Die Struktur der Gashydrate © USGS

Seit Beginn der 70er Jahren dieses Jahrhunderts beschäftigen sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt mit der Erforschung von Gashydraten. Schnell wurde dabei die Bedeutung dieser Substanzen als Energiequelle der Zukunft offensichtlich. In den letzten beiden Dekaden konnte man dann – nicht zuletzt aufgrund der verbesserten Technik - das Wissen über Gashydrate erheblich ausweiten. Mittlerweile hat man zahlreiche Vorkommen erforscht und die physikalisch-chemische Struktur der Gashydrate dabei (fast) vollständig aufgeklärt.

Gashydrate sind feste, kristalline Substanzen, die sich bei niedrigen Temperaturen und hohem Druck aus einer Mischung von Gas und Wasser bilden. 90 Prozent der natürlich vorkommenden Hydrate enthalten das Erdgas Methan als zentrales Molekül, um das sich die Wassermoleküle käfigartig herumgruppieren. Die Begriffe Gashydrate und Methanhydrate werden deshalb häufig – nicht ganz korrekt - synonym verwendet. Denn es gibt durchaus noch andere hydratbildende Gase wie Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff und verschiedene andere Kohlenwasserstoffe.

Die notwendigen Druck-/Temperatur-Bedingungen für die Bildung von Methanhydraten sind in der Natur vor allem in den tieferen Bodenschichten der Permafrostgebiete - 200 bis 1000 Meter unter der Erdoberfläche - und an den Kontinentalhängen der Ozeane vorhanden. Dort wo das Wasser zwischen 500 und 3000 Metern tief ist, hat man an vielen Stellen Gashydrate im Meeresboden gefunden. Ändert sich einer der beiden Parameter Druck oder Temperatur entscheidend, zerfällt das Gashydrat schnell in seine Bestandteile.

Das für die Hydratbildung notwendige Gas Methan entsteht in der Natur bei der bakteriellen oder thermischen Zersetzung von organischem Material. Die Überreste abgestorbener Pflanzen und Tiere stellen hierfür die wichtigste Quelle dar. Nur wenn durch diesen Vorgang kontinuierlich Gas im Sediment erzeugt wird, kann sich mit der Zeit Methanhydrat in größerer Menge bilden.

Methanhydrat hat man in den Ozeanen vorwiegend in den Porenräumen der Bodensedimente entdeckt. Wissenschaftler haben mittlerweile aber auch ganze Schichten und "Klumpen" aus reinem Methanhydrat gefunden. Eine Dicke der Gashydratvorkommen von mehreren hundert Metern ist dabei keine Seltenheit. Da in den Gashydraten Wasser in reiner Form enthalten ist, wird das Meerwasser bei der Bildung der Hydrate vorab quasi "entsalzen".

Bei Messungen haben die Wissenschaftler festgestellt, dass Hydrate als starke Gaskonzentrierer wirken. Beim Zerfall von einem Volumen Hydrat entstehen bei einem Standardruck von 1013 mbar 164 Volumen Methan. Bei konventionellen Erdgaslagerstätten erreicht man erst in einer Tiefe von mehr als 1700 Metern ähnliche Werte.