Grubengas
Grubengas ist eine Folge und eine Begleiterscheinung des Untertagebergbaus. Beim Steinkohlebergbau handelt es sich hauptsächlich um Methan (CH4), beim Erzbergbau um das radioaktive Edelgas Radon.
Während des Abbaus und nach Stillegung der Bergwerke sammelt sich das Grubengas, das sich vor circa 300 Millionen Jahren gebildet und eingelagert hat, in den Stollen und tritt aus.
Im Steinkohlebergbau ist es eine der Ursachen für Schlagwetterexplosionen und macht eine durchgehende Bewetterung aus Sicherheitsgründen notwendig. Durch die Bewetterung der Grubenbaue wird der Methangehalt unter 1 % gehalten, sodass keine explosionsfähigen Gemische entstehen können, die 4 bis 15 % CH4 enthalten. Sämtliche elektrischen Anlagen sind schlagwettergeschützt, das heißt, es können keine Funken nach außen gelangen. Zusätzlich findet eine automatische Überwachung des Methangehalts unter Tage statt, welche den elektrischen Strom in Bereichen abschaltet, in denen der Methangasgehalt 1 % übersteigt.
Das Volumen des Grubengasausstritts in der Bundesrepublik pro Jahr wird auf rund 1,5 Milliarden m³ geschätzt.
Energetische Nutzung
Grubengas als gefährliches explosionsfähiges Gas wird aus den untertägigen Bereichen der Zechen durch die Wetterstrom verdünnt. Die Wetter werden durch Grubenlüfter nach Übertage abgesaugt und in die Atmosphäre abgeleitet. Durch Wetterkurzschlüsse, schlecht bewetterbare Strecken oder beim Abbau plötzlich austretender hoher Methangasmengen kam es in der Frühzeit des Bergbaus oft zu Schlagwetterexplosionen. Oft folgten der Gasexplosion aufgrund des aufgewirbelten Kohlenstaubes Staubexplosionen, die zu Verletzungen und Todesfällen führten.
In Verbindung mit zunehmender Mechanisierung des Steinkohlenbergbau und dem einhergehenden größeren Anfall von Methan im Wetterstrom begann man in den 40er Jahren das Gas gezielt abzusaugen. Dafür wurden Bohrlöcher in den Abbaustrecken in das Flöz gebohrt. Diese Bohrungen werden an eine Gassammelleitung angeschlossen über die das Grubengas nach Übertage gefördert wird. Gassauger sind meistens Übertage aufgestellt und fördern das Gas über Flammendurchschlagsicherungen an die Atmosphäre oder einer Gasverwertungsanlage zu. Als Gassauger werden Drehkolbengebläse oder Wasserringpumpen eingesetzt. Die Absaugung ist nur freigegeben, wenn die untere Explosionsgrenze mit einem Sicherheitszuschlag (min. 22 Vol.-% Methan) nicht unterschritten wird.
Die Verwertung von Grubengas erfolgte ausschließlich durch die Verbrennung des Gases in Dampfkesseln. Gubengas fiel aber in sehr unterschiedlicher Menge an. Außerdem ist der Gasgehalt der Flöze stark schwankend und eine Gassabsaugung wurde wegen des Aufwandes nur dann an einer Abbaustrecke installiert, wenn eine nicht ausreichende Verdünnung des Grubengas im Wetterstrom prognostiziert wurde. Da die Gasverwertung nicht unternehmerisches Ziel der Zechen war, stand die anfallende Gasmenge in keiner Relation zu möglichen Verwertbarkeit. Entweder musste die Kesselanlage mit zugekauftem Erdgas beheitzt werden oder überschüssiges Gas wurde Übertage an der Atmosphäre abgefackelt.
Erste weitergehende Grubengasnutzung mit Stromerzeugung wurde auf der Zeche Haus Aden 1/2 in Oberaden bei Bergkamen in den 80er Jahren vorangetrieben. Das Grubengas wurde auf 12 bar verdichtet und in einer Gasturbine mit angetriebenen elektrischen Generator verbrannt. Auf der Zeche Ewald 3/4 (Herten) wurde das abgesaugte und verdichtete Gas einem Motorheizkraftwerk der Stadtwerke Gelsenkirchen zugeleitet und zur Stromerzeugung genutzt.
Bis in die 80er jahre wurden die stillgelegten Schächte des Steinkohlenbergbaus mit Lockermassen verfüllt. Das durch die Schachtfüllsäule mitrierende Gas strömt bis zur Schachtplatte und wird von dort über eine eingebrachte Rohrleitung an die Atmosphäre geleitet. Die Mündung der Entgasungsleitung ist mit einer dauerbrandsicheren Flammendurchschlagsicherung versehen. Je nach Luftdruckbedingungen strömt entweder Grubengas an die Atmosphäre oder es wird Luft angesaugt. Die Entgasungsleitung wurde errichtet, um ein unkontrolliertes Ausströmen von Grubengas zu vermeiden. Es besteht nämlich die Gefahr, dass sich das Gas in Kellerräumen gefährlich anreichern kann. Später verfüllte Schächte wurden mit betonhaltiger und somit dauerstandfester kohäsiver Füllmasse verschlossen, um den oftmals auftrtetenden Abgang der Füllsäule auszuschließen. Meistens wurden vorhandene Schachtrohrleitungen durch die Füllsäule genutzt, um die angesammelten Grubengase abzuleiten. Allerdings war die Ausführung z.b. durch fehlenden Anschluss der Dämme an den einzelnen Sohlen oder den geringen Rohrleitungsquerschnitt nicht für eine Gasnutzung optimiert. Oft ist die nutzbare Gasmenge aufgrund des Druckabfalls in der Rohrleitung begrenzt.
Die mögliche Nutzung von Grubengas aus stillgelegten Schächten wurde lange Zeit bezweifelt. Es gab einige Schächte, aus denen bei Tiefdrucklagen merkliche Mengen Grubengas ausströmte. Erkennbar ist dies durch Strömungsgeräusche und Schlierenbildung in der Atmosphäre aufgrund unterschiedlicher Lichtbrechung. Das erste Projekt zur energetischen Nutzung von Grubengas wurde 1997 durch die Stadtwerke Herne in Zusammenarbeit mit dem Frauenhofer Institut Umsicht initiiert. An dem stillgelegten und mit einer Entgasungsleitung ausgestatteten Schacht Mont Cenis 3 in Herne-Sodingen wurde eine Grubengasabsauganlage errichtet. Das Gas kann 2 Jenbacher-Gasmotoren zugeführt werden. Die elektrische Leistung jedes Moduls beträgt 253 kW und 378 kW thermische Leistung. Die Motorenabwärme kann an dem Standort genutzt werden. Der erfolgreiche Betrieb führte im Ruhrgebiet in der Folgezeit zu einem Boom bei der Grubengasnutzung. Diese Entwicklung wurde weiter forciert, da die Anlagen nach dem (Erneuerbare-Energien-Gesetz - EEG) gefördert werden. Methan als Hauptbestandteil des Grubengas hat eine 21-fach stärkeren Treibhauseffekt als CO2. Daher trägt die Verbrennung des Grubengases zur Verringerung des Treibeffektes bei.
In den meisten Fällen sind die Grubenabsauganlagen und Gasmotoren in mobilen Container eingebaut. So können die Standorte der Anlagen bei Versiegen der Gasquelle geändert werden.