Erdöl, Erdgas, alternative Energieträger und nachwachsende Rohstoffe

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Erdöl und Erdgas
  • Verwendung von Erdgas und Erdöl
  • Fraktionierte Destillation
• Alternative Energieträger
• Nachwachsende Rohstoffe

Erdöl und Erdgas

Erdöl und Erdgas sind vor Millionen von Jahren entstanden. Daher nennt man sie auch fossile Brennstoffe.

Die Meere unseres Planeten befanden sich damals an anderen Stellen als heute. In diesen Meeren lagerte sich organisches Material von toten Pflanzen und Tieren am Boden ab. Diese Schicht wurde mit der Zeit zugedeckt. Dadurch konnte kein Sauerstoff mehr an das organische Material gelangen. Es setzen anaerobe (unter Sauerstoffausschluss) Prozesse ein. Dadurch wurde nicht alles vollständig zersetzt und zu fruchtbarem Schlamm, sondern Erdöl und Erdgas entstanden.

Lebewesen wie Pflanzen und Tiere sind auf Kohlenstoffbasis aufgebaut. Ihr organisches Material besteht also zu großen Anteilen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Den größten Bestandteil des Erdöls und Erdgases bilden daher auch die Kohlenwasserstoffe.

Die kurzkettigen Alkane wie Methan, Ethan, Propan und Butan bilden das Erdgas. Dabei ist Methan der Hauptbestandteil. Es können aber auch noch andere Gase enthalten sein, wie Stickstoff, Edelgase, Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff.

Kohlenwasserstoffe mit einer größeren Anzahl an Kohlenstoffatomen als 4 findet man im Erdöl. Auch hier sind noch andere Stoffe anzutreffen, wie z. B. Schwefelverbindungen.

Verwendung von Erdgas und Erdöl

Diese fossilen Brennstoffe sind heutzutage eine sehr begehrte Ressource. Während Erdgas überwiegend zum Heizen und zur Stromerzeugung genutzt wird, findet Erdöl neben diesen Anwendungen noch viele weitere Einsatzgebiete. So dient es der Herstellung von Treibstoffen. Durch diese ist unsere heutige Mobilität überhaupt erst denkbar.

Außerdem ist Erdöl ein essentieller Rohstoff für die chemische Industrie. Aus diesem Ausgangsmaterial kann man fast alles herstellen. So werden Bindemittel für Lacke und Farben daraus gewonnen. Auch Arzneimittel beinhalten Teile, die aus Erdöl gewonnen werden. Ein sehr großes Anwendungsgebiet sind die Kunststoffe. Kohlenstoff kann mit anderen Kohlenstoffatomen Ketten bilden. Aus diesem Grund sind die Kohlenwasserstoffe aus dem Erdöl perfekte Ausgangsstoffe, um eine riesige Palette an Kunststoffen zu produzieren.

Fraktionierte Destillation

Wenn ein Ölvorkommen gefunden wird, wird begonnen, das Rohöl zu fördern. Dieses Rohöl muss allerdings noch behandelt werden. Das geschieht durch die Raffination. Dies bedeutet so viel wie veredeln oder aufbereiten.

Das Rohöl wird zuerst von Verunreinigungen befreit. Es ist aber immer noch ein Gemisch aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Daher muss eine Stofftrennung erfolgen. Da die Kohlenwasserstoffe unterschiedlich groß sind, d. h. verschiedene Molekülmassen besitzen, haben sie unterschiedliche Siedetemperaturen. Man kann die Destillation nutzen, um Stoffe mit unterschiedlichen Siedetemperaturen zu trennen.

Für ein Gemisch wie Rohöl ist aber die einfache Destillation unzureichend. Man bedient sich daher der Methode der fraktionierten Destillation für Erdöl . Dabei wird das Rohöl in eine Kolonne gepumpt. Diese besitzt mehrere Destillationsböden. Hier sammeln sich die unterschiedlichen Verbindungen getrennt nach Siedetemperatur.

In der Kolonne steigt die Temperatur von oben nach unten. Die Stoffe, die sich ganz unten sammeln, besitzen also den höchsten Siedepunkt und damit die höchste Molekülmasse. Auf den Destillationsböden bilden sich die sogenannten Fraktionen. Dies sind Stoffe, deren Siedetemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt.

Die Fraktionen enthalten unterschiedliche Stoffe mit zum Teil ganz verschiedenen Eigenschaften. Kraftstoffe findet man im oberen bis mittleren Bereich der Kolonne. Benzin destilliert im oberen Bereich, während Kerosin und Diesel weiter unten bei höheren Temperaturen kondensieren. Ganz unten sammeln sich Teer, Bitumen und Wachse. Dies sind dicke, zähflüssige Substanzen, die z. B. im Bauwesen zum Einsatz kommen.

Alternative Energieträger

Neben den fossilen Brennstoffen, wie Erdöl, Erdgas und Kohle, gibt es auch alternative Energieträger. Diese Energieträger können aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden. Ein populäres Beispiel ist der Biodiesel. Dieser wird durch Veresterung von Fetten hergestellt. Es handelt sich bei Biodiesel also um langkettige Fettsäureester. Biodiesel hat einige Vorteile für die Umwelt und wird aus Raps, Sojabohnen oder anderen ölhaltigen Pflanzen gewonnen. An der Umsetzung in der Technik wird noch weiter gearbeitet, da es noch einige Nachteile im Vergleich zum normalen Diesel gibt.

Auch Biogas wird aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen. Es entsteht während der Gärung von organischen Abfällen und enthält, wie Erdgas, hauptsächlich Methan. Mehr zur Gärung lernst du im Video: Gärung Biologie

Eine wichtige Energiequelle für die Zukunft stellt Wasserstoff dar. Es kann aus Biomasse, Wasser oder anderen wasserstoffhaltigen Verbindungen gewonnen werden. Mit diesem Rohstoff können sogenannte Brennstoffzellen betrieben werden. Dabei handelt es sich um galvanische Zellen, die durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser elektrische Energie erzeugen. Damit können Autos und andere Maschinen angetrieben werden.

$\ce{2 H2 + O2 -> 2 H2O}$

Damit können Autos und andere Maschinen angetrieben werden. Auch die Kernfusion ist eine vielversprechende Technologie, die aber noch weit entfernt von kommerzieller Nutzung ist.

Nachwachsende Rohstoffe

Nachwachsende Rohstoffe gewinnen aufgrund der schrumpfenden fossilen Ressourcen zunehmend an Bedeutung. Unter dem Begriff versteht man allgemein Pflanzen bzw. organisches Material, aus dem Energie gewonnen werden kann oder das als Rohstoff für die industrielle Produktion verwendet wird. Im Kontrast zu den fossilen Brennstoffen erneuern sich die nachwachsenden Rohstoffe, wobei sich die Zeiträume jedoch stark unterscheiden. Ein weiterer Vorteil ist eine ausgeglichene Kohlenstoffdioxidbilanz, da in der Regel bei einer Verbrennung die gleiche Menge Kohlenstoffdioxid frei wird, wie zuvor durch Fotosynthese fixiert wurde. Des Weiteren sind viele Produkte biologisch abbaubar.

Bei der Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen wird zwischen der energetischen und der stofflichen Nutzung unterschieden. Zu der energetischen Nutzung zählen Biokraftstoff und Biogas, wobei vor allem Pflanzenöle verwendet werden. In Europa wird Biodiesel beispielsweise hauptsächlich aus Rapsöl hergestellt. Zur stofflichen Nutzung zählt zum Beispiel die Herstellung von Textilien, Kunststoffen und chemischen Grundstoffen. Einer der Faserrohstoffe ist Baumwolle, welche zur Herstellung von Kleidung verwendet wird. Einer der am häufigsten genutzten nachwachsende Rohstoffe ist Holz. Egal ob als Papier für Bücher, als Bauholz für Möbel oder als Brennstoff, die Anwendungen von Holz sind vielseitig.