Energiequellen & Brennstoffe: Arten, Klassifikation und Gewinnung

Grundlagen der Energie: Definitionen

Chemische Energie

Chemische Energie ist die Energie, die Atome und Moleküle zusammenhält.

Elektrische Energie (Strom)

Elektrische Energie ist die Energie, die durch die Bewegung elektrischer Ladungen entsteht.

Kernenergie

Kernenergie ist die Energie, die die Teilchen in den Atomkernen zusammenhält.

Strahlungsenergie

Strahlungsenergie ist die Energie, die durch elektromagnetische Wellen transportiert wird.

Schallenergie

Schallenergie ist die Energie, die durch die Schwingung von Molekülen in der Luft übertragen wird.

Klassifikation von Energieträgern

Energieträger sind natürliche Ressourcen, die genutzt werden können, um Kraft, Licht, Wärme oder andere Energieformen zu erzeugen.

Klassifikation nach Natur

• Primäre Energieträger: Sie kommen in der Natur vor, z.B. Kohle, Holz, Wasser, Erdöl.
• Sekundäre Energieträger: Sie werden aus primären Quellen gewonnen, z.B. Strom, Benzin.

Klassifikation nach verfügbaren Reserven

• Erneuerbare Energieträger: Ihre Reserven sind unbegrenzt, da sie sich regenerieren, z.B. Sonne, Wind, Wasser.
• Nicht erneuerbare Energieträger: Ihre Reserven sind begrenzt, z.B. Kohle, Erdöl, Erdgas, Uran.

Klassifikation nach Nutzungsintensität

• Konventionelle Energieträger: Aus ihnen wird der Großteil der Energie für die Gesellschaft produziert, z.B. Erdöl, Erdgas, Kohle.
• Nicht-konventionelle Energieträger: Sie erzeugen einen Bruchteil der gesamten von der Gesellschaft verbrauchten Energie, z.B. Windenergie, Solarenergie.

Brennstoffe und Brennwert

Brennstoffe sind Materialien, die bei der Verbrennung mit Sauerstoff Wärmeenergie freisetzen.

Arten von Brennstoffen

• Feste Brennstoffe: Kohle, Anthrazit, Holz.
• Flüssige Brennstoffe: Erdöl, Methanol, Benzin.
• Gasförmige Brennstoffe: Erdgas, Flüssiggase (LPG).

Brennwert

Der Brennwert ist die Energiemenge, die bei der vollständigen Verbrennung eines Brennstoffs freigesetzt wird.

Kohle: Arten und Anwendungen

Kohle ist ein fossiler Brennstoff, der in verschiedenen Formen vorkommt.

Arten von Kohle

• Braunkohle: Niedriger Heizwert, oft in Tagebauen abgebaut, typischerweise in Tiefen von bis zu 1.000 Metern gefunden.
• Steinkohle: Hoher Heizwert, wasserdicht und gut für die Destillation geeignet, typischerweise in Tiefen von bis zu 3.000 Metern gefunden.
• Anthrazit: Die älteste Kohleart mit dem höchsten Heizwert, typischerweise in Tiefen von bis zu 6.000 Metern gefunden und sehr rein.

Anwendungen von Kohle

• Als Brennstoff für den allgemeinen Gebrauch: Direkte Verbrennung zur Wärmeerzeugung in Kraftwerken und Industrie.
• Trockendestillation (Verkokung): Kohle wird hohen Temperaturen ohne Sauerstoff ausgesetzt, um folgende Produkte zu gewinnen:
  • Koks: Ein Brennstoff, der hauptsächlich in der Stahlindustrie verwendet wird.
  • Stadtgas: Zur Beheizung und Beleuchtung.
  • Chemikalien: Öle und Teer.
• Vergasung: Reaktion von Kohle mit heißem Dampf zur Erzeugung von Synthesegas (Kohlenmonoxid und Wasserstoff), das weiter zu Erdgas oder Kohlenwasserstoffen verarbeitet werden kann.

Erdöl: Eigenschaften, Entstehung und Gewinnung

Eigenschaften von Erdöl

Erdöl ist eine Flüssigkeit von variabler Farbe und geringerer Dichte als Wasser. Es ist ein komplexes Gemisch von Kohlenwasserstoffen. Rohöl hat keine direkte Anwendung; seine Bestandteile müssen durch Destillation getrennt werden.

Entstehung von Erdöl

Die Bildung von Erdöl begann vor etwa 600 Millionen Jahren durch die Ansammlung von marinen Mikroorganismen und Plankton. Die organische Substanz durchlief verschiedene Phasen:

• Aerobe Phase: Mikroorganismen zersetzen organische Materie unter Sauerstoffverbrauch.
• Anaerobe Phase: Unter Sauerstoffausschluss zersetzen anaerobe Bakterien die verbleibende organische Materie.

Im Laufe der Zeit und unter hohem Druck und hohen Temperaturen verwandelte sich die organische Substanz in Erdöl. Das flüssige Erdöl wanderte durch poröse Gesteinsschichten, bis es undurchlässige Gesteine erreichte, wo es sich in Lagerstätten oder Taschen ansammelte.

Lokalisierung und Extraktion von Erdöl

• Lokalisierung: Um Erdöl zu finden, werden geologische Untersuchungen durchgeführt und Testbohrungen gesetzt. Ein Bohrturm wird errichtet, und eine Testbohrung wird abgeteuft, um die Gesteinsstrukturen zu analysieren.
• Extraktion: Sobald eine Erdöllagerstätte identifiziert ist, wird die Menge des Rohöls bewertet. Ist die Bewertung positiv, kann die Förderung auf natürliche oder künstliche Weise erfolgen:
  • Natürliche Förderung: Durch den Eigendruck der Lagerstätte wird das Erdöl durch ein Förderrohr an die Oberfläche gedrückt und steigt spontan auf.
  • Künstliche Förderung: Wenn der natürliche Druck nicht ausreicht, werden Methoden wie das Einpressen von Wasser oder Gas in die Lagerstätte angewendet, um das Öl an die Oberfläche zu zwingen, oder es werden Pumpen eingesetzt.