- Lexikon
- Chemie Abitur
- 10 Anwendungen der Chemie
- 10.5 Ausgewählte technisch - chemische Verfahren
- 10.5.6 Aluminiumherstellung durch Schmelzflusselektrolyse
- Entstehung und Zusammensetzung von Erdöl
Entstehung und Zusammensetzung von Erdöl
Kohle, Erdöl und Erdgas werden als fossile Brennstoffe bezeichnet. Sie dienen der Herstellung von Brenn- und Kraftstoffen, außerdem werden aus ihnen Rohstoffe für die chemische Industrie gewonnen.
Entstehung
Erdöl entsteht, wenn abgestorbene pflanzliche und tierische Kleinstlebewesen (Plankton) in einem sauerstoffarmen Umfeld zersetzt werden, ohne dass es zur Verwesung kommt. Solche Bedingungen findet man in abgeschlossenen Meeresbecken. Hier ergibt sich eine Schichtung des Wassers: Oben befindet sich eine etwa 150 Meter tiefe Schicht von sauerstoffreichem und salzarmem Wasser, in der sich ein reiches Planktonleben entwickelt. Abgestorbene Organismen sinken in die tiefere, lebensfeindliche Wasserschicht, die durch Zersetzungsvorgänge arm an Sauerstoff, aber reich an Salz und Schwefelwasserstoff ist, wodurch die Verwesung verhindert wird und die organischen Reste konserviert werden.
Am Meeresboden lagert sich sogenannter Faulschlamm ab, der aus Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten besteht. Dieser Faulschlamm ist meist mit Sand und Ton vermischt, die durch die Flüsse eingetragen werden. So entsteht ein unverfestigtes, feinkörniges Gestein, das Erdölmuttergestein.
Der organische Anteil im Erdölmuttergestein beträgt nur wenige bis höchstens sieben Prozent. Die Substanzen liegen dabei fein verteilt vor. Durch fortschreitende Sedimentation gerät das Erdölmuttergestein allmählich in tiefere Schichten. Dadurch steigen, wie bei der Kohleentstehung, Druck und Temperatur (bis maximal 200 °C) und es kommt zur Umbildung des Faulschlamms.
Aufgrund des zunehmenden Drucks der oberen Gesteinsschichten werden schließlich die Poren des Erdölmuttergesteins zusammengedrückt. Dabei werden, ähnlich wie beim Zusammendrücken eines Schwammes das Porenwasser, Erdöl und Erdgas herausgequetscht.
Dieser Vorgang wird auch als das Austreiben oder die Auswanderung des Erdöls bezeichnet (Migration).
Die Entstehung von Erdöl dauert normalerweise sehr lange. Teilweise geht es aber auch, natürlich an geologischen Maßstäben gemessen, sehr rasch vor sich und es werden nicht viel mehr als 10 000 Jahre gebraucht.
Erdöllagerstätten
Grobkörnige und poröse Gesteine mit entsprechenden Poren oder Klüften, dazu zählen vor allem Sandsteine und zerklüftete Kalksteine oder Dolomite, bilden die sogenannten Speichergesteine, in denen sich die wandernden Substanzen sammeln.
Schon während der Migration trennen sie sich nach ihrer Dichte und Viskosität auf. Im Speichergestein lagern dann zuerst (von oben nach unten gesehen) Erdgas, Leichtöl, Schweröl, salzhaltige Ölwässer und zu unterst Erdwachs.
Das Erdgas kann aber aufgrund seiner Flüchtigkeit weiter wandern und bildet unter bestimmten Umständen getrennte Lagerstätten.
Undurchlässige Deckschichten, die das Speichergestein nach oben abgrenzen, sind eine wichtige Voraussetzung für die Bildung einer Lagerstätte, denn sie verhindern eine weitere Migration.
Vorkommen
Die Hauptfördergebiete liegen im Nahen Osten, auf der Arabischen Halbinsel mit den Ländern Saudi-Arabien, Irak, Iran, Kuwait. Ein weiteres großes Abbaugebiet ist der Golf von Mexiko, wo die USA, Venezuela und Mexiko ihr Öl fördern. Mexiko und die USA besitzen allerdings auch große Erdölfelder auf dem Festland. In Afrika fördern hauptsächlich Algerien, Libyen und Nigeria Erdöl. Die größten Erdölvorkommen in Europa lagern in Russland (Kaukasus, Sibirien) und Aserbaidschan, kleinere Mengen auch in Rumänien.
Ein weiteres großes europäisches Fördergebiet ist die Nordsee, aus der hauptsächlich die Anrainer Großbritannien, Norwegen, die Niederlande und Deutschland Erdöl beziehen. Deutsche Vorkommen gibt es ansonsten noch in Niedersachsen (bei Hannover und im Emsland) und in Schleswig-Holstein.
Weiterhin sind auch große Lagerstätten an Ölsanden und Ölschiefern (Venezuela, Kanada) bekannt, die im Tagebau abgebaut werden können. Ölsande sind Mischungen aus Sand, Wasser und 5-15 % Erdöl.
Zur Gewinnung des Erdöls wird der Ölsand mit viel gegebenenfalls warmem Wasser aufgeschwemmt, wobei dann das Erdöl obenauf schwimmt. Sehr problematisch dabei sind der ernorme Wasserverbrauch und das Anfallen von großen Mengen mit ÖL verunreinigten Abwassers.
Erdölvorräte und Erdölverbrauch
Die Vorräte an fossilen Energieträgern, zu denen außer Erdöl auch Kohle und Erdgas gehören, sind nicht unbegrenzt.
Derzeit decken Erdöl und Erdgas etwa 2/3 des Energiebedarfs, die jährlichen Fördermengen steigen leicht an (Bild 4). Die derzeit gesicherten Vorräte reichen aber nur noch ca. 40-70 Jahre. Die Vorräte an Kohle sind deutlich größer, sie dürften noch einige hundert Jahre reichen. Eine Substitution von Erdöl und Erdgas durch Kohle ist aber nicht ohne weiteres möglich. Die Gewinnung von flüssigen Treibstoffen, wofür Erdöl hauptsächlich eingesetzt wird, ist zwar aus Kohle grundsätzlich durch die Kohlehydrierung möglich, aber viel aufwändiger als die Treibstoffgewinnung aus Erdöl.
Der größte Teil der Mineralölprodukte wird zur Energiegewinnung genutzt. Nur 5-10 % des Rohöls dienen der Erzeugung von Rohstoffen für die chemische Industrie, in der BRD beträgt der Anteil ca. 8%.
Förderung und Reserven fossiler Brennstoffe
Zusammensetzung von Erdöl
Erdöl enthält eine Vielzahl verschiedenster aliphatischer, cyclischer und aromatischer Kohlenwasserstoffe, daneben sind aber auch Verbindungen mit Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff und anderen Elementen im Molekül enthalten, außerdem anorganische Stoffe wie Wasser und Schwefel. Bisher konnte man schon über 500 verschiedene Verbindungen im Erdöl nachweisen.
Erdöle unterscheiden sich je nach Herkunft sehr stark, manche Rohöle sind dünnflüssig und gelb, andere zähflüssig und schwarz. Der Anteil an Aliphaten, Cycloaliphaten und Aromaten kann sehr verschieden sein. Die Molekülgröße der Kohlenwasserstoffe und damit die Siedepunkte unterscheiden sich teilweise erheblich. So enthält libysches Rohöl viele Cycloaliphaten, mexikanisches viele Aromaten; Rohöl aus Pennsylvania enthält hohe Anteile niedrig siedender Kohlenwasserstoffe, venezolanisches dagegen fast nur hoch siedende. Rohöl aus der Nordsee ist schwefelarm, Öl aus Venezuela und Mexiko enthält viel Schwefel (Bild 5).
Beispiele für Rohölanalysen verschiedener Herkunft
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