EL-MO II Moleküle, Schulbuch

100 7 Fossile Rohstoffe Kohle • Erdöl • Raffinerie • Treibstoffe • Naturgas Unter fossilen Rohstoffen versteht man hauptsächlich Kohle , Erdöl und Erdgas . Sie sind relativ leicht gewinnbar und decken heute als Energiequellen den Großteil des Weltenergiebedarfs. Fossile Rohstoffe sind zumindest zum Großteil Reste von Lebewesen früherer erdgeschichtlicher Epochen. Sie wurden der oxidativen Verrottung durch den Luftsauerstoff entzogen. Die anaerobe Umsetzung führte unter Wasserabspaltung zu Kohlenwasserstoffen verschiedenen Wasserstoff- und Kohlenstoffgehalts. Während sich Landpflanzen zu kohlenstoffreichen Verbindungen umsetzten, überwiegt in den Resten der Meereslebewesen der Wasserstoffgehalt. Erstere bildeten die Kohle, die vor allem aus polykondensier- ten Aromaten besteht und schon große Ähnlichkeit mit Grafit aufweist. Letztere, Erdöl und Erdgas, in denen die Kohlenwasserstoffe der Alkane (Paraffine) und Cycloalkane (Naphthene) überwiegen. Aber auch beim Erdöl gibt es aromatenreiche Vorkommen. 7.1 DIE KOhLE Der Prozess der Kohlebildung wird Inkohlung genannt und dauert viele Millionen Jahre. Über geologische Epochen entstehen dabei immer kohlenstoffreichere Ver- bindungen, die man Braunkohlen nennt. Sie haben einen Heizwert von 8000–15000 kJ/kg, je nach Wassergehalt (getrocknet bis zu 27 000 kJ/kg), und enthalten häufig noch gut erkennbare Pflanzenteile. Die weltweiten, wirtschaftlich gewinnbaren Braunkohlevorräte werden auf 268 Mil- liarden Tonnen geschätzt. 190 Milliarden Tonnen davon befinden sich alleine auf dem Gebiet der GUS, der ehemaligen UdSSR. Die Bedeutung der Braunkohle als Energieträger ist allerdings weltweit stark rückläufig. Steinkohlen haben zum Unterschied von Braunkohlen schieferartige Struktur. Die Umwandlung in Steinkohlen findet unter höherem Druck statt. Er und nicht das Al- ter ist Bedingung für die Steinkohlebildung. Steinkohlen findet man daher meist in tiefergelegenen Bodenschichten. Sie finden sich dort in Flözen von einigen Zenti- metern bis einigen Metern Mächtigkeit. Da sie bergmännisch gewonnen werden müssen, ist die Mächtigkeit des Flözes ein wichtiges Kriterium für die Wirtschaft- lichkeit einer Lagerstätte. Die wirtschaftlich gewinnbaren weltweiten Steinkohlereserven werden auf 730 Mil- liarden Tonnen geschätzt (Abb. 101.1). Der Gesamtsteinkohlevorrat liegt mindestens eine Größenordnung höher. Der jährliche weltweite Steinkohleverbrauch liegt bei etwa 5,8 Milliarden Tonnen (Abb. 101.2). Steinkohlelagerstätten findet man auf allen Kontinenten. Die Kohlevorräte sind also so groß, dass die Begrenzung des Energie- verbrauchs der Menschheit nicht durch die Erschöpfung der Lagerstätten, sondern durch die Umweltauswirkungen bei der Verbrennung (CO 2 -Problematik) gegeben sein dürfte. Die Hauptverwendung der Steinkohle ist auch heute noch der Einsatz als Heizma- terial und als Energieträger für kalorische Kraftwerke. Ihr Heizwert ist höher als der von guter Braunkohle (im trockenen Zustand über 30 000 kJ/kg). Steinkohle ist aber auch ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie. Der traditionelle Einsatz von Steinkohle ist die Verkokung. Dabei wird die Kohle unter Luftabschluss 15 bis 20 Stunden lang auf über 1200 °C erhitzt. In dieser Zeit werden die komplizierten or- ganischen Moleküle der Kohle in einfachere, flüchtige Verbindungen zerlegt und ein Kohlenstoffgerüst bleibt über, der Koks . Je nach Kohlenstoffgehalt der Kohle ist die- ser Koks sehr porös oder druckfest. Der druckfeste Koks wird in der Stahlindustrie als Hüttenkoks eingesetzt. Der billigere, poröse Koks dient gemahlen (Koksgrus) als Brennstoff für das Sintern von Erzen, als Reduktionsmittel und als Ausgangsstoff bei der Herstellung von Calciumcarbid. Bei der Verkokung entsteht ein brennbares Gas aus Wasserstoff, Methan, Kohlen- stoffmonoxid, Stickstoff und Kohlenstoffdioxid. Dieses wurde früher, bevor die Gas- versorgung auf Erdgas umgestellt wurde, zur Herstellung von Stadtgas verwendet. Heute dient es zum Betreiben der Kokerei und als industrielles Heizmaterial. Große Bedeutung in der Zukunft könnte die Kohlevergasung erhalten. Dabei wird die Kohle mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf zu einem Gemisch aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff umgesetzt. Die exotherme Verbrennung der Kohle und die endotherme Umsetzung mit Wasserdampf sind dabei energiemä- ßig ausgeglichen. Durch Konvertieren kann das Verhältnis zwischen CO und H 2 nach Wunsch eingestellt werden. Dieses Synthesegas dient dann zur Herstellung von Abb. 100.1: Primärenergieverbrauch (2009) Erdöl 35,6% Erdgas 23,8% Kohle 28,6% Kernergie 5,6% Wasserkraft 6,4% ■ 100.1: Die Verkokung von Steinkohle In einer Apparatur (Abb.) erhitzt man einige Stücke Steinkohle in einer großen, feuerfes- ten Proberöhre. Wenn aus dem Glasrohr (mit Spitze) nach der Kühlfalle bräunlicher, übel- riechender Rauch entweicht, ist die Luft aus der Apparatur verdrängt und man kann das auströmende Gas entzünden. Das entwei- chende Kohlegas brennt mit heller, rußender Flamme. In der Kühlfalle bleibt Kohleteer (reich an aromatischen Stoffen) zurück. Die Proberöhre enthält zum Schluss Koks. Entsorgung : Kohleteer – Kanister A leHrerVerSuCH Kohle Eiswasser 879i82 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv