Energieträger werden auch als Energiespeicher bezeichnet. Aus chemischer Sicht zählen Kraftstoffe und Brennstoffe zu den fossilen Energieträgern und finden Verwendung im Alltag. Durch die Verbrennung dieser Rohstoffe werden andere Energieformen erzeugt. Dazu zählen:
- thermische Energie (Heizung)
- elektrische Energie (Kohlekraftwerk)
- kinetische Energie (Autos).
Fossile Energieträger werden auch als konventionelle Energiequellen bezeichnet. Das hat den Hintergrund, dass das Vorkommen dieser Ressourcen auf unserem Planeten beschränkt ist und diese somit früher oder später aufgebraucht sind.
Hast Du schon einmal vom sogenannten Earth Overshoot Day gehört? Das ist eine Kampagne der Organisation Global Footprint Network. Diese Kampagne bezeichnet den Tag als Overshoot Day, an dem mehr natürliche Ressourcen verbraucht werden, als die Erde produziert. Es wird also ein Zeitpunkt benannt, ab dem wir aus ökologischer Sicht über unsere Verhältnisse leben. Berechnet wird dieser Tag aus dem ökologischen Fußabdruck von 150 Nationen.
Der Großteil des globalen Primärenergieverbrauchs wird mit fossilen Energieträgern abgedeckt. Aus diesen Stoffen kann Energie gewonnen werden. Dies geschieht beispielsweise durch die Verbrennung. Die dadurch erzeugte Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt.
Im Gegensatz zu den fossilen Energieträgern gibt es auch regenerative Energieträger. Solche Energiequellen sind etwa Erdwärme, Biomasse, Wasserkraft, Windenergie und Solarenergie.
Regenerative Energieträger oder auch erneuerbare Energien sind Ressourcen zur Energiegewinnung, die unendlich zur Verfügung stehen oder in kurzer Zeit nachwachsen.
Abbildung 1: Übersicht erneuerbare Energien
Fossile Energieträger – Erklärung
Neben Braun- und Steinkohle zählen auch Erdgas und Erdöl zu den fossilen Brennstoffen. Eine Gemeinsamkeit aller fossilen Energieträger ist der natürliche Ursprung. Vor Jahrmillionen sind diese sowohl aus Plankton als auch pflanzlichen und tierischen Überresten entstanden. Die folgende Abbildung bietet Dir einen Überblick über die Entstehung.
Abbildung 2: Übersicht fossiler Energieträger
Kohle als Energieträger
Kohle findet sich heute in ehemaligen Sumpfwäldern und Mooren. Entstanden ist dieser fossile Energieträger durch Überreste von abgestorbenem Pflanzenmaterial. Diese Pflanzenreste sind in den sauerstoffarmen Gewässern der Sümpfe nicht verrottet, sondern wurden durch Überlagerung im Verlauf der Jahre in Kohle umgewandelt.
Zunächst entstand jedoch Torf. Unter Luftausschluss verwandelten Mikroorganismen die Überreste der abgestorbenen Pflanzen in eine Torfschicht. Durch die Ablagerung weiterer Pflanzenüberreste sowie Sand- und Gesteinsschichten entstanden mehrere Torf- und Kohleschichten.
Im Ruhrgebiet beispielsweise gibt es zahlreiche Stätten, an denen Kohle abgebaut wird. Bis zu 200-mal wiederholten sich die Vorgänge der Überlagerung in diesem Gebiet. Durch den höheren Druck und die steigende Temperatur wurden die Schichten zusammengepresst, wodurch zunächst aus dem Torf Braunkohle und später Steinkohle entstand.
Erdöl und Erdgas
Schwarzes Gold: So bezeichnen viele Menschen das Erdöl aufgrund des Wertes und der Farbe. Entstanden ist Erdöl vor Millionen von Jahren. Heutzutage ist es kaum noch aus dem alltäglichen Leben wegzudenken. Hauptsächlich findet es Verwendung als Treibstoff für Fahrzeuge, Heizmaterial oder Basisstoff in der Kunststoffproduktion.
Das im Meer befindliche Plankton ist das Ausgangsmaterial für die Entstehung des Erdöls. Die Überreste der Meeresbewohner sanken vor Jahrmillionen auf den Grund des Meeres und wurden luftdicht unter Sedimentschichten begraben. Sedimentschichten entstehen durch den Vorgang der Sedimentierung.
Die Sedimentierung bezeichnet die Ablagerung von Schwebstoffen aus Flüssigkeiten und Gasen unter dem Einfluss der Gravitationskraft. Bildet sich am Boden eine lockere Schicht aus Schwebstoffen, so nennt man dies auch Bodensatz oder Sediment.
Die Überreste des Planktons zersetzten sich und ein Faulschlamm entstand. Über diesem Schlamm lagerten sich erneut Sedimente ab, wodurch der Faulschlamm zusammengedrückt wurde. Durch den Druckanstieg erhöhte sich auch die Temperatur und aus dem Faulschlamm bildete sich ein Gemisch aus gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen.
Dieses Gemisch war leichter als Wasser und stieg deshalb durch die Gesteinsschichten nach oben. Dort sammelte es sich unterhalb einer undurchlässigen Schicht. Den gasförmigen Teil des Gemischs kennen wir heute auch als Erdgas. Durch den Aufstieg des Gemischs entstanden die Erdöllagerstätten, an denen heute das Erdöl gefördert wird. Erdöl und Erdgas kommen häufig gemeinsam vor, daher werden beide Stoffe zusammen befördert.
Kraftstoffe
Kraftstoffe oder auch Treibstoffe sind ebenfalls Energieträger, die häufig aus Erdöl gewonnen werden. Dies geschieht in einer Erdölraffinerie, um höherwertige Produkte zu gewinnen. Bevor das Erdöl weiterverarbeitet werden kann, muss es zunächst entsalzen werden. Sand und Wasser werden bereits an der Lagerstätte aus dem Öl gefiltert.
Durch die anschließende fraktionierte Destillation des Rohöls entstehen verschiedene Produkte, die als Kraftstoffe eingesetzt werden können. Dazu zählen etwa Schweröle, Diesel und Heizöl, Kerosin und Petroleum, Leichtbenzin sowie Flüssiggas.
Verarbeitung fossiler Energieträger
Die gespeicherte Energie fossiler Brennstoffen wird nutzbar gemacht, indem diese mithilfe verschiedener Verfahren in der chemischen Industrie weiterverarbeitet werden. Die am häufigsten verwendeten Verfahren sind das Cracken und die fraktionierte Destillation.
Fraktionierte Destillation
Die fraktionierte Destillation wird bei der Erdölverarbeitung eingesetzt, um daraus hochwertige Kraftstoffe zu gewinnen. Dabei geht es um die Trennung eines Stoffgemischs, in diesem Fall Erdöl. Erdöl ist ein Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die voneinander getrennt werden sollen. Diese Komponenten werden auch als Fraktionen bezeichnet.
Das Erdöl wird in diesem Verfahren stark erhitzt, sodass sich die Kohlenwasserstoffe in unterschiedlichen Siedebereichen destillativ voneinander trennen. Die Destillate sammeln sich in den Glockenböden, die sich im Destillationsturm befinden, ab.
Cracken
Das Cracken ist ebenfalls ein Schritt der Erdölaufbereitung und folgt auf die fraktionierte Destillation. Bei der Rohöldestillation bestehen die Produkte zum großen Teil aus hoch siedenden Schwerölen. Mithilfe des Crack-Verfahrens können die langkettigen Kohlenwasserstoffe in eine größere Menge kurzkettiger und niedrig siedender Fraktionen gespalten werden.
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen drei Verfahren:
- thermisches Cracken ohne Katalysator
- Cracken mithilfe von Katalysatoren
- Cracken mit Zusatz von Wasserstoff (Hydrocracken)
Fossile Energieträger – Vor- und Nachteile
Fossile Energieträger sorgen nach wie vor größtenteils dafür, dass der Strom aus der Steckdose kommt, es im Winter warm ist oder wir uns mit Autos, Flugzeugen und Schiffen fortbewegen können. Neben den genannten Vorteilen gibt es auch eine Vielzahl an Nachteilen, die durch die Verbrennung und die Förderung dieser Rohstoffe entstehen.
Fossile Energieträger – Vorteile
Fossile Energieträger haben die industrielle Revolution im 19. Jahrhundert vorangetrieben und sind seitdem wichtiger Teil des Alltags. Aufgrund der langjährigen Verwendung sind die Technologien für die Förderung und Aufbereitung so weit entwickelt, dass die Prozesse kostengünstiger sind, als die der erneuerbaren Energien.
Fossile Energieträger – Nachteile
Ein Nachteil fossiler Energieträger ist die Endlichkeit der Vorkommen. Studien belegen, dass die Vorräte an Erdöl, Erdgas und Kohle noch für etwa 100 Jahre reichen werden, bis diese vollständig erschöpft sind.
Hinzu kommt die Entstehung hoher Mengen an Kohlenstoffdioxid (CO₂), die bei der Verbrennung dieser Energiespeicher an die Umwelt abgegeben wird. Dieser entsteht durch die Verbindung von Sauerstoff mit Kohlenstoff und trägt zum menschenbedingten Klimawandel bei.
Steinkohle wird im Bergbau gefördert, in Deutschland jedoch nicht mehr. Die Sicherheitsstandards sind in jedem Land unterschiedlich; Unfälle sind häufig zu beobachten. Hinzu kommt, dass bei der Verbrennung der Kohle in Kraftwerken CO₂ entsteht. Durch den Import von Kohle wird zusätzliches CO₂ produziert, da die Transportwege aus dem Ausland sehr lang sind.
Braunkohle wird in Mitteldeutschland abgebaut und bringt eine Vielzahl an Nachteilen mit sich. Für die Förderung müssen unter anderem Dörfer umgesiedelt und Landschaften umgestaltet werden. Nach dem Abbau der Braunkohlevorkommen bleibt ein großer Krater im Boden zurück.
Neben Kohlenstoff ist in Braunkohle ein größerer Anteil von Schwefeloxiden enthalten, sodass neben CO₂ auch Schwefeloxid bei der Verbrennung an die Umgebung abgegeben wird. Dieses Schwefeloxid ist beispielsweise für den sogenannten sauren Regen verantwortlich.
Die Förderung von Erdöl und Erdgas bringt ebenfalls Folgen für Menschen und Natur. Oft verunglücken Öltanker auf dem Mehr und verursachen damit eine Ölpest. Dadurch werden Lebensräume zerstört.
Ölplattformen dienen besonders der Förderung von Erdöl auf dem offenen Meer. Im April 2010 explodierte eine Ölplattform im Golf von Mexiko und geriet in Brand. Zwei Tage nach dem Unglück ging sie unter. Durch die Explosion wurde die Ölplattform "Deepwater Horizon" vollständig zerstört und an den Leitungen, die zur Förderung des Öls verwendet werden, entstanden Lecks. So kam es zu einer Ölpest im Golf von Mexiko mit etwa 800 Millionen Litern Öl. Meerestiere, Vögel und Pflanzen wurden durch das Öl beschädigt und sogar die Küstenregionen der USA waren betroffen.
Die Erdölreserven sind mittlerweile nahezu aufgebraucht und sollen in wenigen Jahrzehnten vollständig erschöpft sein. Auch spezielle Fördermethoden wie das Fracking in den USA schaden der Natur und verunreinigen das Trinkwasser. Dabei wird das Öl mithilfe von Chemikalien und Druck aus dem Boden gepresst. Die Nachteile fossiler Energieträger bedrohen somit die Umwelt und das Klima in größerem Ausmaße, als dass sie uns im Alltag helfen.
Fossile Energieträger - Das Wichtigste
- Fossile Energieträger sind die konventionellen Energieträger und vor Millionen von Jahren aus pflanzlichen und tierischen Überresten entstanden.
- Zu den fossilen Energieträgern zählen:
- Braun- und Steinkohle
- Erdöl
- Erdgas
- Kraftstoffe wie Benzin und Diesel.
- Die Reserven der fossilen Energieträger sind endlich. Diese Energieträger stoßen außerdem eine große Menge an CO₂ aus.
- Erneuerbare Energieträger bilden eine umweltfreundliche Alternative. Diese sind:
- Windkraft
- Erdwärme
- Wasserkraft
- Biomasse
- Solarenergie.
- Das Cracken und die fraktionierte Destillation sind zwei Möglichkeiten der Erdölverarbeitung. Kohle wird häufig in Kohlekraftwerken verbrannt, um Energie zu gewinnen.
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