Abschnitt 1: Zur Entstehung von Grubengas

Die Bindung des Methans an die Steinkohle erfolgte bereits bei ihrer Entstehung.
Zur Zeit des Erdmittelalters, im Karbon, lagerte sich organisches Material in Sümpfen ab.
Der Luftaustausch konnte nicht stattfinden; ein Entweichen des bei der Zersetzung durch Mikroorganismen gebildeten Methans wurde verhindert und es blieb an der Oberfläche der Kohle gebunden.

Erst durch die Gewinnung der Steinkohle konnte und kann das Gas an die Umgebung entweichen. Das dabei entstandene Methan/Luftgemisch wird als Grubengas bezeichnet.


Zusammensetzung des Grubengases stillgelegter Bergwerke (CMM - Coal Mine Methane):

    Gas Formelzeichen Anteil
     
    Methan CH4 60-80 %
    Kohlenstoffdioxid CO2 8-15 %
    Kohlenstoffmonoxid CO 0 %
    Sauerstoff O2 0 %
    Stickstoff N2 5-32 %
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Bevor wir in Abschnitt 3 die Verwendung von Grubengas behandeln, einige Worte zu Methan, also ein kurzer Ausflug in die Chemie

Abschnitt 2: Methan (chem. Formel CH4)

Methan ist ein farb- und geruchlos brennbares Gas (hochentzündlich, "Klasse F+").
Andere Bezeichnungen für dieses Gas sind Sumpfgas und Methylwasserstoff.
Es bildet mit Chlor, Sauerstoff und Luft explosive Gemische, welche Schlagwetter hervorrufen können; Luft ist schon mit 5-14% Methan zündbar.
Nach seiner Reinigung kann Methan als Heizgas (Ferngas), Treibgas, Schweißgas, in der chemischen Industrie und neuerdings auch in entsprechenden modernen Fahrzeugen verwendet werden.

Methan ist der einfachste aliphatische Kohlenwasserstoff und somit Grundverbindung der aliphatischen Reihe.

    CAS-Nummer 74-82-8
    Molmasse 16,4 g/mol
    Dichte 0,722 g/dm3
    Schmelzpunkt -182,6°C
    Siedepunkt -161,7°C
    Dampfdruck 1470 hPa bei -157°C

  • 1667 wurde das Methan von Thomas Shirley entdeckt und
  • 1772 entdeckte Joseph Priestley, dass Methan bei Fäulnisprozessen entsteht.
  • 1856 stellte Marcellin Berthelot zum ersten Mal Methan aus Kohlenstoffsulfid und Schwefelwasserstoff her.

  • Reaktion mit Sauerstoff
    Mit Sauerstoff geht Methan unterschiedliche Reaktionen ein, je nachdem wie viel Sauerstoff für die Reaktion zur Verfügung steht.
    Nur bei genügend großem Sauerstoffangebot ist eine vollständige Verbrennung (1) des Methans mit optimaler Energieausbeute möglich.
    Sonst entstehen unerwünschte Nebenprodukte wie Kohlenstoffmonoxid (CO, 2) und Kohlenstoff,
    also Ruß (C, 3), die Nutzungsenergie fällt geringer aus.

    (1) CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
    (2) 2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O
    (3) CH4 + O2 -> C + 2H2O

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Abschnitt 3: Verwendung von Grubengas

Das Gas wird aus stillgelegten Bergwerken abgesaugt und wird in BHKW (Blockheizkraftwerken) verbrannt.
Neben der Erzeugung von Strom und Wärme werden dadurch auch große Umweltschäden in der Atmosphäre vermindert, da das Grubengas auch ohne aktive Förderung den Weg an die Oberfläche findet.

Grubengasverwendung passiert in Deutschland, wie auch in den USA, Polen, Ukraine und China. Staaten Osteuropas und England begannen zuerst Grubengas als Energiequelle zu nutzen.

Wissenschaftlichen Berechnungen zufolge reicht die Energie des Grubengases in Steinkohlerevieren dazu aus, ganze Städte mit Strom und Wärme zu versorgen.

Wie wird aus Grubengas Strom und Wärme?

Zuerst einmal muss man an das Grubengas herankommen. Dieses befindet sich, wie wir ja bereits erklärt haben, in den Stollen stillgelegter Bergwerke.
Um an das Gas zu gelangen gibt es zwei Möglichkeiten:

  1. Es gibt Schächte, in die bei der Schließung ein Rohr geschoben wurde. Aus diesem Rohr soll das Grubengas nach der Stilllegung kontrolliert in die Atmosphäre gelangen. Damit es zu keiner Explosion z.B. durch Gewitter-Blitze kommt, sind die Rohre am Ende mit einer roten Explosionssicherung (Protegohaube) versehen worden. An diesen Schächten muss man jetzt einfach nur noch eine Förderanlage anschließen, die das Gas absaugt und zum BHKW fördert.

  2. Allerdings gibt es auch Schächte, die nach der Stilllegung einfach nur zugeschüttet worden sind. Aus diesen Bergwerken konnte das Gas dann nur durch Klüfte und Schlitze unkontrolliert in die Atmosphäre gelangen.
    In diesem Fall muss eine Bohrung in den alten Stollen vorgenommen werden und ein Rohr verlegt werden. Durch dieses Rohr kann dann das Gas abgesaugt werden.

Die Firma Siloxa Engineering hat für ihre
Grubengasverwertungsanlage Recklinghausen "König Ludwig 1 / 2" (Eigene Erkundung in Kapitel 5)
eine Bohrung in einen alten Stollen durchgeführt.

Prinzipschema einer Grubengasverwertungsanlage

Durch die Förderanlage wird das Gas über die Bohrung aus den Stollen zum Blockheizkraftwerk (BHKW) gepumpt.
Hier wird es in einem Motor (1400 PS) verbrannt, der einen Stromgenerator antreibt.
Der erzeugte Strom wir zum Transformator geleitet und von dort aus ins Stromnetz eingespeist.
Über das Stromnetz wird die elektrische Energie dann an die Verbraucher verteilt.

Der Motor des BHKW kann dabei nur ca. 40 % der Energie aus dem Grubengas in Strom umwandeln. Der Rest wird als Wärme frei. Diese Wärme kann teilweise im Winter zur Beheizung der umliegenden Gebäude genutzt werden.
Im Sommer, wenn keine Wärme gebraucht wird, wird diese über große Kühler an die Luft abgegeben. Das ist jedoch nicht umweltschädlich!

Mit der Grubengasverwertungsanlage "König Ludwig 1 / 2" wird soviel Energie erzeugt, dass damit
ca. 10.000 Haushalte mit Strom und Wärme versorgt werden könnten.

TOP Kapitel 3: Standorte von Grubengasanlagen

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Erstellt am 26.01.2005; zuletzt geändert am 07.09.2005 . (Ka)