M2X Energy beendet klimaschädliches Flaring in der Öl- und Gasförderung

• Noch immer ist das das Abfackeln von Methan bei der Öl- und Gasförderung, auch Flaring genannt, gängige Praxis. Das verhindert zwar, dass Methan in die Atmosphäre gelangt, verursacht aber dennoch erhebliche klimaschädliche Emissionen
• M2X Energy arbeitet an einer kostengünstigen technologischen Alternative, mit der das Methan stattdessen in Methanol umgewandelt werden kann – ein vielseitig einsetzbarer Rohstoff für klimafreundliche Kunststoffe, Holzwerkstoffe oder Kunstfasern
• Erste Prototypen von M2X sind als Aufbauten für Traktoranhänger konzipiert, um schnell an jedem Ort einsatzbereit zu sein. So können sie dazu beitragen, die angestrebte Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen 

Die Emissionsbilanz fossiler Treibstoffe ist bekanntermaßen verheerend. Das Problem beginnt bereits bei der Herstellung. Allein im Jahr 2021 gelangten durch die Öl- und Gasförderung 240 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre. Diese Treibhausgase werden beim Flaring freigesetzt, die bei der Erdölförderung anfallen. An dieser klimaschädlichen Ressourcenverschwendung hat sich bis zuletzt kaum etwas geändert – hauptsächlich, weil normalerweise die Infrastruktur fehlt, um das Gas gewinnbringend zu vermarkten.

Darüber hinaus ist die Öl- und Gasindustrie für ein Viertel der anthropogenen Methanemissionen verantwortlich, die wiederum 20 % der gesamten weltweiten Treibhausgasemissionen ausmachen. Über den Globus verteilt finden sich 16.000 Gasfackeln, mit denen das austretende Methan verbrannt und somit in CO2 umgewandelt wird. Da das Treibhauspotenzial von Methan kurzfristig um ein Vielfaches größer ist als das von Kohlenstoffdioxid, mildert das Flaring von Methan die Klimaauswirkungen der Erdölförderung.

Doch nicht alle halten das Flaring deshalb für die beste Lösung. Einen Schritt weiter denkt beispielsweise Diana Alcala, Vice President of Business Development bei M2X Energy. Sie weiß, dass „Gasfackeln nie einhundertprozentig effizient sind“. So zeigen neue Untersuchungen, dass lediglich 92 % des Methans beim Flaring verbrannt werden. Bisher ging man davon aus, dass 98 % zu CO2 oxidiert werden. Nicht zuletzt deshalb arbeitet das Start-up daran, Begleitgas stattdessen in Methanol umzuwandeln und damit Erzeugnisse wie klimafreundliche Kunststoffe, Holzwerkstoffe und synthetische Fasern herzustellen.

Die Investmentfirma Breakthrough Energy Ventures finanziert, gründet und fördert Unternehmen, die Treibhausgasemissionen reduzieren oder vermeiden. Das Unternehmen rief 2020 auch M2X Energy ins Leben, um die Umwandlung von Methan aus Begleitgas deutlich kostengünstiger, schnell skalierbar und flexibler zu machen.

Begleitgasverwertung auf Rädern statt Flaring

Zu diesem Zweck entwickelt M2X Energy eine modulare, mobile Anlage, die auf einem Anhänger montiert ist und das Begleitgas in flüssiges Methanol umwandeln soll, sodass sich nicht nur die Klimabilanz verbessert, sondern auch ein gefragtes chemisches Rohmaterial produziert und eine nachhaltigere Rohstoffbasis für die Kunststoffindustrie eröffnet werden kann. Das Unternehmen wird von der Autodesk Foundation unterstützt und konstruiert seine Prototypen für erste Versuche mit Autodesk Inventor und Vault. Die Anlagen werden dabei so konzipiert, dass sie auf einem Standard-Traktoranhänger Platz finden. Wenn es nach M2X ginge, sollten alle Gasfackeln bei der Erdöl- und Gasförderung durch derartige Systeme ersetzt werden.

Einem Bericht der Global Methane Initiative zufolge wird im Vergleich zu den Werten von 2020 im Jahr 2030 weltweit 9 % mehr Methan freigesetzt werden. Die auf die Öl- und Gasförderung zurückgehenden Methanemissionen werden bis dahin voraussichtlich um 11 % steigen. Für die Umwandlung von überschüssigem Methangas in nützliche Verbindungen steht traditionell das Verfahren der Dampfreformierung zur Verfügung. Dieses Aufbereitungsverfahren wird bei niedrigem Druck sowie einer hohen Temperatur zwischen 750 °C und 1000 °C unter Einwirkung eines Katalysators durchgeführt. Durch die Reaktion des Dampfes mit dem Methan entstehen Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Es handelt sich um ein komplexes und teures Verfahren, das in der Regel neben einem konstanten Gasfluss und einer bestimmten Gaszusammensetzung auch eine Pipeline-Infrastruktur erfordert, mit der das Methan zur Anlage transportiert werden kann. Dementsprechend ist der kleinste Anlagentyp bei diesem Verfahren fünfmal so groß wie die Einheit von M2X und lässt sich auch nicht transportieren.

„Mit den kleinen modularen Einheiten kann M2X auch Fackeln mit schlechter Infrastruktur erreichen“, erklärt Alcala. „Für Betreiberunternehmen solcher Anlagen kann M2X eine logistisch vernünftige und kostengünstige Alternative zum Abfackeln von Begleitgas bieten.“

Standardisierung hält Kosten niedrig

Um seine Technologie preiswerter und mobiler als bisherige Lösungen zu machen, greift M2X auf bewährte Technik zurück. Die mobile Konversionsanlage von M2X leitet das anfallende Begleitgas aus einer Öl- oder Erdgasbohrung über eine Leitung in einen Verbrennungsmotor ein. Dafür kommt ein handelsüblicher Dieselmotor zum Einsatz, der für den Betrieb mit Methan umgerüstet wurde. Der Motor übernimmt die Reformierung und wird mit einem reichhaltigen Kraftstoffgemisch betrieben, dem die Luft entzogen wird, um ein Synthesegas zu erzeugen. Dieses Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff wird dann verdichtet und dem Prozess der Methanolsynthese zugeführt. Das Resultat ist flüssiges 90- bis 95-prozentiges Methanol. Um auf variierende Gasdurchflüsse zu reagieren, kann der Motor mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden. Als Energiequelle dient das Methangas selbst.

M2X plant, seine modularen Einheiten zunächst für die Herstellung von Methanol einzusetzen. Die Technik könnte aber auch angepasst werden, um mit den Anlagen Verbindungen wie Ammoniak oder Wasserstoff zu erzeugen. „Es sind verschiedene Endprodukte vorstellbar, was für eine gewisse Flexibilität sorgt“, erklärt Alcala. Durch den Einsatz von serienmäßigen Standardkomponenten hält M2X die Anfangskosten niedrig und kann Skaleneffekte nutzen. „Der von uns verbaute Verbrennungsmotor ist ein kostengünstiges technisches Massenprodukt und heute so günstig wie nie“, so Alcala.

In Sachen Verbrennungsmotoren macht M2X so schnell niemand etwas vor: Chief Technology Officer Josh Browne hat während seiner Zeit als Ingenieur und Teamchef in der NASCAR Erfahrungen mit Hochleistungsmotoren gesammelt. Der in den NASCAR-Serien vertretene Rennstall Richard Childress Racing (RCR) aus North Carolina leitet außerdem die Motorenentwicklung des Unternehmens. Um die Technologie der Reformierung und insbesondere der Katalyse zu erforschen, die in der mobilen Methananlage zu Gewinnung von Methanol aus dem Syngas nach der Dampfreformierung im Verbrennungsmotor ablaufen soll, arbeitet M2X außerdem mit dem Florida Solar Energy Center an der University of Central Florida zusammen. In 2023 will M2X einen praxistauglichen Prototyp in den Öl- und Gasfeldern von North Dakota einsetzen.

Methanol eignet sich als chemischer Ausgangsstoff für viele Zwecke. Es ist ein Hauptbestandteil von Kunststoffen, Klebstoffen und Holzwerkstoffen wie Sperrholz sowie von synthetischen Fasern. Methanol ist Hauptbestandteil von Biodiesel und findet zunehmend in der Herstellung von klimafreundlicheren Schiffstreibstoffen Verwendung.

Das Geschäftsmodell von M2X sieht vor, den Öl- und Gasfeldbetreibern das Methan abzunehmen und das daraus hergestellte Methanol zu vermarkten. Somit erbringen die mobilen Methanumwandlungseinheiten eine Dienstleistung, die den Betreibern selbst das Risiko erspart, das mit neuen Technologien einhergeht. Große Öl- und Gasunternehmen könnten auch eigene Anlagen erwerben. „Unser Angebot soll den Betreiberunternehmen bewusst flexible Optionen bieten“, erklärt Alcala.

Übergangstechnologie auf dem Weg in eine klimafreundliche Zukunft

Fossile Energieträger werden in einer emissionsfreien Zukunft definitiv keine Rolle mehr spielen können. Da sich diese Vision jedoch nicht von heute auf morgen verwirklichen lässt, lohnen sich in der notwendigen Übergangszeit bis zum Erreichen der Klimaneutralität laut Alcala Investitionen in die Technologien von M2X. „Selbst das ambitionierteste Szenario zeigt, dass auch im Jahr 2050 noch immer rund 20 % des Energiebedarfs mit fossilen Energieträgern gedeckt werden müssen“, erläutert sie. „Solange Öl und Gas gefördert werden, müssen diese Aktivitäten unbedingt so klimafreundlich wie möglich gestaltet werden. Um bei der Nutzung fossiler Energieträger überhaupt eine Emissionsneutralität zu erreichen, gibt es enorme Herausforderungen. Aber das Abblasen oder Abfackeln von Methan muss wirklich nicht sein. Dafür haben wir heute eine Lösung.“