Referat - Natürliche Energieträger und Rohstoffe - Kohle, Erdöl, Erdgas

Kohle
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.

 
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.

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Erdöl
1. Entstehung
Erdöl besteht aus Meeresorganismen (Plankton). Diese starben, sanken auf den Meeresboden und wurden von Sedimenten bedeckt. Es ist im Grunde die gleiche Entstehungsphase nur das oft andere Stoffe dabei entstehen und freigesetzt werden. Unter dem hohen Druck und der hohen Temperatur wandeln sich die Meeresorganismen in Kerogene um, dies sind organische Stoffe. Diese bestehen vorwiegend auf Kohlenwasserstoff und Wasserstoff. Im Verlauf der weiteren Diagnose können die Kerogene bituminös werden. Sedimentgesteine, die Kerogene erhalten, werden als Erdölmuttergestein bezeichnet.
 
2. Lagerstätten
Die Lagerstätten des Erdöls sind fast gleich wie die des Erdgases. Sie kommen im mittleren Osten, Nordamerika, in Sibirien und in China vorhanden. Aber es werden immer wieder neue Lagerstätten erforscht, da die großen und bekanntesten bald aufgebraucht sind. Das heißt, dass die mit Speichergestein besetzten Poren, so gut wie aufgebraucht sind. Auf dem Bild sieht man die Welterdölreserven.
 
3. Zusammensetzung
Erdöl ist weltweit nicht gleich zusammengesetzt. So sind zum Beispiel in einigen Gebieten mehr Alkane, in anderen mehr Alkene enthalten, auch das Verhältnis von aliphatischen zu aromatischen Kohlenwasserstoffen ist verschieden. Es stellt so zu sagen ein Stoffgemisch von mindestens 500 Komponenten dar. Es enthält eine große Palette an Kohlenwasserstoffen (Alkane, Cycloalkane und Aromate), sowie Napthensäuren, Phenole, Harze, Aldehyde und organischen Schwefelverbindungen, zum Beispiel Thioalkohole.
 
4. Förderung
Das Erdöl wird durch das so genannte „Rotary-Bohrverfahren“ gefördert. Dieses Verfahren wird auch bei Kohle und Erdgas angewendet.  Ist die Bohrung erfolgreich gewesen, wird das Erdöl hinaufgepumpt. Das Erdöl in der Falle steht unter einem Druck, dem so genannten Lagerstättendruck. Meist sind im Rohöl beträchtliche Erdgasmengen gelöst. Beim Öffnen der Falle dehnt sich das frei werdende Gas sofort aus und treibt zusammen mit dem Lagerstättendruck an das Erdöl in das Bohrloch. In manchen Fällen ist der Druck groß genug um das Öl an die Erdoberfläche zu fördern (eruptive Förderung). Meist muss aber das Öl bereits zu Beginn der Förderung an die Oberfläche gepumpt werden. Andere Verfahrensweisen sind das Einpressen von Erdgas (Gaslift) oder Wasser. Die Förderung ist auf dem Land vollziehbar aber auch im Meer. Das sind dann so genannte Bohrinseln (siehe Bild).

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5. Verarbeitung und Veredelung
5.1. Verarbeitung: Erdöl wird durch Destillation (genauer: fraktionierte Kondensation) getrennt. Das Rohöl wird auf 350°C erhitzt, dabei gehen alle Stoffe deren Siedepunkt darunter liegt in den gasförmigen Zustand über. Die Stoffe werden in Gruppen mit ähnlichen Siedepunkten kondensiert. Rohöle werden in der ersten Verarbeitungsstufe durch Fraktionierung in etwa 6 Produkte zerlegt. Geordnet nach steigendem Siedebereich der Fraktionen erhält man Gase, Primärbenzin, Petroleum, Gasöl, Spindelöl und atmosphärischen Rückstand.
 
Gase: bestehend aus Methan, Methan, Propan und Butan. Propan und Butan bilden unter Druck verflüssigbare Gase (Flüssiggase).
 
Primärbenzin: wird in einer weiteren Destillation in Leicht- und Schwerbenzin-Fraktion getrennt. Für die Verwendung als Fahrbenzin muss Primärbenzin veredelt werden.
 
Petroleum: wird zu hochqualitativem Flugturbinentreibstoff weiterverarbeitet.
 
Gasöl: wird nach der Reinigung, Dieseltreibstoff beziehungsweise Heizöl extraleicht erzeugt.
 
Spindelöl: eine schwere Gasfraktion, nach Behandlung für Schmieröle beziehungsweise spezielle Heizöle verwendet.
 
Atmosphärischen Rückstand (Toprückstand): wird in einer Vakuumdestillation nochmals getrennt oder zur Heizölherstellung eingesetzt.
 
5.2. Veredelung: Bei der Erdöl Vered...


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