Bei allen Anstrengungen zur Erschließung alternativer Energiequellen werden wir uns noch lange nicht von fossilen Energien verabschieden können. Davon geht sogar der Weltklimarat aus. Für eine relativ lange Übergangszeit muss man daher versuchen, zumindest die Förderung und Verbrennung der fossilen Brennstoffe klimaneutraler zu gestalten. Daran arbeiten unter anderen Wissenschaftler an der Montanuniversität Leoben.
Der Bericht des Weltklimarates von 2014 beschreibt mehrere Energie- und Klimaszenarien. Diese reichen von „sehr optimistisch“ bis „business as usual“. Selbst im günstigsten Szenario, bei dem es gelingt, die Erderwärmung auf 2 Grad Celsius zu begrenzen, gehen die Experten des Klimarates davon aus, dass im Jahr 2100 der Großteil der Energie aus fossilen Quellen kommt. Das heißt, dass in 80 Jahren noch mehr als 50 Prozent der Primärenergie aus Erdöl und Erdgas und Kohle gewonnen werden. Gleichzeitig wird der Gesamtenergieverbrauch am Ende des 21. Jahrhunderts höher sein als heute, was einerseits der wachsenden Bevölkerungszahl, andererseits einem steigenden Lebensstandard geschuldet ist.
„Wir dürfen nicht nur die Situation in Österreich oder Europa betrachten, wo eine Energiewende wesentlich schneller vorangehen kann als in anderen Teilen der Welt. Energie und Klima sind ein globaler Komplex“, erläutert Univ.-Prof. Holger Ott, Inhaber des Lehrstuhls für Reservoir Engineering am Institut für Petroleum Engineering an der Montanuni Leoben.
„Sie können generell zwei Ansätze wählen. Sie können am Ausbau erneuerbarer Energien arbeiten – also unser zukünftiges Energiesystem gestalten – oder sie arbeiten am momentanen Problem und gehen der Frage nach: Wie gehe ich in dieser Übergangszeit mit den einhergehenden Auswirkungen auf Umwelt und Klima um – ich denke, dass diese Aufgabe mindestens ebenbürtig mit der Frage nach dem Ausbau alternativer Energien ist. Wenn wir über Übergangszeiten sprechen, reden wir über viele Jahrzehnte bis weit ins nächste Jahrhundert hinein.“
„Ich möchte an dieser Stelle nicht falsch verstanden werden – der Ausbau alternativer Energien muss gleichzeitig mit maximaler Geschwindigkeit erfolgen, wenn wir Erfolg haben wollen“, sagt Ott. Als Gesellschaft müssten wir alles tun, um das Problem CO2 in den Griff zu bekommen. „Natürlich kann Energie nachhaltig produziert und zur Verfügung gestellt werden, aber das ist eine Frage der Zeit, der Ressourcen und des Willens zur Umsetzung.“
In diesem Zusammenhang sei eine weiterhin wesentliche Aufgabe der Petroleum-Ingenieure, die Förderungsmethoden zu verbessern. „Heute gelten Lagerstätten oft als erschöpft, wenn noch 50 Prozent oder mehr Öl im Reservoir vorhanden sind. Das ist ungenutztes Potenzial, das aber oft nur mit hohem technischem Aufwand genutzt werden kann. Wir arbeiten dabei an der Entwicklung effizienterer und umweltverträglicher Alternativen.“ Durch den Eigendruck könne man im Durchschnitt 20 Prozent des Öls aus dem Boden fördern, sagt der Physiker und Reservoir-Ingenieur. Anschließend müsse man Wasser oder Gas in das Reservoir injizieren, um weiter fördern zu können. Irgendwann reiche auch das nicht, dann kämen chemische und thermische Methoden zum Einsatz, um das Öl im Untergrund zu mobilisieren. Diese Methoden seien aber nicht immer wirtschaftlich und umwelttechnisch sinnvoll.
Die Wirtschaftlichkeit dieser Fördermethoden, so Ott, hänge letztlich vom Ölpreis ab. Sinke dieser zu stark, würde sich manches nicht mehr lohnen. „Ein Problem ist, dass der Ölpreis nicht so sehr technisch bestimmt ist, sondern weitestgehend politisch. „Ein gutes Beispiel sei Saudi-Arabien, das die Förderung massiv erhöht habe, um den Weltmarktpreis zu drücken und so das Fracking in den USA unrentabel zu machen. Hier sieht Ott allerdings einen Wandel kommen: „Je aufwendiger das Öl zu produzieren ist, desto stärker wird der Preis technisch bestimmt sein.“
Bald zu Ende gehende Öl- und Gasvorräte sieht der Wissenschaftler jedenfalls nicht. In den bereits entwickelten Lagerstätten sei potenziell noch genug für viele Jahrzehnte vorhanden. Wenn diese Ressourcen einmal aufgebraucht seien, könnte man immer noch verstärkt unkonventionelle Ressourcen nutzen oder neue Vorkommen z.B. in der Arktis erschließen. „Die Frage ist allerdings: Zu welchem Preis und wollen wir das?“
Das Schlüsselwort beim Beitrag der Petroleum-Ingenieure zum Klimaschutz ist für Ott Dekarbonisierung. „Wenn wir über fossile Energieträger reden, dann führt nicht nur die Verbrennung zu Emissionen von Treibhausgasen. Zum einen haben wir das Problem, dass die Produktion von Öl und Gas selbst energieaufwendig ist. Mit der Erschließung neuer, eher unkonventioneller Kohlenwasserstoffressourcen steigt die technische und energetische Herausforderung – the easy oil is gone, wie man so schön sagt. Dieser energetische Aufwand kann direkt in einen CO2-Fußabdruck umgerechnet werden. Dekarbonisierung fossiler Brennstoffe fängt also nicht erst bei der Verbrennung an, sondern schon wesentlich früher im Prozess.“
Die Verbrennung von Öl und Gas sei eigentlich eine enorme Verschwendung eines wertvollen Rohstoffs. Geschehe diese Verbrennung aber zentral, etwa in einem Kraftwerk, habe das auch Vorteile. „Es handelt sich dann um eine sogenannte Punktquelle, in der das bei der Verbrennung entstehende CO2 im Abgas konzentriert vorliegt. „Wir können es relativ leicht abscheiden und in tiefen geologischen Reservoirs lagern, entweder permanent – das wäre dann CO2-Sequestration oder zur späteren Nutzung.“
Mit der CO2-Sequestration in tiefen Gesteinsschichten könne man sogar einen negativen CO2-Fußabdruck erreichen. „Durch den Anbau von Biomasse kann man das Treibhausgas aktiv aus der Atmosphäre entfernt. Nutzt man die Biomasse dann zur Energiegewinnung und scheidet das entstehende CO2 ab, kann es in den geologischen Kreislauf zurückgeführt werden.“ Die geologische Speicherung sei nachhaltiger als alle anderen Formen der CO2-Speicherung. „Aufforstung zum Beispiel bindet ein CO2-Molekül für durchschnittlich rund hundert Jahre, eine ähnliche Zeitspanne wie seine durchschnittliche Aufenthaltsdauer in der Atmosphäre. Um einen Netto-Speichereffekt zu erhalten, muss ein CO2-Molekül aber wesentlich länger im Speicher als in der Atmosphäre verweilen. Bei der geologischen Speicherung reden wir über Jahrtausende und Jahrmillionen.“
All diese Themen, erklärt der Petroleum-Ingenieur, hätten viele Gemeinsamkeiten. „Um aus tiefen Lagerstätten Öl zu produzieren oder CO2 einzupressen, muss man die Reservoirs finden, charakterisieren und mittels Tiefbohrtechnik erschließen. Wir müssen in der Lage sein, Fluide zu fördern oder einzupressen und man muss vorhersagen können, was im Untergrund geschieht und eine Strategie entwickeln, damit wir die Lagerstätten möglichst effektiv nutzen – das ist die Expertise meines Departments.“
Ein Teil der Forschungsaktivitäten sei relativ unabhängig von der Art der Anwendung. So arbeite man in Leoben an „digital rock physics“, der Digitalisierung von porösen Gesteinsstrukturen mittels bildgebender Methoden wie der Computertomografie, um an den digitalen Strukturen Strömungssimulationen durchzuführen. Damit hofft man schneller und statistisch robuster an Daten für eine Modellierung von großräumigen Reservoirprozessen zu kommen. „Solche Methoden lassen sich allgemein im Reservoir Engineering auf verschiedenste Probleme anwenden“ sagt Ott.
Weitere Aspekte des Petroleum Engineerings sind für den Wissenschaftler an der Montanuniversität die großtechnische Speicherung erneuerbarer Energie mittels Wasserstoff oder die Wandlung von Wasserstoff und CO2 zu „erneuerbarem Erdgas“. Erdgasreservoirs seien dafür grundsätzlich gut geeignet. „Über Technologien wie die CO2-Speicherung, die Wasserstoffspeicherung und die Geothermie integrieren wir die Bereiche der fossilen und erneuerbaren Energien und machen damit unser Energiesystem nachhaltiger.“
Auch wenn die Erdölwirtschaft in der öffentlichen Wahrnehmung nicht immer gut dastehe, seien Forschung und Entwicklung in diesem Bereich immens wichtig, ist der Leobener Universitätsprofessor zutiefst überzeugt. „Uns Petroleum-Ingenieuren kommt eine Schlüsselrolle im Kampf gegen den Klimawandel zu. Mit einem Abschluss in Petroleum Engineering besitzen Absolventen das Rüstzeug, diese Schlüsselposition in der Energiewende auszufüllen und die essenziellen Herausforderungen zu meistern. Leider werden wir meist eher mit dem Problem als mit der Lösung assoziiert – das muss man dann einfach aushalten.“
Kontakt
Department Petroleum Engineering
Montanuniversität Leoben
Parkstraße 27, A‑8700 Leoben
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Foto: Holger Ott, Inhaber des Lehrstuhls für Reservoir Engineering am Institut für Petroleum Engineering an der Montanuni Leoben
Fotocredit: Harald Tauderer
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