Methan nutzen statt abfackeln

Nicht nur im St. Galler Untergrund schlummert Methan, das für die Energieversorgung genutzt werden könnte. Weltweit fällt immer mehr Methan an, doch wird das Gas oft abgefackelt. Die ETH Zürich plant, Methan in Methanol umzuwandeln.

Bruno Knellwolf
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Eine Gasflamme in der Wüste auf dem Khurais-Ölfeld in Saudi-Arabien. (Bild: epa/Ali Haider)

Eine Gasflamme in der Wüste auf dem Khurais-Ölfeld in Saudi-Arabien. (Bild: epa/Ali Haider)

Mit Methan lässt sich einiges anstellen. Es ist ein häufig vorkommendes und billiges Gas. Deshalb war da die Hoffnung, aus dem gescheiterten Geothermie-Projekt in St. Gallen wenigstens die in der Tiefe schlummernden Gasreserven als Energie nutzen zu können. Daraus wird wohl nichts, das Bohrloch soll gemäss dem St. Galler Stadtrat versiegelt werden. Die Wirtschaftlichkeit der Gasförderung konnte nicht erwiesen werden.

Dem hat die Schweizerische Erdöl AG jüngst widersprochen. Deren Experten vermuten mehr Gasreserven als von der Stadt vermutet, weshalb eine kostendeckende Erdgasförderung demnach möglich wäre. Noch ist das Loch nicht zugeschüttet, eine allerdings recht teure Langzeitstudie wäre noch möglich.

Ungenutzte Überschüsse

Im Kanton Thurgau wird geprüft, ob man Methan zur Energiespeicherung nutzen könnte. Und zwar im «Power-to-Gas»-Verfahren. Dabei wird Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu Methan umgewandelt und als Brenngas gespeichert. Damit liesse sich ein Problem der Wind- und Solarenergie lösen, die unstetig anfallen und sich nur schlecht speichern lassen. So geht viel Energie verloren, weil die Stromüberschüsse nicht genutzt werden können.

Viel Methan geht aber auch direkt verlustig. Weltweit werden auf Erdölfeldern und in Raffinerien riesige Mengen davon einfach verbrannt, obwohl es als Energie und als Ausgangsstoff für die chemische Industrie geeignet wäre. Vor allem wenn es in flüssige Form umgewandelt wird – in Methanol, das sich noch leichter speichern und transportieren lässt. «Auf Satellitenaufnahmen der nächtlichen Erde ist der mittlere Osten hell erleuchtet. Wegen der Methanabfackelung auf den Ölfeldern», sagt Jeroen van Bokhoven, Professor für heterogene Katalyse an der ETH Zürich.

Damit wären wir wieder bei den St. Galler Gasreserven und der Wirtschaftlichkeit. Denn auch global ist es derzeit zu wenig rentabel, das Gas in die einfacher zu transportierende Flüssigkeit Methanol zu überführen. Das ist auch ein Grund für den verschwenderischen Umgang mit Methan. Dabei gilt die einfache direkte Umwandlung von Methan in Methanol als die Traumreaktion vieler Chemiker, wie van Bokhoven erklärt. Doch die heutige industrielle Umwandlung in Methanol ist teuer und aufwendig. Sie funktioniert über einen Zwischenschritt mit der Produktion von Synthesegas.

Da wegen der weltweit zunehmenden Förderung von Schiefergas immer mehr Methan anfällt, ist eine neue Lösung gesucht. Eine solche hat vor kurzem die ETH Zürich vorgestellt: Mit dem Ziel, den Traum einer einfachen, direkten und wirtschaftlichen Umwandlung von Methan in Methanol zu erfüllen, wie die ETH schreibt.

Die Methode geht von einem bestehenden Verfahren aus, das allerdings nur im Labor funktioniert. Mit Hilfe von kristallinen kupferhaltigen Silizium-Aluminium-Verbindungen, Zeolithen, als Katalysatoren ist eine direkte Umwandlung bereits heute möglich. Um den Katalysator zu aktivieren für den gewünschten zyklischen Prozess sind allerdings sehr hohe Temperaturen nötig. Bis zu 450 Grad Celsius.

Verbrennung verhindern

Das hat einen Haken, denn die eigentliche Reaktion von Methan mit Sauerstoff zu Methanol darf nicht bei Temperaturen stattfinden, die bedeutend höher sind als 200 Grad. Sonst verbrennt das entstehende Methanol direkt. Der Reaktionsbehälter muss daher immer wieder geheizt und gekühlt werden, weshalb es dieser Ansatz nie aus den Forschungslabors hinaus in die Industrie geschafft hat.

Die ETH-Forscher nutzten nun einen Trick, womit der Reaktionszyklus auch bei konstanten 200 Grad stattfinden kann. Sie verwenden Methan mit einem sehr viel grösseren Druck. Noch ist die neue Methode in der Industrie noch nicht eins zu eins anwendbar. Noch müsse weiter geforscht werden, vor allem an anderen Typen von Katalysatoren, welche sich für die neue Tieftemperatur-Hochdruck-Methode eignen könnten. Dann wäre es mit der Verschwendung von Methan vielleicht vorbei.