Kurs:Rohstoffe III: Kohlenwasserstoffe/in situ Kohlevergasung

In situ Kohlevergasung

In - situ - Kohlevergasung beschreibt ein Verfahren, bei welchem Kohlenstoff in Synthesegas überführt wird.

Verfahren

Bei der in - situ - Kohlevergasung (engl.: Underground Coal Gasification/UCG) können Kohlevorkommen bis in große Tiefen direkt in der Lagerstätte nutzbar gemacht werden. Statt den üblichen Bergbauverfahren werden bei kleinen Flözen minimal 2 Bohrungen benötigt, zum Einen eine Injektionsbohrung und zum Anderen eine Produktionsbohrung. Bei größeren Flözen kann es rentabel sein direkt mehrere Injektionsbohrungen nebeneinander zu platzieren, welche dann insgesamt mit einer vertikal verlaufenden Produktionsbohrung verbunden werden. Über die Injektionsbohrung wird ein Gasgemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf mit einem Druck von 80 bar in den Kohleflöz geleitet. Dort kommt es zur Entzündung eines Teils der Kohle. Um die Verbrennung zu stoppen muss lediglich Stickstoff eingeleitet werden. Durch die Verbrennung kommt es zur Wärmeentwicklung und die unverbrannte, benachbarte Kohle wird heiß und reagiert mit dem Wasserdampf. Über die Produktionsbohrung tritt das dabei entstehende Synthesegas (Syngas) an die Oberfläche und wird dort eingefangen. Das Syngas besteht aus ca. 32% Wasserstoff, 17% Methan, 16% Kohlenmonoxid, 35% Kohlendioxid sowie kleineren Anteile an Stickstoff und hat einen Heizwert von 3kWh/m³. Insgesamt können durch diese Methode aus einer Tonne Kohle ca. 2700m³ Syngas gewonnen werden. Verwendung findet es vorwiegend in der Stromerzeugung, der Treibstoffgewinnung, sowie als chemischer Grundstoff zur Weiterverarbeitung.

Schematic UCG Process Video

Geschichte

Bereits 1868 wurde das Konzept der Kohlevergasung von Sir William Siemens (Carl Wilhelm Siemens) innerhalb der Chemical Society of London als Idee zur Vergasung von Feinkohle vorgestellt. In den darauf folgenden Jahrzehnten beschäftigte sich auch der russische Chemiker Dmitri Iwanowitsch Mendelejew mit dieser Thematik. Ein frühes Patent wurde 1909 dem amerikanischen Erfinder A. G. Betts zugesprochen. Die ersten experimentellen Versuche fanden 1912 in Durham (UK) unter Leitung des Nobelpreisträgers Sir William Ramsay statt, jedoch nur von mäßigem Erfolg gekrönt, da der Ausbruch des Ersten Weltkrieges eine Aufgabe des Projektes mit sich brachte. Der russische Revolutionär Vladimir Lenin las in Zürich einen Artikel über Ramsays Versuche und brachte daraufhin im May 1913 einen positiven Artikel in der Pravda heraus, ungeachtet Ramsays Ergebnisse. Damit war der Grundstein für die UCG in Russland gelegt. 1928 wurde eine Methode entwickelt, um qualitative Kohle nutzbar zu machen, so dass in 1937 die erste Anlage gebaut wurde. Erst 1996 wurde die letzte Anlage in Russland geschlossen, nachdem insgesamt 17 Millionen Tonnen Kohle auf diese Weise gefördert wurden. Grund für die Schließungen waren vor allem die großen Erdgas- und Erdölfunde in den 60ern. In Europa blieben die Versuche der in - situ - Vergasung er mäßig erfolgreich, in den USA gab es nach dem zweiten Weltkrieg Versuche, in einem Entwicklungsprogramm zwischen den 70er und 80er Jahren fanden allein etwas über dreißig Experimente statt. Die Versuche wurden jedoch auch hier auf Grund der günstigeren Gas- und Ölpreise aufgegeben. 1993 begann die Ergo Exergy Technologies in Montréal, Canada mit der Etablierung von UCG. In Australien wurde 1999 in Chinchilla das erste Syngas produziert.

Verwendung von Synthesegas

wirtschaftliche Aspekte

es können tief liegende Lagerstätten abgebaut werden, deren Abbau mit herkömmlichen Methoden zu unwirtschaftlich wäre
Kohle muss nicht erst an die Oberfläche gefördert werden, sondern wird direkt in der Lagerstätte umgesetzt
auch kleinere Lagerstätten, welche sonst unwirtschaftlich wären, lassen sich rentabel abbauen
Kohle muss zur Weiterverarbeitung nicht noch transportiert werden
keine Vorbereitungsverfahren bezüglich der Kohle nötig
Asche und Abraum bleiben in der Lagerstätte
insgesamt weniger kostspielig als konventioneller Kohleabbau
von Syngas abgetrenntes CO² kann auch für die Gewinnung von Erdöl genutzt werden (wird injiziert und drückt Erdöl nach oben)

ökologische Aspekte

nimmt weniger Landfläche für die Nutzung in Anspruch
verringert die Nutzung von Grundwasser
kein Einfluss auf die Umgebung, keine Renaturierung nötig
Kohleflöze befinden sich unterhalb der Trinkwasserquellen
geringere Luftverschmutzung
Möglichkeit der CO²-Speicherung in de ausgebrannten Kohleflözen

aktuelle Projekte, sowie Projekte in Planung

Stromerzeugung

Südafrika : Eskom, erfolgreicher Co-Firing Versuch, 100-150 MW Anlage in Betrieb
Pakistan : Cougar Energy, 100 MW geplant, Testverbrennung läuft
USA : Clean Global Energy, Oklahoma, 300 MW geplant
India : verschiedene Projekte in Planung
Chile : Carbon Energy, Mulpun, Stromerzeugung (unbestimmte MW)
New Zealand : Solid Energy, UCG - Versuch
Vietnam : Linc Energy, Stromerzeugung in Song Hong (Red River) Delta
USA : BP / GasTech, Powder River Basin 5 MW Demoprojekt

Andere Verwendungen

Europe : Wildhorse Energy, Hungary, Stromerzeugung und SNG (Synthetic Natural Gas) Konversion
USA : Laurus Energy, Alaska, Stromerzeugung und Nutzung von CO2 für EOR
Australia : Linc Energy, Queensland, GTL (Gas to Liquid) Entwicklung
China : Hebei Xin'ao Group, Mongolia: 100,000 tpa. Methanol
Canada : Swanhill Synfuels, Alberta, erfolgreicher UCG Versuch in 1400m Tiefe gefolgt von Stromerzeugung , EOR (Enhanced Oil Recovery) und CCS Projekt startet in 2015