit viel zu aufwendig. Denn die Speicherung würde bei jetzigen Verfahren viel zu lange dauern. Praktikable großtechnische Anlagen gibt es deshalb nicht. 

Hochporöser Kohlenstoff erlaubt schnellere Einlagerung

Doch im Labor in Dresden hat Borchardt inzwischen einen hochporösen Kohlenstoff entwickelt, der die Nutzung als Energiespeicher realistisch erscheinen lässt. „Diese Materialien besitzen unzählige, wenige Nanometer große Poren und weisen daher sehr große Oberflächen auf. Dosiert man Methan zu einem solchen Material, dessen Poren zuvor mit Wasser befüllt worden sind, so bildet sich Methanhydrat bereits in wenigen Sekunden im Porensystem des Materials“, so Borchardt.

In Kohlenstoffen mit Nanometer kleinen Poren können große Mengen Methanhydrat gespeichert werden.

In Kohlenstoffen mit Nanometer kleinen Poren können große Mengen Methanhydrat gespeichert werden.

Foto: Lars Borchardt/TU Dresden

Auf diese Weise könnten große Mengen Methanhydrat gespeichert und Methan schnell wieder freigesetzt werden. Schon in den kommenden zwei Jahren möchte Borchardt die Kohlenstoffmaterialien für eine solche Anwendung optimieren. Unterstützt wird die Entwicklung von der Daimler und Benz Stiftung.

Methanhydrate gibt es in großen Mengen in der Tiefsee

Methanhydrate kommen vor allem in der Tiefsee und arktischen Gebieten vor. Sie entstehen langsam unter großem Druck und bei tiefen Temperaturen. Dabei umhüllt das Wasser das Methan und erstarrt. Dabei umgeben die Wassermoleküle das Gas vollständig. „Durch die kompakte kristalline Verpackung werden pro Liter Wasser unglaubliche 205 Liter Methan gespeichert“, so Borchardt.

Längst gibt es die Gefahr, dass durch den Klimawandel auch Methanhydrate auftauen und große Mengen Methan an die Umwelt abgeben.

Methangas strömt in 425 Metern Tiefe aus dem Meeresgrund vor Virginia.

Methangas strömt in 425 Metern Tiefe aus dem Meeresgrund vor Virginia.

Foto: NOAA Okeanos Explorer Program

Das wäre verheerend, weil der Effekt des Methans für die Klimaerwärmung etwa 30-mal so groß ist wie der des Kohlendioxids. Sogar aus Methanlecks beispielsweise in Michigan in den USA steigt Methan in die Atmosphäre auf.

Druckreaktor mit 100 bar zur Bildung von Methanhydrat

Und wie funktioniert nun das Speicherverfahren, das an der TU Dresden entwickelt wird? Borchardt arbeitet mit einem Druckreaktor, der mit Methangas gefüllt ist. In den Reaktor wird der Kohlenstoff eingesetzt, dessen Nanometer kleinePoren mit Wasser gefüllt sind. Wird der Druck auf bis zu 100 bar erhöht, umschließt das Wasser wie in der Natur das Methan, es entsteht festes Methanhydrat.

Methanhydrid in der Arktis, das durch das Auftauen von Permafrostböden freigesetzt wird. Methanhydrid ist ein ideales Speichermedium für Methan – wenn man das langwierige Entstehen in der Natur stark beschleunigen könnte. Im Labor funktioniert das bereits.

Methanhydrid in der Arktis, das durch das Auftauen von Permafrostböden freigesetzt wird. Methanhydrid ist ein ideales Speichermedium für Methan – wenn man das langwierige Entstehen in der Natur stark beschleunigen könnte. Im Labor funktioniert das bereits.

Foto: M. Nicolai/GEOMAR

Im Dresdner Labor ist es gelungen, dass das Methanhydrat nicht nur bei geringen Drücken stabil bleibt. Die eigentliche Reaktion verläuft relativ schnell innerhalb weniger Sekunden. Die Speicherfunktion würde darin bestehen, dass mit der Energie aus Wind oder Sonne aus Wasser und Kohlendioxid Wasserstoff und anschließend per Methanisierung Methan hergestellt wird.

Üblicherweise wird Methan dann als Gas zur Verbrennung etwa für Heizzwecke genutzt. Das Dresdner Verfahren würde es jedoch ermöglichen, das Methan erst einmal in großen Mengen kostengünstig und effizient als Methanhydrat zu speichern und erst bei Bedarf als Brennstoff zu nutzen.

An Deck eines Forschungsschiffes löst sich Methanhydrat schnell auf. Dabei wird Methan frei, das leicht entflammbar ist.

An Deck eines Forschungsschiffes löst sich Methanhydrat schnell auf. Dabei wird Methan frei, das leicht entflammbar ist.

Foto: Geomar/Science Party SO 174

Ein interessantes Konzept für Energiespeicher sind auch riesige Betonkugeln, die auf dem Meeresgrund lagern. Die Kugeln werden gerade auf dem Grund des Bodensees getestet

Ein ungewöhnliches Konzept haben sich auch belgische Ingenieure ausgedacht. Sie wollen vor der Küste eine künstliche Insel mit einem großen Loch in der Mitte anschütten. Durch wechselnden Wasserspiegel wollen sie so überschüssige Offshore-Energie speichern.

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