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Untertagevergasung Als UTG bezeichnet man die Ausbeutung von Kohlelagerstätten durch unterirdische Vergasung SchemaStein

Untertagevergasung

Als Untertagevergasung (UTG) bezeichnet man die Ausbeutung von Kohlelagerstätten durch unterirdische Vergasung.

Schema

Steinkohlenflöze reichen oft bis in Teufen von mehreren 1000 m. Die kohleführenden Schichten des Oberkarbons in Mitteleuropa neigen sich nach Norden bis unter die Nordsee und erreichen eine Tiefe von bis zu 8.000 m. Da die Grenze für den konventionellen Steinkohlenbergbau wegen des geothermischen Gradients aber nur bei etwa 1.600 m liegt, sind mehr als 90 % der deutschen Kohlevorkommen mit herkömmlichem Bergbau nicht abbaubar. Darüber hinaus ist die Gewinnung im Tiefbau gegenüber der großflächigen Kohlegewinnung im Tagebau wie z. B. in Australien deutlich teurer. Solche Vorkommen können nur durch Untertagevergasung genutzt werden.

Die Verwendung von Luft oder Luft-Wasserdampf-Gemischen führt zur Produktion von Brenngas (meist Schwachgas), bei Verwendung von Sauerstoff-Wasserdampf-Gemischen als Vergasungsmittel entstehen Synthesegase.

Geschichte Bearbeiten

Patentbilder von Betts

Schon 1868 zog Carl Wilhelm Siemens und 1888 der russische Wissenschaftler D.I. Mendelejew die untertägige Kohlevergasung in Erwägung. Der amerikanische Ingenieur Anson G. Betts erhielt im Jahr 1910 drei Patente auf die Untertagevergasung. 1912 schlug William Ramsay in seiner Rede auf der International Smoke Abatement Exhibition vor, dass die Kohle nicht verbrannt, sondern vergast werden sollte. Dies verschaffte der Idee internationale Aufmerksamkeit. Dies führte dazu, dass Lenin 1913 in einem Prawda-Artikel auf Ramsay antwortete.

Ramsay war auch der erste, der in Durham, Großbritannien mit der Erforschung der Untertagevergasung begann. Wegen seines Tods 1916 kam es aber nicht zur Ausführung der Experimente. Die nächsten Versuche wurden erst wieder 1933/34 durch Kiritschenko in der Sowjetunion in der Krutowa-Mine im Moskauer Becken, in Lissitschansk im Donbass und in Schachty ausgeführt. Der Heizwert des produzierten Gases war jedoch sehr schlecht. 1934 kam ein Versuch in Leninsk, Kusbass, mit deutlich besserem Heizwert hinzu. Ab 1935 wurde in Gorlowka, Donbass eine Pilotanlage betrieben.

Ende der 1950er Jahre war das sowjetische UTG-Programm reif für den Einsatz im industriellen Maßstab. 1964 wurde jedoch aufgrund neu entdeckter großer Erdgaslagerstätten die Forschung zur Untertagevergasung zurückgefahren.

Erst die Energiekrise von 1973 führte dazu, dass im Westen mit öffentlichen Mitteln die Technologie erforscht wurde. Im ersten amerikanischen UTG-Programm 1946–1959 in Gorgas (Alabama) war das Electrolinking-Verfahren, also zwei Bohrungen durch Hochspannung, der einen schmalen Kanal freibrennt, zu verbinden, erfunden worden. Die zweite Phase 1973–1989 brachte große Durchbrüche für die Untertagevergasung. Wie in der UdSSR wurde sich aber die Erschließung oberflächennaher Vorkommen beschränkt. In Centralia (Washington) wurde 1983 das CRIP-Verfahren (englisch controlled retracting injection point) entwickelt, bei dem vom Injektionsbohrloch eine teilverrohrte Richtbohrung zu einem definierten Injektionspunkt führt.

Testort Kohleart Teufe [m] Betriebsdauer vergaste Kohlemenge [t] erzeugte Gasmenge [Mio. m3]
UdSSR
Podmoskowna Braunkohle 030–80 1947–1962 4.700
Angrenskaja Braunkohle 120–200 1962–1977 5.000.000 400–1.400
Juschno-Abinskaja Steinkohle 050–300 1055–1977(–1982) 1.600.000 6.700
USA
Hanna Braunkohle 085 1973–1979 (388 Tage) 17.300 63,56
Hoe Creek Braunkohle 050–120 1976–1979 (123 Tage) 5.100 12,18
Pricetown Steinkohle 270 1979 (12 Tage) 234 1,39
Rawlins Braunkohle 030 1979–1981 (101 Tage) 9.900 17,35
Centralia Braunkohle 075 1983 (30 Tage) 13.315 1,78
Hanna (Rocky Mountain I) Braunkohle 110 1987–1988 (80 Tage) 10.000 13,1
Europa
Thulin/Belgien Semi-Anthrazit 860 1986–1987 (200 Tage) 340 0,55

Versuche Bearbeiten

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In Europa:

  • 1981 in Bruay-en-Artois, Frankreich
  • 1983–1984 in La Haute Deule, Frankreich
  • 1982–198? in Thulin im Hennegau, Belgien
  • 1992–1999 in El Tremedal, Spanien

Kommerzielle Projekte Bearbeiten

Jährliche Produktion in den USA

Die erste kommerzielle Anlage läuft seit 1961 in Angren (Usbekistan). In den USA wird seit den 1980er Jahren im Black Warrior Basin (Alabama) und im Powder River Basin Coal Bed Methane gefördert.

Weltweit:

Coal Bed Methane Bearbeiten

Zusammensetzung der Kohleflözgase in Abhängigkeit von der Gewinnungsart
Bestandteil unverritzte Kohle (CBM) aktives Bergwerk (CSM) stillgelegtes Bergwerk (CMM)
Methan (CH4) 90–95 Vol.-% 25–60 Vol.-% 30–95 Vol.-%
Kohlendioxid (CO2) 2 – 4 Vol.-% 1–6 Vol.-% 1–15 Vol.-%
Kohlenmonoxid (CO) 0 Vol.-% 0,1–0,4 Vol.-% 0 Vol.-%
Sauerstoff (O2) 0 Vol.-% 7–17 Vol.-% 0 Vol.-%
Stickstoff (N2) 1–8 % 4–40 % 5 – 32 %

Coal Bed Methane (CBM) ist das durch eine Bohrung im unverritzten Gebirge freigesetzte Flözgas. Im Gegensatz dazu wird das Flözgas, das in Bergwerken auftritt, als Grubengas bezeichnet. Prinzipiell unterscheidet man verschiedene Formen von Kohlegasen. Als Kohleflözgase bezeichnet man auf natürliche Weise entstandene Kohlegase. Hierzu zählen das Flözgas sowie das Grubengas. Des Weiteren gibt es noch die Gase, die durch die eigentlichen Grubenarbeiten des Kohleabbaus entstehen: zum einen das Coal Seam Methane (CSM), das durch den aktiven Bergbau freigesetzt wird; zum anderen das Coal Mine Methane (CMM), das auch noch Jahre nach der Stilllegung einer Grube austreten kann.

Wurden die Grubengase in früheren Zeiten wegen ihrer Explosivität gefürchtet, begann man bereits Anfang des 20. Jahrhunderts in Deutschland mit ihrer energetischen Nutzung als Brennstoff. Die Länder mit den weltweit größten Vorkommen an Kohleflözgasen sind China, Russland, die USA und Kanada.

Weblinks Bearbeiten

Commons: Flözgasgewinnung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Dieter Osteroth: Von der Kohle zur Biomasse. 1. Auflage. Springer, 1989, ISBN 978-3-540-50712-3, S. 119–124.
  2. ↑ Heinrich Wilhelm Gudenau, Helmut Knappstein, Klaus Guntermann, Florian Fuhrmann, Rainer Zechner: Forschungsaktivitäten zur Untertagevergasung von Steinkohle in großer Teufe. In: Die Naturwissenschaften. Band 76, Nr. 6, Juni 1989, S. 237–242, doi:10.1007/bf00368632.
  3. Patent US947608: Method of utilizing buried coal. Angemeldet am 27. Dezember 1906, veröffentlicht am 25. Januar 1910, Erfinder: Anson G. Betts.‌,
    Patent UK21674.‌
  4. ↑ Alexander Y. Klimenko: Early Ideas in Underground Coal Gasification and Their Evolution. In: Energies. Band 2, Nr. 2, Juni 2009, S. 456–476, doi:10.3390/en20200456 (PDF).
  5. Where in the world?
  6. Coalbed Methane in the Powder River Basin, Wyoming and Montana: An Assessment of the Tertiary-Upper Cretaceous Coalbed Methane Total Petroleum System
  7. Ergo Exergy: εUCG Technology S. 4.
  8. Klassifikation der Kohleflözgase, abgerufen am 12. Februar 2013.
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Als Untertagevergasung UTG bezeichnet man die Ausbeutung von Kohlelagerstatten durch unterirdische Vergasung SchemaSteinkohlenfloze reichen oft bis in Teufen von mehreren 1000 m Die kohlefuhrenden Schichten des Oberkarbons in Mitteleuropa neigen sich nach Norden bis unter die Nordsee und erreichen eine Tiefe von bis zu 8 000 m Da die Grenze fur den konventionellen Steinkohlenbergbau wegen des geothermischen Gradients aber nur bei etwa 1 600 m liegt sind mehr als 90 der deutschen Kohlevorkommen mit herkommlichem Bergbau nicht abbaubar Daruber hinaus ist die Gewinnung im Tiefbau gegenuber der grossflachigen Kohlegewinnung im Tagebau wie z B in Australien deutlich teurer Solche Vorkommen konnen nur durch Untertagevergasung genutzt werden 1 2 Die Verwendung von Luft oder Luft Wasserdampf Gemischen fuhrt zur Produktion von Brenngas meist Schwachgas bei Verwendung von Sauerstoff Wasserdampf Gemischen als Vergasungsmittel entstehen Synthesegase 2 Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Versuche 3 Kommerzielle Projekte 4 Coal Bed Methane 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenPatentbilder von Betts nbsp nbsp nbsp Schon 1868 zog Carl Wilhelm Siemens und 1888 der russische Wissenschaftler D I Mendelejew die untertagige Kohlevergasung in Erwagung 2 Der amerikanische Ingenieur Anson G Betts erhielt im Jahr 1910 drei Patente auf die Untertagevergasung 3 1912 schlug William Ramsay in seiner Rede auf der International Smoke Abatement Exhibition vor dass die Kohle nicht verbrannt sondern vergast werden sollte Dies verschaffte der Idee internationale Aufmerksamkeit Dies fuhrte dazu dass Lenin 1913 in einem Prawda Artikel auf Ramsay antwortete 4 Ramsay war auch der erste der in Durham Grossbritannien mit der Erforschung der Untertagevergasung begann Wegen seines Tods 1916 kam es aber nicht zur Ausfuhrung der Experimente Die nachsten Versuche wurden erst wieder 1933 34 durch Kiritschenko in der Sowjetunion in der Krutowa Mine im Moskauer Becken in Lissitschansk im Donbass und in Schachty ausgefuhrt Der Heizwert des produzierten Gases war jedoch sehr schlecht 1934 kam ein Versuch in Leninsk Kusbass mit deutlich besserem Heizwert hinzu Ab 1935 wurde in Gorlowka Donbass eine Pilotanlage betrieben 4 Ende der 1950er Jahre war das sowjetische UTG Programm reif fur den Einsatz im industriellen Massstab 1964 wurde jedoch aufgrund neu entdeckter grosser Erdgaslagerstatten die Forschung zur Untertagevergasung zuruckgefahren 4 Erst die Energiekrise von 1973 fuhrte dazu dass im Westen mit offentlichen Mitteln die Technologie erforscht wurde Im ersten amerikanischen UTG Programm 1946 1959 in Gorgas Alabama war das Electrolinking Verfahren also zwei Bohrungen durch Hochspannung der einen schmalen Kanal freibrennt zu verbinden erfunden worden Die zweite Phase 1973 1989 brachte grosse Durchbruche fur die Untertagevergasung Wie in der UdSSR wurde sich aber die Erschliessung oberflachennaher Vorkommen beschrankt In Centralia Washington wurde 1983 das CRIP Verfahren englisch controlled retracting injection point entwickelt bei dem vom Injektionsbohrloch eine teilverrohrte Richtbohrung zu einem definierten Injektionspunkt fuhrt 4 Testort Kohleart Teufe m Betriebsdauer vergaste Kohlemenge t erzeugte Gasmenge Mio m3 UdSSRPodmoskowna Braunkohle 0 30 80 1947 1962 4 700Angrenskaja Braunkohle 120 200 1962 1977 5 000 000 400 1 400Juschno Abinskaja Steinkohle 0 50 300 1055 1977 1982 1 600 000 6 700USAHanna Braunkohle 0 85 1973 1979 388 Tage 17 300 63 56Hoe Creek Braunkohle 0 50 120 1976 1979 123 Tage 5 100 12 18Pricetown Steinkohle 270 1979 12 Tage 234 1 39Rawlins Braunkohle 0 30 1979 1981 101 Tage 9 900 17 35Centralia Braunkohle 0 75 1983 30 Tage 13 315 1 78Hanna Rocky Mountain I Braunkohle 110 1987 1988 80 Tage 10 000 13 1EuropaThulin Belgien Semi Anthrazit 860 1986 1987 200 Tage 340 0 55Versuche BearbeitenIn diesem Artikel oder Abschnitt fehlen noch wichtige Informationen Hilf der Wikipedia indem du sie recherchierst und einfugst In Europa 1981 in Bruay en Artois Frankreich 1983 1984 in La Haute Deule Frankreich 1982 198 in Thulin im Hennegau Belgien 1992 1999 in El Tremedal SpanienKommerzielle Projekte Bearbeiten nbsp Jahrliche Produktion in den USADie erste kommerzielle Anlage lauft seit 1961 in Angren Usbekistan 5 In den USA wird seit den 1980er Jahren im Black Warrior Basin Alabama und im Powder River Basin 6 Coal Bed Methane gefordert Weltweit 7 Chinchilla Queensland Australien Kingaroy Australien Majuba SudafrikaCoal Bed Methane BearbeitenZusammensetzung der Kohleflozgase in Abhangigkeit von der Gewinnungsart Bestandteil unverritzte Kohle CBM aktives Bergwerk CSM stillgelegtes Bergwerk CMM Methan CH4 90 95 Vol 25 60 Vol 30 95 Vol Kohlendioxid CO2 2 4 Vol 1 6 Vol 1 15 Vol Kohlenmonoxid CO 0 Vol 0 1 0 4 Vol 0 Vol Sauerstoff O2 0 Vol 7 17 Vol 0 Vol Stickstoff N2 1 8 4 40 5 32 Coal Bed Methane CBM ist das durch eine Bohrung im unverritzten Gebirge freigesetzte Flozgas Im Gegensatz dazu wird das Flozgas das in Bergwerken auftritt als Grubengas bezeichnet Prinzipiell unterscheidet man verschiedene Formen von Kohlegasen Als Kohleflozgase bezeichnet man auf naturliche Weise entstandene Kohlegase Hierzu zahlen das Flozgas sowie das Grubengas Des Weiteren gibt es noch die Gase die durch die eigentlichen Grubenarbeiten des Kohleabbaus entstehen zum einen das Coal Seam Methane CSM das durch den aktiven Bergbau freigesetzt wird zum anderen das Coal Mine Methane CMM das auch noch Jahre nach der Stilllegung einer Grube austreten kann 8 Wurden die Grubengase in fruheren Zeiten wegen ihrer Explosivitat gefurchtet begann man bereits Anfang des 20 Jahrhunderts in Deutschland mit ihrer energetischen Nutzung als Brennstoff Die Lander mit den weltweit grossten Vorkommen an Kohleflozgasen sind China Russland die USA und Kanada Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Flozgasgewinnung Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Deutsche MontanTechnologie Flozgas Memento vom 6 September 2011 im Internet Archive abgerufen am 12 Februar 2013 Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe Flozgas abgerufen am 12 Februar 2013 coal gas auf clarke energy abgerufen am 18 Dezember 2014 Kohlevergasung untertage als Energiequelle der Zukunft auf scinexx de abgerufen am 18 Dezember 2014 Utilization of Unmined Coal Centennial of the Invention 2010 Einzelnachweise Bearbeiten Dieter Osteroth Von der Kohle zur Biomasse 1 Auflage Springer 1989 ISBN 978 3 540 50712 3 S 119 124 a b c Heinrich Wilhelm Gudenau Helmut Knappstein Klaus Guntermann Florian Fuhrmann Rainer Zechner Forschungsaktivitaten zur Untertagevergasung von Steinkohle in grosser Teufe In Die Naturwissenschaften Band 76 Nr 6 Juni 1989 S 237 242 doi 10 1007 bf00368632 Patent US947608 Method of utilizing buried coal Angemeldet am 27 Dezember 1906 veroffentlicht am 25 Januar 1910 Erfinder Anson G Betts Patent UK21674 a b c d Alexander Y Klimenko Early Ideas in Underground Coal Gasification and Their Evolution In Energies Band 2 Nr 2 Juni 2009 S 456 476 doi 10 3390 en20200456 PDF Where in the world Coalbed Methane in the Powder River Basin Wyoming and Montana An Assessment of the Tertiary Upper Cretaceous Coalbed Methane Total Petroleum System Ergo Exergy eUCG Technology S 4 Klassifikation der Kohleflozgase abgerufen am 12 Februar 2013 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Untertagevergasung amp oldid 225508672 Coal Bed Methane