Gasführende Eigenschaften und ihre wichtigsten Steuerungsfaktoren in niedriggradigen Kohlenflözen des Wujianfang-Beckens, Nordchina

Verborgene Energie in alltäglicher Kohle

Tief unter Nordchina speichern dicke Lagen weicher, niedriggradiger Kohle überraschend viel Erdgas, hauptsächlich Methan. Dieses Gas kann Kraftwerke antreiben und — falls es entweicht — das Klima deutlich stärker erwärmen als Kohlendioxid. Die Studie hinter diesem Artikel stellt eine praktische Frage mit großem Klimabedeutung: Wie viel Gas enthalten diese Kohlen tatsächlich, was hält es dort fest und wo liegen die besten Stellen, um es sicher und effizient zu erschließen?

Ein Becken geformt für Kohle und Gas

Die Arbeit konzentriert sich auf das Wujianfang-Becken, Teil des größeren Erlian-Beckens in der Inneren Mongolei, einer Region, die als strategische Grenze für niedriggradiges Kohlenflözmethan hervorgehoben wird. Hier liegen sechs Hauptkohlenflöze in etwa 600 bis 1.000 Metern Tiefe, entstanden in einem ausgedehnten ehemaligen Fluss- und Seesystem, in dem pflanzenreiche Sümpfe wiederholt überlagert wurden. Ein Flöz, in der Industrie als 3–3-Flöz bekannt, ist dicker und kontinuierlicher als die anderen und damit ein natürlicher Schwerpunkt für Gasexploration. Insgesamt können die Kohlenlagen in diesem Becken in der Summe mehrere zehn Meter erreichen, was trotz des relativ jungen, wenig „gebackenen“ Zustands der Kohle viel Raum für Gasspeicherung suggeriert.

Wie die Kohle aus der Nähe aussieht

Um zu verstehen, wie dieses Gestein Gas speichert, sammelten die Forscher über hundert Proben aus zwei Schlüsselbohrungen und unterzogen sie einer Reihe von Tests. Es sind niedriggradige Kohlen wie Braunkohle und langflammige Kohle, organisch reich, aber noch feucht und relativ weich. Unter dem Mikroskop zeigen sie zahlreiche winzige Poren und Risse. Labor-Messungen zeigen, dass das Porenvolumen größtenteils in kleinen bis mittleren Poren liegt, während der größte Teil der inneren Oberfläche — die Flächen, an denen Gas haftet — in ultrafeinen Poren mit Durchmessern unter zehn Milliardstel Metern zu finden ist. Gleichzeitig sind die Wege, die Gas den Transport ermöglichen, eng: Die Porosität ist mäßig, die Permeabilität jedoch gering, so dass Gas ohne Eingriffe wie hydraulische Frakturierung nur schwer fließt.

Wie viel Gas ist vorhanden und woher stammt es?

Vor-Ort-Desorptionstests zeigen, dass die Kohlenflöze mäßige, aber variable Gasgehalte aufweisen, etwa 0,45 bis 1,85 Kubikmeter Gas pro Tonne Kohle, wobei Methan etwa die Hälfte bis mehr als vier Fünftel des Gesamtgases ausmacht. Stickstoff ist das wichtigste nicht-hydrokarbone Gas, mit nur geringen Anteilen an Kohlendioxid und Spuren schwererer Kohlenwasserstoffe. Mithilfe stabiler Isotopenmessungen — den feinen Fingerabdrücken in den Atomen des Methans — bestimmte das Team, dass der Großteil des Gases mikrobiell in seeartigen Bedingungen erzeugt wurde und nicht durch tiefe thermische Zersetzung organischer Substanz. Diese Mikroben nutzten überwiegend einen Weg ähnlich der Vergärung einfacher organischer Säuren, während die Reduktion von Kohlendioxid eine kleinere Rolle spielte, ein Muster, das mit anderen niedriggradigen Kohlengebieten im Erlian-Becken übereinstimmt.

Warum der Gasgehalt von Ort zu Ort variiert

Das Gas ist nicht gleichmäßig im Becken verteilt. Anhand von Feldmessungen und einem Machine-Learning-Modell, das Tiefe, Flözdicke, Gesteinseigenschaften und Bohrlogs kombiniert, kartierten die Autoren den Gasgehalt über alle sechs Flöze. Sie fanden ein deutliches Mosaik: Bereiche mit höherem Gasgehalt konzentrieren sich zunächst im Beckenmittelpunkt und verlagerten sich im Laufe der Beckenentwicklung nach Nordosten, während Teile im Nordwesten dünne oder gasarme Kohle aufweisen. Zur Erklärung untersuchten die Forscher zahlreiche potenzielle Steuergrößen: Kohlenchemie, Porenraum, Deckungstiefe, Flözdicke und die Dichtigkeit des umgebenden Gesteins. Eine statistische Methode, die partielle Kleinste-Quadrate-Regression, erlaubte es ihnen, diese Faktoren gemeinsam zu gewichten statt einzeln. Drei Faktoren stachen als wichtigste hervor: der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen (ein Indikator für den Kohlenrang), die Gesamtporosität und der Anteil an festen Kohlenstoff. Aschegehalt (mineralische Bestandteile) spielte ebenfalls eine Rolle, während Tiefe, Dicke und die Abdichtung durch das überlagernde Gestein hilfreiche, aber nachgeordnete Einflüsse hatten.

Folgen für sauberere, intelligentere Gasnutzung

In der Gesamtschau beschreibt die Studie Kohlenflözmethan als Produkt gekoppelter Prozesse: Mikroben erzeugen Methan; die feinen Poren und kohlenstoffreichen Oberflächen der Kohle speichern es; größere Poren und Klüfte erlauben seinen Transport; und dicke, feste Tonsteinschichten darüber und darunter verhindern weitgehend sein Entweichen. Im Wujianfang-Becken vereint das vielversprechendste Erschließungsfeld mehrere dicke Flöze, eine günstige Struktur zur Gasspeicherung und gut abdichtende Verwerfungen, während andere Gebiete nicht genug gasbildende Kohle bieten, um attraktiv zu sein. Indem die Arbeit klärt, welche Gesteinsmerkmale am wichtigsten sind, hilft sie, die Exploration von reinem Auffinden dicker Kohlelager hin zu einer Identifikation von „Sweet Spots“ zu verschieben — Bereichen, in denen die Kohle tatsächlich Gas liefern kann. Dieses Wissen unterstützt effizientere, gezieltere Produktion und besseren Umgang mit Methan — ein entscheidender Schritt, um kohlebezogene Energienutzung mit Chinas längerfristigen Klima- und „Dual-Carbon“-Zielen in Einklang zu bringen.

Zitation: Hu, Y., Cai, Y., Chen, J. et al. Gas-bearing characteristics and its main controlling factors in low-rank coal seams of the Wujianfang Basin, North China. Sci Rep 16, 13355 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44456-x

Schlüsselwörter: Kohlenflözmethan, niedriggradige Kohle, Wujianfang-Becken, gasführende Eigenschaften, Speichergesteinsgeologie