Was ist Gas?
Eine Substanz ist dann ein Gas, wenn sich ihre Teilchen frei voneinander bewegen und den verfügbaren Raum gleichmäßig ausfüllen. Gasförmig ist neben fest und flüssig ein sogenannter Aggregatzustand.
Gas als Energieträger – Ein Blick auf die Geschichte
Es gibt verschiedene Gase wie beispielsweise Wasserstoff oder verschiedene Edelgase u.a. Xenon sowie Gasgemische u.a. Luft, natürliches Erdgas, Stadtgas oder Biogas.
Erdgas ist ein fossiler Brennstoff, der vor ca. 600 Mio. Jahren durch natürliche Prozesse entstanden ist. Erdgas ist farblos, ungiftig und geruchlos. Hauptbestandteil mit 75-99% ist Methan (CH4). Weitere Bestandteile in deutlich geringeren Anteilen sind z. B. Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2), Ethan, Ethen, Propan (C3H8), Butan (C4H10) und Edelgase.
Die Nützlichkeit von Erdgas wurde bereits früh entdeckt. Schon in der Antike kannten die Menschen Feuer, die von Gasen aus Erdspalten genährt wurden. Etwa 200. n. Chr. wurde in China Erdgas als Heiz- und Leuchtmittel durch Röhren aus Bambus geleitet und in Haushalten verwendet.
Auch in Nordeuropa waren brennbare Gase schon länger bekannt. Doch erst im 18. Jahrhundert gingen Forscher dieser Beobachtung gründlicher nach und entwickelten erste Gaslampen, die mit Gas aus Kohleverkokung funktionierten.
Im Jahr 1802 führte der schottische Ingenieur William Murdoch in Birmingham, einer Dampfmaschinenfabrik, die erste funktionierende Fabrikbeleuchtung mit sog. Leuchtgas oder Stadtgas öffentlich vor. Ab 1805, nur drei Jahre später, war Gas das allgemeine Beleuchtungsmittel der englischen Industrie.
„In der Korkenfabrik“, Gemälde einer mit Gaslampen ausgestatteten Manufaktur von einem unbekannten französischen Maler, um 1890
Stadtgas bestand aus einem Gasgemisch. Der Brennwert war wesentlich geringer als bei Erdgas. Da jedoch die Erdgasvorkommen in Deutschland begrenzt waren, musste zunächst die Technik und Infrastruktur entwickelt werden, Erdgas über lange Strecken sicher zu transportieren. Der Fund großer Erdgasvorkommen in den Niederlanden beschleunigte diese Entwicklung. Ende der 1970er Jahre löste schließlich Erdgas das Stadtgas in Westdeutschland und seit 1990 auch in Ostdeutschland immer mehr ab. Stadtgas wird seit 1995 in Deutschland nicht mehr verteilt.
Arbeitsauftrag 1
- Überprüfe dein Wissen. Tippe an: richtig oder falsch?
| richtig | falsch | |
| Die Nützlichkeit von Erdgas wurde zuerst in Großbritannien entdeckt. | ||
| Der Brennwert von Stadtgas war geringer als der von Erdgas. | ||
| Deutschland ist ein erdgasreiches Land. |
Gas – auch heute noch ein wichtiger Energielieferant
Der Bedarf an Energie in Deutschland ist nach wie vor groß. Jeden Tag heizen und kochen Menschen, beleuchten ihre Wohnungen und fahren von A nach B. Auch in der Industrie wird viel Energie benötigt. Gas spielt dabei eine große Rolle, um diesen Bedarf zu decken.
Nettowärmeerzeugung1) zur leitungsgebundenen Wärmeversorgung 20202) in Prozent
1) der Wärmeversorger sowie Einspeisungen von Industrie und Sonstigen
2) vorläufig
Quellen: Destatis, BDEW; Stand: 03/2021
Nettostromerzeugung 20201) in Prozent
1) vorläufig
Quelle: BDEW; Stand: 04/2021
Arbeitsauftrag 2
- Überprüfe dein Verständnis der Diagramme. Tippe an: richtig oder falsch?
| richtig | falsch | |
| Erdgas hat den höchsten Anteil an der Stromerzeugung und der Wärmeerzeugung. | ||
| Erneuerbare Energien haben den größten Anteil an der Wärmeversorgung. | ||
| Erdgas, Steinkohle und Braunkohle liefern zusammen weniger Energie zur Stromerzeugung als Erneuerbare. |
Die wichtigsten Gase heute
Erdgas
Bei Erdgas handelt es sich um ein Gasgemisch, dessen chemische Zusammensetzung je nach Fundstätte beträchtlich schwankt. Der Hauptbestandteil von Erdgas ist mit 75-99% jedoch immer Methan (CH4).
Erdgas entstand vor ca. 3 1/2 Mio. Jahren, als Massen von Kleinstlebewesen sich am Grund der Meere ablagerten und von Sand und Geröll bedeckt wurden. Ohne Sauerstoffzufuhr, unter hohem Drücken hohen Temperaturen wurden die organischen Bestandteile in gasförmige Kohlenwasserstoffe umgewandelt.
Die heute genutzten Erdgasvorkommen lagern in 1.000 und 7.000 Metern Tiefe.
Biogas
Biogas ist ein Gasgemisch, das durch die Vergärung von organischen Stoffen entsteht. Als organisches Ausgangsmaterial dienen nachhaltig und gewässerverträglich angebaute Energiepflanzen, tierische Exkremente (Gülle, Mist) sowie Abfall- und Reststoffe wie z. B. Speisereste.
Unter Ausschluss von Sauerstoff und Licht werden die Substrate mithilfe von Mikroorganismen aufgespalten und so Biogas produziert.
Die Zusammensetzung von Biogas ist sehr unterschiedlich; vor Aufbereitung besteht Biogas aus den Hauptkomponenten Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Der Methananteil beträgt 50-70 Prozent. Biogas ist nahezu CO2-neutral.
Mehr erfahrenWasserstoff
Wasserstoff (H2) – das häufigste Element in unserem Universum – kommt auf unserer Erde fast nur gebunden vor, zum Beispiel mit Sauerstoff (O2) als Wasser (H2O). Auch Methan (CH4), der Hauptbestandteil von Erdgas, sowie Erdöl sind wichtige wasserstoffhaltige Verbindungen, so genannte Kohlenwasserstoffe.
Da Wasserstoff auf der Erde jedoch nicht allein, sondern fast nur in Form von Verbindungen vorkommt, muss er mit Hilfe von Energie aus einem wasserstoffreichen Ausgangsstoff abgespalten werden. Als Ausgangsstoffe kommen unter anderem Erdgas, Erdöl, Biomasse oder Wasser in Frage.
Wird Wasserstoff aus Wasser gewonnen, kommt die Wasserstoffelektrolyse zum Einsatz. Stammt die Energie dafür aus Erneuerbaren Energien, ist dieser Wasserstoff CO2-neutral.
Mehr erfahrenArbeitsauftrag 3
- Überprüfe dein Wissen zu Erdgas, Biogas und Wasserstoff. Tippe an: richtig oder falsch?
| richtig | falsch | |
| Erdgas und Biogas entstehen unter Ausschluss von Sauerstoff | ||
| Methan ist der Hauptbestandteil von Wasserstoff. | ||
| Biogas und Wasserstoff können klimafreundlich gewonnen werden. |
Gasverteilung: Wie kommt das Gas zum Kunden?
Erdgas hat oft einen weiten Weg hinter sich, wenn es bei den Verbrauchern in Deutschland ankommt. Nur ein geringer Teil wird in Deutschland gefördert, das meiste Erdgas wird importiert: tausende Kilometer Pipelines transportieren es bis zu den Unternehmen und Haushalten. Ein allein in Deutschland rund 500 000 km langes Leitungsnetz gewährleistet, dass Erdgas in Deutschland stets dort zur Verfügung steht, wo es gebraucht wird. Es versorgt 20 Mio. Kunden aus Industrie, Gewerbe, Handel und Privathaushalten. Erdgas kann auch in Speichern zwischengelagert werden. Deutschland hat mit fast 50 Gasspeichern die größten Speicherkapazitäten Europas.
Die Wege für Biogas sind meist nicht so weit: Biogas kann aufbereitet und als Biomethan ins bestehende Gasnetz eingespeist werden. Häufig wird es auch direkt vor Ort in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Strom- und Wärmeerzeugung verwendet.
Das Erdgasnetz kann derzeit ca. 10% bis 20% Wasserstoff aufnehmen; geplant sind bis zu 100% für die Zukunft. Wasserstoff kann aber auch vor Ort in Blockheizkraftwerken zur Strom- und Wärmegewinnung eingesetzt werden oder verflüssigt auf LKW, Schienen oder Schiff transportiert werden.
Erdgasnetz Europa. Quelle: BDEW
Standorte der Untertage-Erdgasspeicher. Quellen: LBEG, BDEW; Stand: 03/2021
Arbeitsauftrag 4
- Überprüfe dein Wissen zur Gasverteilung. Tippe an: richtig oder falsch?
| richtig | falsch | |
| Gas kann verflüssigt und als Flüssiggas transportiert werden. | ||
| Deutschland verfügt über die größten Gasspeicher Europas. | ||
| Wasserstoff kann heute schon unbegrenzt ins Erdgasnetz eingespeist werden. |
Arbeitsfläche
- Kennst du die Antworten? Überlege und tippe die Karte an, um deine Antwort zu prüfen.
Wozu wurde das erste industriell gewonnene Gas verwendet?
Zur Beleuchtung in Fabriken
Welche drei klassischen Aggregatzustände gibt es?
fest, flüssig, gasförmig
In welchen Tiefen kann man Erdgas finden?
1000–7000 Meter
Welches ist das häufigste Element in unserem Universum?
Wasserstoff
Welches Land in Europa kann am meisten Gas speichern?
Deutschland
Nenne zwei methanhaltige Gase.
Erdgas, Biogas (auch z.B. Stadtgas, Deponiegas, Klärgas, Grubengas und andere wären mögliche Antworten)
Welches Gas kann aus Speiseresten gewonnen werden?
