Erdgas weiter auf dem Vormarsch

Durch die „Schiefer-Revolution“ in den USA wird Erdgas immer billiger – wobei diese Revolution im Rest der Welt noch gar nicht stattgefunden hat. Es ist wie so oft in freien Märkten, die durch neue Technologien entstandene Schwemme in einem Winkel der Welt drückt weltweit auf die Preise. Durch die verringerten Preise entstehen neue Anwendungsgebiete, wie z. B. in der Stromerzeugung (Gasturbinen mit Abhitzekesseln) oder beim Transport (Diesel-Gasmotoren). Diese zusätzliche Nachfrage wiederum, facht die ganze Entwicklung weiter an, auch wenn man durch künstliche Zäune – wie in Deutschland – versucht die Preise hoch zu halten. Technischer Fortschritt läßt sich nicht durch Ideologie aufhalten. Wer sich dem entgegenstemmt, wird untergehen.

Erdgas hat allerdings einen entscheidenden Nachteil gegenüber Öl: Als Gas ist seine Dichte sehr gering (etwa 0,72 kg pro m3) und damit auch sein auf das Volumen bezogener Energiegehalt (etwa 10 kWh pro m3, was nur etwa einem Liter Diesel entspricht.). Es blieb damit nur die Rohrleitung als Transportmöglichkeit, was aber ein äußerst starres System ergibt: Der Brenner der Heizung im Keller muß lückenlos mit dem Gasfeld (im fernen Sibirien) verbunden sein. Gibt es keinen Gasanschluss, kann man auch kein Erdgas nutzen. Soviel nur zum Thema „Abschaffung der Ölheizungen wegen Klima“. Die geringe Energiedichte bringt aber noch einen weiteren entscheidenden Nachteil für die Energiewirtschaft mit sich: Die Speicherung ist sehr aufwendig und ebenfalls sehr kapitalintensiv. Diese negative Eigenschaft hat Erdgas übrigens mit sog. „regenerativen Energien“ gemeinsam, was deren geplante Ergänzung durch Erdgas (Dunkelflaute) besonders delikat macht.

Eine handelsübliche Druckgasflasche aus Stahl, mit einem Volumen von 50 Litern und einem Fülldruck von 300 bar, wiegt 75 kg (nackt, ohne Ventil etc.). Sie kann 15 m3 Erdgas speichern und wiegt damit befüllt knapp 86 kg. Die gespeicherte Energie beträgt rund 150 kWh oder anders ausgedrückt: Auf die gesamte Masse bezogen, nur rund 15% der von Dieselkraftstoff. So viel zu der Schnapsidee „wegen Klima fahren wir bald mit Power to Gas“. Bei Wasserstoff sieht die Sache übrigens noch viel schlechter aus, da Wasserstoff nur 30% des Heizwertes pro Volumen von Erdgas besitzt. Noch Fragen, warum die deutschen Automobilhersteller aus der Wasserstoffnutzung ausgestiegen sind? Wenn man ein Auto ohne Benzin oder Diesel bauen soll, erscheint einem die Lithium-Ionen-Batterie geradezu als Rettung – solange man es nicht selbst fahren muß.

Erdgas zur Stromerzeugung

Erdgas verdrängt in den USA (momentan) Kohle als Brennstoff der Wahl. Die Stromerzeugungskosten setzen sich wesentlich aus den Fixkosten (Baukosten, Lebensdauer, Verzinsung, Arbeitsausnutzung, Personal etc.) und den Brennstoffkosten zusammen. Ein Kohlekraftwerk ist im Bau und Betrieb wesentlich teuerer als ein Kombikraftwerk mit Gasturbine und Abhitzekessel (bei gleichem Umweltschutzstandard). Dieser Nachteil müßte durch billige Kohle kompensiert werden. Trotz aller (vermeintlichen) Vorteile, kann man ein Gaskraftwerk nur bauen, wenn am gegebenen Standort auch allzeit genug Gas zur Verfügung steht – ein passendes Rohr allein, ist noch nicht hinreichend. Erdgaspreise unterliegen starken saisonalen Schwankungen. Ursache ist der Sektor Gebäudeheizungen. Die Heizungen müssen auf jeden Fall im Winter bedient werden. Deshalb bezahlen die Heizungskunden auch nahezu vollständig das erforderliche Rohrleitungsnetz und die Erdgasspeicher. Kraftwerke können zwar im Sommer – wenn kaum Erdgas verbraucht würde – sehr günstig einkaufen. Besonders an kalten Tagen müssen sie aber extrem hohe Preise bezahlen oder werden sogar abgeschaltet. Diese Tatsache macht aus der schönen neuen Welt der „umweltschonenden Gaskraftwerke“ als Backup für Windmühlen und Photovoltaik lediglich eine Fata Morgana. Man könnte auch sagen: Annalena verschiebt die „Speicherung von Strom im Netz“ lediglich durch „Power to Gas in das (angeblich) vorhandene Gasnetz“.

Kryotechnik

Will man mehr Erdgas einsetzen, braucht man ein weiteres Transport- und Speichersystem welches örtlich unabhängig ist und eine hohe Energiedichte besitzt. Die großtechnische Lösung ist die Verflüssigung durch Unterkühlung auf unter -162°C. Durch diesen Phasenwechsel von Gas auf flüssig verringert sich das Ursprungsvolumen auf den sechshundertsten Teil und erreicht damit immerhin 60% des Energiegehalts von Diesel. Schlagartig ist es auch in Fahrzeugen (Schiffe und LKW, bald auch Lokomotiven) einsatzbereit. Es muß nur noch zu den Häfen, Autobahntankstellen und Bahnbetriebswerken gelangen. Bisher geschieht der Transport von LNG (flüssiges Erdgas) fast ausschließlich durch spezielle Tankschiffe (über sehr große Entfernungen) und Tankwagen auf der Straße im Nahbereich. Es fehlt bisher noch das mittlere Glied für größere Mengen (z. B. abgelegene Kleinstädte, Industrieanlagen, Kraftwerke usw.) auf größeren Strecken. Hierfür bietet sich die Eisenbahn an. In den USA werden bereits über 30% aller Güter zwischen den Städten und dem Ex- und Import mit der Eisenbahn transportiert. Sie gilt dabei als besonders umweltfreundlich, da sie 2017 im Schnitt mit einer Gallone Diesel eine Tonne Fracht 479 Meilen weit transportiert hat. Rechnet man das auf einen LKW (40-Tonner mit 25 to Nutzlast) um, dürfte der gerade einmal etwas mehr als 12 Liter (und nicht zwischen 30 und 40 Litern) auf 100 km verbrauchen. So ist es nicht verwunderlich, daß Donald Trump im April eine Verordnung erließ, den Transport von LNG in Eisenbahntankwagen zu ermöglichen. Hintergrund ist die Steigerung der Kapazität zur Verflüssigung von Erdgas um 939% im Zeitraum zwischen 2010 und 2018 durch die Inbetriebnahme neuer Terminals für den Export – Tendenz weiter stark steigend. Mit anderen Worten, es steht genug verflüssigtes Erdgas in den USA zur Verfügung, es muß nur noch zu den potentiellen Verbrauchern im Inland gelangen.

DOT-113 C140W Eisenbahntankwagen

Bisher durfte verflüssigtes Erdgas (LNG) nur mit der Bahn in den USA transportiert werden, wenn eine Sondergenehmigung vorlag und es in eigenen Spezialbehältern abgefüllt war. So ist natürlich kein Massentransport möglich. LNG konnte nur mit Spezialtankwagen auf der Straße transportiert werden. Mit zunehmender Menge kommen damit die Nachteile bezüglich Umweltbelastung, Sicherheit und Kosten zum Tragen. Demgegenüber ist der Massentransport nicht nur von Mineralölen, sondern auch von technischen Gasen mittels Kryotankwagen vom Typ DOT-113 seit Jahrzehnten bei den amerikanischen Eisenbahnen erprobt. Gleichwohl gab es erstmal einen Aufschrei bei den einschlägig bekannten „Umweltschutzorganisationen“. Da alle Trends mit zeitlicher Verzögerung über den Atlantik nach Europa schwappen, erscheint es sinnvoll, hier schon heute etwas näher darauf einzugehen.

Ein solcher Kryotankwagen ist nach dem Prinzip der Thermosflasche gebaut. Der eigentlich Tank besteht aus mind. 5 mm starkem Edelstahl (Type 304 oder 304L stainless steel nach ASTM A240/A240M gefertigt). Edelstahl ist notwendig, da normaler Stahl nicht die tiefe Temperatur von -162,2 °C aushält (Versprödung). Die äußere Hülle besteht aus mind. 11 mm dickem Kohlenstoffstahl. Sie ist die eigentliche Schutzhülle bei Unfällen. Zwischen beiden Hüllen besteht Vakuum und eine zusätzliche Isolierung gegen Strahlung (Mylar). Die Isolierung muß so gut sein, daß der tägliche Druckanstieg nur 3 psig (0,2 bar) beträgt. Der Tankwagen muß mindestens 45 Tage unterwegs sein können, bevor er beginnt Gas abzublasen. Er ist also während des Transports hermetisch abgeschlossen und es gelangt kein Erdgas in die Umgebung. Um dies zu erreichen, dürfen die Tankwagen nur mit 32, 5 Gewichtsprozenten beladen werden und bei Transportbeginn höchstens einen Druck von maximal 15 psig (1,034 bar) aufweisen. Der Trick, mit der unvermeidlich von außen eindringenden Wärme fertig zu werden, besteht also darin, stets im Nassdampfgebiet zu verbleiben. Es verdampft beständig eine entsprechende Menge des flüssigen Erdgases – wodurch dieses sich selbst kühlt – und steigt als Dampf in den Gasraum oberhalb der Flüssigkeit auf. Dadurch steigt natürlich der Druck im Behälter an. Um ein platzen zu verhindern, verfügt der Tankwagen über mehrere Sicherheitsventile, die gegebenenfalls den Druck kontrolliert abbauen. Dies geschieht schon bei etwa der Hälfte des Berstdruckes für den inneren Behälter. Bei der äußeren Hülle ist das Auslegungskriterium ein Mindestdruck von 2,6 bar gegen das Einbeulen (Vakuum im Zwischenraum).

Beim Umgang mit LNG ist Schutzkleidung zu tragen. Schon Spritzer (Augen) können wegen ihrer „Kälte“ schwere Verletzungen verursachen. Läuft LNG aus, verbreitet es sich schnell auf Boden oder Gewässern und fängt sofort an zu sieden. Der Dampf kann mit der Luft im Bereich zwischen 5% bis 15% ein zündfähiges Gemisch bilden. Geschieht die Zündung unmittelbar, entsteht ein Flächenbrand. Steigt die Gaswolke auf, kann sie einen Feuerball mit einer maximalen Temperatur von 1330 °C bilden. Ihre Zündgeschwindigkeit ist aber so gering, daß im Freien daraus keine Explosion resultiert. Anders sieht es aus, wenn die Gase z. B. in ein Gebäude oder einen Tunnel eindringen. Ein Tankwagen kann nicht explodieren, selbst wenn ein anderer neben ihm brennt. Bei Überhitzung würden die Sicherheitsventile abblasen. Selbst beim Versagen aller Sicherheitsventile ist eine physikalische Explosion infolge eines hohen Wärmeeintrages (BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion) auszuschließen. Für Züge mit solchen Wagons gelten darüberhinaus zahlreiche besonderen Betriebsvorschriften: Begrenzung der Geschwindigkeit außerhalb von Siedlungen auf 80 km/h und in der Nähe auf 64 km/h, regelmäßige Überwachung etc.

Wo kommt das viele Gas her?

Die USA sind Dank der Politik von Donald Trump zum größten Ölproduzenten aufgestiegen. Viele (Rußland, Saudi-Arabien usw.) hatten gehofft, daß bei einem Ölpreis von 50 bis 60 $/bbl die „Shale-Revolution“ in sich zusammenbrechen würde. Angefangen hat diese Revolution mit der Förderung von Schiefergas aus der Marcellus-Formation an der Ostküste, ist aber sehr schnell auf die Ölgebiete in Texas und New Mexico übergesprungen. Damit gibt es eine weitere sprudelnde Erdgasquelle in der Form von Begleitgas. In Texas waren die Erdgaspreise im letzten Jahr sogar negativ und man mußte wieder zum Abfackeln übergehen. Dies ist aber wegen der Umweltverschmutzung nur eingeschränkt erlaubt.

In den USA ist die Ölindustrie – völlig anders als in Rußland oder dem arabischen Raum – eher mittelständisch geprägt. Es gibt über 9000 Produzenten. Es geht eher zu, wie in der Software-Branche: Unzählige Erfinder und Glücksritter probieren ständig neue Ideen aus. Manche werden reich, viele gehen Pleite und unzählige werden von den ganz großen aufgekauft um ihre Erfindungen schnellstmöglich besser zu verwerten. So hat die international tätige Occidental die regionale Anadarko aus Texas geschluckt und so auf einen Schlag zusätzlich 25 000 Quellen und eine Beteiligung an weiteren 100 000 Quellen im Schiefergeschäft hinzugewonnen. Dies ist die eine Richtung der Kostensenkung durch Skaleneffekte. Die andere Richtung geht über den Hinzugewinn an Technologie und Daten. Die Ölindustrie ist neben dem Militär einer der entscheidenden Entwickler und Anwender des maschinellen Lernens – in Deutschland gern als künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet. Die Ölindustrie hat traditionell schon immer gewaltige Datenmengen gesammelt und versucht auszuwerten. Diese harren nun der Nutzung für z. B. automatisierte Bohrungen. Die Fortschritte sind atemberaubend, so konnte allein in den drei Schiefer-Becken Eagle Ford, Bakken und Permian die Förderung von 1,5 auf 7 Millionen Barrel Öläquivalent pro Tag gesteigert werden – wohl gemerkt, in den letzten sechs Jahren. Durch die Anwendung von Technik und Wissenschaft konnte die Entölung von anfänglich 5–10% auf 20% gesteigert werden. Das führt zu dem Paradox von gleichzeitig steigender Förderung bei wachsenden Vorräten – mit der Konsequenz stark fallender Produktionskosten.

Anmerkung

Es werden weltweit noch immer große Mengen Erdgas einfach abgefackelt. Durch die Entwicklung der Erdgasverflüssigung (LNG) sind neue Transportwege und Absatzmärkte erschlossen worden. Solche Kuriositäten wie Nord Stream oder die Schwarzmeer-Pipeline werden wohl zukünftig nie mehr gebaut werden. Jetzt geht es um den konsequenten Aufbau von LNG-Lieferketten vom Supertanker über die Eisenbahn bis hin zum Tankwagen auf der Straße für die abgelegensten Ecken. Dann kann erstmalig nach der Erfindung von Benzin und Diesel ein neuer Kraftstoff in den Verkehrssektor als Alternative eindringen. Entscheidend ist nur der Preis und der sieht sehr verlockend aus (Aktuell kostet LNG knapp die Hälfte von Rohöl ab Corpus Christi). In den USA baut man bereits ein Tankstellennetz für LKW auf dem Autobahnnetz auf. In allen großen Häfen kann bereits LNG gebunkert werden.

Seltene Filmschätze

Das Internet vergisst nie, sagt man. Leider gilt das für Filmschätze aus der Welt davor, nicht unbedingt. Es gibt aber eine Reihe von Leuten, die alte Photos und Schmalfilme digitalisieren und der Allgemeinheit über das Internet wieder zugänglich machen. Ein solches Beispiel ist der Mitschnitt von Vorträgen von Galen Winsor aus den 1980er Jahren. Leider sind scheinbar nur diese drei noch vorhanden:

The Nuclear Scare Scam | Galen Winsor

Wer Englisch kann, sollte sich dieses Dokument nicht entgehen lassen. Er bekommt in 90 Minuten den Einblick in eine Welt, die völlig anders ist, als die in deutschen Medien dargestellte.

Der Zeitzeuge Galen Winsor

Galen Winsor wurde 1926 geboren und verstarb 2008. Er war 32 Berufsjahre mit der Wiederaufbereitung und Gewinnung von Plutonium beschäftigt. Erst im militärischen Komplex von Hanford und später in der Entwicklung für General Electric (GE). Als Pensionär zog er durch Amerika und hielt Vorträge gegen die herrschende „Atompolitik“, die er für gänzlich falsch hielt. Er wurde zum Wanderprediger für die Nutzung abgebrannter Brennstäbe. Für alle, die erst nach der Erfindung des Internet geboren wurden oder sich nicht mehr an die Urzeit erinnern mögen: Es gab nur Zeitungen, Radio und Fernsehen als Massenmedien. Wer eine andere Meinung, als die der Verleger und Intendanten vertrat, dem blieben nur Flugblätter und Vorträge. Schon ein Buch zu drucken und zu vertreiben, war nicht ganz einfach. Vielleicht war dies ein (wesentlicher) Grund, warum es gelang, eine (damals noch relativ neue) Technologie so zu verteufeln und zu diskreditieren.

Galen Winsor ist eine gewisse Verbitterung anzumerken. Eine sarkastische Bemerkung jagt die nächste. Er kann und will nicht verstehen, warum – was er für den Fortschritt schlecht hin hält – so bekämpft und abgelehnt wird. Ein bischen Verschwörungstheorie hilft dabei den Frust erträglicher zu machen: „Big Oil“ und „Big Coal“ stecken dahinter. Sie sind die wahren Gegner der Kerntechnik, die um ihre Monopolstellung fürchten. „Atomkraftgegner“ sind nur unwissende und willfährige Hilfstruppen in diesem Milliardenspiel. Ein Standpunkt, der sich heute eher verstärkt.

Galen Winsor verkörpert den Urtypus des freiheitlichen Amerikaners: Voller Misstrauen gegenüber Washington. Er geht voller Begeisterung nach Hanford in die Plutoniumproduktion. 1945 (mit 19!) auf einem Zerstörer im Pazifik unterwegs, bedeutet für ihn der Einsatz als Beobachter bei einem Atombombentest nichts weiter, als ein „Erst mal weg von der Front“. Überwältigt von der Explosion, erkennt er sofort, daß dies die „fehlende Rückfahrkarte“ in die Heimat bedeutet. Von nun an, will er alles wissen und verstehen über Kerntechnik. Er studiert Chemie und fängt schon in der Wiederaufbereitungsanlage in Hanford an, bevor er noch sein Studium abgeschlossen hat. Dort arbeitet er mit „blossen Händen“ mehrere Jahre mit Plutonium. Er ist noch in hohem Alter stolz darauf, daß alle genau wussten, was sie taten und deshalb kaum Unfälle zu verzeichnen waren. An dieser Stelle sei nur daran erinnert, daß der Mann 82 geworden ist und nicht etwa an Krebs gestorben. Alle, die immer noch an das Märchen von „Millionen Toten in Tschernobyl und Fukushima als Spätfolgen“ glauben, sollten nicht versäumen, sich das Video anzuschauen.

Er fängt an mit dem System zu brechen, als immer mehr Bürokraten ihm vorschreiben wollen, welche Dosis er einzuhalten habe und ihm bei Kritik unverhohlen mit Rausschmiss drohen. Irgendwann läßt er sich von GE abwerben, um eine zivile Wiederaufbereitungsanlage zu bauen. Es gelingt ihm, wesentliche Prozeßschritte zu automatisieren. Ein wesentlicher Fortschritt im Strahlenschutz gegenüber der Anlage in Hanford. Als man ihn zwingt, die Dosisleistung noch einmal um den Faktor zehn zu verringern, wird er rebellisch und schwimmt durch das Brennelementebecken.

Galen Winsor ein Irrer oder ein moderner Eulenspiegel?

Ist es nicht ein totaler Irrsinn, durch ein Brennelementebecken mit 170 to abgebrannter Brennstäbe zu schwimmen? Arbeitsrechtlich ja, physikalisch nein. Solch ein Abklingbecken gleicht in der Tat einem Schwimmbecken. Es ist nur tiefer. Das Wasser dient der Kühlung der Brennelemente und der Abschirmung der Strahlung. Die Wassertiefe ist so groß bemessen, daß die Strahlung am Beckenrand auch längere Arbeitsaufenthalte erlaubt. Ob man da nun rein steigt und los schwimmt, ist ziemlich unerheblich. Man sollte nur nicht zu den Brennelementen runter tauchen. Zu allem Überdruss hat sich Wilson auch noch zwei Liter Wasser abgefüllt und getrunken. Auch das keine Hexerei: Brennstäbe sind sicher eingeschweißt. Das Wasser im Becken wird ständig überwacht. Also weit aus weniger Risiko, als wenn jemand von der „Generation Gesamtschule“ mit Fahrradhelm auf dem Kopf, über eine rote Ampel fährt. Interessant die Reaktion seines Arbeitgebers GE: Verbot der Nutzung als (beheiztes) Schwimmbecken, da sonst die Gefahr bestünde, daß Brennelemente gestohlen werden könnten. Strahlung als eine Art Voodoo-Schutz-Zauber?

Besonders gefürchtet waren die Demonstrationen von „Radioaktivität“ in Winsor’s Vorträgen. Unvergesslich die Szene, in der er die Reste von Uranoxid von seiner Handfläche leckt. Ebenso die Nutzung eines Stücks abgereicherten Urans als „Feuerstahl“. Besser konnte er keine „Atomexperten“ vorführen. Die Staatsmacht reagierte prompt: Eine Spezialeinheit durchsuchte sein Haus und beschlagnahmte alle radioaktiven Proben um ihn angeblich vor sich selbst zu schützen. Einen Mann, der jahrzehntelang im Staatsdienst mit Plutonium umgegangen war und sich offensichtlich bester Gesundheit erfreute. Die Staatsmacht toleriert manches, aber wenn man sie der Lächerlichkeit preisgibt, hört sofort jeder Spaß auf – egal ob in Moskau oder Washington.