Energieträger / Brennstoffe

Kohle - Brennstoff seit Jahrhunderten Koks - Kohleverflüssigung

Versorgungslage
Im Jahr 2004 wurden die weltweiten förderfähigen Kohlereserven auf 783,1 Milliarden Tonnen Steinkohleeinheiten geschätzt. Bei gleich bleibendem Verbrauch reichen diese Vorräte noch für ca. 200 Jahre. Die größten bekannten Kohlelagerstätten liegen in den USA, Russland, China, Indien, der EU und Australien.

Die in Deutschland lagernden Steinkohlevorräte sind international nicht wettbewerbsfähig zu fördern. Durch die Vorkommen in großen Tiefen ist der Abbau so kostenintensiv, dass ihre Förderkosten etwa das dreifache des Preises für Importkohle betragen. In Australien kann beispielsweise Steinkohle im Tagebauverfahren kostengünstig abgebaut werden. Jedoch kaufen in den letzten Zeit die Chinesen sehr viel Kohle auf und dadurch steigt der Preis auf dem Weltmarkt. Möglicherweise wird es wieder interessant in Deutschland in der Nähe von Hamm in Westfalen spezielle Kohle zu fördern, um genügend preiswerten Koks für die einheimische Stahlindustrie im Ruhrgebiet bereitzuhalten.

Fördertürme der stillgelegten Zeche Radbod in Hamm (Westfalen)

Verwendung
Kohle wird heute überwiegend zur Stromerzeugung in Kraftwerken eingesetzt. Zur Raumheizung findet sie nur noch in Einzelfällen Verwendung. Ein nicht unbeträchtlicher Anteil von Kohle wird in der Form von Koks in Hochöfen zur Eisenherstellung benutzt. Der Einsatz von Kohle zur Herstellung von Stadtgas, welches zum Heizen, Kochen und zur Straßenbeleuchtung Verwendung fand, ist heute nicht mehr üblich. Das Stadtgas wurde durch Erdgas ersetzt. Eine andere Verwendung findet Kohle in der Kohleverflüssigung. Dabei wird die feste Kohle in flüssigen Treibstoff umgewandelt. Diese Verfahren wird großtechnische heute nur noch in Südafrika praktiziert. Auf dem Weltmarkt müsste der Ölpreis auf weit über 60 USD steigen, damit die Kohleverflüssigung wirtschaftlich zu betreiben ist. Es existieren zwei Arten Kohleverflüssigung. Einmal die direkte Hydrierung nach Bergius-Pier und der Fischer-Tropsch-Synthese, der eine Kohlevergasung vorausgeht. Große Bedeutung hatte die Kohleverflüssigung in den Zeiten des Nationalsozialismus. Nach dem Zweiten Weltkrieg verlor die Kohleverflüssigung ihre Wichtigkeit, da preiswertes Rohöl in ausreichender Menge zur Verfügung stand. Da gegen Südafrika zur Zeit der Apartheid ein Embargo bestand, war das Land zur Kohleverflüssigung gezwungen, um einer Treibstoffknappheit entgegenzuwirken.

Erdöl - ein knappes und teueres Gut Peak Oil is now

Der Rückstand wird einer erneuten refraktionierten Destillation unterworfen, um weitere Produkte zu gewinnen. Diesmal jedoch im Vakuum um die benötigten Temperaturen zu senken. So wird eine thermische Zersetzung der schwerflüchtigen Bestandteile vermieden. Nach der Destillation schließen sich, je nach gewünschten Produkten, weitere Veredelungsschritte an.

Versorgungsanlage
Im Jahr 2004 wurden die Welterdölreserven je nach Quelle auf 1260 Milliarden Barrel (= 171,7 Milliarden Tonnen) bzw. 1148 Milliarden Barrel (= 156,6 Milliarden Tonnen) geschätzt. Nach Vorraussagen reichen die Reserven noch ca. 50 Jahre. Nach Expertenmeinung ist das Erdölfördermaximum (Peak Oil is now) bereits erreicht. D. h. zukünftig werden nur noch geringere Mengen zu höheren Preisen auf den Markt gelangen. Gleichzeitig steigt der Verbrauch durch die Industrialisierung der Schwellenländer in Asien.

Im Januar 2008 überstieg der Preis für ein Barrel Erdöl die 100 Dollar Marke und erreichte im Juli 140 Dollar pro Barrel, und lag auf ein bisheriges Rekordniveau. Durch die Finanzkrise stürzte der Preis im Februar 2009 auf 40 Dollar. Inzwischen liegt er wieder bei über 90 Dollar pro Fass. (Stand Feb. 2011)  Die Politik und die Bevölkerung sehen dem ohnmächtig entgegen. Immer mehr Staatskonzerne wie in Russland, Dubai, Venezuela oder auch Saudi Arabien beherrschen das Öl-Geschäft. Diese autoritären Regime verknappen das Angebot weil ungenügend investiert wird. Zum Beispiel produziert Venezuela heute nur noch 2,4 Millionen Barrrel, während 1999 noch rund 3,3 Millionen Barrel gefördert wurden.

In Russland werden private Firmen aus dem Gas- und Ölgeschäft verdrängt. In der westlichen Welt gehen die Erdölvorräte als erstes zu Ende; neue zu erschließende Erdölfelder liegen nur noch im Bereich autoritär regierter Staaten. Der Autor M.R. Simmons kommt in seinem im Jahr 2007 erschienen Buch zu dem Schluss, dass Saudi-Arabien weit weniger Ölreserven besitzt, als behauptet wird. Das saudi-arabische Königshaus behandelt die tatsächliche Fördermenge wie ein Staatsgeheimnis. Wie werden sich die in naher Zukunft sinkenden Fördermengen auf unser tägliches Leben auswirken ?

Öltanklager in Hamm Westfalen

Verwendung
Seit dem 20. Jahrhundert stellt Erdöl einen wichtigen industriellen Rohstoff dar. Es dient in der Form von Otto-Kraftstoff, Diesel, Schweröl und Kerosin als Treibstoff für den Transport von Menschen und Gütern. Als Heizöl verschiedener Sorten wird es zur Raumheizung und zur Warmwasserbereitung verwendet. Auch zur Stromerzeugung wird Erdöl verwendet. Weitere Produkte, die aus Erdöl hergestellt werden sind die Schmierstoffe verschiedenster Art wie Motor- und Getriebeöl. Erdöl ist auch ein wichtiger Grundstoff in der Chemischen Industrie. So werden Kunststoffe, Farben und Lacke, Tenside in Wasch- und Reinigungsmiiteln sowie Arzneimittel aus Erdöl hergestellt. Außerdem findet das bei der Raffination anfallende Bitumen Verwendung im Straßenbau.

Erdgas, ein vielfältiger Energieträger

Versorungslage
Im Jahr 2004 beliefen sich die nachgewiesenen Reserven auf rund 170.000 Milliarden m³. Nach Schätzungen ergibt das eine Reichweite von etwa 67 Jahren. Wenn mit modernen technischen Möglichkeiten noch weitere umfangreiche Lagerstätten erschlossen werden können, reichen die Erdgasvorräte vermutlich 150 Jahre. Die Förderung und der Transport von Erdgas sind jedoch von der politischen Weltlage abhängig. Eine sichere Versorgungslage hängt von langfristigen Lieferverträgen ab. Daran sind meistens mehrere Staaten beteildigt, durch denen das Gas durch Rohrleitungen ströt.Gut in Erinnenung sind die Versorgungsengpässe in Westeuropa zum Jahreswechsel 2006/2007 als Russland die Gaslieferungen nach Weißrussland einstellte. Im Januar 2009 kam es zu Lieferengpässen aus Russland in die Europäische Union, die fast drei Wochen andauerten. Dadurch konnten in Bulgarien im kalten Januar 2009 viele Wohnungen nicht genügend geheizt werden. In Deutschland gibt es Erdgasspeicher, die einen Versorgungsengpass überbrücken können. Grund der russischen Lieferengpässen war der Streit um das Erdgas zwischen der Ukraine und Russland. Durch die Ukraine verlaufen die Transitleitungen. Nicht nur wegen der aktuellen Finanzkrise, braucht der russische Energiekonzern Gasprom jeden Cent in seine Kasse. In Zukunft liegen die großen Erdgasvorkommen fast nur noch in Bereichen autoritärer Staaten.

Verwendung
Wie Erdöl wird Erdgas zur Raumheizung und zur Warmwasserbereitung in Industrie, Gewerbe und Privathaushalten verwendet. Es wird ebenfalls zur Stromerzeugung in Kraftwerken eingesetzt. Hier dient es vor allem zum Abfangen von Lastspitzen, da Gasturbinen in der Lage sind schnell zusätzlichen Strom bereitzustellen. Erdgas wird auch zur Erzeugung von Prozesswärme in der Industrie eingesetzt. In letzter Zeit findet Erdgas auch immer mehr Verwendung als Treibstoff in Pkws, Lkws und Bussen. Neben ökologischen Aspekten dürfte hierfür auch die steuerbegünstigung gegenüber rein mineralischen Treibstoffen verantwortlich sein. Mit Erdgas lassen sich auch Brennstoffzellen betreiben, die zur Raumheizung und zur Stromerzeugung dienen. Dazu muss das Erdgas jedoch durch einen vorgeschalteten Prozess in Wasserstoff umgewandelt werden. Seit einigen Jahren laufen auch Versuche, den in Brennstoffzellen an Bord von Kraftfahrzeugen erzeugten elektrischen Strom, zum Antrieb von Elektromotoren einzusetzen. Darüber hinaus gibt es weitere interessante Anwendungen wie den Erdgas-Grill, den Erdgas-Terassenstrahler und den Erdgas-Wäschetrockner. Die Installation von Leitungen und Geräten darf nur ein ausgebildeter Fachmann durchführen. Nur er kennt die technischen Regeln für Gas-Installationen und ebenso das technische Fachwissen und die einschlägigen Vorschriften.

Die Reichweite der weltweiten Energievorräte

Fest steht, dass der weltweite Engergieverbrauch allein wegen des Wachstums der Weltbevölkerung steigen wird. Leben heute ca. 6 Milliarden Menschen auf der Erde, so wird die Zahl der Menschen 2020 auf 8,2 Milliarden geschätzt. 2050 wird eine Bevölkerung von 10 Milliarden angenommen.

In den Jahren von 1971 bis 2004 stieg der weltweite Primärenergieverbrauch um 102 %, dies entspricht einem jährlichen Wachstum von 2,1 %. Im Vergleich dazu wuchs die Weltbevölkerung im gleichen Zeitraum um 1,6 % jährlich. Dabei verringerte sich der Anteil der in der OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development = Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung) zusammen geschlossenen Industriestaaten am weltweiten Primärenergieverbrauch von 61 % in 1971 auf 49 % in 2004, während sich der Anteil Asiens mit China von 13 % in 1971 auf 26 % in 2004 verdoppelte.

Erdölnutzung durch einen kleinen Teil der Weltbevölkerung im 20. u. 21. Jahrhundert

Bis auf Uran sind die konventionellen Energievorräte nicht anderes als gespeichterte Sonnenenergie, die in geologischen Zeitspannen durch chemische und physikalische Prozesse in die Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas verwandelt wurde. Dabei wurde der Atmosphäre Kohlendioxd entzogen, das nun bei der Verbrennung wieder freigesetzt wird und zur Klimaveränderung beiträgt.

Um die Energieversorgung der wachsenden Weltbevölkerung zu sichern und gleichzeitig die natürlichen Lebensgrundlagen zu erhalten ist eine bessere Ausnutzung der Energie (Steigerung der Energieeffizienz) und der verstärkte Einsatz erneuerbarer Energien unerlässlich.

Kohlendioxid, Treibhauseffekt und Klimawandel

Um die Auswirkungen der Emissionen von Schwefeldioxid zu mindern müssen fossile Brennstoffe entweder vor der Verbrennung aufwendig Entschwefelt werden oder die Abgase (Rauchgase) müssen gereinigt werden (Rauchgasreinigung).

Belastung durch Stäube
Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen immer auch Stäube. Als Staub bezeichnet man dauerhaft in der Luft schwebende kleinste feste Partikel. Dazu gehören auch die bei der Verbrennung entstehenden Rußpartikel. Es wird zwischen Grob- und Feinstaub unterschieden. Grobstaub hat eine Partikelgröße von über 10 µm und gilt als gesundheitlich unbedenklich, da er in den Atemwegen zurückgehalten wird und die Lunge nicht erreicht. Feinstaub mit einer Partikelgröße von 10 µm oder weniger erreicht dagegen die Lungenbläschen und kann unterschiedlichste Krankheiten auslösen. Aktuell gibt es die Diskussion um die Feinstaubverordnung, die ein Fahrverbot für nicht schadstoffreduzierte Kraftfahrzeugen in den Innenstäden ab 2008 vorsieht. Auch für Öfen die mit Festbrennstoffen wie zum Beispiel Holz betrieben werden , werden demnächst Feinstaubfilter im Abgaskamin verlangt.
Andere Umweltbelastungen, die bei der Verwendung fossiler Brennstoffe entstehen können

Neben der Umweltproblematik, die bei der Verbrennug fossiler Brennstoffe auftreten kann, existiert eine Vielzahl von Umweltbeeinträchtigungen, die bei der Exploration, der Förderung, dem Transport und Aufarbeitung entstehen können. Hier sind nur beispielhaft, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, einige aufgeführ. Immer wieder kommt es beim Transport von Erdöl mit Tankschiffen zu Havarien bei denen ganze Küstenstriche mit Öl verseucht werden. Am besten dürfte noch der Unfall der "Exxon Valdez" im Jahr 1989 in Erinnerung sein. Damals wurden ca. 2000 km Küste vor Alaska verschmutzt. Die Auswirkungen solcher Verschmutzungen sind oft noch nach Jahrzenten spürbar. Der Landschaftsverbrauch beim Abbau von Braunkohle im Tagebauverfahren ist riesig. Um die Vorräte möglichst weitgehend abbauen zu können, werden manchmal ganze Dörfer umgesiedelt. Falls die tiefste Stelle der Förderung unter dem Grundwasserspiegel liegt, muss auch das Grundwasser abgesenkt werden. Dadurch fallen die oberen Erdschichten trocken, was die Flora der Gegend negativ beeinflusst. Beim Abbau von Steinkohle entstehen unter Tage Hohlräume, die zum Absenken der Öberfläche führen. Oftmals werden dabei Gebäude beschädigt. Von Bergschäden können die Menschen im Ruhrgebiet ein Lied singen.

Energie - Bedeutung für den Menschen


Über Jahrtausende dienten offene Feuerstellen als Licht- und Wärmequelle, bis etwa im Mittelalter die ersten auf gemauerten Herde entstanden. öfen und Herde die in ihrer heutigen Form die Energie zu Wärme umsetzen, sind etwa ab dem Jahr 1800 bekannt.

Im 19. Jahrhundert entstand noch eine andere Art der Nutzung der Energie, die Mobilität. Durch die Einführung der Eisenbahn (in Deutschland 1835 zwischen Nürnberg und Fürth) ein weiterer Fortschritt für den Menschen statt. War Mobilität vorher entweder auf kurze Strecken beschränkt oder sehr mühselig (Postkutsche), so war sie nun für viele Menschen eine Selbstverständlichkeit. Auch der massenhafte Austausch von Gütern war nun über weite Entfernungen möglich.

Heute werden diese Bedürfnisse des Menschen in vielfältiger Form gedeckt. Licht, meist mit der Energie des elektrischen Stroms erzeugt, erhellt unseren Alltag mit den verschiedensten Leuchtmitteln. Natriumdampflampen als Nachfolger der seit dem 19. Jahrhundert verwendeten Gaslaternen beleuchten unsere Straßen. Leuchtstoffröhren und Glühlampen dienen uns zur Raumbeleuchtung. Viele unterschiedliche Energieträger, seien sie fossil oder regenerativ, ermöglichen uns heute ein behagliches Wohnraumklima, weit entfernt von den früheren offen Feuerstellen, bei denen man man vorne glühte und hinten fror. Auch die Mobilität ist aus unserm Leben nicht mehr wegzudenken. Durch die Erfindung des Automobils und des Flugzeuges, die sehr viel Energie verbrauchen, nahm sie einen ungeahnten Aufstieg. Millionen Menschen pendeln täglich von ihrem Wohnort zu ihrem Arbeitsplatz. Urlaubsreisen in andere Kontinente lassen sich ohne Probleme verwirklichen. Milliarden Tonnen an industriellen Gütern werden jährlich über weite Strecken von den Erzeugern zu den Verbrauchern transportiert.

Zwei weitere Aspekte des modernen Lebens sind ohne Energie nicht möglich. Die Unterhaltung und die Telekommunikation. Jede Form der modernen Unterhaltung bedarf der Energie, sei es in der Herstellung und in der Verteilung der Medien wie CDs und DVDs oder in der Verbreitung von Inhalten wie Radio- und Fernsehsendungen. Die moderne Telekommunikation, wie Telefon, SMS und E-Mail, ermöglicht es uns heute in sekundenschnelle rund um die Welt Kontakt aufzunehmen. Kein Vergleich mehr zu den früheren monatelangen Postlaufzeiten im Pferdekutschenzeitalter.