Natürliche energieträger und rohstoffe - kohle, erdöl, erdgas

1. Entstehung Das Ausgangsmaterial von Kohle ist hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs. Ein Beispiel davon sind Farne (Baumfarne). Beim Absterben einzelner Pflanzen versinken diese im Sumpf und wurden so dem normalen aeroben Zersetzungsprozess entzogen. Es entstand Torf. Durch Meereseinbrüche legten sich weitere Schlammschichten auf diese Überreste. So genannte "Sedimente". Unter dem wachsenden Druck und erhöhter Temperatur begann der Prozess der Inkohlung. Der Druck presste Wasser aus dem Torf und zu erst entstand Braunkohle. Mit der Ablagerung weiterer Schichten erhöhte sich so mit auch dem Druck und so mit wurde auch mehr Wasser aus der Kohle gepresst. Umso höher der Druck wahr, umso mehr veränderte sich die Gestalt der Kohle, danach entstand Steinkohle und zum Schluss Anthrazit. Während des Karbons vor etwa 280 bis 345 Millionen Jahren entstanden mächtige Steinkohlelagerstätten, die heut zu Tage den weltweiten wichtigsten Energielieferanten zählen. Die Braunkohlelagerstätten sind wesentlich jüngeren Datums und sind im Tertiär vor 2,5 bis 65 Millionen Jahren entstanden.



2. Lagerstätten

Steinkohle wird fast ausschließlich unter Tage abgebaut, zum Beispiel im Ruhrgebiet und im Saarland. Braunkohle hingegen fördert man im Tagebau. Westlich von Köln, im Raum Halle-Leipzig und in der Lausitz findet man so genannten Tagebau (siehe Bild).







3. Zusammensetzung


Kohle besteht aus:


- 65 - 92% Kohlenstoff


- 4 - 8% Wasserstoff


- 2,5 - 30% Sauerstoff

- 1 - 12% Stickstoff


- 0,5 - 3% Schwefel




4. Förderung

Die Kohle wird durch das so genannte "Rotary-Bohrverfahren" gefördert. Dieses Verfahren wird auch bei Erdöl und Erdgas angewendet, aber diese beiden Rohstoffe werden hinauf gepumpt. Im Gegensatz zu der Kohle. Diese wird hinauf getragen, über einem Förderband. Zum Bohren braucht man einen Meißel, der sich in die Erdkruste "frisst" und lange Rohre (Bohrgestänge), über die der Meißel mit der Erdoberfläche verbunden bleibt. Das Bohrgestänge wird über einen Bohrturm nach und nach ins Loch eingeführt. Dabei wird das gesamte Gestänge inklusive Meißel durch den so genannten Drehtisch permanent gedreht. Schwerstangen (dickwandige Stahlrohre unmittelbar über dem Meißel) helfen dem Meißel dabei, genug Andruck zu entwickeln, um sich immer tiefer in die Erde zu graben sowie den Bohrstrang in Spannung zu halten.






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Natürlich muss das Material, durch das sich der Meißel frisst nach oben abtransportiert werden.

Dies geschieht durch die Bohrspülung, ein Wasser-Ton-Gemisch, welches von Hochdruckpumpen durch das Gestänge gepumpt wird und ständig aus dem Meißel austritt. Dabei nimmt die Spülung alle erbohrten Gesteinsteilchen mit. Die nach oben gespülten Teilchen werden an der Oberfläche untersucht. Dadurch lassen sich Rückschlüsse ziehen, welche Gesteinsschichten gerade durchbohrt werden. Die Kühlflüssigkeit wird anschließend wieder in das Bohrloch gepumpt.




5. Verarbeitung und Veredelung

5.1. Verarbeitung: Die geförderte Rohkohle ist zur direkten Verwendung praktisch ungeeignet. Die mineralischen Bestandteile müssen mit Hilfe mechanischer Aufbereitngsverfahren abgetrennt werden. Das heißt, sie werden zerkleinert oder getrocknet. Sie werden auch mit thermischer (Schwelung, Verkokung) und chemischer Verfahren (Vergasung, Hydrierung) zu höherwertigen Energieträgern oder auch zu Kohlenstoffprodukten veredelt.



5.2. Veredelung: Bei der Veredelung gibt es nur ein Verfahren, die Verflüssigung. Dabei wird aus Kohle und Wasserstoff in einer exothermen chemischen Reaktion Methan erzeugt. Ein Teil dieses Methans wird nachgestalteten Schritt der Methanreformierung in einem Röhrenspaltofen in Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid umgewandelt. Ein Teil des erzeugten Wasserstoffs wird zu hydrierenden Kohlenvergasung verwendet, der Rest bildet zusammen mit Kohlenstoffmonoxid ein Synthesegas. Nach einer Kohlenstoffmonoxid-Konvertierung ist das Synthesegas richtig eingestellt und wird in einer Methanolsynthese (MES) in Methanol umgewandelt. Die Summe dieser Einzelschritte ergibt die Umwandlung von Kohle und Wasser in Methanol und Kohlendioxid. Die exotherme chemische Reaktion ist die der Mathan-Reformierung im Röhrspaltofen, der mit 950°C heißem Helium beheizt wird. Methanol dient dabei als Repräsentant für flüssige Kohlenwasserstoffe, als Ersatz-Heizöl, beziehungsweise Kraftstoff, künstliches Erdgas. Man unterscheidet indirekte Verfahren, denen eine Kohlevergasung vorausgeht, die Kohlehydrierung mit wasserstoffübertragenden Medien und die direkte Kohleverflüssigung durch den thermischen Abbau der Kohle, bei welcher größere Aromatenteile anfallen.

Endprodukte sind: - Benzin, Diesel, Heizöl


- Aromate für die chemische Industrie




6. Verwendung

Kohle wird überwiegend als fester Brennstoff benutzt, um Wärme durch Verbrennung zu erzeugen. Um elektrische Energie zu erzeugen, wird mit der Wärme Wasserdampf erzeugt, der wiederum Turbinen antreibt. Ein nicht unbeträglicher Teil der Kohle wird nach ihrer Verkokung zur Reduktion von Erzen, hauptsächlich Eisenerz, in Hochöfen verwendet. Ab dem 19. Jahrhundert wurde Kohle auch zur Herstellung von Stadtgas verwendet sowie zum Heizen.




7. Sonstiges

7.1. Braunkohle und Steinkohle Reserven