Wo Wirtschaft und Schule sich treffen. Erdgas. Unterrichtseinheiten für die Oberstufe/Sek II

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1 Wo Wirtschaft und Schule sich treffen Erdgas Unterrichtseinheiten für die Oberstufe/Sek II

2 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 1/5 Hintergrundinformation für die Lehrpersonen (siehe auch Erdöl-Lektion) Was ist Erdgas Erdgas (CH4) besteht aus 1 Kohlestoff- und 4 Wasserstoff-Molekülen. Erdgas ist ein brennbares natürliches Gas, das aus dem Erdinneren gefördert wird. Erdgas besteht zu über 90% aus dem farb- und geruchlosen Naturgas Methan (CH 4 ), dem einfachsten Kohlenwasserstoff, der in der Natur vorkommt. Erdgas wird durch Bohrlöcher aus der Erde gefördert. Methan entsteht jedoch auch an der Erdoberfläche bei Gärungsprozessen unter Luftabschluss, etwa in Sümpfen, Kläranlagen oder in der Nutztierhaltung (Biogas). Vorkommen Entstehung aus Plankton und Algen Plankton ist einer der Ausgangsstoffe für die Entstehung von Erdgas. Das heute genutzte Erdgas ist aus organischen Stoffen entstanden. Es wurde bei der Entstehung von Erdöl beziehungsweise von Kohlelagerstätten gebildet. Ausgangsmaterial waren abgestorbene Reste von Plankton und Algen flacher Urmeere, die auf den Meeresgrund absanken und dort von Bakterien zersetzt als Faulschlamm vergärten. Aus Ablagerungen von feinkörnigem Festlandschutt (Ton, Sand, Kalk) wurde Erdölmuttergestein. Das darin enthaltene organische Material wurde in eine feste, erdölartige Substanz, das Bitumen, umgewandelt. Bei fortschreitendem Absinken des Meeresgrundes und zunehmender Überlagerung des Muttergesteins durch jüngere Sedimente bildeten sich unter wachsendem Druck und steigenden Temperaturen aus dem Bitumen flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe. Es entstand schweres, dann leichtes Öl und schließlich bei entsprechend hohen Drücken und Temperaturen Erdgas. Solches Erdgas ist in Becken weit verbreitet, die reiche Kohlenwasserstoff-Vorkommen erwarten lassen.

3 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 2/5 Auch aus Pflanzen Ausgangsmaterial des anderen Erdgas-Lieferanten, der Kohle, waren vor allem höhere Pflanzen aus früheren Erdzeitaltern, besonders aus dem Karbon. Durch rasches Absinken des Erdbodens gelangte das pflanzliche Material in tiefere Erdschichten, wo es im sogenannten Inkohlungsprozess der Reihe nach in Torf, Braunkohle, Steinkohle und Anthrazit umgewandelt wurde. Während der Inkohlung kam es zur Abspaltung gasförmiger Reaktionsprodukte, besonders von Methan. Erdgas-Vorkommen, die bei der Bildung von Kohle entstanden, sind beispielsweise die Felder in den Niederlanden und in der südlichen Nordsee. Bildung von Lagerstätten Durch das Gewicht der überlagernden Schichten wurde das Muttergestein mit zunehmender Absenkung immer stärker zusammengedrückt. Dabei wurde Erdöl und/oder Erdgas ausgepresst. Wegen ihres geringen spezifischen Gewichts und der Oberflächenspannung stiegen Erdöl und Erdgas über Risse und Hohlräume in höher gelegene, poröse Gesteinsschichten empor. Die Wanderung fand dort ein Ende, wo das poröse Gestein von undurchlässigen Deckschichten (etwa Ton) überlagert wurde. Zu größeren Erdgas-Ansammlungen konnte es allerdings nur dort kommen, wo diese Deckschichten eine ausreichend mächtige Schicht aus Speichergestein (Sandstein, Dolomit, klüftige Kalke) nach oben abschlossen und eine so genannte Fangstruktur vorhanden war. Reserven Laufend werden neue Erdgas-Vorkommen entdeckt. Bei einem konstanten Verbrauch von Erdgas über die nächsten Jahrzehnte reichen die sicher gewinnbaren Reserven rund 63 Jahre. Die statische Reichweite aller bekannten und teilweise mit mehr Aufwand gewinnbaren Erdgas-Reserven beträgt rund 130 Jahre. Die bedeutendsten sicher gewinnbaren Erdgas- Reserven befinden sich im Mittleren Osten sowie auf dem Gebiet der ehemaligen Sowjetunion. In Westeuropa verfügen die Niederlande und Norwegen über die größten Vorräte.

4 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 3/5 Gewinnung Suche nach Erdgas-Feldern unter dem Meeresgrund mit einem für Seismik ausgerüsteten Schiff. Für die Suche nach Erdgas-Lagerstätten und für das Erkunden ihrer Größe wird die so genannte Seismik angewendet. Spezielle Sensoren, die Seismographen, registrieren die Ausbreitungsgeschwindigkeiten künstlich erzeugter Erschütterungen, die von den verschiedenen Gesteinsschichten reflektiert werden. Die Messdaten geben Aufschluss über die Gesteinsstrukturen bis in mehrere Tausend Meter Tiefe. Der Förderdruck wird auf den Fernleitungsdruck reduziert und das Erdgas in die Pipeline eingespeist. Komplizierter und aufwändiger ist die Förderung von Offshore-Vorkommen. Hier werden je nach Wassertiefe und Umweltbedingungen Bohrschiffe und -plattformen eingesetzt. Welt-Erdgas-Handel Erdgas wird international in der Regel auf der Basis langfristiger Verträge gehandelt. Bei Erdgas- Lieferverträgen sind Laufzeiten von Jahren üblich, weil Milliardeninvestitionen für Prospektion (Finden), Förderung, Transport und Verteilung erforderlich sind. Die daraus resultierende starke

5 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 4/5 gegenseitige Interessenbindung zwischen Produzenten und Abnehmern trägt in hohem Masse zur Versorgungssicherheit bei. Die weltweit steigende Nachfrage, die laufende Entdeckung neuer Vorkommen rund um den Erdball und der Ausbau der Ferntransportsysteme führen zu einer zunehmenden Globalisierung des Erdgas- Handels. Als Folge er EU-Gasmarktliberalisierung entstanden für kurzfristig gehandeltes Erdgas die Handelsplätze Zeebrugge (Belgien) und Bunde-Oude an der deutsch-belgischen Grenze. Sie erfüllen die Funktion einer Börse für Tages-, Wochen-, Quartals- oder Jahreskäufe. Erdgas-Transport weltweit Perfektionierte Technologien ermöglichen den interkontinentalen Erdgas-Transport. Sie erlauben die Nutzung von Gasvorkommen, die weit von den Verbrauchszentren entfernt sind. Der Transport erfolgt über Tausende von Kilometern in Überland- und Unterwasser-Pipelines oder per Tanker, die das Erdgas in verflüssigter Form (engl. Liquefied Natural Gas, Abk. LNG) mitführen. Welt-Erdgas-Verbrauch In den kommenden Jahren wird weltweit ein starkes Wachstum des Erdgas-Verbrauchs erwartet. Die Gründe liegen einerseits im wachsenden Energiebedarf insbesondere in den Schwellenländern. Andererseits sind die industrialisierten Länder bestrebt, Kohle und Erdöl aus ökologischen Gründen durch Erdgas zu substituieren und die Abhängigkeit vom Öl abzubauen. Verflüssigtes Erdgas (LNG) Verflüssigtes Erdgas wird in Europa immer wichtiger. In Fördergebieten, die nicht ans Leitungsnetz angeschlossen sind, wird das Erdgas auf minus 162 Grad abgekühlt. Sein Volumen reduziert sich dabei um den Faktor 600. Dieses Liquefied Natural Gas (LNG) kann in speziellen Tankern über die Weltmeere transportiert und später wieder in den gasförmigen Zustand gebracht werden. Zurzeit sind verschiedene neue Tanker und Verflüssigungsanlagen im Bau. Vorteile Erdgas lässt sich als Primärenergie praktisch so einsetzen, wie es gefördert wird. Gewinnung, Reinigung und Transport von Erdgas benötigen nur wenig Energie. Sein Wirkungsgrad als Primärenergie liegt deshalb bei über 90 Prozent. Außer Strom aus Wasserkraft erreicht kein anderer Energieträger einen solchen Wert.

6 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 5/5 Umweltbelastung Die wichtigsten ökologischen Vorteile in Kürze keine emissionsverursachenden Umwandlungsprozesse unterirdischer Transport, also kein Schwerverkehr mit Lärm und Abgase ungiftig für Mensch, Tier, Böden und Gewässer nahezu schwefelfrei frei von organisch gebundenem Stickstoff schadstoffarme Verbrennung vergleichsweise niedrige CO 2 -Emissionen kein Staub kein Ruß keine Schwermetalle keine Entsorgungsprobleme Erdgas verursacht 5x weniger Feinstaub als Heizöl und 100x weniger als Holz

7 01 / Erdgas Dem Erdgas auf der Spur Lehrerinformation 1/3 Arbeitsauftrag Ziel Material Was haben die folgenden Objekte, Lebewesen, Phänomene mit Erdgas zu tun? Die Sch ziehen verschiedene Stichwortkarten oder Abbildungen und müssen in der Diskussion versuchen herauszufinden, inwiefern dies mit dem Kernthema Erdgas zu tun hat. Die Sch formulieren Lösungsansätze und Hypothesen zu verschiedenen Teilthemen. Sie kontrollieren Ihre Hypothesen während des Unterrichts und korrigieren wo nötig. Stichwortkarten Sozialform Plenum oder GA Zeit 20 Zusätzliche Informationen: Diskussion um Energieträger der Zukunft. Abwägen von Atom-, Wasser-, Kohle-, Erdgas- und Erdölenergie gegeneinander.

8 01 / Erdgas Dem Erdgas auf der Spur Stichwortkarten 2/3 Aufgabe: Ziehe aus dem vor dir liegenden Stapel eine Karte und überlege dir, in welchem Zusammenhang der Begriff/das Objekt mit dem Thema Erdgas steht. Diskutiere den Begriff in der Gruppe und notiere deine Antwort anschließend in das dafür vorgesehene Feld auf dem Arbeitsblatt. Stichwortkarten Plankton Erdöl Seismograph -162 Grad Celsius Methan CH Jahre Erdzeitalter Karbon bar Vergärung

9 01 / Erdgas Dem Erdgas auf der Spur Notizblatt 3/3 Aufgabe: Hier schreibst du deine Notizen nieder. Ob deine Erklärung wirklich passend ist, wirst du im Rahmen des Unterrichts kontrollieren können. Meine Notizen Begriff Erklärung/Zusammenhang Korrektur Plankton -162 Grad Celsius Erdzeitalter Karbon Erdöl Methan CH bar Seismograph 130 Jahre Vergärung

10 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lehrerinformation 1/5 Arbeitsauftrag Die Sch füllen einen Steckbrief aus, welcher die wichtigsten Kennzahlen und Informationen beinhaltet. Ziel Die Sch beantworten die Frage Was ist Erdgas? korrekt. Material Steckbriefvorlage Internet Sozialform GA Zeit 30 Zusätzliche Informationen: Studieren der Statistiken zum Erdgasimport Diskussion: Bedeutung Erdgas in der näheren Zukunft

11 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 2/5 Aufgabe: Verfasse mit Hilfe des Internets und anderen Recherche- Hilfsmitteln einen Steckbrief zum Thema Erdgas. Steckbrief Erdgas Begriff Erklärung/Definition Chemische Zusammensetzung Ausgangsprodukt Hauptvorkommen (Weltregionen) Sicher gewinnbare Erdgas Ressourcen weltweit (Stand 2009) Emissionen bei der Verbrennung Prozentsatz Erdgas am deutschen Energieverbrauch (2010) Aus welchen Ländern/Regionen wird wie viel Erdgas importiert? Länge aller Erdgasleitungen in Deutschland (2010)

12 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 3/5 Lösung: Begriff Chemische Zusammensetzung Erklärung/Definition Erdgas (CH 4 ) besteht aus 1 Kohlestoff- und 4 Wasserstoff-Molekülen. Ausgangsprodukt Hauptvorkommen (Weltregionen) Sicher gewinnbare Erdgas Ressourcen weltweit (Stand 2009) Emissionen bei der Verbrennung Prozentsatz Erdgas am deutschen Energieverbrauch (2010) Aus welchen Ländern/Regionen wird wie viel Erdgas importiert (2010, Prozentangabe)? Länge aller Erdgasleitungen in Deutschland (2010) Plankton, Algen (ozeanischer Ursprung), Pflanzen (aus Kohle); in beiden Fällen aus früheren Erdzeitaltern Russland, Nordamerika, Mittlerer Osten (Katar) 187'500 Milliarden m 3 Kohlendioxid (CO 2 ) Stickoxide (NO x ) Schwefeldioxid (SO 2 ) Methan (CH 4 ) 25,2 %, 97 Millionen m 3 Import: Total 86 % des Verbrauchs Niederlande 19 % Norwegen 26 % Russland 37 % Sonstige 4 % (Eigene Produktion 14 %) Ca km

13 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 4/5 Rang (2010) Land Anteil in % 1. USA 595,1 549,4 504,3 543,2 545,6 570,8 582,8 611,0 19,3 2. Russland 3. Kanada 4. Iran 83,0 254,0 590,0 528,5 592,0 601,7 527,7 588,9 18,4 56,7 74,8 108,6 182,2 182,5 176,4 163,9 159,8 5,0 12,9 7,1 23,2 60,2 111,9 116,3 131,2 138,5 4,3 5. Katar 1,0 4,7 6,3 23,7 63,2 77,0 89,3 116,7 3,6 6. Norwegen 0,0 25,1 25,5 49,7 89,7 99,3 103,7 106,4 3,3 7. China 2,9 14,3 15,3 27,2 69,2 80,3 85,3 96,8 3,0 8. Saudi-Arabien 9. Indonesien 10. Algerien 11. Niederlande 1,6 9,7 33,5 49,8 74,4 80,4 78,5 83,9 2,6 1,2 18,5 43,9 65,2 67,6 69,7 71,9 82,0 2,6 2,5 14,2 49,3 84,4 84,8 85,8 79,6 80,4 2,5 26,7 76,4 61,0 58,1 60,5 66,6 62,7 70,5 2,2 12. Malaysia 0,0 0,0 17,8 45,3 64,6 64,7 64,1 66,5 2,1 13. Ägypten 14. Usbekistan 15. Großbritannien 16. Mexiko 0,1 2,2 8,1 21,0 55,7 59,0 62,7 61,3 1,9 32,0 34,8 36,9 51,1 59,1 62,2 60,0 59,1 1,8 10,5 34,8 45,5 108,4 72,1 69,6 59,7 57,1 1,8 11,2 25,7 27,1 37,8 53,6 54,2 54,9 55,3 1,7 17. VAE 0,8 7,5 20,1 38,4 50,3 50,2 48,8 51,0 1,6 18. Indien 19. Australien 20. Trinidad und Tobago 0,7 1,2 12,0 26,4 30,1 30,5 39,2 50,9 1,6 1,7 11,1 20,7 31,2 41,9 41,6 47,9 50,4 1,6 1,8 2,8 5,3 14,1 39,0 39,3 40,6 42,4 1,3

14 02 / Erdgas Was ist Erdgas? Lösung 5/5

15 03 / Erdgas Entstehung, Exploration, Förderung Lehrerinformation 1/3 Arbeitsauftrag Ziel Material Die Sch erfahren im Rahmen eines Referates wie Erdgas entsteht, entdeckt wird und schlussendlich zum Kunden gelangt. Sie fassen die Informationen mit Hilfe eines Arbeitsblattes zusammen. Die Sch erläutern den Entstehungsprozess korrekt. Sie sind in der Lage die Erdgasvorkommen und die zukünftige Versorgungslage korrekt zu beurteilen. Präsentation Arbeitsblatt Sozialform Plenum EA Zeit 45 Zusätzliche Informationen: Präsentation aus Lektion Erdöl die Entstehung von Erdöl Geschichte der neuen Erdgaspipeline von Russland nach BRD analysieren (Internet)

16 03 / Erdgas Entstehung, Exploration, Förderung Arbeitsblatt 2/3 Aufgabe: Verfolge das Referat und mach dir zu den wichtigsten Informationen Notizen. Bearbeite anschließend das vorliegende Arbeitsblatt und beantworte die Fragen. Erdgas von der Entstehung bis zum Kunden Frage Erklärung/Definition 1. Aus welchem Grund ist die Förderung von Erdgas zeitlich begrenzt? 2. Welche Parameter müssen gegeben sein, dass aus marinen Kleinstlebewesen Erdgas entstehen kann? 3. Was braucht es, damit Erdgasfelder entstehen können? Zeichne einen Erdquerschnitt mit den relevanten Gesteinsschichten und benenne diese. 4. In welchen Ländern / Regionen bestehen Erdgasvorkommen? Nenne die beiden größten. 5. Zähle die notwendigen Prozessschritte auf, um neue Erdgasfelder zu entdecken und zu bewirtschaften.

17 03 / Erdgas Entstehung, Exploration, Förderung Lösung 3/3 Lösung: Lösungshilfe: Anregung, wie die Aufgabe gelöst werden könnte, Lösungswege, Ideen etc. Frage Erklärung/Definition 1. Aus welchem Grund ist die Förderung von Erdgas zeitlich begrenzt? Die Erdgasvorkommen basieren auf dem Vergärungsprozess von Plankton, Algen und Pflanzen und aus dem stark auftretenden Druck der Gesteinsschichten. Die Gasreserven befinden sich in Erdgasfeldern, welche angebohrt werden. Die Anzahl dieser Felder auf dem Erdball ist beschränkt. Man geht davon aus, dass die Vorkommen für weitere 130 Jahre reichen. 2. Welche Parameter müssen gegeben sein, dass aus marinen Kleinstlebewesen Erdgas entstehen kann? Sauerstoffausschluss Hoher Druck Hohe Temperatur 3. Was braucht es, damit Erdgasfelder entstehen können? Zeichne einen Erdquerschnitt mit den relevanten Gesteinsschichten und benenne diese. 4. In welchen Ländern / Regionen bestehen Erdgasvorkommen? Nenne die beiden größten. Russland Mittlerer Osten 5. Zähle die notwendigen Prozessschritte auf, um neue Erdgasfelder zu entdecken und zu bewirtschaften. Voruntersuchung der Gesteinsschichten durch seismische Messungen Testbohrungen

18 Erdgas die freundliche Energie 03a / Erdgas

19 03a / Erdgas Wie entsteht Erdgas? Das heute genutzte Erdgas ist aus organischen Stoffen entstanden. Ausgangsmaterial waren abgestorbene Reste von Plankton und Algen flacher Urmeere, die auf den Meeresgrund absanken und dort von Bakterien zersetzt als Faulschlamm vergärten. Bei fortschreitendem Absinken des Meeresgrundes und zunehmender Überlagerung des Muttergesteins durch jüngere Sedimente bildeten sich unter wachsendem Druck und steigenden Temperaturen gasförmige Kohlenwasserstoffe. Plankton

20 03a / Erdgas Wie entsteht Erdgas? Erdgas entsteht also unter Zusammenwirken der folgenden Parameter: erhöhte Temperatur; hoher Druck; abgestorbene und abgesunkene marine Kleinstlebewesen Kerogen

21 03a / Erdgas Wie entsteht Erdgas? Ein anderes Erdgas-Ausgangsmaterial ist Kohle, welche vor allem aus Pflanzen aus früheren Erdzeitaltern - besonders aus dem Karbon - entstanden ist. Durch rasches Absinken des Erdbodens gelangte das pflanzliche Material in tiefere Erdschichten, wo es im sogenannten Inkohlungsprozess der Reihe nach in Torf, Braunkohle, Steinkohle und Anthrazit umgewandelt wurde. Während diesem Vorgang kam es zur Abspaltung gasförmiger Produkte, besonders von Methan. Torf Steinkohle Anthrazit

22 03a / Erdgas Wie entsteht Erdgas? Durch das Gewicht der überlagernden Schichten wurde das Muttergestein mit zunehmender Absenkung immer stärker zusammengedrückt. Dabei wurde Erdöl und/oder Erdgas ausgepresst. Erdöl und Erdgas stiegen über Risse und Hohlräume in höher gelegene, poröse Gesteinsschichten empor. Die Wanderung fand dort ein Ende, wo das poröse Gestein von undurchlässigen Deckschichten (etwa Ton) überlagert wurde. Zu grösseren Erdgas-Ansammlungen konnte es allerdings nur dort kommen, wo diese Deckschichten eine ausreichend mächtige Schicht aus Speichergestein (Sandstein, Dolomit, klüftige Kalke) nach oben abschlossen und eine so genannte Fangstruktur (Falle) vorhanden war.

23 03a / Erdgas Erdgasvorkommen Laufend werden neue Erdgas-Vorkommen entdeckt. Die statische Reichweite der sicher gewinnbaren Reserven beträgt zurzeit rund 63 Jahre. Die statische Reichweite aller bekannten und teilweise mit mehr Aufwand gewinnbaren Erdgas- Reserven beträgt rund 130 Jahre. Sicher gewinnbare Erdgasreserven in Billionen Kubikmeter, gesamt: 187,2 Quelle: Oil & Gas Journal, 2010

24 03a / Erdgas Wie wird Erdgas entdeckt? Für die Suche nach Erdgas-Lagerstätten (Exploration) und für das Erkunden ihrer Grösse wird die so genannte Seismik angewendet. Spezielle Sensoren, die Seismographen, registrieren die Ausbreitungsgeschwindigkeiten künstlich erzeugter Erschütterungen, die von den verschiedenen Gesteinsschichten reflektiert werden. Die Messdaten geben Aufschluss über die Gesteinsstrukturen bis in mehrere Tausend Meter Tiefe.

25 03a / Erdgas Wie wird Erdgas entdeckt? Lassen die seismischen Abklärungen den Schluss zu, dass es in der untersuchten Schicht Erdgas-Reserven hat, so werden Probebohrungen veranlasst. Bohrkopf

26 03a / Erdgas Förderung von Erdgas Erdgas wird auf dem Land (Onshore) und im Wasser (Offshore) gefördert. Auf dem Wasser werden die Bohrtürme auf Schiffen oder auf gigantischen Plattformen installiert. Diese bohren nun die Vorkommen an und führen das Gas schlussendlich in den Pipelines zusammen.

27 03a / Erdgas Förderung von Erdgas

28 03a / Erdgas Förderung von Erdgas Die grösste Bohrinsel der Welt die Sea Troll liegt vor der norwegischen Küste. Fertigstellung: 1995 Höhe: 472 m (vom Sockelboden bis zur Spitze des Gasfackelmastes) Wassertiefe am Standort: 303 m Projektkosten: 4,75 Mrd. US-Dollar

29 04 / Erdgas Transport von Erdgas Lehrerinformation 1/4 Arbeitsauftrag Die Sch erkennen die Art und Weise, wie Erdgas befördert wird. Sie lesen die Informationen und erstellen eine Zusammenfassung. Ziel Die Sch erkennen das ausgeklügelte Transportsystem von Erdgas. Material Informationstext Bildersammlung Sozialform EA Zeit 15 Zusätzliche Informationen: Was ist Gas? Aggregatszustände vorstellen und demonstrieren. Gasgesetzter Physik-Exkurs.

30 04 / Erdgas Transport von Erdgas AB 1: Lösung 2/4 Aufgabe: Lies den folgenden Text. Verfasse anschließend fünf Fragen zum Gelesenen. Stelle diese anschließend deinem Mitschüler / deiner Mitschülerin. Erdgasversorgung Das Erdgas wird von den Förderstätten in den Haushalt, in die Industrieanlagen oder an die Zapfsäulen für erdgasbetriebene Autos transportiert. Dieser Weg führt das Erdgas durch kilometerlange Röhrensysteme oder in flüssiger Form in Tankern über die Weltmeere! Pipelines Das geförderte Erdgas aus den Gesteinsschichten hat einen sehr hohen Eigendruck und fördert sich dadurch selber an die Oberfläche. Dieser Druck von bis zu 350 bar muss nun umgewandelt werden, so dass ein Transport durch die weitreichenden Pipeline-Netze möglich ist. Das europäische Netz der großen Erdgaspipelines misst ca km. In Deutschland beträgt der Druck in den Pipelines zwischen 64 und 70 bar. Die Pipelines liegen rund 1,5m unter der Oberfläche. Die Rohre sind aus Stahl und haben einen Durchmesser bis zu 1,5 m. Aus den Hochdruck-Transportleitungen gelangt das Erdgas über Druckreduzierstationen und in die lokalen Niederdruck-Verteilnetze (Druck kleiner 5 bar). Der Verteildruck beträgt je nach Verteilnetz und Zahl der Kunden zwischen 20 und 100 Millibar.

31 04 / Erdgas Transport von Erdgas AB 1: Lösung 3/4 Schiffe Erdgas kann auch mit Schiffen transportiert werden. Hierfür wird das Gas auf minus 162 Grad Celsius abgekühlt und so in seine flüssige Form gebracht. Das Volumen nimmt dabei um das 600-fache ab! Anschließend kann es mit speziellen Tankschiffen transportiert werden, wobei die tiefe Temperatur immer gehalten werden muss. Dieses so genannte LNG (Liquefied Natural Gas) wird dann in speziellen Umschlagterminals entladen und in Verdampfungsanlagen durch die Anpassung an die Außentemperatur wieder in den gasförmigen Zustand gebracht. So wird es dann ins internationale Pipeline-Netz eingespeist. Im Jahr 2009 wurden 27,7 % der Flüssigerdgastransporte durch LNG-Tanker durchgeführt. Diese Transportmöglichkeit für Erdgas gewinnt zunehmend mehr an Bedeutung. Aktuell werden bei steigender Tendenz mehr als 25 Prozent des weltweit transportierten Erdgases per LNG transportiert. Die rund 300 Tanker, die auf den Weltmeeren LNG transportieren, haben Ladekapazitäten von bis zu m 3 Flüssigerdgas pro Schiff! Besondere Bedeutung hat diese Art des Transportes allerdings aufgrund der geografischen Lage und den damit verbundenen langen Transportwegen sowie hohen Kosten für Offshore-Pipelines für Länder im Fernen Osten, etwa Japan. Zusammen mit Südkorea und Taiwan gehen fast 80 Prozent der globalen LNG- Exporte in diese asiatischen Wirtschaftsmächte, wobei Japan knapp die Hälfte davon bezieht!

32 04 / Erdgas Transport von Erdgas AB 1: Lösung 4/4 Achtung! Man darf Flüssigerdgas nicht mit Flüssiggas verwechseln! Hier die wesentlichsten Unterschiede: LNG/Erdgas Erdgas ist ein Naturprodukt und stammt aus unterirdischen Erdgasvorkommen. Diese entstanden über Jahrtausende durch die Vergärung von Pflanzen und kleinsten Lebewesen. Erdgas besteht zu über 90 % aus Methan (CH 4 ). Erdgas ist leichter als Luft. Zünd- und brennbar ist Erdgas bei einem Gasanteil von 5 15 % in der Luft, zur Zündung braucht es eine Temperatur von 650 Grad. Erdgas ist bis zu einer Temperatur von 162 Grad gasförmig. Bei tieferen Temperaturen wird es flüssig und verringert sein Volumen um den Faktor 600. Dann wird aus Erdgas verflüssigtes Erdgas, so genanntes LNG (Liquefied Natural Gas). Die Umwandlung von Erdgas in LNG braucht Energie, bei der Rückführung kann auch ein Teil dieser Energie wieder zurückgewonnen werden. Flüssiggas (LPG) Flüssiggas (in der Regel Propan/Butan) wird meist als Nebenprodukt bei der Herstellung von Benzin und Diesel gewonnen. Es ist bereits bei geringem Druck flüssig und kann in entsprechenden Behältern gelagert und transportiert werden, etwa in Campinggas-Flaschen und Tanks. Flüssiggas ist schwerer als Luft und kann sich beispielsweise in Kellerräumen ablagern. Die Zündtemperatur liegt tiefer als bei Erdgas, nämlich bei etwa 450 Grad. Flüssiggas, korrekte Bezeichnung Liquefied Petroleum Gases (LPG) führt im Jahr zu wesentlich mehr Unfällen als Erdgas. Meine fünf Fragen:

33 Transport von Erdgas Bildersammlung 03a / Erdgas

34 04a / Erdgas

35 04a / Erdgas

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37 04a / Erdgas

38 04a / Erdgas

39 04a / Erdgas

40 04a / Erdgas

41 05 / Erdgas Energiezahlen und Ökobilanzen Lehrerinformation 1/4 Arbeitsauftrag Die Sch vergleichen diese Angaben mit den Werten anderer Primärenergien (Öl, Sonne, Wind, Kernenergie) Ziel Die Sch können andere Primärenergien zum Vergleich beiziehen und die Relevanz von Erdgas aus ökonomischer und ökologischer Sicht abschätzen. Material Arbeitsblatt inkl. Lösungen Statistiken/Grafiken Kostenvergleiche Heizsysteme PC-Zugang Sozialform GA Zeit 30 Zusätzliche Informationen: Erklären des Begriffs Ökobilanz an eigenen Beispielen Diskussion um Begriff und Definition Nachhaltigkeit

42 05 / Erdgas Energiezahlen und Ökobilanzen Lösung 2/4 Aufgabe: Lies den folgenden Text und die aufgeführten Argumente. Äußere dich anschließend differenziert zur Stellung und Relevanz des beschriebenen Energieträgers im gesamten Energiemix. Verwende für die Beantwortung der Fragen die beiliegenden Statistiken und Grafiken oder weitere Zusammenstellungen zum Energiemix aus dem Internet. Erdgas: Vor- und Nachteile Der Mensch braucht Energie. Sei dies im Haushalt als Wärmeenergie, als Antrieb für die Mobilität oder für unzählige Anwendungen, die nur mit Elektrizität funktionieren. Erdgas ist ein wichtiger Energieträger, welcher auf unterschiedlichste Art und Weise eingesetzt werden kann. Ein wichtiger Gesichtspunkt in diesem Bereich ist die Umweltverträglichkeit der Energieträger und der Wirkungsgrad. Gerade in diesen Bereichen ist Erdgas eine vielversprechende Energie. Erdgas lässt sich als Primärenergie praktisch so einsetzen, wie es gefördert wird. Gewinnung, Reinigung und Transport von Erdgas benötigen nur wenig Energie. Sein Wirkungsgrad als Primärenergie liegt deshalb über 90 Prozent. Außer Strom aus Wasserkraft erreicht kein anderer Energieträger einen solchen Wert. Wirkungsgrad? Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von abgegebener Leistung (Pab = Nutzleistung) zu zugeführter Leistung (Pzu). Die dabei entstehende Differenz von zugeführter und abgegebener Leistung bezeichnet man als Verlustleistung. Der Wirkungsgrad wird mit η (Eta) bezeichnet. Er hat einen Wert zwischen 0 und 1 oder, in Prozent ausgedrückt, zwischen 0 und 100 %. Ökologische Vorteile von Erdgas keine emissionsverursachenden Umwandlungsprozesse unterirdischer Transport, also kein Schwerverkehr mit Lärm und Abgasen ungiftig für Mensch, Tier, Böden und Gewässer nahezu schwefelfrei frei von organisch gebundenem Stickstoff schadstoffarme Verbrennung vergleichsweise niedrige CO 2 -Emissionen kein Staub kein Ruß keine Schwermetalle keine Entsorgungsprobleme

43 05 / Erdgas Energiezahlen und Ökobilanzen Lösung 3/4 Die wichtigsten wirtschaftlichen Vorteile in Kürze Energiesparend dank Kondensations- und Modulationstechnologie sowie Wärmerückgewinnung Problemlos kombinierbar mit erneuerbaren Energien Kostengünstige und platzsparende Geräte für Heizung und Warmwasser-Aufbereitung Wenig Aufwand für Wartung und Unterhalt dank sauberer Verbrennung Keine Kosten für Tank und Tankraum Günstiger in der Gesamtkostenrechnung als Ölheizungen, Pellets und Wärmepumpen Gesicherte Versorgung durch langfristige Verträge mit verlässlichen Partnern und elf Einspeisestellen an den Landesgrenzen Komfortabel und bequem, immer vorhanden, wenn es gebraucht wird Erdgas-Vorräte für über 100 Jahre Fragen Beantworte die folgenden Fragen aufgrund der von dir untersuchten Statistiken und Grafiken. 1. Welchen Stellenwert nimmt Erdgas im Energiemix ein. Beurteile die aktuelle und die zukünftige Situation. 2. Erdgas wird als umweltfreundliche Energie angepriesen. Ist dem wirklich so? Äußere dich zu den Vergleichen mit den Ökobilanzen von anderen Energieträgern. 3. Der hohe Wirkungsgrad von Erdgas verspricht einen sehr effizienten Einsatz der Energie. Wie steht diese Primärenergie im Vergleich zu Erdöl, Wasserkraft, Solarenergie, Atomkraft und Windkraft?

44 05 / Erdgas Energiezahlen und Ökobilanzen Lösung 4/4 4. Energie sollte immer und überall zu Verfügung stehen. Wie sehen die Versorgungskapazität, die Lagerung und die Transportfähigkeit dieses Energieträgers im Vergleich zu Erdöl aus? 5. Den CO 2 -Ausstoss gilt es zu bekämpfen. Hierfür werden auch die Energieträger unter die Lupe genommen. Wie schneidet Erdgas in diesem Vergleich ab? Diskutiert die Ergebnisse in der Klasse!

45 05a / Erdgas Übersicht Nach wie vor ist heute das Mineralöl mit 35 Prozent der bei weitem wichtigste Energieträger der deutschen Energieversorgung. Erdgas zeigt mit ca. 23 Prozent als zweitwichtigster Energieträger in den letzten Jahren einen konstante Bedeutung im Verbrauch. Stein- und Braunkohle, zusammen 24 - %, mussten schrittweise Marktanteilsverluste hinnehmen, sind nun aber stabil. Die Steinkohle, heute überwiegend Importkohle hat sich stabilisiert und liegt mit 13,2% etwa auf dem Niveau der Kernenergie mit 12,5%. Erneuerbare Energien, in erster Linie Biomasse, Wind- und Wasserkraft, tragen immerhin schon mit fast 6 % zur Primärenergieversorgung in der Bundesrepublik bei (steigende Bedeutung).

46 CO 2 und Methan 05a / Erdgas

47 Erdgas Umwelt-Entlastung 05a / Erdgas

48 Energievergleiche 05a / Erdgas

49 Weltenergieverbrauch 05a / Erdgas

50 Heizsysteme 05a / Erdgas

51 05a / Erdgas Heizsysteme

52 05a / Erdgas Statistiken und Grafiken

53 05a / Erdgas Energievergleiche 1 m3 Erdgas = 0,846 Kg Heizöl 1,013 Liter Heizöl 10,04 kwh Elektrizität 0,0065 Ster Holz Fichte / Tanne 0,0050 Ster Holz Buche / Eiche 0,0113 m3 Holzschnitzel Fichte / Tanne 0,0088 m3 Holzschnitzer Buche / Eiche

54 05a / Erdgas Energievergleiche 1 kg Heizöl = 1,197 Liter Heizöl 1,181 m3 Erdgas 11,86 kwh Elektrizität 0,0077 Ster Holz Fichte / Tanne 0,0059 Ster Holz Buche / Eiche 0,0134 m3 Holzschnitzel Fichte / Tanne 0,0104 m3 Holzschnitzer Buche / Eiche

55 05a / Erdgas Energievergleiche 1 kwh = Quelle: VSG 0,1009 Liter Heizöl 0,0996 m3 Erdgas 11,86 kwh Elektrizität 0,00065 Ster Holz Fichte / Tanne 0,00050 Ster Holz Buche / Eiche 0,00113 m3 Holzschnitzel Fichte / Tanne 0,00087 m3 Holzschnitzer Buche / Eiche

56 05a / Erdgas Umrechungstabellen

57 05a / Erdgas Energieflussbild Deutschland

58 05a / Erdgas Primärenergie Deutschland

59 05a / Erdgas Primärenergieverbrauch: Energieträger

60 05a / Erdgas Primärenergie Deutschland

61 05a / Erdgas Energie Importabhängigkeit

62 Entwicklung der Erdgaseinfuhr in die Bundesrepublik Deutschland Bilanzen Grafik

63 Impressum Herausgeber Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) Frankfurter Straße Eschborn Ansprechpartner Referat 423, Mineralöl und Gase Telefon: Telefax: Bildnachweis BAFA, Seite 1

64 Entwicklung der Erdgaseinfuhr in die Bundesrepublik Deutschland (in TJ) Dänemark Frankreich Niederlande Norwegen Vereinigtes Königreich ehem. UdSSR/ Russland nicht ermittelte Länder Einfuhr, insgesamt 2010 * * * * * * * * * * * * Quelle: International Energy Agency, ab 1999 Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle * aus Datenschutzgründen werden Einfuhren aus Dänemark und Vereinigtes Königreich unter 'nicht ermittelte Länder' ausgewiesen

65 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2010 *) (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2010 in % +8,2-12,7 +5,1 +10,6 +0,6 +8,9-13,7 +8,2 +4,1 +43,3 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. / Gas Storage Europe BAFA: (06196) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher, 0 = keine nennenswerte Speicherbewegung BAFA: (06196) *) nachträgliche Firmenkorrekturen berücksichtigt

66 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2009 (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2009 in % -1,6-6,5 +2,0 +9,2 +14,2-12,0 +21,0-1,6-0,4-10,7 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. BMWi: (030) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher BAFA: (06196)

67 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2008 (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2008 in % +0,6-8,9 +4,7-9,8 +9,2 +6,4 +38,2 +0,6 +0,1 +4,5 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e. V. BMWi: (030) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher BAFA: (06196)

68 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2007 (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2007 in % -2,7-8,4-5,6-10,6-2,6-2,7-27,1-2,7-3,6 +5,2 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e. V. BMWi: (030) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher BAFA: (06196)

69 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2006 (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2006 in % +0,4-1,2 +2,9 +12,2-2,6 +3,5-7,5 +0,4-1,4 +18,2 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e. V. BMWi: (030) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher BAFA: (06196)

70 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2005 (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) BAFA Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2005 in % +3,4-3,4 +0,9-1,8 +5,7-2,8 +18,8 +3,4 +2,7 +11,8 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e. V. BMWi: (030) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher BAFA: (06196)

71 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2004 (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) BAFA Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2004 in % +0,6-7,5 +6,4 +16,2 +5,1 +4,9-13,2 +0,6-0,5 +14,7 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e. V. BMWA: (030) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher BAFA: (06196)

72 Aufkommen und Verwendung von Erdgas 2003 (Angaben in TJ 1), vorläufige Berechnungen) BAFA Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle Aufkommen Verwendung Gesamt Inlands- Import 3) Speicher- Gesamt Inlands- Export 3) gewinnung 2) Gesamt Niederlande Norwegen Russland Sonstige saldo 4) 5) verbrauch [1]=[2]+[3]+[8] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]=[1] [10]=[9]-[11] [11] Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Jan-Dez Jan-Dez Veränderung 2003 in % +5,7 +4,1 +4,0-5,7 +2,4 +11,9-5,7 +5,7 +5,8 +5,0 1) Anmerkung: Eine eindeutige Umrechnung in Volumeneinheiten (m³) ist wegen des unterschiedlichen Energiegehaltes von Erdgas aus verschiedenen Fördergebieten nur eingeschränkt möglich. 2) Quelle: W. E. G. Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. 3) Quelle: Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle; nicht enthalten sind Zugänge aus Norwegen für Transit Auskünfte erteilen: 4) Quelle: Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft e. V. BMWA: (030) ) Minuszeichen = Injektion in Speicher BAFA: (06196)