Fossile Rohstoffe. Kohlenwasserstoffe als Energieträger

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1 nwasserstoffe als Energieträger Erdöl,, Erdgas und Torf sind im Laufe von Millionen von Jahren aus Kleinlebwesen und Pflanzen entstanden und werden deswegen als fossile Energieträger bezeichnet. Da sie bei der Verbrennung direkt Energie freisetzen, werden sie als Primärenergieträger bezeichnet. Erdöl und werden im Gegensatz zu Erdgas in veredelte Produkte wie Benzin, Heizöl, Koks oder Kokereigas überführt. Diese veredelten Produkte werden dann als Sekundärenergieträger bezeichnet. Anteil der verschiedenen energieträger am Primärenergieverbrauch weltweit Mineralöl 47,9 39,2 38,6 37,2 30, ,7 29,1 Erdgas 18, ,1 23,5 Kernenergie 0,6 7 6,9 6,1 regenerative 2,2 2,8 3,7 4,1 Mio t ÖE

2 Erdölprodukte Benzin: Sammelbegriff für nwasserstoffe (C8 C12) mit Siedepunkten zwischen 85 C und 220 C. Es sind Wasserklare Flüssigkeiten mit Dichten zwischen 0,6 und 0,8 g/cm³. Benzin besteht hauptsächlich aus Alkanen und Cycloalkanen und wird durch fraktionierte Destillation aus Erdöl gewonnen. Kerosin: Erdölfraktion zwischen C12 und C15. Der Siedebereich liegt bei C. Kerosin wird als Flugtreibstoff und in Lampen verwendet. Heizöle: Flüssige Brennstoffe (C15 C18) mit einem Siedebereich zwischen C. Sie werden aus Erdöl, und Ölschiefer gewonnen und anhand ihrer Viskosität klassifiziert. Für Heizzwecke dürfen sie 1% Schwefel enthalten. Paraffin: Homologe Alkane zwischen C16 und C24. Es sind dickflüssige oder wachsartige, geruch und geschmacklose Substanzen. Sie werden den oberhalb 460 C siedenden Erdölfraktionen entnommen und finden Verwendung z. B. in Kerzen und Salben. 2

3 ist ein Gemisch aus nstoffverbindungen, die Schwefel, Sauerstoff und Wasserstoff enthalten können. Entstehung ist größtenteils pflanzlichen Ursprungs. Im feuchtwarmen Klima des Karbon (ca. 300 Mio Jahre) dehnten sich riesige Sumpfwälder mit Schuppen- und Siegelbäumen, Schachtelhalme, Baumfarne und Bärlappgewächse aus. Nach dem Absterben versanken die Pflanzen im Sumpf, wo sie ohne Sauerstoff nicht richtig zersetzt wurden. Durch Überlagerung mit Sedimenten, steigendem Druck und Temperatur kam es mit Hilfe von anaeroben Bakterien zuerst zur Bildung von Torf. Über Jahrmillionen bildet sich daraus zuerst Braunkohle, anschließend Steinkohle. Dieser Prozess wird als Inkohlung bezeichnet. 3

4 veredelung Durch verschiedene Veredelungsverfahren können aus flüssige und gasförmige Produkte gewonnen werden. stammbaum: Verkokung Vergasung Verflüssigung CO/H 2 - Koks - Steinkohleteer - Steinkohlengas Ammonik Alkane Alkene Aromate Ammonik 4

5 veredelung Verkokung: trockene Destillation der Steinkohle unter Luftabschluss und hohen Temperaturen (1200 C). Dabei entstehen Koks, Steinkohleteer und Steinkohlegas Koks ist ein poröser, stark kohlenstoffhaltiger Brennstoff mit hoher spezifischer Oberfläche, der in Kokereien aus asche- und schwefelarmer Fettkohle (Braun- oder Steinkohle) durch Wärmeeinwirkung unter Sauerstoffabschluss (Pyrolyse) erzeugt wird. Koks besteht aus fast reinem nstoff und wird hauptsächlich zur Verhüttung von Eisenerz und zur Herstellung von Synthesegas verwendet. Steinkohleteer scheidet sich als dunkles, zähflüssiges Kondensat ab in dem ca verschiedene nstoffverbindungen enthalten sind. Durch fraktionierte Destillation können Stoffe isoliert werden, die für die Farbstoff- und Arzneimittelindustrie wichtig sínd. Steinkohlegas (Kokereigas) besteht vorwiegend aus Wasserstoff (50 %), Methan (30 %) und nstoffmonooxid (8 %). Gereinigtes Steinkohlengas wird als Brennstoff (Stadtgas) verkauft 5

6 veredelung Vergasung Stein- und Braunkohle werden mit Luftsauerstoff und Wasserdampf bei ca C umgesetzt. Dabei entsteht Synthesegas (CO und H 2 ). 1. Luft wird über glühende geleitet. Es wird Energie frei und die wird bis zur Weißglut erhitzt (Heißblasen). Es entsteht CO. 2. Danach leitet man Wasserdampf über die Weißglut wobei CO und H 2 erzeugt werden. Die kühlt wieder ab. 2 C + 4 N 2 + O2 2 CO + 4 N 2 H = -221 kj/mol C + H 2 O CO + H 2 H = +131 kj/mol Das gewonnene Gemisch ist Ausgangsstoff für viele Prozesse der chemischen Industrie wie z. B. im Haber-Bosch Verfahren zur Ammoniaksynthese. 6

7 veredelung Synthesegaserzeugung (WINKLER-Verfahren) Dabei werden aus fossilen Rohstoffen Gasgemische gewonnen, die zur Herstellung verschiedener Stoffe, z. B. Methanol, Ammoniak oder als Heizgas verwendet werden. Luftzufuhr Entnahme des Rohgases - Einblasen von Luft und Wasserdampf - partikel werden aufgewirbelt - Reaktionen von C, O und Wasserdampf hauptsächlich zu CO und H 2 bei C - Abfüllen des Rohgases in den oberen Bereich des WINKLER - Generators 7

8 veredelung Verflüssigung Fischer-Tropsch Verfahren Verfahren zur Herstellung von nwasserstoffen aus Synthesegas mit Hilfe von Katalysatoren. Beispiel: 7 CO + 15 H 2 C 7 H H 2 O Bergius Verfahren Steinkohle wird fein gemahlen und in Schweröl aufgeschlämmt. Unter einem Druck von bar und einer Temperatur von 500 C wird Wasserstoff angelagert. Es entsteht ein Gemisch aus verschiedenen nwasserstoffen. 8

9 Umweltprobleme durch fossile Brennstoffe Schwefeldioxid und saurer Regen und Erdöl enthalten Schwefelverbindungen, die bei der Verbrennung als Schwefeldioxid freigesetzt werden. In Verbindung mit Luftsauerstoff und Feuchtigkeit entsteht Schwefelsäure, die mit den Niederschlägen als saurer Regen zur Versauerung von Böden, zur Korrosion von Metallen und zur Verwitterung von Bauwerken führt. Erdöl kann vor der Verbrennung von Schwefel befreit werden. Bei müssen die entstehenden Abgase entschwefelt werden. Diese Verfahren wird Rauchgasentschwefelung genannt. SO 2 + CaCO 3 0,5 O H 2 O CaSO 4 2 H 2 O + CO 2 9

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