kristalle AUS DER TIEFE

Der exotische Stoff wird als künftige Energiequelle gehandelt: Methan-Eis – oder korrekt: Methanhydrat. Die ersten natürlichen Vorkommen dieser Verbindung aus Methan und gefrorenem Wasser wurden vor etwa 20 Jahren entdeckt. Das hauptsächlich im Ozeanboden an Kontinentalrändern gefundene Methanhydrat kann nur unter den hohen Druck- und niedrigen Temperaturverhältnissen dort entstehen und stabil bleiben. Sobald es gehoben wird, beginnt es langsam in seine Bestandteile Wasser und Gas zu zerfallen.

Entsprechend wenig weiß man bislang über diesen exotischen Stoff. Jetzt haben der Meeresforscher Stephan Klapp von der Universität Bremen und seine Kollegen aus Göttingen erstmals die Kristallgröße von natürlich entstandenem Methanhydrat bestimmt. Das war bisher nur bei künstlich erzeugten Methanhydrat-Kristallen gelungen. Denn zur Bestimmung der exakten Kristallgröße benötigt man aufwendige Röntgenapparaturen. Und es ist äußerst schwierig, das Methanhydrat zu röntgen, bevor es zerfällt.

Das Ergebnis war überraschend: Die natürlichen Kristalle sind zwischen 0,3 und 0,6 Millimeter groß – und damit etwa zehnmal so groß wie künstlich erzeugte Kristalle. Klapps Erklärung: „Alles spricht dafür, dass die Kristalle nach ihrer Bildung reifen.” Das hieße: Große Kristalle würden auf Kosten von kleinen wachsen. Sollte diese Erklärung stimmen, gäbe es einen Zusammenhang zwischen der Kristallgröße und dem Alter einer Methanhydrat-Lagerstätte. „Eine Methanhydrat-Uhr haben wir damit aber noch nicht gefunden”, dämpft Klapp die Erwartungen ein wenig. „Dazu müssten wir noch mehr über die Lagerstätten und über die Beziehung zwischen Kristallgröße und Alter erfahren.” Inzwischen sind viele Wissenschaftler dem exotischen Eis auf der Spur. Neben Deutschland haben auch Japan, Kanada, die USA, China und Indien Forschungsprogramme gestartet. Klapp erklärt, warum: „ Wenn man das Methan – also Erd-gas – aus dem Hydrat befreit, kann man es als Energiequelle nutzen. Es gibt Hinweise darauf, dass die Methanhydrat-Vorkommen auf der Erde sehr groß sind.” Der Weltklimarat IPCC schätzt in seinem aktuellen Klimabericht, dass die in Methanhydrat-Lagerstätten gespeicherten Energiereserven zwischen 15 000 und 200 000 Billionen Kilowattstunden umfassen. Zum Vergleich: Der jährliche Energieverbrauch beträgt derzeit weltweit etwa 150 Billionen Kilowattstunden.

Doch dabei es ist noch ein Problem zu lösen: Es gibt bislang keine wirtschaftlichen Fördertechnologien, die sicherstellen, dass das äußerst klimaschädliche Methan nicht aus Versehen in die Atmosphäre entweicht. Die von Klapps Team untersuchten Proben wurden vor der Küste Oregons und im Golf von Mexiko gesammelt. „ Nach der Bergung, bei der sehr schnell gearbeitet wurde, kam das Methanhydrat in Gefäße mit flüssigem Stickstoff”, sagt Stephan Klapp. Doch für die Untersuchungen der Kristallstruktur sind genau diese Gefäße, die den vorzeitigen Zerfall des Methan-Eises verhindern, sehr störend.

Kristallstrukturen untersucht man in der Regel, indem man Röntgenstrahlung hindurchschickt. Die Beugungsbilder verraten dann unter anderem die Größe der Kristalle. Doch mit der Strahlung einer einfachen Röntgenröhre ist es beim Methanhydrat nicht getan. Zum Durchdringen der etwa einen Zentimeter dicken Wände der Metallgefäße benötigten Klapp und seine Kollegen vielmehr hochenergetische Röntgenstrahlung. Die Messung gelang erst, nachdem die Forscher „Amtshilfe” von ihren Kollegen am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY erhalten hatten: Das dortige Synchrotronstrahlungslabor HASYLAB half mit der benötigten Strahlung aus – ein beeindruckendes Beispiel für gelungene interdisziplinäre Zusammenarbeit. ■

von Axel Tillemans