Verbrennung am falschen Ort

Bekämpfung von unterirdischen Kohlebränden in China

In China schwelen an vielen Stellen Brände in Kohleflözen. Dadurch werden nicht nur beachtliche Energiereserven vernichtet, sondern auch in erheblicher Weise Luft und Boden verseucht. Deutschland will nun mit Hilfe von Satellitenbildern und modernen Messmethoden China bei der Bewältigung dieses Umweltproblems unterstützen.

Kohle wird geschürft, um sie in Kraftwerken oder Heizungsanlagen zu verbrennen. Gelegentlich entzündet sie sich aber schon, bevor sich Menschen ihrer bemächtigen. Das kann dann geschehen, wenn Kohleflöze so nahe an die Oberfläche reichen, dass Luft Zutritt findet. Dadurch setzt ein unmerklicher Oxidationsprozess ein, der jedoch so lange nicht in einen Brand übergeht, wie die entstehende Wärme durch die zirkulierende Luft abgeführt wird. Unter bestimmten Bedingungen, wenn die Luftzufuhr gerade für die Oxidation ausreicht, jedoch zu wenig Kühlung bringt, kann sich die Kohle aber bis auf 80 °C erhitzen. Dann werden leicht entzündliche Gase freigesetzt, und es entwickelt sich ein Schwelbrand mit Temperaturen von einigen hundert Grad. Durch den Abbrand entstehen Hohlräume, so dass Gestein nachsackt und sich Klüfte auftun, wodurch das Feuer weiter mit Sauerstoff versorgt wird. Auf diese Weise können sich Kohlebrände jahrhundertelang in Berge hineinfressen.

Etwa 50 Brandfelder in China

Weltweit gibt es Tausende solcher Brandherde. Sie treten vorwiegend in trockenen wüstenhaften Gebieten auf, weil dort die Bedingungen für eine Selbstentzündung besonders günstig sind und Regenfälle fehlen, um einen einmal entstandenen Brand wieder zu löschen. Für China, das mit einer Jahresförderung von fast einer Milliarde Tonnen drei Viertel seines gesamten Energiebedarfs mit Kohle deckt, stellen die unterirdischen Feuer ein gravierendes Problem dar. Insgesamt sind etwa 50 Brandfelder bekannt, die vorwiegend in der nordwestlichen Provinz Xinjiang und am Bogen des Gelben Flusses lokalisiert sind. Dort und im übrigen China lösen sich jährlich 20 Millionen Tonnen Kohle in Rauch auf, und nochmals ein Mehrfaches dieser Menge geht für eine Nutzung verloren. Zum Vergleich: Die deutsche Jahresförderung an Steinkohle beträgt 30 Millionen Tonnen. Zum wirtschaftlichen Schaden kommt die Umweltbelastung. Aus den Schwelbränden mit ihrer unvollständigen Verbrennung steigen Methan, Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff und andere giftige Gase in die Atmosphäre auf; zudem entstehen Produkte wie Teer und Benzol, die im Erdreich verbleiben und das Grundwasser verseuchen. Durch die Aufheizung des Bodens wird obendrein noch die Vegetation zerstört.

Die chinesischen Bergwerksgesellschaften gehen schon seit Jahrzehnten gegen die Brände vor und können durchaus Erfolge vorweisen. So hat das Xinjiang Coal Bureau, der regionale Ableger der staatlichen Kohlebehörde, in den vergangenen 40 Jahren sieben Brandfelder gelöscht. Als Erstes wird dazu das Gelände planiert, damit sich auf Kufen montierte Bohrgeräte hin und her manövrieren lassen. Danach werden in Abständen von 20 Metern Bohrungen bis in die Brandzone niedergebracht und mit perforierten Rohren versehen, durch die anschließend Wasser in die Tiefe gepresst wird. Nach dem Löschen des Brandes werden die Bohrlöcher mit Schlamm verstopft und das gesamte Areal mit lehmigem Boden abgedeckt und nach Möglichkeit rekultiviert, um einer erneuten Selbstentzündung vorzubeugen.

Bei der eigentlichen Brandlöschung sind die chinesischen Fachleute auf Grund ihrer langen Erfahrung Meister ihres Fachs und können wenig vom Ausland lernen; aber bei der Erkundung der Brandherde sind sie nicht auf dem neuesten Stand der Technik. Hier setzt die deutsche Kooperation an. In zwei Pilotprojekten in der Nähe von Urumqi, der Hauptstadt von Xinjiang, macht die Deutsche Montan Technologie (DMT) aus Essen chinesische Partner mit modernen Verfahren wie der Geomagnetik und Geoelektrik bekannt. Da ein Kohlebrand die Gesteine in unmittelbarer Umgebung stark aufheizt, verändert sich deren Magnetisierung und elektrische Leitfähigkeit. Anhand dieser Anomalien lässt sich ein Brandherd genau eingrenzen. Bodo Goerlich, Bergbauingenieur bei DMT, glaubt, dass sich durch eine detailliertere Exploration, wozu auch noch seismische Verfahren zum Aufspüren von Hohlräumen gehören, die Dauer der Löscharbeiten für eine typische Brandzone von vier auf drei Jahre reduzieren lässt.

Neben diesem Projekt zum Technologietransfer, ist unter Beteiligung zahlreicher deutscher und chinesischer Institutionen ein Forschungsprojekt angelaufen, das zum Ziel hat, eine umfassende Strategie zur Bekämpfung und vor allem zur Verhinderung von Kohlebränden zu entwickeln. Dieser Gesichtspunkt ist in jüngster Zeit in den Vordergrund gerückt, weil die chinesische Zentralregierung wegen eines Überangebots an Kohle bestrebt ist, kleine Zechen stillzulegen. Die Vorschriften sehen vor, sie so zu versiegeln, dass keine Selbstentzündung eintritt. Angesichts des Umfangs des Problems – angeblich geht es um die Schließung von 30 000 Gruben mit einer Förderkapazität von 200 Millionen Tonnen – werden Brände aber nicht ausbleiben.

Überwachung aus dem All

Ein Überwachungssystem, mit dem neue Feuer schnell entdeckt und noch im Keim erstickt werden könnten, wäre deshalb von unschätzbarem Nutzen. Angesichts der Größe des Landes ist das nur per Fernerkundung zu bewerkstelligen. Seit letztem Herbst steht dafür mit «Bird» (Bispectral Infrared Detction) ein sehr leistungsfähiger Satellit zur Verfügung. Er dient primär zur Erkennung von Waldbränden, aber wie Stefan Voigt und seine Gruppe vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Wessling bei München bereits festgestellt haben, eignet er sich ebenfalls bestens zum Aufspüren von Kohlebränden. Eine Überraschung war die hohe Auflösung des Wärmesensors. Auf den Satellitenbildern waren in diesem Frühjahr sogar Osterfeuer am Alpenrand zu erkennen.

Als Testgebiet für die verschiedenen Forschungsarbeiten wurden die Helan-Berge zwischen der Wüste Gobi und dem Gelben Fluss ausgewählt. Zum einen brennen dort in drei Revieren Feuer unterschiedlichster Art, zum anderen sind die Chinesen hier seit langem mit Löscharbeiten beschäftigt, so dass Experten als Kooperationspartner zur Verfügung stehen.

Eine umfassende Bekämpfung der Kohlebrände wäre nicht zuletzt ein effizienter Beitrag zum Klimaschutz. Da bei den Schwelprozessen neben Kohlendioxid auch das weitaus potentere Treibhausgas Methan entsteht, ergibt sich ein doppelt so großer Treibhauseffekt wie bei der normalen Verbrennung. Damit dürften die Schwelbrände in China jährlich das Äquivalent von 100 Millionen Tonnen CO₂ freisetzen. Die Vermeidung dieser Emissionen würde weitaus weniger kosten, als wenn das Geld für Klimaschutzmassnahmen in Deutschland eingesetzt wird, wo für die Einsparung einer Tonne CO₂ 5 bis 15 Euro benötigt werden. Bei den Kohlebränden hingegen erbringen schon 2 Euro den gleichen Effekt. Deshalb werden Überlegungen angestellt, ob sich Deutschland nicht mit erheblichen finanziellen Mitteln bei der Brandbekämpfung in China engagieren soll, um im Gegenzug die so erzielten CO₂-Minderungen auf sein Kontingent angerechnet zu bekommen. Bei der jüngsten Sitzung der deutsch-chinesischen Arbeitsgruppe Kohle vereinbarten beide Delegationen, das Thema in die Verhandlungen über die sogenannten Clean Development Mechanism des Kyoto- Protokolls einzubringen.