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Entstehung fossiler Energieträger

1. Einleitung
2. Entstehung von Torf, Braunkohle und Steinkohle
3. Entstehung von Erdöl
4. Entstehung von Erdgas
5. Protokoll

1. Einleitung

Kohle, Erdöl und Erdgas sind Produkte der Natur. Sie lagern an der Erdoberfläche, häufiger unterirdisch, und werden durch Schürfen, Graben oder Bohren zutage gefördert. Dort werden sie zur Energiegewinnung roh oder in veredelter Form verbrannt. Man nennt sie daher natürliche oder auch fossile Brennstoffe ( fossiles [lat.] = ausgegraben). Die Technik definiert: Brennstoffe sind Stoffe, die durch Verbrennen kostengünstig nutzbare Energie liefern. Sie sind also primär Energieträger und wurden wegen dieser Eigenschaft bereits zu Beginn der Menschwerdung genutzt.
Die Wurzeln der Brennstofftechnik reichen bis in die Altsteinzeit zurück, als der Mensch vor rund 750.000 Jahren das Feuer zu beherrschen lernte und in seine Dienste stellte. Seine Rohstoffe waren getrocknete Pflanzen, Holz und Torf, später Asphalt, Öl, Kohle und Gas. Heute besitzen wir eine Vielfalt von veredelten und von synthetischen Brennstoffen, deren Energiepotential zum Teil höher liegt als das der natürlichen Rohstoffe.

2. Entstehung von Torf, Kohle und Steinkohle:

Torf:

In den sumpfigen Wäldern des Tertiärs (vor 65 Mio. Jahren) gab es viele Pflanzen, wie z.B. Palmen, Zypressen usw.. Als sich durch die Verschiebung der Erdplatten das Land senkte wurde es von Wasser überdeckt, die Pflanzen wurden von Ton und Sand überlagert. Abgeschlossen von der Luft blieben Stämme, ste und Baumstümpfe auf dem Urwaldboden liegen und verrotteten. Diese Ablagerungen, die Torf genannt werden und ca. 20-30 Mio. Jahre alt sind, hat man früher getrocknet und als Isolier-, Streumaterial oder zum heizen verwendet.

Braunkohle:

Aus dem Torf entsteht unter niedrigem Druck von den darüberliegenden Erdschichten die Braunkohle. Sie ist ca. 40-50 Mio. Jahre alt und kommt in ca. 10 m dicken Schichten (Flözen) vor. Durch die Erdbewegungen liegen einige dieser Vorkommen heute etwa 100 bis 150 Meter über dem Meeresspiegel. Aus der im Tagebau abgebauten Braunkohle werden durch Vergasen und Verschwelen die wertvollen Bestandteile gewonnen, die man zu Ölen oder Benzin weiterverarbeitet. Der übrigbleibende sogenannte Schwelkoks gilt als wertvoller Brennstoff.

Steinkohle:

Die Steinkohle ist ca. 250-280 Mio. Jahre alt und entstand in den Epochen von Jura (vor 190 Mio. Jahren) bis Karbon (vor 345 Mio. Jahren). Sie ist ein Gemisch aus chemischen Verbindungen, die hauptsächlich Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und daneben geringe Mengen an Schwefel, Stickstoff und mineralischen Bestandteilen enthält. Außerdem enthält sie 10% freien Kohlenwasserstoff, wie Diamanten oder Graphit. Sie ist der Rohstoff für die chemische Industrie und die Energieerzeugung. Die Kohlevorräte wurden 1949 auf ca. 7,5 Bill. t und 1992 auf ca. 2500 Mrd. t geschätzt, wobei die Schätzung von 1992 nur die abbaubaren Vorräte beinhaltet. Referat über die Entstehung von fossilen Brennstoffen.

Heizwerte:

• Torf (obere Lage) ca. 12000 -16000 kJ/kg
• Torf (untere Lage) ca. 16000 -20000 kJ/kg
• Braunkohle ca. 7300 -29000 kJ/kg
• Steinkohle ca. 32000 -44000 kJ/kg

Unterscheidung der Steinkohle durch Kohlenstoffgehalt in verschiedene Typen :

• Holz ca. 48%-50% Kohlenstoffgehalt
• Torf ca. 58%-60% Kohlenstoffgehalt
• Braunkohle ca. 58%-73% Kohlenstoffgehalt
• Steinkohle ca. 75%-94% Kohlenstoffgehalt

weitere Unterteilungen der Steinkohle :

• Flammkohle ca. 76% Kohlenstoffgehalt
• Gasflammkohle ca. 82% Kohlenstoffgehalt
• Gaskohle ca. 85% Kohlenstoffgehalt
• Fettkohle ca. 88% Kohlenstoffgehalt
• Magerkohle ca. 90% Kohlenstoffgehalt
• Anthrazit ca. 96% Kohlenstoffgehalt
• freie Kohlenstoffe :Graphit ca.100% Kohlenstoffgehalt
• Diamant ca.100% Kohlenstoffgehalt
  

3. Entstehung von Erdöl

Erdöl kommt vor allem in Sedimentgesteinen vor und hat sich dort, im Laufe von Jahrmillionen aus Ablagerungen in den Urmeeren gebildet. Die Entstehung ist allerdings noch nicht eindeutig geklärt. Man nimmt an, dass es sehr langsam und unter wechselnden Bedingungen entstanden ist. Erdöl ist aus tierischen und pflanzlichen Substanzen, also aus organischen Stoffen entstanden. Seit mehr als 500 Mill. Jahren gibt es in Meeren mikroskopisch kleine Lebewesen, die das Plankton bilden. Als diese kleinen Mikroorganismen abstarben, sanken sie in unvorstellbaren Mengen auf den Meeresgrund, wo sie im Laufe der Zeit ganze Schichten bildeten.

Chemisch gesehen ist Erdöl ein Gemisch aus vielen Kohlenwasserstoffen, aus denen auch Kleinstlebewesen bestehen. Durch langsame Oxidation oder auch Verwesung bilden sich aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasser. Diese Voraussetzung war in den Urmeeren nicht gegeben. Wenn sich diese abgestorbenen Organismen unverwest zusammen mit feinsten Tonteilchen ablagerten, bildete sich Faulschlamm, über dem sich andere Sedimentschichten bildeten. 

Unter dem Einfluss von hohem Druck und hoher Temperatur wurden die toten Mikroorganismen in Jahrmillionen zu winzigen Tröpfchen Erdöl umgewandelt. Wahrscheinlich haben anaerobe Bakterien bei der Entstehung mitgewirkt, da sie für ihren Stoffwechsel nicht auf Sauerstoff angewiesen sind. 

Durch ständige Ablagerung neuer Schichten nahm der Druck zu, und es bildete sich aus Sand, Ton und Kalk Sandstein. Durch diese Verfestigung wurden die feinstverteilten Öltröpfchen zusammen mit dem, in der Schicht verbliebenen, Wasser ausgepresst. Diese Tröpfchen wanderten dann zu anderen Sandsteinschichten, bzw. zu deren Poren, wo sie sogenannte lfäden bildeten. Wenn das Erdöl nicht auf eine undurchlässige Schicht trifft, z.B. aus Salz oder Ton, dann wandert es bis an die Erdoberfläche. An solch undurchlässigen Schichten bilden sich erdölgetränkte Gesteinsschichten, aus ihnen kann man dann das Erdöl fördern.

4. Entstehung von Erdgas

Die Geschichte der Nutzung von Erdgas beginnt um 900 v. Chr., als Chinesen das Erdgas, das sie bei der Salzgewinnung entdeckt hatten, zum Trocknen des Salzes genutzt haben. In der Bundesrepublik Deutschland hat die Verwendung von Erdgas seit Anfang der sechziger Jahre einen stürmischen Aufschwung erfahren. Im Laufe der Jahrzehnte wurde das Erdgas neben dem Mineralöl und der Kohle zur drittwichtigsten Energiequelle der BRD. Um die Luftverunreinigung möglichst gering zu halten, wird vor allem in Ballungsgebieten der Einsatz von Erdgas gewünscht, das als umweltfreundlicher Energieträger gilt, da bei der Verbrennung von Erdgas in den Rauchgasen praktisch keine Schwefeldioxide auftreten. Sind die Brenner ordnungsgemäß eingestellt, entstehen auch weder Kohlenmonoxid noch Ruß. In den Abgasen kommen andere unerwünschte Bestandteile wie Formaldehyde und Restkohlenwasserstoffe nur in Bruchteilen der Mengen vor, die bei anderen Energieträgern festgestellt werden. Erdgas entsteht häufig, wie schon oben angegeben, als "Nebenprodukt " der Kohle oder des Erdöls. Es kann auch unabhängig davon vorkommen. Erdgasähnliche Gase (Sumpfgas, Faulgas) bilden sich aus Biomasse unterschiedlicher Art durch Fäulnisprozesse unter Einwirkung von Bakterien. Diese Gase erzeugt man auch synthetisch aus Abfällen der Landwirtschaft und nutzt sie wirtschaftlich (Biogas).

5.Protokoll

Dieses Protokoll beschreibt die Arbeiten und Arbeitsaufteilungen unserer Gruppe ( bestehend aus Claudia, Carmen, Philipp) in der Zeit vom 22.1.1997 bis zum 19.02.1997. Am 22.1.1997 haben wir uns zum ersten Mal genauer mit unserem Thema, welches die Entstehung fossiler Energieträger heißt, befasst. Wir stellten fest, dass es drei fossile Energieträger gibt und jeder sollte sich demnach um eine Energieform kümmern. Philipp übernahm die Entstehung der Kohle, Claudia die des Erdgases und Carmen die des Erdöls. Am 28. und 29.1.1997 gingen wir in die Stadtteilbücherei, wo wir feststellten, dass nicht sehr viel brauchbares Material zu unserem Thema zu finden war. Schließlich fand doch jeder das passende, allerdings erst nachdem Philipp in der Stadtbücherei war und wir beschlossen die nächsten Stunden , die wir noch Zeit hatten allein, also jeder für sich zu arbeiten, d.h. jeder wertete zu Hause seine entsprechenden Informationen aus. Carmen verfasste das Protokoll und Claudia bernahm die Einleitung des Referats. In der Stunde am 18.2.1997 haben wir uns zusammengesetzt und unsere Ergebnisse zu einem leider nicht sehr umfangreichen Ergebnis zusammengefasst. Folgende Stunde beschäftigten wir uns mit den Feinheiten der Zusammenstellung des Referats aus den einzelnen Teilen.

Claudia, Carmen, Philipp, 11a