Vielleicht hast Du schon mal vom Bergbau gehört oder hast vielleicht selbst Verwandte, die im Bergbau gearbeitet haben. Dabei drehte sich alles um Kohle, das ist ein fossiler Energierohstoff und besteht aus Millionen Jahre alten Pflanzen. Heutzutage nutzen wir Kohle als Brennstoff zur Energiegewinnung. Doch wie kann eigentlich aus Millionen Jahre alten Pflanzen Strom gemacht werden und wie ist Kohle entstanden?
Entstehung von Kohle
Die Entstehung von Kohle reicht weit in die Vergangenheit zurück. Vor über 300 Millionen Jahren war die Erde zum Großteil von Sumpfgebieten mit reicher Vegetation bedeckt. Es wuchsen insbesondere Farne und Schachtelhalme, die damals die Größe von Bäumen erreichen konnten. Das Klima war warm und feucht, wodurch die Pflanzen gut und schnell wachsen konnten.
Wenn Pflanzen abstarben, versanken diese im naheliegenden Sumpf. Dort war kein Sauerstoff vorhanden, wodurch die Pflanzen nicht wie normal zersetzt werden konnten. Sondern sie lagerten sich im Sumpf unter Ausschluss von Sauerstoff an. Zu der Zeit kam es häufig zu Überschwemmungen der Sumpfgebiete, wodurch die Sümpfe und die darin liegenden abgestorbenen Pflanzen von Sedimenten bedeckt wurden.
Sedimente sind mineralische oder organische Partikel, die auf trockenem Land oder am Grund eines Gewässers abgelagert werden. Das geschieht entweder durch die Schwerkraft oder durch Ströme, zum Beispiel durch Überschwemmungen.
Dieser Prozess wiederholte sich oft, sodass die neuen Sedimente die alten Sedimente überlagerten. Innerhalb von hundert Millionen Jahren lagerten sich diese Schichten immer tiefer im Erdinnern an. Dadurch waren die Schichten einem großen Druck und immer wärmer werdenden Temperaturen ausgesetzt und eine Inkohlung fand statt. Aus den abgestorbenen Pflanzen ist das Gestein Kohle entstanden.
Bei der Inkohlung wird Sauerstoff und Wasserstoff von Kohlenstoff abgespaltet, wodurch der Anteil von Kohlenstoff in der organischen Masse im Vergleich zu anderen Elementen zunimmt.
Hier auf der Abbildung 1 kannst Du sehen, wie eine solche Sedimentsaufschichtung aussieht. Die oberste Schicht bilden die wachsenden Pflanzen und das Sumpfgebiet. Unterhalb der Erdoberfläche siehst Du die Aufschichtung der Sedimente:
- Torf
- Braunkohle
- Steinkohle
Da die Zeit von vor 345 bis 280 Millionen Jahren entscheidend für die Kohleentstehung war, wird sie auch Karbonzeit genannt, was übersetzt Kohlezeit heißt.
Abbau von Kohle
Kohle liegt unter der Erde und muss, damit aus ihr Strom erzeugt werden kann, zunächst aus der Erde geholt werden. Das geschieht im Kohleabbau. Hierbei unterscheidet man zwei Arten:
In Deutschland wird Steinkohle im Untertagebau in Zechen abgebaut. Die Bergleute gelangen in einer Art Fahrstuhl zum unterirdischen Schacht, in dem die Kohle abgebaut wird. Dort befinden sich Bahnen, die die abgebaute Kohle transportieren. Früher nutze man dazu Pferde, die in den unterirdischen Schächten lebten und die Kohle hin und her zogen.
Als Zeche bezeichnet man die Steinkohlebergwerke, in denen Steinkohle Unter Tage abgebaut wird.
Braunkohle wird im Tagebau abgebaut, diese liegt nicht so tief unter der Erde und man kann mithilfe von großen Baggern oberflächlich geborgen werden. Dabei wird die obere Erdschicht wegtragen, in den entstehenden Gruben kann dann die Braunkohle geborgen werden. Diese wird mit einem Förderband oder mit der Bahn zum Kohlekraftwerk gebracht, um Strom zu erzeugen.
Der Tagebau trägt seinen Namen, weil anders als in Minen das Tageslicht in die Grube fällt. In anderen Teilen der Welt wird der Tagebau genutzt, um Rohstoffe wie Gold oder Kupfer zu gewinnen.
Abbau von Kohle – Kohlekraftwerk
Um aus Kohle Strom zu erzeugen, muss sie in einem Kohlekraftwerk verbrannt werden. Dieses wandelt Wärmeenergie in elektrische Energie um. Bevor die Kohle verbrannt wird, muss sie gemahlen werden. Die gemahlene Kohle wird dann in eine Brennkammer geblasen und dort verbrannt.
Bei diesem Verbrennungsprozess entstehen heiße Rauchgase, die das Wasser erhitzen, das in Rohren durch die Brennkammer fließt. Dabei entsteht heißer Dampf. Dieser Dampf durchströmt eine Turbine und dabei wird Wärmeenergie in Bewegungsenergie umgewandelt.
Die Turbine treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Der genutzte Dampf wird in einen Kessel umgeleitet, indem er beim Abkühlen wieder zu Wasser kondensiert und dann zurück in die Brennkammer geleitet wird, um erneut erhitzt zu werden.
Bei Kohlekraftwerken handelt es sich um konventionelle Kraftwerke. Andere fossile Energieträger wie Erdöl werden ebenfalls in solchen Kraftwerken eingesetzt, um Strom zu erzeugen. Die Kraftwerke arbeiten nach dem gleichen Prinzip, nur der eingesetzte Energieträger unterscheidet sich.
Wie so ein Kohlekraftwerk genau funktioniert, siehst du in dieser Abbildung:
Kohlearten
Je nach Inkohlungsdauer – also wie lange Wasserstoff und Sauerstoff vom in der Kohle enthaltenen Kohlenstoff abgespaltet wurden – werden Kohlearten unterschieden. Die wichtigsten Kohlearten sind:
Die unterschiedlichen Kohlearten können durch spezielle Prozesse noch zu weiteren Produkten weiterverarbeitet werden, zum Beispiel zu Kokskohle oder zu Briketts.
Heute ist Kohle ein noch wichtiger Energieträger. 2018 betrug der Anteil an Strom, der aus Kohle gewonnen wurde, 35 %, damit ist Kohle gleich auf mit den erneuerbaren Energien.
Kohlearten – Steinkohle
Die Steinkohle hat den längsten Inkohlungsprozess aller Kohlearten und weist dementsprechend die geringste Wasserstoff- und Sauerstoffkonzentration auf. Außerdem bildet sie die tiefste Kohleschicht. Wegen der tiefen Lage unter der Erde wird sie meisten im Untertagebau abgebaut.
Untertagebau meint den Abbau von Kohle unter der Erdoberfläche. Dabei befinden sich die Schächte zum Abbau mehrere hundert Meter unter der Erde.
Der größte Forderungsbereich von Steinkohle war das Ruhrgebiet. Die Förderung hatte seinen Höhepunkt während der Industrialisierung im 19. Jahrhundert bis Mitte des 20. Jahrhunderts.
Heutzutage wird in Deutschland keine Steinkohle mehr abgebaut, die letzte Zeche wurde am 21. Dezember 2018 geschlossen. Grund dafür ist die Energiewende, die den Ausstieg aus der Kohleverstromung festhält. Ziel ist es, bis 2038 keine Kohle mehr zur Stromgewinnung zu verwenden. Trotzdem wird Steinkohle noch zur Stromversorgung verwendet, die benötigte Kohle wird allerdings importiert.
Die Steinkohlevorräte werden auf 320 Milliarden Tonnen weltweit geschätzt. Davon liegen ca. 24 % in Europa. Hierbei handelt es sich aber nur um den Anteil an Steinkohle, der sicher gewinnbar ist.
Der Grund für den Kohleausstieg ist die große Umweltbelastung des Kohlestroms. Die Kohleverbrennung stößt viel CO2 aus, dieses verstärkt wiederum den menschengemachten Treibhauseffekt. Vergleicht man erneuerbare Energien wie Solar- oder Windkraft mit Kohle, weist Kohle deutlich höhere CO2 Emissionen.
Falls Du mehr über den Treibhauseffekt lernen möchtest, schau doch mal bei der Erklärung zu dem Thema vorbei.
Kohlearten – Braunkohle
Die Inkohlungsdauer der Braunkohle ist deutlich kürzer als die der Steinkohle, weshalb die Braunkohle in der Erde auch über der Steinkohle zu finden ist. Entstanden ist die Braunkohle nicht wie die Steinkohle in der Karbonzeit, sondern deutlich später in der Tertiärzeit. Dabei handelt es sich um den Zeitraum von vor 65 Millionen Jahren bis vor 2,6 Millionen Jahren.
Braunkohle besteht aus weniger Kohlenstoff als Steinkohle und enthält prozentual mehr Wasserstoff und Sauerstoff, was auf die Inkohlungsdauer zurückzuführen ist. Braunkohle wird wie Steinkohle auch zur Energiegewinnung in Kohlekraftwerken verbrannt.
In Deutschland wird Braunkohle heute noch in drei Revieren im Tagebau abgebaut. Derzeit ist sie auch noch der wichtigste einheimische fossile Energierohstoffe. Die Braunkohleförderung dient zu 90 % der Strom- und Fernwärmeerzeugung und machte 2018 22,5 % der Stromerzeugung aus.
2018 wurden circa 166 Millionen Tonnen Braunkohle gefördert. Die Förderungsmenge war in den letzten Jahren nahezu konstant. Damit ist Deutschland derzeit weltweit noch das Land mit der meisten Braunkohleförderung. Dahinter folgen China, Russland und die USA.
Kohlearten – Kokskohle
Die Verkokung von Kohle zu Kokskohle oder auch Kokos genannt, ist ein Veredelungsprozess. Bei der Verkokung wird die Kohle in sogenannten Koksöfen auf bis zu 1400 Grad Celsius ohne die Anwesenheit von Luft erhitzt. Die Kohle bleibt für 23 Stunden bei gleichbleibender Temperatur in den Hochöfen.
Als Ergebnis erhält man das kohlenstoffreiche Koks und Rohgase, die durch Abkühlung weiter aufgespalten und zur Medikamentenherstellung und in der Farbindustrie eingesetzt werden können. Aber auch Heizgas entsteht, das früher zum Heizen in der Stadt verwendet wurde und heute die Koksöfen anheizt.
Koks wird hauptsächlich zur Eisenherstellung verwendet. Für diesen Prozess ist normale Kohle nicht zu gebrauchen, da bei ihrer Verbrennung viel Rauch und Ruß entsteht. Das würde das entstehende Eisen verunreinigen. Bei der Verbrennung von Koks entsteht hingegen weniger Rauch und Ruß und dementsprechend auch zu keiner Verunreinigung des Eisens.
Kohleausstieg
Der Kohleausstieg ist Teil der Energiewende. Deutschland hat sich das Ziel gesetzt, die Stromversorgung grundlegend umzustellen. Nukleare und fossile Brennstoffe sollen immer weniger verwendet werden, stattdessen sollen erneuerbare Energien ihren Platz einnehmen.
Bei nuklearen Energien handelt es sich um Atomenergie. Fossile Brennstoffe sind jene, die nicht wieder nachwachsen, sondern von denen auf der Erde ein begrenzter Vorrat besteht. Erneuerbare Energien nutzen Dinge, die nachwachsen oder immer vorhanden sind, wie zum Beispiel die Sonne für Solarenergie oder den Wind für Windkrafträder.
Es ist geplant, bis spätestens 2038 keine Kohleverstromung mehr zu nutzen. Daher wurden die in Deutschland stehenden Zechen zur Gewinnung von Steinkohle bereits bis Ende 2018 geschlossen. Der Grund für den Kohleausstieg ist die immense Umweltbelastung und der fortschreitende Klimawandel.
Falls Du mehr zum Klimawandel wissen möchtest, dann schau Dir mal die dazu passende Erklärung an.
Kohle und Umwelt
Bei Verbrennung von Kohle zur Energiegewinnung entsteht Kohlenstoffdioxid CO2, das in die Atmosphäre ausgestoßen wird. CO2 entsteht immer, wenn organische Substanzen verbrannt werden. Allerdings entsteht bei der Kohleverbrennung ein sehr großer Anteil. Kohlenstoffdioxid ist hauptsächlich verantwortlich für den menschengemachten Treibhauseffekt und den daraus resultierenden Klimawandel.
Ein weiteres Umweltproblem bei der Kohleförderung sind die Förderungsstellen. Insbesondere der Braunkohleabbau verändert die Landschaft stark. Für den Tagebau muss die Oberfläche komplett geräumt werden. Seit Beginn der Braunkohleförderung wurden bereits 177.300 Hektar Land in Anspruch genommen, das entspricht circa 248 Fußballfeldern. Wenn die Braunkohle dann abgebaut ist, bleiben nur die großen Grubenlöcher zurück.
Auf diesem Bild siehst Du den Braunkohletagebau und das dabei entstehende Grubenloch.
Abbildung 3: Grubenlöcher der Braunkohleförderung
Durch den Tagebau mussten schon ganze Dörfer umgesiedelt werden. Das heißt, dass die Menschen ihre Dörfer verlassen und in neue Dörfer ziehen müssen. An der Stelle des alten Dorfes werden dann die Häuser abgerissen und Braunkohle abgebaut.
Um alte Kohleförderungsstätten nicht sinnlos verkommen zu lassen, gibt es Rekultivierungsprojekte, um die Flächen wieder nutzbar zu machen.
Rekultivierung meint, dass alte Flächen wieder nutzbar gemacht werden.
Die großen Löcher, die der Tagebau hinterlässt, können nicht einfach wieder aufgeschüttet werden, da die Braunkohle als Füllmasse fehlt. Stattdessen gibt es verschiedene Projekte für die leeren Flächen.
Als Rekultivierungsprojekt wäre denkbar, dass Windräder oder Solarparks errichtet werden, damit mit erneuerbarer Energie Strom produziert werden kann. Man könnte die Löcher aber auch füllen und als Seen nutzen.
Kohle – Das Wichtigste
- Die Entstehung von Kohle reicht Hunderte Millionen Jahre zurück. Kohle ist durch abgestorbene Pflanzen entstanden, die sich in Sümpfen abgelagert haben.
- Die bekanntesten Kohlearten sind Steinkohle und Braunkohle. Man kann Kohle aber auch zum Beispiel zu Kokskohle oder Briketts weiterverarbeiten.
- Der Abbau von Kohle findet in Kohlekraftwerken statt. Dort wird Kohle verbrannt, die daraus resultierende Hitze treibt eine Turbine an, die ist an einem Generator angeschlossen, der Kohlestrom erzeugt.
- Kohlestrom ist schädlich für die Umwelt, da die Verbrennung viel CO₂ freisetzt und dadurch den Treibhauseffekt und den Klimawandel verstärkt.
- Die Energiewende setzt das Ziel bis 2038 keinen Strom mehr aus Kohle zu gewinnen und stattdessen auf die Nutzung von erneuerbare Energien und Rekultivierung der alten Kohle Förderungsstätten zusetzten.
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