Grubengas und seine energetische Nutzbarkeit

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1 Grubengas und seine energetische Ronald Meyer Gliederung 1. Was ist Grubengas? 2. Arten, Förderung und Vorkommen 2.1 Flözgas 2.2 Grubengas 2.3 Vorkommen 3. Nutzung in Kraftwerken 4. Klimaschutz 2

2 1 Was ist Grubengas? Oberbegriff Kohleflözgas Unterteilung: - Flözgas - Grubengas Brennbares Gasgemisch - Nutzung als Energiequelle 3 1 Was ist Grubengas? Entstehung im Inkohlungsprozeß Durch Sedimente und Ablagerungen wird die Biomasse überdeckt Adsorption der freigesetzten Gase an der Oberfläche der Kohle und umliegendem Gestein 4

3 1 Was ist Grubengas? Bei Abbau von Kohle werden Gase durch verringerten Druck frei Sicherheitstechnisches Problem Explosionsgrenzen Methan: 4,4% - 16,5% Abzug notwendig energetische Nutzung seit 20. Jahrhundert 5 2 Arten, Förderung und Vorkommen Kohleflözgas ist natürliches Gas aus Steinkohle Unterteilung in: Flözgas Grubengas 6

4 2.1 Flözgas Im Englischen coalbed methane (CBM) Wird aus unverritztem Gebirge gewonnen Anbohren von nicht bearbeiteten Flözen Recht hohe Methangehalte, da nicht verdünnt Flözgas Förderung ist meist nicht wirtschaftlich Da der Druck im Gestein noch zu hoch ist um wirtschaftliche Mengen freizusetzen die meisten Projekte wurden gestoppt 8

5 2.2 Grubengas Hier weitere Unterteilung: Coal seam methane (CSM) aus aktiven Bergwerken Coal mine methane (CMM) aus stillgelegten Bergwerken Belüftung der Stollen notwendig, da Gas durch Druckabnahme austritt Grubenwetter Grubengas Abwetter enthält max. CH 4 -Konzentration von 1,5% nicht als Brennstoff nutzbar Brauchbares Grubengas durch Absaugung aus Bohrungen in vorhandenen Stollen Hierbei CH 4 -Gehalte von ca. 50% Verstromung möglich 10

6 2.2 Grubengas Bohrloch zur Absaugung von Grubengas Grubengas Stillegelegte Bergwerke meist verfüllt Trotzdem Belüftung über Protegohaube CH 4 -Konzentration bis zu 80 % Umwandlung in Energie bietet sich an 12

7 2.3 Vorkommen Nutzung von Grubengas überall dort möglich, wo Kohlelagerstätten sind Somit Substitution von fossilen Brennstoffen möglich Schonung der Umwelt durch Reduktion von Treibhausgasen Vorkommen Quelle: Billionen m³ China Russland USA Australien Kanada Indonesien Ukraine Deutschland 14

8 Quelle: Vorkommen Flözgas Grubengas CBM CSM CMM CH % % % CO % 1-6 % 8-15 % CO 0% 0,1-0,4 % 0% O 2 0% 7-17 % 0% N % 4-40 % 5-32 % 15 3 Nutzung in Kraftwerken Kraftwerke zur Nutzung in Nähe der Gruben Zur Versorgung der Grube und umliegender Haushalte Durch KWK-Anlagen Versorgung mit elektrischer Energie und Fern-/Nahwärme 16

9 3 Nutzung in Kraftwerken Abwetter mit CH 4 -Gehalt von < 1 % nur gering genutzt Nutzung als Verbrennungsluft für Dampfkessel Gezielt abgesaugte Gasmengen verstromt Kleinere Anlagen mit Gasmotoren (bis 100 KW) Größere (ab 250 KW) auch mit Gasturbinen betrieben Anlagengrößen von 5 KW bis 20 MW 17 3 Nutzung in Kraftwerken Beispiel: Anthrazitbergwerk Ibbenbüren EVA mit zwei Dampfkesseln (je 52 t/h) 27 MW el Turbosatz 21 t/h Dampfkessel für Prozesswärme Gasmotorenanlage mit 6,1 MW el 8 MW th Warmwasserkessel Zwei BHKW von je 1 MW el 18

10 3 Nutzung in Kraftwerken 19 Anthrazitbergwerk Ibbenbüren; EVA- Anlage 3 Nutzung in Kraftwerken 20

11 3 Nutzung in Kraftwerken Zwei BHKW mit je 1 MW el Nutzung in Kraftwerken Quelle: Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT 22

12 3 Nutzung in Kraftwerken Quelle: Nutzung in Kraftwerken Quelle: 24

13 3 Nutzung in Kraftwerken Nur regional ist Substitution von Erdgas durch Grubengas möglich Wirtschaftliche Förderung nur bei einem geringen Teil Heizwert nur ca. 50 % von Erdgas 16 MJ/m³ 54,5 kwh/m³ 25 Heizwert [kwh/m³] Erdgas 3 Nutzung in Kraftwerken Heizwerte verschiedener Gase Quelle: Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationforschung Klärgas Deponiegas Grubengas Holzgas Schwachgas 26

14 4 Klimaschutz Hauptanteil des Grubengases ist Methan Im Kyoto-Protokoll wurde für CH 4 ein CO 2 - Äquivalenzwert vom Faktor 21 festgelegt Seit 1750 ist die Methankonzentration in der Atmosphäre um 151% gestiegen Reduzierung der CH 4 -Emissionen dringend notwendig 27 4 Klimaschutz Nicht CO2 - Treibhausgase PFC, HFC, SF 9% N 2 O 30% CH 4 61% Quelle: Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT 28

15 4 Klimaschutz Methanemissionen Kohleproduktion 10% Andere 5% Viehhaltung 5% Biogas 25% Deponiegas 23% Erdgas und Ölsysteme 32% 29 4 Klimaschutz Gas GWP-100 %-GHG CO ,2 CH ,7 N 2 O 310 4,0 30

16 4 Klimaschutz Seit Grubengas in der Förderung durch EEG Anlage bis 500 kw el 7,7 Ct/kWh Anlage über 500 kw el 6,6 Ct/kWh Vergütungssätze für 20 Jahre fest 31 4 Klimaschutz Zweifacher Klimaschutz durch Grubengasnutzung: Reduzierung der Methanemissionen und Umwandlung in weniger schädliches CO 2 Reduzierung der CO 2 -Emissionen durch Substitution fossiler Brennstoffe Nutzung von ca. 85% der freiwerdenden Gruben-/Kohleflözgasen in Industrieländern 32

17 Quellen Landesregierung Nordrhein-Westfalen Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik Fraunhofer Institut Systemtechnik und Innovationsforschung Technische Universität Freiberg 33