Fossile Brennstoffe: Kohle, Öl & Erdgas – Auswirkungen und Alternativen

Re Energy: Fossile Brennstoffe, Petrochemie und Erdgas

Derzeit werden 78 % der kommerziellen Energie in der Welt durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt. Dies führt zu ernsthaften Kontaminationsproblemen und verstärkt den Treibhauseffekt, vor allem wegen der CO2-Emissionen. Trotz der Nutzung von Gasen können wir deren Auswirkungen nicht ignorieren, bis wir praktikable Alternativen haben. Die Sonne ist eine der Alternativen für die Energieerzeugung. Das schrittweise Ersetzen fossiler Brennstoffe durch sauberere Energiesysteme hat jedoch Auswirkungen auf unsere Umwelt, die berücksichtigt werden müssen.

Die Kohle

Kohle ist ein Sedimentgestein organischen Ursprungs, bestehend aus amorphem Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffen, organischen Verbindungen, pflanzlichen Resten und anorganischen Begleitstoffen. Kohle entstand durch die Anhäufung pflanzlicher Substrate in Sümpfen und Lagunen. In Abwesenheit von Sauerstoff vollzog sich durch fer­mentative Reaktionen und durch das Wirken bestimmter Bakterien auf Zellulose und Lignin ein Verkohlungsprozess der pflanzlichen Masse.

Während der Diagenese gingen überwiegend Sauerstoff- und Wasserstoffatome verloren und wurden in Form von Methan und CO2 abgegeben, sodass eine Rückstandsmasse mit hohem Kohlenstoffgehalt zurückblieb. Die Umwandlung von Torf zu Kohle erfordert eine möglichst schnelle Überdeckung (Bestattung), um Zerfall und Verwesung zu vermeiden. Anschließend erfolgte die Verdichtung durch Druck in aufeinanderfolgenden Schichten mit zunehmender Temperatur, bis schließlich Karbonisierungsstufen erreicht wurden. Die kohlenstoffreiche Masse wurde unter anderem von wasserdichten Tonschichten überlagert und begraben.

Verschiedene Arten von Kohle werden nach ihrem Kohlenstoffgehalt eingestuft:

• Die erste Stufe (Torf) hat einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und einen hohen Feuchtigkeitsanteil.
• Braunkohle (Lignit) hat einen relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt von etwa 60 % und gilt als von geringerer Qualität.
• Steinkohle weist höhere Kohlenstoffanteile auf (typisch ~80–90 %) und hat einen größeren Heizwert.

Durch zusätzlichen Druck und Temperatur kann Kohle praktisch in Graphit umgewandelt werden, das nahezu reiner Kohlenstoff ist. Kohle wird häufig verbrannt, weil sie reichlich vorhanden ist und eine hohe Energieabgabe besitzt. Gleichzeitig verursacht sie erhebliche Verschmutzung; ihr zum Teil hoher Schwefelgehalt ist eine der Hauptursachen für sauren Regen. Die hauptsächliche Nutzung von Kohle ist die Verbrennung in thermischen Kraftwerken zur Stromerzeugung. Es ist derzeit nicht möglich, diese Kraftwerke sofort zu ersetzen; daher werden in vielen Anlagen Technologien wie Rauchgasentschwefelung eingesetzt, um die Schwefeleinträge zu reduzieren, auch wenn diese Maßnahmen nicht alle Auswirkungen vollständig aufheben.

Öl

Öl ist eine Mischung aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen und halbflüssigen bis flüssigen Kohlenwasserstoffen, die aus den Resten organischer Substanz entstanden sind. Diese Flüssigkeiten befinden sich in den Poren bestimmter sedimentärer Gesteine. Öl bildete sich aus massenhaft abgestorbenem Meeresplankton und organischem Material, beeinflusst von Faktoren wie Temperatur oder Salzgehalt des Wassers, in einem mehrstufigen Prozess:

• Akkumulation: Organische Reste, oft Phytoplankton und oberflächliche biologische Produktionsreste, sammeln sich in Gewässerbereichen mit hoher Nährstoffzufuhr, beispielsweise in Flussdeltas.
• Begräbnis (Burial): Mit dem Absinken der abgestorbenen organischen Substanz in tiefere Sedimentschichten beginnen viele Reste zu zerfallen; nur ein Teil erreicht die tieferen Lagen. Dort kann weiterer Abbau durch Scavenger und Destruenten erfolgen.
• Reifung/Umwandlung: Für die Erhaltung der organischen Masse ist es wichtig, dass sie unter anaeroben Bedingungen geborgen wird, da dies die Oxidation erschwert und die Zersetzung durch Organismen reduziert. Unter Druck und Temperatur vollziehen sich dann diagenetische und katagenetische Umwandlungsprozesse, die zu Kohlenwasserstoffen führen.

Diese Akkumulation organischer Substanz wird erleichtert, wenn die Bedingungen anaerob sind, was die Oxidation verhindert und das Überleben von Aasfressern und bestimmten Organismen einschränkt. Nur so können größere Mengen organischen Materials erhalten bleiben und später in Öl und Gas umgewandelt werden.