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Namen:
Alexander Hauke, 2017-01

Daniel Möller, 2021-05

 

Erdöl & Erdgas sind wichtige Energieträger. Ihre Verbrennung ist zum Teil für den menschengemachten Klimawandel verantwortlich.

Erdöl und Erdgas sind Stoffgemische, welche aus Kohlenwasserstoffen & organisches Schwefelverbindungen entstehen. Sie kommen in der Natur nur in der Erdkruste vor. Erdöl ist flüssig, Erdgas ist, wie der Name sagt, gasförmig. Der überwiegende Bestandteil des Erdgases ist Methan.

Entstehung: Erdöl und Erdgas, welches heutzutage gewonnen wird, besteht aus vor ungefähr 20 bis 200 Millionen Jahren abgestorbenen tierischen und pflanzlichen Bestandteilen (Plankton).

 


1) Erdöl

Erdöl ist ein natürlich in der oberen Erdkruste vorkommendes lipophiles Stoffgemisch, hauptsächlich aus Kohlenstoff, das durch die Umwandlung von  organischen Stoffen entstanden ist. Das unverarbeitete Erdöl wird auch Rohöl genannt, im Englischen Crude Oil. Es bildet den wichtigsten Rohstoff in Industrieländern und ist es wichtig für die Stromerzeugung, den Verkehr und der Heizung von Privathaushalten. Ebenfalls ist es der Grundstoff der heutigen Kunststoffherstellung. Durch seine hohe Bedeutung ist es elementarer Teil der Weltwirtschaft und internationaler Beziehungen.

a) Chemische Zusammensetzung:

Rohes Erdöl ist ein Gemisch verschiedenster Kohlenwasserstoffe und ist mit bis zu 17.000 Bestandteilen eine der komplexesten natürlich vorkommenden Mischungen. Am häufigsten sind jedoch lineare und verzweigte Alkane, Cycloalkane und Aromaten. Die Öle variieren in ihrer Farbe, Viskosität, Geruch und anderen physikalischen Eigenschaften in Abhängigkeit ihres geographischen Herkunftsortes. Neben den reinen Kohlenwasserstoffen bilden Heteroatome wie Stickstoff (Amine, Porphyrine), Schwefel (Thiole, Thioether) oder Sauerstoff (Alkohole, Chinone) enthalten. Auch geringe Mengen an Metallen wie Eisen oder Kupfer verändern die Reinheit des Öles. Dadurch variiert der reine Kohlenwasserstoffanteil zwischen 50% und 97%, daher sind spezielle Regionen der Ölförderung anderen bevorzugt.

Kohlenstoff    → 83 – 87 %
Wasserstoff    → 10 – 14 %
Stickstoff    → 0,1 – 2 %
Sauerstoff    → 0,1 – 1,5 %
Schwefel    → 0,5 – 6 %
Metalle        → < 1000 ppm

Die Unterscheidungen von Ölen in schwere und leichte Öle gehen auf die unterschiedlichen Stoffdichten und die Viskosität zurück. Die Gründe dafür liegen in den Anteilen leicht flüchtiger kurzkettiger Kohlenwasserstoffketten und langen Ketten, dadurch unterscheidet sich die Stärke der Van-der-Waals-Kräfte. Dabei können auch Wachse enthalten sein.    Auch der Schwefel bietet ein großes Kriterium in der Einteilung von Ölen, da Schwefel bei der Verbrennung zu einem Schwefeloxid reagiert und diese mit verantwortlich für sauren Regen sind.

b) Entstehungsprozess:

Fast alle weltweiten Erdölreserven sind durch die Umwandlung der Biomasse von abgestorbenen Algen entstanden. Die toten Algen sinken zum Meeresgrund, meist mit Tonpartikeln. Wichtig ist dabei die Lage in sauerstoffarmen Bereichen, sodass die Biomasse sich nicht vollständig zersetzt, sondern einen Schlamm bildet. Durch die Ablagerung von genau solchen Biomasse-Sedimenten und anderen Gesteinsarten, bilden sich Folgen von Sedimenten, in denen ein hoher Biomasseanteil vorliegt. Sind diese Sedimente mit mehreren Schichten bedeckt, steigen die Temperaturen in den Schichten aufgrund der Druckzunahme.
Unter dieser Wärme wird zunächst Wasser aus dem Sediment ausgetrieben. Bei Temperaturen bis etwa 60 °C wird nun die in der Algenbiomasse enthaltene organische Substanz, zum Beispiel Proteine oder Kohlenhydrate,  in langkettige und feste Kohlenstoffverbindungen, die sogenannten Kerogene umgewandelt. Die Kerogene unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und werden dadurch in vier Bereiche aufgeteilt. Für Algen typisch ist beispielsweise Typ-1 mit hohem Anteil an Lipiden.  
Ab etwa 60 °C werden dann die Kerogene in kurzkettigere gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe aufgespalten, dies beschreibt die Aufteilung von Erdöl und Erdgas (vor allem Methan). Dies wird Katagenese genannt, dabei spalten sich die Ketten aufgrund von steigender Energie durch Druck und Temperatur. Die Erdöl-Bildungsrate steigt bis zu Temperaturen von 120–130 °C weiter an und nimmt bei Temperaturen darüber wieder ab. Zwischen 170 und 200 °C entsteht vorallem Erdgas und kaum noch Erdöl. Bei Temperaturen von mehr als 200 °C beginnt die Metagenese. Es entsteht zwar weiter Gas, aber kein Öl mehr, sondern ein fester Kohlenstoffrückstand Die Umwandlung der Kerogene zu Öl und Gas wird auch als Reifung bezeichnet Bei der natürlichen Niedrigtemperatur-Reifung der Kerogene zu Kohlenwasserstoffen fungieren offenbar zudem die Tonminerale im Sediment als Katalysatoren, daher sind diese bei der Ablagerung wichtig.. Der Temperaturbereich zwischen 60 °C und 170 °C, in dem vorwiegend Erdöl entsteht, wird als Erdölfenster bezeichnet. Die entstandenen Kohlenstoffketten sind auf Grund ihrer geringeren Größe mobiler als die Kerogene und migrieren so in angrenzende Gesteinsschichten. Treffen sie auf poröses und durchlässiges Gestein, so kann Erdgas bis zur Oberfläche aufsteigen. Anreicherungen entstehen durch das migrieren in „Gesteinsfallen“ aus denen keine weitere Migration möglich ist. Diese sind konventionelle Lagerstädten. Meist bildet sich dann eine „Gaskappe“ über dem angereicherten Erdöl. Traditionell nennt man die Kohlenwasserstoffe auch erst nach einer Migration Erdöl oder Erdgas.
Unkonventionelle Lagerstädten, wie kohlenwasserstoffreiche Gesteine, entstehen bei hohen Drücken, wenn Erdöl und Erdgas nicht aus den Kerogenen migrieren können. Diese sind jedoch sehr selten. Ein Beispiel ist Ölschiefer in Süddeutschland, welcher ca. 180 Millionen Jahre alt ist.


c) Erkundung/ Erschließung von Lagerstätten:

Fernerkundung ist schwer möglich, aufgrund von verschiedenen geologischen Einflüssen. Möglich ist jedoch eine Suche nach Gesteinsarten und Formationen, welche typisch für Erdöleinschlüsse sind. Danach werden gezielte Probebohrungen gemacht.
Hoch liegende Lagerstädten sind schon an austretendem Methan zu erkennen, jedoch zur korrekten und gezielten Suche wird mit physikalischen verfahren gesucht.
Ist ein Sedimentbecken aufgrund von Bodenproben gefunden, so beginnt man mit Reflexionsmesstechniken den Boden zu analysieren Dabei werden an der Erdoberfläche Wellen erzeugt, die an den unterschiedlichen Bodenschichten reflektiert werden. Je nach Einsatz an Land oder im Wasser werden unterschiedliche Verfahren verwendet. Quellen seismischer Wellen an Land sind Explosivstoffe, Fallgewichte oder seismische Vibratoren. An der Erdoberfläche ausgelegte Geophone dienen als Sensoren zur Aufzeichnung der Wellen. In der marinen Seismik werden die seismischen Wellen mit „Airguns“ erzeugt. Die Aufzeichnung der Wellen erfolgt mit Hydrophonen, die entweder am Meeresboden ausgelegt oder hinter einem Schiff an der Meeresoberfläche im Schlepp gezogen werden. Aus den Laufzeiten und Charakteristiken der reflektierten Signale lassen sich Schichtenprofile errechnen. Durch verschiedene Messlinien erstellt man im Folgenden ein Bodenprofil. Damit lassen sich kostengünstig größere Gebiete erkunden. Basierend auf den seismischen Daten werden nun auch erste Erkundungsbohrungen getätigt. In ausgewählten Gebieten beginnt man, ein 3-dimensionales Bodenprofil zu erstellen. Hierbei werden die Punkte zum Erzeugen und Messen seismischer Wellen speziell ausgewählt, dies ist aufwendiger als das Aufzeichnen von 2-dimensionalen Bodenprofilen. In Kombination mit Probebohrungen und dazugehörigen Messungen kann nun ein quantitatives Modell der Erdöl- oder Erdgasreserven sowie ein Plan für weitere Bohrungen und zur Förderung erstellt werden.

d) Förderung:

Die Förderung konventionellen Erdöls erfolgt heute in drei Phasen nach dem Anbohren:

  1. In der ersten Primärförderung wird Öl durch den natürlich auftretenden Druck des Erdgases oder durch Pumpen an die Oberfläche gefördert, die nennt man auch eruptive Förderung.
  2. In der Sekundärförderung werden Wasser oder Gas in das Reservoir geleitet, um den Druck darin zu erhöhen und damit zusätzliches Öl zu Tage zu fördern.
  3. In einer Tertiärförderung werden komplexere Substanzen wie Dampf, Polymere oder andere Chemikalien eingespritzt, mit denen die Nutzungsrate nochmals erhöht wird.

Je nachdem können in Primärphase10–30 % des lagernden Öls gefördert werden und in der Sekundärphase weitere 10–30 %; insgesamt kommt man in der Regel auf 20–60 % des vorhandenen Öls. Wenn der Ölpreis steigt, ist es teilweise lohnenswert bereits genutzte Quellen mit Tertiärförderungen aufzuarbeiten.
Besondere Schwierigkeiten bereitet die Erdölförderung aus Lagerstätten, die sich unter Wasser befinden („Off-Shore-Gewinnung“). Dabei muss zur Erschließung der Lagerstätte eine auf dem Gewässergrund stehende oder darüber schwimmende Bohrplattformen (Bohrinseln) eingerichtet werden, von denen aus gebohrt wird und später gefördert (Förderplattformen) und ggf. gespeichert wird.
Unkonventionelle Lagerstädten können durch unterschiedlichste Methoden abgebaut werden. Ist das Öl nahe der Erdoberfläche in Gesteinen enthalten, so ist beispielsweise auch der Abbau durch Tagebau möglich.

e) Weiterverarbeitung:

In der Erdölraffinerie wird das Erdöl destilliert und in seine unterschiedlichen Bestandteile wie leichtes und schweres Heizöl, Kerosin sowie Benzin  aufgespalten. In weiteren Schritten können aus dem Erdöl die verschiedensten Alkane und Alkene, welche Grundlage für die Herstellung von Kunstoffen sind, erzeugt werden. In der chemischen Industrie nimmt das Erdöl eine bedeutende Stellung ein. Die meisten chemischen Erzeugnisse lassen sich aus ca. 300 Grundchemikalien aufbauen. Diese Molekülverbindungen werden heute zu ca. 90 % aus Erdöl und Erdgas gewonnen. Zu diesen gehören: Ethen, Propen, Butadien, Benzol, Toluol und viele Weitere. Aus der weltweiten Fördermenge des Erdöls werden aber nur ca. 6–7 % für die chemische Weiterverarbeitung verwendet, der weitaus größere Anteil wird für die Verbrennung in Kraftwerken und Motoren verwendet.
Ein Beispiel eines Endproduktes ist Benzin. Die Hauptbestandteile des Benzins sind vorwiegend Alkane, Alkene, Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 11 Kohlenstoff-Atomen pro Molekül.
Benzin hat dadurch einen Siedebereich zwischen 25 °C und ≈210 °C. Daneben werden dem Roh-Benzin noch diverse Ether und Alkohole beigemischt. Die Ether bzw. das Ethanol erhöhen die Klopffestigkeit des fertigen Benzins, das heißt die Selbstzündungsrate vermindert. Benzin unterscheidet sich aber nun sehr stark und daher gibt es verschiedene Klassen, welche sich in Schwefel- oder Bleigehalt oder in der Oktanzahl unterscheiden.

 

f) Vorteile und Nachteile der Nutzung von Erdöl:

Erdöl wird in einer Raffinerie zu Mineralölprodukten (Benzin, Diesel, Heizöl, Kerosin, Paraffin, Asphalt usw.). Zwei drittel des Erdöls wird in der Industrie zur Energie- und Wärmegewinnung genutzt. Ein drittel dient als Chemierohstoff. Das Verhältnis wird sich in Zukunft vermutlich relativieren, da alternative Energieträger zur Verfügung stehen.

Erdöl ist Schrittmacher unserer modernen Industriegesellschafft, und sticht vor allem durch seine vielfachen Nutzungsmöglichkeiten als Brennstoff und Grundstoff. Gut ersichtlich ist dies daran, dass in Deutschland in 2017 112,5 Millionen Tonnen Rohöl verbraucht wurde und dabei ist noch kein Brennstoff für Fahrzeuge, wie Diesel oder Benzin, eigerechnet. Dabei ist jedoch immer zu beachten, dass Erdöl heute massiven Anteil an Erderwärmung und der Verstärkung des Treibhauseffektes hat durch die Emission von Kohlenstoff-Dioxid bei der Verbrennung des Öls und seiner Produkte. Laut Statistiken und Studien hat es einen Anteil von ¾ am Treibhauseffekt. Ein weiteres großes Problem ist, dass Erdöl ein begrenzter Rohstoff ist, welcher nur über sehr lange Zeit entsteht. Die Weltreserven und deren Ende werden schon seit dem frühen 20. Jahrhundert prognostiziert und bei neuen Funden immer angepasst. Aus heutigem Standpunkt geht man von 50 Jahren konstanter Förderung aus, wobei die größten Vorräte sich im Nahen Osten und Südamerika befinden. Die Funde neuer Ölvorkommen gehen seit den 90ern relativ konstant zurück, wobei aber die Weltfördermenge seit 1980 fast konstant auf 30,4 Milliarden Barrel pro Jahr bleibt (1 Barrel = 159 Liter).

2) Erdgas

Erdgas ist ein brennbares, natürlich entstandenes Gasgemisch, das in unterirdischen Lagerstätten vorkommt. Es tritt häufig zusammen mit Erdöl auf. Erdgas besteht hauptsächlich aus hochentzündlichem Methan, die genaue Zusammensetzung ist aber abhängig von der Lagerstätte. Zudem ist eine Aufbereitung nötig, um Methan anzureichern und ungewollte Bestandteile (wie Schwefel o.Ä.) abzusondern. Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet Erdgas jedoch zumeist das methanreiche Gas, welches bereits für den Endverbraucher aufbereitet wurde.

a) Entstehung von Erdgas:

Rohes Erdgas entsteht oft durch die gleichen geologischen Prozesse, die auch zur Entstehung von Erdöl führen. Dadurch teilen sich Erdöl und Erdgas oft die Lagerstätten. Erdgas entsteht praktisch auf gleichem Wege wie Erdöl aus Biomasse abgestorbener Algen oder Ähnliches. Auch hierbei ist die Katagenese ein zentraler Punkt in der Umwandlung langer Kohlenstoffketten (siehe Erdöl). Doch ist bei Erdgas auch die Metagenese möglich, das bedeutet, dass sich die langen Ketten der Kerogene nicht in längere und kürzere Kohlenstoffketten aufspalten, sondern zumeist in flüchtige kurze Ketten. Bei diesem Prozess entsteht logischerweise deutlich mehr Erdgas als bei der Katagenese. Dieser Prozess bedarf aber auch mehr Energie als die Katagenese, das heißt, dass höhere Temperaturen und Drücke vorherrschen müssen. Eine weitere Alternative bei der Entstehung bietet die Entstehung durch mikrobielle Zersetzung. Dabei wird ebenfalls Biomasse umgesetzt, und als „Abfall“ des mikrobiellen Prozesses bleibt Methan übrig. Dabei findet kaum eine Migration des Gases statt, was im Vergleich bei der herkömmlichen Entstehung wie bei Erdöl normal ist. Außerdem sind solche Lagerstädten im Vergleich deutlich jünger als die Herkömmlichen. Oft ist im Erdgas auch Helium enthalten, welches beim radioaktiven Alpha-Zerfall von Mineralien in der Erdkruste entsteht. Durch die Migration durch und in poröse Gesteinsschichten vermischen sich beide Gase.

b) Lagerstätten:

Der bisher am häufigsten erschlossene Erdgaslagerstättentyp sind Gasvorkommen in porösen Gesteinen (wie beispielsweise Sandstein), welche unterhalb von geringporösen, impermeablen Gesteinen liegen (wie beispielsweise Tonsteine). Das sich dort aufhaltende Gas ist vorher aus tiefer liegenden Entstehungsbereichen nach oben migriert, eine weitere vertikale Migration wird durch das impermeable Gestein verhindert. Wichtig für eine größere Anreicherung ist, dass geologische Strukturen wie Salzstöcke auch eine horizontale Migration in andere Gesteinsschichten verhindern. Erdgas ist häufig Teil einer konventionellen Erdöllagerstätte, da es aufgrund geringer Dichte eine Schicht über dem Öl bildet. Oft wird das Erdgas dann zusätzlich zum Öl gefördert, doch ist es besonders in der Offshore-Förderung Gang und Gebe das Erdgas als Nebenprodukt zu verbrennen noch auf der Bohrinsel. Aber auch reine Erdgaslagerstätten sind möglich einerseits durch die mikrobielle Umsetzung, aber auch durch eine umfangreichere Migration. Nach der Entstehung kann das Erdgas, welches eine hohe Mobilität besitzt, weitaus längere Strecken vertikal und horizontal zurücklegen als Erdöl. Dadurch können reine Erdgaslagerstätten auch in geringer Tiefe vorhanden sein.


Beispiele unkonventioneller Lagerstätten:

Kohleflözgas:

Auch in Kohleflözen, wie man Kohlelagerstätten auch nennt,  ist Erdgas gebunden, welches auch als Grubengas bezeichnet wird. Kohle besitzt eine große innere Oberfläche und ist porös und bindet dadurch gut das Gas, ebenfalls erhöht der große Druck in den tiefen Lagen die Konzentration. Kohleflözgas ist vor allem für die Erdgasförderung in den USA wichtig.

Gashydrate:

Bei hohem Druck und tiefen Temperaturen bildet Methan zusammen mit Wasser einen eisähnlichen Feststoff, sogenanntes Methanhydrat. Solche Lagerstätten sind heute in Permafrostböden und in den Meeresböden der Kontinentalschelfe zu finden. Das Methan stammt dabei häufig von undichten oft konventionellen Lagerstätten oder von mikrobiellen Aktivitäten.

„Tight Gas“:

„Tight Gas“ findet sich in „zerstörten“ Speichergesteinen, das bedeutet, dass eins permeable und poröse Speichergesteine die Migration von Erdgas ermöglichten. Diese Speicherstätten sind aber über die Jahre durch Druck und Kompression in impermeable  Gesteine verwandelt worden. Eine Förderung aus diesen tiefen Lagerstätten ist auf konventionelle Weise unwirtschaftlich.

Schiefergas:

Im Gegensatz zu Tight Gas ist Schiefergas („Shale Gas“) nicht dazu gekommen, in ein poröseres Gestein zu migrieren. Es  befindet sich noch in seinem Muttergestein, welches oft kohlenstoffhaltiges Schiefergestein ist. Auch diese Lagerstätten liegen tief und erschweren eine konventionelle Förderung.


c) Vorräte:

Die Menge des in Lagerstätten enthaltenen Erdgases liegt laut Schätzungen über die weltweiten Erdgasreserven bei ca. 819.000 Milliarden Kubikmeter Erdgas. Dabei liegen Erdgasreserven in derzeit wirtschaftlichen Lagerstätten bei 192.000 Milliarden Kubikmetern. Bei einer weltweit gleichbleibender Erdgasförderung von etwa 3.200 Milliarden Kubikmetern reichen diese Ressourcen noch weiter 60 Jahre. Nicht enthalten in den Hochrechnungen sind  die Ressourcen aus Gashydrat, da derzeit noch offen ist, ob und wann dieses Potenzial kommerziell genutzt werden kann. Insgesamt ist hier ein Potenzial von bis zu 1.800.000 Milliarden Kubikmeter möglich.

d) Förderung von Erdgas:

Erdgas wird durch Bohrungen entweder in reinen Erdgasfeldern gewonnen oder als Nebenprodukt bei der Erdölförderung. Da das Erdgas in der Regel unter hohem Druck (manchmal circa 600 bar) steht, fördert es sich sozusagen von selbst, sobald das Reservoir einmal geöffnet ist. Der Druck nimmt jedoch stetig während der Förderung ab. Auch die Förderung aus tieferen Gebieten erweist sich als schwierig. In Amerika wird in diesen Fällen schon sehr häufig das „Fracking“ angewendet. Beim „Fracking“ wird eine Förderflüssigkeit, oft Wasser mit Verdickungsmitteln, mit sehr hohem Druck in die Lagerstätte gepresst. Dabei wird das Gestein poröser und der Förderdruck steigt. Es ist jedoch umstritten, da Aufgrund des Aufbrechens Erdbeben, Verunreinigung von Grundwasser und Böden sowie schwere Unfälle die Folge sein können.


e) Verarbeitung/ Erd-Gastrocknung:

Die Trocknung von Erdgas, also der Entzug von Wasser oder längerkettigen Kohlenwasserstoffen, ist ein elementarer  Teil bei der Erdgasaufbereitung.
Bei unzureichender Trocknung kann es zur Bildung von Methanhydraten kommen. Die festen Methanhydrate können plötzliche Druckabfälle in der Pipeline erzeugen, aber sie beschädigen auch Ventile und Rohrleitungen. Ebenfalls garantiert eine gute Trocknung einen gleichbleibenden Brennwert.

 

Zur Gastrocknung sind beispielsweise folgende Verfahren bekannt:

A) Absorptionstrocknung mit Triethylenglycol:

Bei der Absorptionstrocknung wird Erdgas in einer Absorptions-Kolonne mit Triethylenglycol (TEG) in Kontakt gebracht. TEG ist stark hygroskopisch und entzieht dadurch dem Gas das Wasser.
Der Kontakt beider Stoffe erfolgt in einem Gegenstrom. Das Erdgas  unten nach oben, wobei das TEG von oben nach unten geleitet wird. Um die für die Wasseraufnahme wichtige Kontaktfläche zu vergrößern, wird das TEG weit verteilt in Kolonnen geleitet. Nach der Aufnahme wird das Wasser wieder durch Verdampfen dem TEG entzogen, sowie mögliche längere Kohlenstoffe.


B) Trocknung mittels Molekularsieb:

Der Trocknungsprozess von Gasen mittels Molekularsieb erfolgt in der Regel in verschiedenen Stufen:
In der ersten Stufe erfolgt die Vortrocknung des Erdgases durch Wärmeübertrager oder andere Arten von Wasserabscheidern. Hierbei wird das Gas gekühlt und durch Abscheider große Mengen an Wasser entzogen. Der Wassergehalt ist aber danach immer noch zu hoch für eine Verflüssigung.
Nach der Vortrocknung gelangt das Gas in sogenannte Adsorber. Dieser besteht aus mindestens zwei Tanks, welche Molekularsiebe besitzen. Das Gas wird nacheinander durch die Tanks/Siebe geleitet und ein Teil des enthaltenen Wassers wird an den Sieben entzogen. Ein solcher Zyklus dauert lang, also ca. 12 h wird Tank 1 verwendet dann Tank 2, während sich Tank 1 in einer Regeneration befindet, im dem Das Wasser von den Sieben entfernt wird. Diese Siebe sind speziell auf gewisse Gasgemische angepasst und können auch Kohlen- und Schwefelwasserstoffe aus dem Gas entfernen.


C) Abtrennung von Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff:

Die Abtrennung von Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff erfolgt auf chemischem Weg. Ein Beispiel wäre die gemeinsame Erhitzung von dem Gas und einer Base in einem Lösungsmittel. Dabei bindet die Base die Schwefel- und Kohlensäure und ermöglicht so eine Reinigung des Gases
Natürlich gibt es auch noch weitere Verfahren…


f) Vorteile und Nachteile der Nutzung von Erdgas:

Erdgas ist zentraler Bestandteil unserer Industriegesellschaft und vor allem bedeutender Teil der Wärmeversorgung von Privathäusern, da es kostengünstig und effektiv zu den Haushalten geleitet werden und verbrannt werden kann. Auch als Treibstoffalternative in Autos ist Erdgas immer öfter in Gebrauch, da es billiger ist und einen etwas geringeren und saubereren Ausstoß hat. Jedoch ist die Verwendung von Erdgas immer mit Gefahren von Explosionen, Verbrennungen und ungewollten Entweichungen verbunden. So sind Brände an Lecks von Pipelines ein häufiger Unfall. Auch ist die konventionelle Förderung bald an ihren Grenzen und alternative Möglichleiten wie „Fracking“ sind sehr umstritten aufgrund von Umweltfaktoren. Auch schon die „normale“ Förderung sorgt für Gefahren wie beispielsweise Erdbeben durch Druckabfall in Gesteinsschichten. In Deutschland liegen Probleme auch in den internationalen Abhängigkeiten, welche mit dem Import von Erdgas verbunden sind. So sind wir teilweise von Russland in unserer Versorgung abhängig (Nordstream). Jedoch ist das Gas ein wesentlicher Teil unserer Infrastruktur und nicht wegzudenken, auch wenn bei Verbrennung das klimaschädliche   Gas CO2 entsteht. Methan selbst ist auch ein Treibhausgas und besonders als Teil der Massentierhaltung von Rindern bekannt.
Eine mögliche Alternative bietet der vermehrte Einsatz von Biogasanlagen zur Herstellung von Methan.  


Vergleich von Erdöl und Erdgas:

Vergleicht man diese beiden Stoffe, so wird es einem schnell klar, dass es nicht viele elementare Unterschiede zwischen diesen verwandten Stoffen. Achtet man jedoch genau findet man Unterschiede, besonders in der Heiztechnik, dies ist auch der Grund warum in moderneren Geräten Erdgas verwendet wird. Vergleicht man die Heizwerte (Energie der Verbrennung ohne Abluft) so hat Öl einen Heizwert von 9,8 kwh pro Liter und Erdgas einen Heizwert von 10,1 kwh pro Kubikmeter. Es ist natürlich erstmal nicht ersichtlich, warum Kubikmeter mit Litern verglichen wird, aber der Grund ist der annähernd gleiche Preis. Darüber hinaus muss auch der Dichteunterschied zwischen Gas und Flüssigkeit beachtet werden. Auch die Kohlenstoffdioxid-Emissionen sind ein wichtiger Punkt, da hat Erdgas geringere Werte, auch weil der prozentuale Anteil an Wasserstoffatomen (zu Kohlenstoffatomen) höher ist.

Dies ist auch der Grund warum in modernen Brennwertanlagen (auch Abluft wird genutzt) Gas hauptsächlich verwendet wird. In der Brennwertbetrachtung kann Heizöl seine Energie um 6% steigern und Erdgas um 10%, da der Anteil an Wasserstoffatomen größer und damit der Anteil an  energiereicherem Wasserdampf größer ist. Dieser Unterschied hat dazu geführt, dass ab 2026 die Ölanlagen in Privathaushalten nicht mehr verbaut werden dürfen. Auch in der Fahrzeugtechnik steigt der Anteil an Erdgas als Treibstoff, jedoch oft als Nachrüstung. Damit wollen Käufer zwar nicht zwangsläufig immer Emissionen sparen, aber Kosten. Ein weiterer Hauptunterschied ist die weitere Nutzung, da Erdöl neben der Nutzung als Treibstoff und Brennstoff, auch wichtigster Synthesestoff bei der Herstellung unterschiedlichster Materialien, wie Kunststoff, ist. Dies sieht man gut daran, dass Gas doppelt so häufig in Zentralheizungen genutzt wird als Öl.

Beispielhafte Verbrennung von  Methan und Oktan (Bestandteil bspw. in Benzin und Heizöl):

Methan: CH4 + 2 O2 ­→ CO2 + 2 H2O

Oktan: 2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Man erkennt, was vorher beschrieben wurde. Methan hat prozentual pro Kohlenstoffatom oder CO2-Molekül einen höheren Anteil an Wasser bzw. Wasserstoff. Damit hat die Verbrennung von Oktan auch eine höhere CO2 Emission, dabei hat Methan eine ungefähre Energieabgabe von 5000kJ pro 100g und Benzin ca. 4300 kj pro 100g. (Dabei wurde nicht berücksichtigt, dass das vorliegende Oktan rein ist und Benzin aus Ketten mit 5 bis 10 Kohlenstoffen besteht und dabei Additive und Verunreinigungen vorhanden sind/Auch liegt nur eine vollständige Verbrennung vor)

Trotzdem muss man sagen, dass es schlecht ist, dass die Menschheit in ihrer Fortschrittlichkeit so abhängig von Ressourcen, welche begrenzt und gleichzeitig schädlich sind, ist. Das spricht einerseits nochmal für die Vielseitigkeit dieser Stoffe, aber auch unserer momentanen Alternativlosigkeit. Es ist gut, dass es Entwicklungen wie Biogasanlagen gibt, doch muss in der näheren Zukunft einer neuer Grundstoff anstatt Erdöl gefunden und ein neuer Brennstoff. Dies ist eines der Zwischenziele im Kampf gegen den von diesen Stoffen hauptsächlich verursachten Klimawandel.

 

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