Letztens aber kam mir eine Idee, wie sich Methaneis nicht nur zu konkurrenzfähigen Preisen, sondern auch minimalinvasiv für die Natur abbauen ließe. Methaneis befindet sich vor allem im Sediment nahe an der Oberfläche. Daher könnte man die Zielstelle mit einem Mikrowellenstrahler leicht anwärmen, um das aus dem schmelzenden Eis austretende Gas mit einem Trichter einzusammeln. Über einen Schlauch steigt es dann von selbst an die Oberfläche und kann weiterverarbeitet werden.
1°C Wärme reicht
Beim Klimathema wird gerne von Kipppunkten gesprochen. Bei diesen handelt es sich um Schwellenwerte, ab denen bestimmte sich selbst verstärkende Kausalketten beginnen, die sich nicht aufhalten lassen. Einer dieser befürchteten Kipppunkte befindet sich in der Nähe von Spitzbergen in 400m Tiefe, wie dieser Bericht über eine meeresgeologische Forschungsreise zu erzählen weiß.
Im Bericht heißt es, dass auf dem Meeresboden vor Spitzbergen einen 1km breiten Sedimentstreifen voller Methaneis gibt. Sollte sich das Meer um 1°C erwärmen, dann – so wird vermutet – würde das Methaneis zu schmelzen beginnen, woraufhin massenweise Methan an die Oberfläche treten und in die Atmosphäre gelangen würden. Für das Klima wären das schlechte Nachrichten, für meine Idee sind es ausgezeichnete.
Denn sollte es tatsächlich stimmen, dass gerade einmal 1°C an zusätzlicher Wärme genügt, um das Methaneis aus dem Sediment zu bekommen, dann wäre es sehr günstig, diesen Prozess technisch zu erreichen, um das austretende Methan einzusammeln und es an Land zu weniger klimaschädlichem CO2 zu verbrennen.
Ein paar Schätzungen zur benötigten Wärmeenergie
Da das „Eis“ in Methaneis aus normalem Wasser besteht, muss bei dessen Erwärmung nicht nur die unterschiedliche Wärmekapazität von gefrorenem und flüssigem Wasser beachtet werden, sondern auch der Phasenübergang zwischen fest und flüssig, sowie die Mischung des Materials, aus dem das Sediment besteht und die Druckverhältnisse vor Ort.
Generell gehört flüssigen Wasser zu den Stoffen mit der mit Abstand höchsten Wärmekapazität. Feststoffe, welche den Großteil des Sediments ausmachen, benötigen für die Erwärmung deutlich weniger Energie als das Eis, um es in Wasser zu verwandeln. Das Erwärmen von 1m² Sediment mit einer Tiefe von 5m sollte daher pro Grad Celsius nicht mehr als 15 KWh an Wärme benötigen. Liegt die vorliegende Temperatur von 1m³ Sediment bei -5°C und man möchte dieses auf +5°C erwärmen, dann liegt die benötigte Wärmeenergie bei circa 150 KWh.
Die Methan(eis)menge für 150 KWh
Da die Wärme über Mikrowellen in das Sediment übertragen werden soll, muss am Ausgangspunkt Strom vorliegen. Aus technischer Perspektive wird bei dem Abbauvorgang also ein Teil des geförderten Methans direkt wieder im Motor des Förderschiffs in elektrische Energie umgewandelt. Macht man bei der Effizienz dieses Motors die konservative Annahme von 35%, dann lassen sich 1m³ Erdgas in 8,8 KWh Strom umwandeln. Von dieser Strommenge muss man jetzt noch circa 30% für den an Bord und für den Prozess benötigten Strom abziehen. Heraus kommen schließlich 6 KWh, die in den Mikrowellenstrahler gehen können.
Liegt das Methan als Gas unter Normalbedingungen vor, dann wird die energetische Gewinnschwelle bei 25 Liter Methan pro m² Sediment mit 5m Tiefe erreicht. Das ist nicht viel und es wird noch weniger, wenn man weiß, dass Methaneis unter Normalbedingungen um den Faktor 164 expandiert, wie dieser Artikel meint. Die energetische Gewinnschwelle für Methaneis liegt damit bei 150ml pro 5m³ Sediment.
Methaneis braucht Explorations- und Transportschiffe
Leider kann die energetische Gewinnschwelle nicht mit der wirtschaftlichen gleichgesetzt werden. Letztere ist aber das wichtigste Kriterium dafür, ob der Methaneisabbau mit Mikrowellen eine praktikable Sache wäre. Ein Unternehmen für den Methaneisabbau müsste nämlich nicht nur am Meeresboden eine Mikrowelle mit Trichter und Schlauch zur Oberfläche betreiben, sondern auch ein zugehöriges Explorationsschiff und dazu Transportschiffe, die das geförderte Methan an Land bringen.
Das Forschungsschiff Polarstern, welches sich als Vergleichsmaßstab für ein derartiges Explorationsschiff eignet, kostet pro Tag 200.000 Euro. Der gleiche Preis wird für LNG-Tanker veranschlagt, wobei der Methaneisabbau mit Mikrowellentrichter noch über eine dritte Komponente verfügt, die wohl nicht weniger kostet als die beiden Schiffe.
Insgesamt würde ein Unternehmen für den Methaneisabbau mindestens eine halbe Million Euro pro Tag und 20.000 Euro pro Stunde kosten. Es ist eine so hohe Summe, dass der Abbau möglichst rund um die Uhr stattfinden sollte, auch wenn das Wetter im offenen Nordmeer vor allem im Winter sehr oft stürmisch ist. Letzteres wird sich nicht als unmittelbarer Kostenfaktor bemerkbar machen, jedoch würde es Wochen oder vielleicht sogar Monate geben, in denen der Abbau aufgrund der Wetterlage nicht möglich ist. Da die Schiffe jedoch speziell für den Abbau von Methaneis konzipiert sind, können sie anderweitig nicht eingesetzt werden, so dass die Kosten weiterlaufen, während die Einnahmen aus dem Methanverkauf ausbleiben.
Die Profitabilität des Methaneisabbaus
Methan verkauft sich am Markt für circa 10 Cent pro Kubikmeter. Wenn pro m² Sediment mit 5m Tiefe durchschnittlich 2,5 m³ Methan (15l Methaneis) abgebaut werden können, dann müssen für jeden Euro Umsatz circa 4m² Sedimentboden erwärmt werden. Bei stündlichen Fixkosten von 20.000 Euro resultiert dies in einer Fläche von 8 Hektar oder 16 Fußballfeldern, die in einer Stunde erreicht und erwärmt werden müssen. Ob dies einen realistisch erreichbaren Wert darstellt, lässt sich ohne tiefere Kenntnisse in der Materie nicht sagen.
Für die Profitabilität des Abbaus von Methan wird es letztlich vor allem auf die Größe der Methaneisfelder, deren Methandichte und die Reinheit des Methans ankommen. Lassen sich aus dem Oberflächensediment nur wenige Liter pro m³ herausholen und/oder muss der Abbauprozess immer wieder unterbrochen werden, bis das nächste Methaneisfeld erreicht ist, dann ist ein wirtschaftlicher Abbau unwahrscheinlich. Da zum Erreichen der energetischen Gewinnschwelle jedoch nur geringe Mengen abgebaut werden müssen, ist eine Wirtschaftlichkeit eines solchen Vorhabens zumindest plausibel.
Alles in allem halte ich die Idee für vielversprechend genug, dass sie ausprobiert werden sollte. Letztlich könnten wir damit nicht nur all unsere Energieprobleme lösen, sondern nebenbei auch einen dieser ominösen Kipppunkte abwenden, indem wir das auszugasen drohende Methan zu wesentlich harmloserem CO2 verbrennen.