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Benzin

Benzin

Benzin ist eine Mischung aus verschiedenen leichten Kohlenwasserstoffen. Es wird als Kraftstoff für Kraftmaschinen verwendet, besonders für Ottomotoren. Es gibt verschiedene Arten von Benzinen, die sich in der Art Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe unterscheiden.

Bestandteile

Die für Benzin benötigten Kohlenwasserstoffe werden normalerweise aus Erdöl durch fraktionierte Destillation und Cracken gewonnen. Benzin kann auch aus Kohle durch Kohleverflüssigung gewonnen werden. Dabei wird der Wasserstoffbedarf durch die endotherme Reaktion von Kohle und Wasser gedeckt (Kohlevergasung). Der hohe Energieaufwand und der hohe CO2-Ausstoß machen das Verfahren unwirtschaftlich, solange billiges Erdgas und Erdöl zur Verfügung stehen. Die Kohlenwasserstoff-Moleküle im Otto-Kraftstoff haben eine Größe von 5-11 Kohlenstoffatomen. Bestandteile des Normalbenzins: # verschiedene Kohlenwasserstoffe # Ether # höhere Alkohole (verhindern Einspritzvereisung) # Phenole (gegen Benzinalterung durch Autoxidation (Oxidation an Luft) # Komplexbildner (verhindern, dass freie Metallionen im Benzin vorkommen) # Amine - (Korrosionsschutz) Für die Verwendung in Ottomotoren ist die Oktanzahl (ROZ) von Bedeutung. Zur Veredelung des Rohbenzins werden Additive hinzugesetzt. Das Rohbenzin unterscheidet sich hierbei bei den verschiedenen Mineralölkonzernen nicht, es stammt häufig sogar aus derselben Raffinerie. Dem Rohbenzin wird dann das jeweilige Additivpaket des belieferten Konzerns beigemischt. Die wichtigsten Benzinarten sind in der Norm DIN EN 228 festgelegt.

Arten von Benzin


- Normalbenzin (ROZ 91) (In der Schweiz, Spanien, Schweden und anderen Ländern nicht erhältlich)
- Super(benzin)/Eurosuper (ROZ 95) (Schweiz: 'Bleifrei 95')
- Super plus (ROZ 98) (Schweiz: 'Bleifrei 98')
- V-Power/ultimate 100 (ROZ 100) (nur bei Shell/Aral-Tankstellen)
- Flugbenzin (ROZ 100) (bleihaltig)

Daten


- UN-Nummer 1203
- Gefahrennummer 33
- Flammpunkt < 21°C ( Gefahrstoff der Klasse A1)
- Siedebereich 0-210°C ( homogenes Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffe )
- Gefrierpunkt ca. -45 °C
- Zündtemperatur 200 °C
- Dichte \varrho= 0,70 - 0,74 kg/l
- Energiedichte pro kg = 12 kWh/kg = 43 MJ/kg
- Energiedichte pro Liter = 8,9 kWh/l = 32 MJ/l

Etymologische Herkunft

Der Name Benzin geht auf den deutschen Chemiker Eilhard Mitscherlich zurück. Er bezeichnete damit allerdings unser heutiges Benzol. Mitscherlich benannte den Stoff nach dem von ihm benutzten Ausgangsstoff, dem Benzoeharz. Die Zuordnung zu unserem heutigen Benzin geschah durch Justus von Liebig. Der ursprüngliche Name stammt von dem arabischen Wort luban dschawi - "Weihrauch aus Java". Dieser Begriff gelangte durch arabische Handelsbeziehungen mit Katalonien nach Europa. Mit dem Wegfall der ersten Silbe und der Änderung des ersten a zu e entstand im Italienischen benjuì, im Mittellateinischen benzoë, woraus sich das deutsche Wort Benzol entwickelte. Im Jahr 1833 erfand Michael Faraday die Herstellung von Benzin, er nannte es damals bicarbure d'hydrogène, bevor es von Eilhard Mitscherlich in Benzin umgetauft wurde. Die Bezeichnung Benzin steht demnach (wie manchmal fälschlicherweise angenommen) in keinem Zusammenhang mit dem Motorenbauer Carl Benz.

Bleifrei

Bleifrei heißt eine Motorenbenzinsorte, wenn ihr zur Verbesserung der Oktanzahl keine bleihaltigen Klopfschutzmittel zugesetzt wurde. Bleifreies Benzin wurde in den 1980er Jahren in Deutschland eingeführt, als die PKW zunehmend mit Katalysatoren ausgerüstet wurden. 1988 wurde der Verkauf von verbleitem Normalbenzin in der BRD verboten, ab 1996 verzichtete die Mineralölindustrie auf den Verkauf von verbleitem Superbenzin und seit dem Jahr 2000 darf in der EU kein verbleiter Ottokraftstoff mehr angeboten werden.

Preisentwicklung in Deutschland

Preisentwicklung Preisentwicklung

Siehe auch


- V-Power
- Erdölraffinerie
- Dieselkraftstoff
- Testbenzin
- Alkylatbenzin Kategorie:Kraftstoff Kategorie:Stoffgemisch Kategorie:Mineralöl ja:ガソリン

Kohlenwasserstoffe

Die Kohlenwasserstoffe (CxHy) sind eine Stoffgruppe von Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Die Stoffgruppe ist recht vielfältig, es gibt mehrere Untergruppen und sehr viele Verbindungen dieser Klasse, dennoch ist es die einfachste Stoffgruppe der organischen Chemie. Die Kohlenwasserstoffe haben, vor allem als fossile Brennstoffe, aber auch in vielen weiteren Bereichen, wie der organischen Synthese, eine große technische Bedeutung. Das Methan, ein Alkan, ist der einfachste Vertreter der Kohlenwasserstoffe.

Systematik

Man unterscheidet bei den Kohlenwasserstoffen mehrere Untergruppen, vor allem zwischen kettenförmigen und cyclischen (bzw. aliphatischen und aromatischen) sowie gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen. Zu den gesättigten Kohlenwasserstoffen gehören die Alkane und Cycloalkane, alle anderen sind ungesättigt und durch eine Mehrfachbindung zwischen Kohlenstoffatomen reaktionsfreudiger. Die Stoffgruppe der Terpene ist im Gegensatz zu den anderen Gruppen keine reine Kohlenwasserstoffgruppe, ihr gehören zwar Kohlenwasserstoffe an, aber auch viele Verbindungenen aus anderen Stoffgruppen. Die Polyene können sowohl kettenförmig, wie zum Beispiel Butadien, als auch cyclisch, wie zum Beispiel Cyclopentadien, sein, sie sind eine Untergruppe der Alkene, sie besitzen mehr als eine Kohlenstoffdoppelbindung. Viele dieser Gruppen wie zum Beispiel die Alkane, Alkene und Alkine bilden homologe Reihen mit einer allgemeinen Summenformel. Die Arene sind eine Stoffgruppe von aromatischen Kohlenwasserstoffen, die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe sind eine Untergruppe der Arene.

Verbindungen

Die wichtigsten Alkane sind das Methan und das Ethan, sie finden sich auch im Weltraum, bei den Alkenen das Ethen, das wichtigste Cycloalken ist das Cyclohexen, bei den Alkinen ist die wichtigste Verbindung Ethin. Das wichigste Cycloalkan ist das Cyclohexan, welches im Erdöl vorkommt. Wichtige Polyene sind das Butadien, Isopren und Cyclopentadien. Wichtige Arene gibt es sehr viele, Benzol, Toluol, Xylol und Styrol sind nur einige. Die einfachsten polycyclischen aromatischen Kohlenwassserstoffe (PAK) sind Biphenyl, Naphthalin und Anthracen. Eine Liste der Kohlenwasserstoffe gibt es hier.

Eigenschaften

Bei der optimalen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht Wasser und Kohlendioxid, bei unzureichender Verbrennung kann auch Kohlenmonoxid und Kohlenstoffruß entstehen und der Energiegewinn wäre wesentlich geringer, deswegen ist eine optimale Verbrennung der Kohlenwasserstoffe wichtig. Verbrennt ein Kohlenwasserstoff mit rußender Flamme, kann dies auch ein Anzeichen für einen höheren Kohlenstoffanteil in der Verbindung sein. Ein häufig bei den Kohlenwasserstoffen auftretendes Phänomen ist die Isomerie - Verbindungen mit der gleichen Summenformel aber unterschiedlichem Aufbau - dieses Phänomen tritt zuerst bei dem Butan ein und setzt sich bei allen höheren Alkanen und den meisten anderen Kohlenwasserstoffen fort, eine besondere Isomerie, die cis-trans-Isomerie tritt bei den Alkenen auf. In Wasser sind die Kohlenwasserstoffe unlöslich, in den meisten organischen Lösungsmitteln jedoch gut löslich.

Vorkommen und Entstehung

Die Kohlenwasserstoffe sind in der Natur im Erdöl, Erdgas, Steinkohle (bzw. Steinkohlenteer) und weiteren fossilen Stoffen in größeren Mengen enthalten. Es gibt drei Theorien zur Entstehung der Kohlenwasserstoffe: die biogenetische Theorie, die abiogenetische Theorie und einer neusten Theorie nach entstehen Kohlenwasserstoffe bei radioaktiven Prozessen im Erdmantel. Die Kohlenwasserstoffe kommen nie in reiner Form, sondern immer nur in Gemischen vor und müssen aus diesen durch chemische oder physikalische Methoden gewonnen werden. Sogar im Weltall sind die Kohlenwasserstoffe, meist im Form von Methan und Ethan, auf Kometen, Planetenamtmosphären und in interstellarer Materie zu finden. Methan war schon Bestandteil der Ursuppe. Die Kohlenwasserstoffvorkommen entstanden aus Meerestieren, die starben, absanken und auf dem Meeresboden von Sedimenten bedeckt wurden. Durch Absinken der Sedimente wurden diese organischen Materialien hohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen wandelten sie sich in Erdöl oder Steinkohle um. Teilweise entstand unter ähnlichen Bedingungen Erdgas. Erdölhaltige Sedimente, die nicht den Drücken und Temperaturen ausgesetzt waren, werden als Erdölsande bezeichnet. Erdöl ist ortsabhängig unterschiedlich zusammengesetzt.

Verwendung

Alkane werden häufig als fossiler Energieträger in Gemischen wie Biogas, Flüssiggas, Benzin, Dieselöl und vielem weiterem verwendet. Die Kohlenwasserstoffe dienen weiterhin als Ausgangsstoff für eine Vielzahl von industriell bedeutenden chemischen Synthesevorgängen, zum Beispiel für die Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Wichtig sind auch die Polymerisationsprodukte der Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Polyethin, viele Copolymere so wie die halogenierten Kohlenwasserstoffpolymere wie Polyvinylchlorid und Polytetrafluorethylen.

Literatur


- Reinhart Schweisfurth:Angewandte Mikrobiologie der Kohlenwasserstoffe in Industrie und Umwelt. ISBN 3816900348
- Silke Wolff:Untersuchung reaktiver Zwischenstufen der Ozonolyse ungesättigter Kohlenwasserstoffe in der Gasphase. Shaker Verlag (1998), ISBN 3826538390
- Andreas Raichle:Herstellung von synthetischem Steamcracker-Einsatz durch hydrierende Umsetzung cyclischer Kohlenwasserstoffe an Zeolithkatalysatoren. Shaker Verlag GmbH, ISBN 3832211098
- Karl Hölemann:Totaloxidation flüchtiger Kohlenwasserstoffe an katalytisch beschichteten Mikrofasergestricken. Shaker Verlag GmbH (2000), ISBN 3826572556

Weblinks


- [http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/facharbeit/ Ausgewählte Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff-Derivate visuell und experimentell aufgearbeitet (mit 3-D-Modellen)] ! Kategorie:Stoffgruppe ja:炭化水素 ms:Hidrokarbon

Kraftstoff

Ein Kraftstoff, häufig auch Treibstoff genannt, ist ein Stoff, dessen Energieinhalt durch Verbrennung oder andere Energieumwandlungsformen für technische Systeme nutzbar gemacht wird. Viele Kraftstoffe werden häufig in Fortbewegungsmitteln (Fahrzeug, Flugzeug, Schiff...) verwendet. Da sie in diesen mit transportiert werden müssen, werden dort häufig Stoffe mit einer hohen Energiedichte eingesetzt. Kraftstoffe werden Verbrennungsmotoren zugeführt, im Gegensatz dazu steht der Begriff Brennstoff, der auf die Verwendung zur Wärmegewinnung hinweist. Diese Definition der Begriffe ist unabhängig von der chemischen Zusammensetzung, so ist Diesel ein Kraftstoff, der chemisch fast unverändert unter der Bezeichnung 'Heizöl EL' als Brennstoff verwendet wird.

Arten von Kraftstoffen

Feste Kraftstoffe


- Biomasse (Holz, Stroh...)
- Kernbrennstoff (Uran, Plutonium)
- Kohle in der Dampflok/Dampfschiff
- Festbrennstoff (z.B. Feststoffrakete)
- Wachs
- Kohlestaub, wurde nach dem Dieselprinzip mittels Pressluft in den Brennraum eingeblasen und entzündete sich selbst. (Kohlestaubexplosion)

Flüssige Kraftstoffe


- Kerosin bzw. Petroleum
- Benzin (Ottokraftstoff)
- Diesel
- Alkylatbenzin
- Biodiesel
- Ethanol - Ethanol als Kraftstoff
- Flüssigerdgas (auch: LNG Liquified Natural Gas)
- Flüssiggas (auch: Autogas oder LPG bzw. Liquified Petroleum Gas)
- Methanol
- Pflanzenöl
- Silan (in Entwicklung)
- Emulsionskraftstoff (meist Wasser in Diesel, zur Schadstoffminderung durch Temperatursenkung)
- Schweröl

Gasförmige Kraftstoffe


- Blaugas
- Druckluft
- Erdgas (auch: CNG Compressed Natural Gas)
- Ethen = (auch Holzgas)
- Wasserstoff

Verfahren zur Herstellung oder Gewinnung von Kraftstoffen


- Kohlevergasung
- Elektrolyse (für Wasserstoffherstellung)
- Erdölraffinerie
- Gas-to-Liquids
- Alkoholische Gärung

Vergleich von Kraftstoffen


- Superbenzin: Dichte 740 kg/m³ flüssig, Heizwert 12,0 kWh/kg
- Diesel: Dichte 830 kg/m³ flüssig, Heizwert 11,8 kWh/kg
- Ethanol: Dichte 789 kg/m³ flüssig, Heizwert 7,44 kWh/kg
- Autogas (LPG/GPL): Dichte 540 kg/m³ flüssig, Heizwert 12,8 kWh/kg
- Erdgas H-Gas (CNG/GNV): Dichte 0,81 kg/Nm³ (Normkubikmeter) gasförmig, Heizwert 13,0 kWh/kg
- Erdgas L-Gas (CNG/GNV): Dichte 0,82 kg/Nm³ gasförmig, Heizwert 11,3 kWh/kg

Alternative Kraftstoffe

Als alternative Kraftstoffe werden Kraftstoffe bezeichnet, die herkömmliche aus Mineralöl hergestellte Kraftstoffe ersetzen können.
- Bio-Ethanol wird aus Zuckerrüben oder Weizen gewonnen. Ab 2005 wird es dem normalen Benzin beigemischt. In Brasilien fahren bereits viele Automobile damit, siehe Flexible Fuel Vehicle und Ethanol als Kraftstoff. Problem: Erhöhte Abgaswerte.
- Biodiesel wird aus mit Methanol veresterten Pflanzenölen hergestellt. Basis der Pflanzenöle ist unter anderem der Samen der Rapspflanze. Er wird auch dem mineralischen Diesel aus Klimaschutzgründen beigemischt. Da die Eigenschaften von Biodiesel in vielen Punkten denen von mineralischem Diesel sehr ähnlich sind, können auch nicht umgerüstete Dieselmotoren mit diesem Kraftstoff betrieben werden. Da sich Biodiesel wie ein leichtes Lösungsmittel verhält, können unter Umständen Dichtungen und Schläuche im Kraftstoffsystem angegriffen werden, wenn diese nicht beständig gegen Biodiesel sind. Nachteilig ist der hohe Aufwand zur Herstellung und die geringe Dezentralität der in Deutschland betriebenen Biodieselanlagen. Zudem kann Biodiesel eine große Menge Wasser aufnehmen, was zu Korrosionsproblemen an der Einspritzausrüstung führen kann.
- Biogas kann wegen der Größe der Anlage zur Erzeugung bisher nur für stationäre Motoren und zu Heizzwecken eingesetzt werden.
- BtL-Kraftstoff (Biomass to Liquid) wird auch von der Firma CHOREN Industries GmbH unter dem Markennamen SunDiesel vertrieben. Er wird aus Holz, Stroh oder anderer Biomasse gewonnen. BtL befindet sich noch in der Testphase und hat noch einen großen Forschungsbedarf. Vorteil: Die ganze Pflanze kann genutzt werden. Auch konventionelle Dieselfahrzeuge können damit fahren. Eine Gesamtenergiebilanz der BTL-Prozesse liegt derzeit noch nicht vor.
- Reine Pflanzenöle z.B. aus Leindotter, Raps oder Sonnenblume, auch Pöl oder Naturdiesel genannt, können als Kraftstoff in Dieselmotoren eingesetzt werden. Insbesondere die höhere Viskosität gegenüber Dieselkraftstoff führt dazu, dass zum dauerhaften Betrieb von Dieselmotoren mit Pflanzenöl eine Anpassung des Kraftstoff- und Einspritzsystems notwendig wird. Die Vorteile von Pöl sind neben der CO2-Neutralität die Möglichkeit der dezentralen Herstellung, die hohe Energiedichte, das geringe Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt (nicht wassergefährdend, kein Gefahrgut, ungiftig, hoher Flammpunkt).
- Wasserstoff kann auch aus regenerativen Energie mittels Elektolyse gewonnenwerden. Das Problem liegt beim Wasserstoff, für die Herstellung ist viel Energie nötig. Zudem ist ein Luft-Wasserstoffgemisch innerhalb eines weiten Mischungsverhältnisses explosiv. Als Abgas entsteht jeoch nur reines Wasser.
- Holzgas war in den 1940er Jahren eine verbreitete Alternative unter dem Druck von akutem Kraftstoffmangel. In Finnland sind Fahrzeuge mit abenteuerlich konstruierten Holzvergasern auch heute noch recht häufig anzutreffen. Bei dem Verfahren verschwelt normales Holz, oft Holzabfälle, unter Luftabschluß in einem Druckkessel. Die entstehenden brennbaren Gase (überwiegend Ethen) werden dem Motor zugeführt. Stationäre Anlagen werden zunehmend zu Heizzwecken und in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen eingesetzt.

Literatur


- Geitmann, Sven: Erneuerbare Energien und alternative Kraftsotffe, 2. Auflage, Hydrogeit Verlag, Kremmen, Jan. 2005, ISBN 3937863052

Siehe auch


- Brennstoff
- Verbrennungsluftverhältnis
- Kraftstofftank
- Kraftstoffpreis
- Nutzpflanze
- Stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis ! Kategorie:Biomasse ja:燃料 ko:연료 simple:Fuel

Kraftmaschine

Kraftmaschinen sind Maschinen, die eine Energieform wie thermische oder elektrische Energie in mechanische Energie bzw. Arbeit umwandeln. Sie werden vor allem zum Antrieb von Arbeitsmaschinen oder Fahrzeugen verwendet. Viele Kraftmaschinen können daher auch als Motor (von lat. movēre, mōvī, mōtum: bewegen) bezeichnet werden. Man unterscheidet nach der verwendeten Energiequelle in
- Wärmekraftmaschinen
- Wasserkraftmaschinen
- Elektromotoren, elektrische Maschinen ja:モーター !Kraftmaschine Kategorie:Ingenieurwissenschaft

Erdöl

Erdöl ist ein in der Erdkruste eingelagertes, hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen bestehendes, dickflüssiges, lipophiles Stoffgemisch. Es besitzt eine dunkle bis schwarze Farbe und hat einen charakteristischen Geruch. Manche Erdölsorten fluoreszieren bei der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht. Es gibt verschiedene Theorien zur Entstehung des Erdöls.

Geschichte

Gefunden wurde Erdöl schon vor sehr langer Zeit aufgrund der Tatsache, dass Öl eine niedrigere Dichte als Salzwasser hat und deshalb in den Hohlräumen der Schieferton-, Sand- und Karbonatsedimente nach oben steigt und unter Umständen an der Erdoberfläche zutage tritt (in Deutschland zum Beispiel bei Hänigsen zwischen Hannover und Braunschweig). Wenn es an undurchlässigem Schieferton oder einer anderen dichten Gesteinsschicht nicht weiter aufsteigen kann und in nicht zu großer Tiefe stecken bleibt, ist es schon durch nicht sehr tiefe Bohrungen aufzufinden. Bis an die Erdoberfläche hervorquellendes Erdöl, welches durch die Aufnahme von Sauerstoff asphaltartige Stoffe bildete, wurde schon vor 6000 Jahren im vorderen Orient, vor allem in Mesopotamien, entdeckt. Die Menschen lernten die Eigenschaften dieses Naturprodukts zu nutzen: So erhielt man durch das Vermischen von Erdöl mit Sand, Schilf und anderen Materialien, ein Produkt zur Abdichtung von Schiffsplanken. Von den Babyloniern stammt das Wort "naptu" (von nabatu = leuchten) für Erdöl, welches in der Bezeichnung "Naphta" gegenwärtig noch Bestand hat. Dieser Ausdruck deutet darauf hin, dass schon früh das Erdöl zu Beleuchtungszwecken diente. Die Babylonier waren es auch, die wichtige Straßen und Zufahrten zu Kultstätten mit einer dünnen Asphaltschicht abdeckten. Die Verwendung von "Erdpech" war im babylonischen Reich so allgegenwärtig, dass Hammurabi dem Stoff einige Kapitel in seinem Gesetzeswerk 1875 v. Chr. einräumte - die nachweisbar erste staatliche Regulierung des Erdöls... Die für uns übliche Bezeichnung Petroleum ist römischen Ursprungs: "oelum petrae" was soviel bedeutet wie Stein- oder Felsöl. Dies geht auf Entdeckungen der Römer in Ägypten zurück, wo sie in einem Gebirgszug am Golf von Suez Erdöl aus dem Gebirge austreten sahen. Man vermutet, dass schon die römische Armee Öl als Schmiermittel für Achsen und Räder gebrauchte. Öl wurde lange Zeit auch für ein Heilmittel gehalten. Während der Ölboom-Jahre Nordamerikas in den 1860er Jahren gab es viele Quacksalber, welche das angebliche Wundermittel gegen allerlei Gebrechen verkauften. Es wurde früh schon als Kriegswaffe eingesetzt. Im antiken Griechenland wurden mit Erdöl recht modern anmutende Flammenwerfer gebaut, das sog. "griechische Feuer", eine fürchterliche Waffe besonders im Seekampf. Die eigentliche Ausbeutung des Rohöles begann aber erst im 19. Jahrhundert. Grund dafür war zunächst die Suche nach einem guten Lampenbrennstoff, denn Walöl war nur für die Reichen erschwinglich, Talgkerzen rochen unangenehm und Gasflammen gab es nur in wenigen, modernen Häusern. Verschiedene Wissenschaftler entwickelten daraufhin in der Mitte des 19. Jahrhunderts Verfahren zur kommerziellen Nutzung. Der kanadische Arzt und Geologe Abraham Gessner erwarb 1852 ein Patent auf die Herstellung eines relativ sauber brennenden, preisgünstigen Lampenbrennstoffes aus Rohöl: das Petroleum. 1855 schlug der amerikanische Chemiker Benjamin Silliman vor, Erdöl mit Hilfe von Schwefelsäure zu reinigen, um es als Brennstoff zu verwenden. Also begann man, größere Rohöllager zu suchen. Seit mehreren Jahren wusste man bereits, dass bei Bohrungen nach Wasser und Salz gelegentlich Erdöl in die Bohrlöcher einsickerte. Also hatte man die Idee, direkt nach Öl zu bohren. Die ersten Bohrungen wurden 1857 bis 1859 durchgeführt, vielleicht die weltweit erste bei Wietze in Niedersachsen, westlich Celle, abgeteuft. Weltberühmt wurde jedoch die Bohrung nach Öl, die Edwin L. Drake am 27. August 1859 am Oil Creek in Pennsylvania durchführte. Drake bohrte im Auftrag des amerikanischen Industriellen George H. Bissell und stieß in nur 21,2 Meter Tiefe auf die erste größere Ölquelle. Die erste Erdölförderung im Untertagebau fand 1854 in Bóbrka bei Krosno (Polen) statt. Nach der Einführung elektrischen Lichts war Erdöl zunächst nicht mehr attraktiv, doch die Erfindung des Automobils ließ nicht lange auf sich warten.

Entstehung

Der biogenetischen Theorie zur Erdölentstehung gemäß ist Erdöl aus Meeresorganismen (Plankton) entstanden, die starben, absanken und auf dem Meeresboden von Sedimenten bedeckt wurden. Durch Absinken der Sedimente wurden diese organischen Materialien hohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen wandelten sie sich in so genannte Kerogene um, organische Stoffe, die vorwiegend aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Im Verlauf der weiteren Diagenese können die Kerogene bituminös werden. Sedimentgesteine, die Kerogene enthalten, werden als Erdölmuttergestein bezeichnet. Ein Beispiel für ein Erdölmuttergestein mit fein verteilten bituminösen Kerogenen ist Ölschiefer aus dem Lias epsilon (unterer Jura). Die fein verteilten Kerogene können unter bestimmten Bedingungen, vor allem bei hohen Temperaturen, wandern, da sie leichter als Wasser sind und durch dieses verdrängt werden. Beim Wandern ("Migration" des Erdöls) vereinigen sich die Kerogene zu kompakteren Massen, zu Erdöl. Die Migration verläuft im Großen und Ganzen aufwärts. Gerät das Erdöl unter undurchlässige Erdschichten, die seine weitere Wanderung nach oben und nach den Seiten verhindern (Erdölfallen), reichert es sich dort an und es entsteht so eine Erdöllagerstätte. Eine Erdöllagerstätte besteht also aus einem Speichergestein, dem in seinen Poren befindlichen Erdöl und mehr oder weniger Lagerstättenwasser, das sich - sofern vorhanden - ebenfalls in den Poren des Speichergesteins befindet. Das Lagerstättenwasser enthält oft gelöste Salze. Teilweise entstand unter ähnlichen Bedingungen Erdgas. Oberhalb von Erdöllagerstätten kann sich deshalb eine Kappe aus Erdgas befinden. Oberflächennahe, erdölhaltige sandige Sedimente werden als Erdölsande bezeichnet. Erdöl ist weltweit nicht gleich zusammengesetzt. So sind zum Beispiel in einigen Gebieten mehr Alkane, in anderen mehr Alkene enthalten, auch das Verhältnis von aliphatischen zu aromatischen Kohlenwasserstoffen ist verschieden. Einer abiogenetischen Theorie nach, die weitaus weniger Vertreter als die biogenetische Theorie hat (siehe insbesondere Thomas Gold), existieren im Inneren der Erde von ihrer Entstehung an große Mengen Kohlenstoffverbindungen, darunter auch viele Kohlenwasserstoffe. Diese Kohlenstoffverbindungen werden wegen ihrer geringen Dichte in Richtung Erdoberfläche aufgepresst.

Gewinnung

Befindet sich die Erdöllagerstätte nahe der Erdoberfläche, so kann das Öl im Tagebau gewonnen werden, Beispiel: Athabasca-Erdölsande, Alberta, Kanada. Zu Beginn der Erdölnutzung wurde es an einigen Orten auch im Tiefbau gewonnen, zum Beispiel bei Wietze, westlich Celle (Niedersachsen, Deutschland). Aus tieferen Lagerstätten wird Erdöl durch Sonden gefördert, die durch Bohrungen bis zur Lagerstätte eingebracht werden. Es existieren auch Bohrinseln die ein Fördern mitten im Meer ermöglichen. Wobei zum Teil die Bohrplattformen durch Förderplattformen ersetzt werden. Bohrinseln Zum Bohren werden Hohlbohrer verwendet, damit das Bohrklein aus dem Bohrloch zutage transportiert werden kann. Das Bohrwerkzeug besteht aus Stahlrohren, die zu einem immer längeren Rohrgestänge, dem Bohrstrang, aneinandergeschraubt werden können. Am unteren Ende befindet sich das eigentliche Bohrwerkzeug, der so genannte Bohrmeißel. Meistens besitzt der Bohrmeißel drei gegeneinander winklig angeordnete, gezähnte Kegelrollen (Bild 1), die zum Bohren in hartem Gestein mit Diamanten besetzt sein können, aber auch andere Formen werden verwendet. Bohrinseln Meistens wird der gesamte Bohrstrang und damit auch der Bohrmeißel von einer motorgetriebenen Vorrichtung übertage (Drehtisch) gedreht (Rotary-Verfahren). Der Bohrmeißel hat einen größeren Durchmesser als das Rohrgestänge, so dass um das Gestänge herum ein Hohlraum entsteht (so genannter Ringraum), der zur Verhinderung seines Zusammenbrechens mit einem Stahlrohr ausgekleidet wird („Casing“) (Bild 2). Bohrinseln Um das Bohrklein herauszufördern, wird eine Bohrflüssigkeit durch das Bohrrohr eingepresst, die an der Bohrkrone austritt und im Ringraum zusammen mit dem Bohrklein wieder nach oben gedrückt wird. Die Bohrflüssigkeit muss ein hohes spezifisches Gewicht und eine hohe Viskosität aufweisen, damit sie durch das hohle Bohrgestänge eingepresst und durch den Ringraum wieder ausgepresst werden kann und damit das Bohrklein dabei mitgerissen wird (Wasser, das unter anderem gelöste Polymere und suspendiertes Baryt-Mehl enthält). Manchmal wird die Bohrspülung auch benutzt, um damit einen Motor direkt über dem Bohrmeißel anzutreiben, so dass nur der Bohrmeißel, nicht aber der gesamte Bohrstrang gedreht wird. Damit die einzelnen Rohre des Bohrgestänges gehandhabt werden können, wird über dem Bohrloch ein Bohrturm errichtet (Bild 3), in dem sich auch die Vorrichtung zum Drehen des Bohrgestänges mittels Motor befindet. Wenn die Gegebenheiten es erfordern, kann auch in weiten Bögen gebohrt werden, so dass eine Lagerstätte auch von der Seite aus erschlossen werden kann (siehe: Richtbohren), zum Beispiel bei Lagerstätten unter besiedeltem, schwierigem, zu schützendem oder militärisch genutztem Gelände. Richtbohren In größerer Tiefe steht das Erdöl unter dem Druck der auflastenden Erdschichten und gegebenenfalls des assoziierten Erdgases und wird nach Anbohren aus dem Bohrloch gepresst, da es leichter als Wasser und das umgebende Gestein ist. Beim ersten Anbohren der Lagerstätte muss deshalb das Austreten des unter Druck stehenden Öls mit einer speziellen Vorrichtung („Preventer“) verhindert werden, die sich am oberen Ende des Bohrgestänges befindet. In der ersten Zeit kann das Öl meistens ohne weitere Maßnahmen durch den Eigendruck in der Lagerstätte gefördert werden (Primärförderung). Lässt der Lagerstättendruck nach, muss das Öl mit Tiefpumpen zutage gefördert werden, die von übertage über ein Bohrgestänge angetrieben werden (Pferdekopf-Antrieb, Bild 4). Richtbohren Der Lagerstättendruck kann durch Einpressen von Wasser oder Erdgas mittels durch Bohrungen eingerichteter Einpresssonden erhöht werden (Sekundärförderung). Die Durchlässigkeit des Speichergesteins kann durch Einpressen von Säuren erhöht werden, wodurch Komponenten des Speichergesteins, zum Beispiel Karbonate, gelöst werden. Im Lauf der Lagerstättenausbeutung steigt der Wasser-Anteil im Fördergut, später wird in der Regel mehr Wasser als Öl gefördert, zum Teil mehr als 90 % Wasser. Durch primäre und sekundäre Förderverfahren können je nach Lagerstättenverhältnissen etwa 20 bis 50 % des Erdöls, das sich in der Lagerstätte befindet („oil in place“) gewonnen werden. Der Rest wird durch die beschriebenen Förderverfahren nicht von den Feststoffen des Speichergesteins abgelöst. Weiteres Öl kann aber durch spezielle Verfahren gewonnen werden (Tertiärförderung). Dazu gehören:
- Wärmeverfahren: Einpressen von Heißwasser oder Heißdampf („Dampffluten“) oder Verbrennen eines Teils des Erdöls in der Lagerstätte;
- Einpressen von Stickstoff;
- Einpressen von CO2, das den Lagerstättendruck erhöht und sich im Öl löst und dadurch dessen Viskosität vermindert („CO2-Fluten“);
- Einpressen von Leichtbenzin oder Flüssiggas, die ebenfalls die Viskosität des Öls erniedrigen.
- Einpressen von wässrigen Lösungen Viskosität erhöhender Stoffe (organische Polymere), wodurch das Öl besser von den Feststoffen abgelöst wird („Polymerfluten“);
- Einpressen von wässrigen Lösungen grenzflächenaktiver Stoffe, die sich an den Grenzflächen Öl/Feststoff und Öl/Wasser anreichern und so das Öl vom Feststoff lösen und im Wasser fein zerteilen, emulgieren („Tensidfluten“). Die Tertiärverfahren werden teilweise auch kombiniert. Ein beträchtlicher Rest des Erdöls kann aber bisher mit keinem Verfahren aus der Lagerstätte gewonnen werden. Besondere Schwierigkeiten bereitet die Erdölförderung aus Lagerstätten, die sich unter Gewässern befinden („Off-shore-Gewinnung“). Hier müssen zur Erschließung der Lagerstätte auf dem Gewässergrund stehende oder darüber schwimmende Bohrplattformen (Bild 5) eingerichtet werden, von denen aus gebohrt und später gefördert werden kann. Hierbei ist das Richtbohren vorteilhaft, weil dadurch von einer Bohrplattform ein größeres Areal erschlossen werden kann.

Bedeutung

Karbonat Erdöl ist einer der wichtigsten Rohstoffe der modernen Industriegesellschaften. Es ist wichtig zur Erzeugung von Elektrizität und als Treibstoff fast aller Verkehrs- und Transportmittel. Daneben wird Erdöl in der chemischen Industrie zur Herstellung von Kunststoffen und anderer Chemieprodukte vielfach eingesetzt. Aus diesen Gründen wird es auch "Schwarzes Gold" genannt.

Chemische Produkte aus Erdöl

In der Erdölraffinerie wird das Erdöl in seine unterschiedlichen Bestandteile aufgespalten. Man unterscheidet Erdöl als Naturprodukt von Rohöl in der Industrie vor der Verarbeitung und von Mineralöl, wie Produkte nach der Verarbeitung (Benzin, Kerosin, Heizöl, Schmieröl) des Erdöls genannt 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, o-Xylol, p-Xylol (diese stellen den größten Anteil dar). Aus der weltweiten Fördermenge des Erdöls werden ca. 6-7% für die chemischen Produktstammbäume verwendet, der weitaus größere Anteil wird einfach in Kraftwerken und Motoren verbrannt. Die Wichtigkeit dieser Erdölerzeugnisse liegt auf der Hand: Gibt es kein Erdöl mehr, müssen diese Grundchemikalien über komplizierte und kostenintensive Verfahren mit hohem Energieverbrach hergestellt werden. Der chemische Baukasten des Erdöls wird verwendet, um fast jedes chemische Erzeugnis zu produzieren. Dazu gehören Farben und Lacke, Arzneimittel, Wasch- und Reinigungsmittel, um nur einige zu nennen. Erdöl | (Erdölraffinerie) | +----------+--------+ --> steigender Siedepunkt --> -+-----------------+ | | | | | | Gase Benzin Kerosin Gasöl--+------Vakuumgasöl Rückstände \ / | | | | | | \ / Benzin Flugbenzin Diesel, | Schmieröle schweres Heizöl, Schweröl \ / leichtes | Tenside Bitumen \/ Heizöl | Koks, Ruß (Pyrolyse) | | | Olefine und Cracken Aromaten | | Benzin (Reaktionen) | Monomere | (Polymerisation) | Kunststoffe

Finanzwirtschaft

Als zentraler Rohstoff ist Erdöl auch Gegenstand der Spekulation. Öl wird selbst in Warentermingeschäften (Ölkontrakte) gehandelt; der Ölpreis beeinflusst auch die allgemeinen Börsenkurse, weil in vielen Branchen eine Abhängigkeit vom Ölpreis besteht oder gesehen wird. Zwei sehr wichtige Rohölsorten sind Brent und West Texas Intermediate.

Weltreserven und Bevorratung

West Texas Intermediate Für das Jahr 2004 wurden die bestätigten Weltreserven je nach Quelle auf 1260 Milliarden Barrel (171,7 Milliarden Tonnen nach Öldorado 2004 von ExxonMobil) bzw. auf 1148 Milliarden Barrel (156,6 Milliarden Tonnen nach BP Statistical Review 2004) berechnet. Die Reserven, die geortet sind und mit der heute zur Verfügung stehenden Technik wirtschaftlich gewonnen werden können, nahmen in den letzten Jahren trotz der jährlichen Fördermengen jeweils leicht zu und erreichten im Jahre 2004 den höchsten jemals berechneten Stand. Während die Reserven im Nahen Osten, Ostasien und Südamerika aufgrund der Erschöpfung von Lagerstätten und unzureichender Prospektionstätigkeit sanken, stiegen sie in Afrika und Europa leicht an. Es wird vorausgesagt, dass die Erdölreserven nur noch 50 Jahre den Weltverbrauch decken können. Die Tatsache, dass ähnliche, nicht eingetretene Vorhersagen bereits in der Vergangenheit getroffen wurden, hat den Begriff Erdölkonstante hervorgebracht. Im Jahre 2003 befanden sich die größten Erdölreserven in Saudi-Arabien (262,7 Milliarden Barrel), im Iran (130,7 Milliarden Barrel) und im Irak (115,0 Milliarden Barrel), darauf folgten die Vereinigten Arabischen Emirate, Kuwait und Venezuela (siehe 1 für eine genaue Tabelle). Kritiker dieser Angaben weisen allerdings darauf hin, dass die Zahlen häufig aus politischen Gründen verfälscht wurden. Zudem melden viele Länder jährlich dieselben Zahlen, obwohl sie gleichzeitig große Mengen Erdöl fördern; die Zahlen werden also oft nicht angepasst. Darüber hinaus wird nach Schätzungen unabhängiger Experten im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts die als Peak-Oil bekannte Spitze der Hubbert-Kurve erreicht werden. Das Erreichen dieser 'Ölspitze' ('peak') bedeutet, dass weltweit die Förderung bzw. Produktion von Erdöl nicht mehr erhöht werden kann. In der Folge von Peak-Oil wird der Ölpreis unwiderbringlich und in hohem Maße steigen, da bei stetig wachsendem Verbrauch das Angebot die Nachfrage nicht mehr bedienen kann. Die Länder der Europäischen Union sind verpflichtet, einen 90-Tage-Vorrat an Erdöl für Krisenzeiten zu unterhalten. Ein großer Teil der deutschen und ein kleinerer Teil der ausländischen Vorräte liegt in den unterirdischen Kavernenanlagen im Zechsteinsalz im Raum Wilhelmshaven, wohin auch das meiste Erdöl nach Deutschland eingeführt wird.

Weltförderung

Wilhelmshaven Bislang wurden in der Geschichte der Menschheit rund 900 Milliarden Barrel Erdöl gefördert. Die meisten Reserven wurden in den 1960er Jahren entdeckt. Ab Beginn der 1980er Jahre liegt die jährliche Förderung - diese liegt zurzeit bei 27 Milliarden Barrel - über der Kapazität der neu entdeckten Reserven, sodass seit dieser Zeit die vorhandenen Reserven abnehmen. Deshalb wird von den meisten Experten mit einem Fördermaximum (→ Peak-Oil) zwischen 2010 und 2020 gerechnet. Einige gehen sogar davon aus, dass das Maximum noch vor 2010 eintreffen wird (Colin J. Campbell, Jean Laherrere). Ab diesem Zeitpunkt wird Erdöl immer knapper und teurer werden, weil dann der Erdölbedarf größer sein wird als die Erdölfördermenge. Unter derzeitigen Voraussetzungen (das heißt bei gleichem Verbrauch, statische Reichweite) reichen die Erdöl-Reserven noch 43 Jahre. Es ist allerdings höchst wahrscheinlich, dass man in der Zukunft -([http://www.gegenstandpunkt.com/vlg/imp/i3_oel.htm auch dank höherer Erdölpreise]) - neue Reserven finden wird. Hauptförderer von Erdöl waren im Jahr 2003 Saudi-Arabien (496,800 Millionen Tonnen), Russland (420,000 Millionen Tonnen), USA (349,400 Millionen Tonnen), Mexiko (187,800 Millionen Tonnen) und Iran (181,700 Millionen Tonnen); die gesamte Weltförderung lag bei 3.608,600 Millionen Tonnen (siehe 1 für eine genaue Tabelle). Die Erdölförderung in Deutschland ist im internationalen Vergleich unbedeutend und findet fast ausschließlich in den Bundesländern Schleswig-Holstein und Niedersachsen statt.

Weltverbrauch

Erdölförderung in Deutschland Der tägliche Verbrauch weltweit liegt bei etwa 84 Millionen Barrel. USA (20,1 Millionen Barrel), Volksrepublik China (6 Millionen Barrel), Japan (5,5 Millionen Barrel) und Deutschland (2,7 Millionen Barrel) waren im Jahr 2003 Hauptverbraucher des Erdöls (siehe 1 für eine genaue Tabelle). Der Weltverbrauch steigt derzeit um 2% pro Jahr an. Der Pro-Kopf-Verbrauch liegt bei den Industriestaaten deutlich höher als bei Entwicklungsländern. So lag der Verbrauch in den USA 2003 bei 26,0 Barrel pro Einwohner, in Deutschland bei 11,7, während in China statistisch auf jeden Einwohner 1,7 Barrel kamen, in Indien 0,8 und in Bangladesch nur 0,2 Barrel pro Kopf verbraucht wurden. Deutschland importierte im Jahr 2004 110.140.000 Tonnen Rohöl. Haupteinfuhrstaaten sind Russland, Norwegen, Großbritannien und der OPEC-Staat Libyen.

Verschiedenes

Aufgrund seiner wirtschaftlichen Bedeutung ist Erdöl auch Gegenstand politischer Auseinandersetzung. Der Gewinn aus der Ölförderung besteht in der Differenz des Förderpreises von ca. 5$ pro Barrel zum Weltpreis von ca. 60$ - insgesamt ein jährlicher Reingewinn von über 1300 Milliarden $. In der Ölkrise versuchte die OPEC, Einfluss auf den Nahostkonflikt zu nehmen. Auch die gegenwärtigen Kriege und Krisen um den Irak sind nach Meinung vieler Kritiker Auseinandersetzungen um den Zugang zum Erdöl. Da die Erdölvorkommen der Welt endlich sind, werden Wege gesucht, regenerative Energie wie beispielsweise Sonnenenergie, Windenergie, Erdwärme, Biodiesel, Pflanzenöl zu nutzen. Deutschland ist im Bereich Erdöl stark importabhängig. Daher ist seit 1978 der Erdölbevorratungsverband mit der Schaffung einer Erdölnotreserve beauftragt. Die Produkte des Erdöls (Benzin und Heizöl) stellen gleichzeitig ein kompaktes Medium dar, um Energie zu speichern oder zu transportieren. Als Alternative wird über den Gebrauch von Wasserstoff als Energiespeicher nachgedacht. Dazu muss er aber erst einmal unter sehr hohem Energieaufwand mittels Elektrolyse oder anderer Verfahren aus Wasser hergestellt werden. Dann muss er für den Transport z.B. verflüssigt werden. Dazu wird nochmals viel Energie verbraucht. Wasserstoff könnte direkt verbrannt (thermische Nutzung) oder mittels Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt werden und Motoren (beispielsweise im Elektrofahrzeug) antreiben. Die Dichte von Erdöl (besonders Rohöl) wird in API-Grad gemessen. Das Raummaß von Erdöl wird in Barrel gemessen. Die Verarbeitungsketten in der Ölindustrie werden durch die Begriffe Downstream und Upstream charakterisiert. Im Handel und an den Börsen wird unterschieden zwischen "saurem" (sour) und "süßem" (sweet) Rohöl (crude oil), wobei dann noch einmal differenziert wird zwischen schwerem (heavy) oder leichtem (light). Die Klassifikationen dienen zur Einordnung der Verwend- bzw. Raffinierbarkeit. "Sauer" bedeutet, dass das Rohöl einen höheren Schwefelgehalt hat. Aus diesem Grund ist die Raffinierung aufwendiger.

Transport

Trotz der Tatsache, dass Erdöl die Grundlagen für die wichtigsten Treibstoffe ist, wird das Erdöl oft in unökonomischer Weise quer über die Ozeane und über Land transportiert. Dies geschieht über Wasser mit riesigen Öltankern, über Land mit Tanklastwagen und Pipelines.

Folgen

Das Erdöl hat im Laufe der Zeit zu der jetzigen Situation mancher Entwicklungsländer beigetragen. Pipelines werden angezapft und ganze Tanker beispielsweise in Nigeria von bewaffneten Gruppen entführt, um das gewonnene Gut (ca. 2,25 Mio. Barrel am Tag) gegen Waffen bei Hehlern zu verkaufen, da viele bewaffnete Gruppen des Nigerdelta sich von dem Staat oft verraten und vor allem von den größeren Mineralölkonzernen bestohlen und ausgebeutet fühlen. Dies führte unter anderem zur blinden Gewalt von Seiten des Staates, wobei eine ganze Kleinstadt dem Erdboden gleichgemacht wurde. Shell sprach von 1000 Gewaltopfern jährlich, amnesty international dagegen von rund 500 Opfern allein in einer Woche. Oft gelangt Öl in das Grundwasser o.a. Ebenso entstehen immense Schäden für das Ökosystem, wenn größere Mengen von Öl entzündet werden, da beispielsweise eine brennende Ölquelle oder evtl. sogar ein Ölfeld schwer zu löschen ist. Auch sogenannte Tankerunfälle können für die Umwelt sehr schädlich sein und ganze Sandstrände mit Teerklumpen verschmutzen oder mit einem schwarzen Ölteppich überziehen. Viele Tiere, vorrangig Vögel, denen das Öl das Gefieder verklebt und deren Nahrung verdirbt, verenden elendig. Es kommt auch vor, dass Öltanker auf dem Meer ihre Tanks mit Meerwasser ausspülen, einerseits zur Reinigung, andererseits, weil sie bestimmte Mengen an Wasser aus Stabilitätsgründen als Ballast geladen haben müssen. Siehe auch: Exxon Valdez

News


- Wikinews:Themenportal Ölpreis

Literatur


- Richard Heinberg: "The Party's Over. Das Ende der Ölvorräte und die Zukunft der industrialisierten Welt". Riemann Verlag, München 2004 ISBN 3-570-50059-4
- Rudolf Rechsteiner: Grün gewinnt, 2003, ISBN 3280050545, oder als PDF-Datei http://www.rechsteiner-basel.ch/download.cfm?ID=117 (vom Autor genehmigt und selbst ins Netz gestellt)
- Colin J. Campbell: Ölwechsel!, 2002, ISBN 342324321X
- F. William Engdahl: Mit der Ölwaffe zur Weltmacht, 2002, ISBN 3980737829
- Daniel Yergin: Der Preis. Die Jagd nach Öl, Geld und Macht, Frankfurt 1991, ISBN 3100958047
- Thomas Gold: Biosphäre der heißen Tiefe. Wiesbaden 2000, ISBN 3980737802
- Autorenkollektiv: Zur politischen Ökonomie des Erdöls - Ein strategisches Gut und sein Preis, in: GegenStandpunkt 1-01,
- Autorenkollektiv: Das Öl, in: Imperialismus 3, S. 169-194, München 1981, ISBN 392293501X

Siehe auch


- Erdöl/Tabellen und Grafiken
- Mineralölunternehmen
  - Wintershall
- Ölressourcen
- Peak-Oil
- Eine interessante Alternative ist der Kraftstoff Pflanzenöl

Weblinks


- [http://www-x.nzz.ch/folio/archiv/2004/09/articles/interview.html Wann ist das Erdöl alle?, NZZ Folio]
- [http://www.oilcrisis.com/ The coming global oil crisis]
- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Erd%F6l Erdöl im Mineralienatlas WiKi]
- [http://www.chemie.uni-marburg.de/~butenuth/648/erdoel.html Protokoll: Erdöl und Erdölprodukte]
- [http://www.gasresources.net/DisposalBioClaims.htm Dismissal of the Claims of a Biological Connection for Natural Petroleum]
- [http://www.deutsches-erdoelmuseum.de Homepage des Deutschen Erdölmuseums in Wietze]
- [http://www.learn-line.nrw.de/angebote/agenda21/daten/oel-gas.htm Erdöl/Erdgas: Daten,Statistiken, Infografiken] "Agenda 21 Treffpunkt" im Bildungsserver learn:line NRW
- [http://www.erdoel-erdgas-museum-twist.de/ Erdöl- und Erdgasmuseum in Twist]
- [http://www.peakofoil.de Peak of Oil Szenarien, Literatur, Links]
- [http://www.n-tv.de/572745.html?tpl=zwei&counter=1 n-tv: Immer neue Rekorde: Die Geschichte des Ölpreises]
- [http://www.gegenstandpunkt.com/vlg/imp/i3_oel.htm Das Öl - ein Geschäftsartikel erster Klasse] Kategorie:Bergbau ! ja:石油 ko:석유

Cracken

Cracken, zu deutsch: Kracken (in dieser Schreibweise aber selten verwendet), von englisch to crack: „spalten“, ist ein Verfahren der Erdöl-Verarbeitung, wo Kohlenwasserstoffe hoher Kettenlänge in Kohlenwasserstoffe niedriger Kettenlänge gespalten werden. Ursache dafür ist, dass der Markt mehr kurzkettige Kohlenwasserstoffe (Benzin, Diesel, leichtes Heizöl) fordert, als im Erdöl enthalten ist. Langkettige Kohlenwasserstoffe (schweres Heizöl) werden allerdings kaum noch angefordert, sodass Verfahren entwickelt wurden, langkettige Kohlenwasserstoffe in kurzkettige zu spalten. Es gibt zwei Hauptgruppen beim Cracken: Thermisches Cracken und katalytisches Cracken. Diese beiden Gruppen unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass beim thermischen Cracken keine Katalysatoren eingesetzt werden. Dadurch können dem thermischen Cracken auch Rückstände der Erdöldestillation zugeführt werden, die wegen ihres Gehalts an Schwermetallen und Schwefel den Katalysator beim katalytischen Cracken beschädigen würden.

Thermisches Cracken

Das von der Raffinerie anfallende Sumpf- oder Bottom-Produkt (deutsch: schwerdestilierbare Fraktion) wird in einem Spaltofen mit einer maximalen Verweilzeit von 0,1 bis 0,2 Sekunden (je nach Art des Ofens sogar länger) eingespritzt. Dabei wird das cirka 100°C heiße Bottom/ Sumpfprodukt zuerst in dem Spaltofen in der sogenannten Konvektionszone auf circa 550 bis 600 °C angewärmt. In dieser Zone wird 180 bis 200 °C heißer Prozessdampf hinzugegeben. Dieser dient dazu, eine Partialdruckerniedrigung der einzelnen Reaktionsteilnehmer herbeizuführen. Dieser Prozessdampf verhindert (durch sein eingenommenes Volumen) teilweise eine Aneinanderlagerung (Polymerisation der Alkene) der fertigen Reaktionsprodukte und kühlt in der Konvektionszone das Anwärmerbündel ab. Nach der Konvektionszone erreicht das nunmehr vollständig gasförmige Sumpfprodukt die Strahlungszone. In dieser wird es bei cirka 805 - 850 °C nun zu den niedermolekularen Kohlenwasserstoffen gekrackt. Dabei entstehen wichtige Grundprodukte wie Ethen (auch Ethylen genannt), Propen (Propylen), 1,2 und 1,3-Butadien, Benzol (1,3,5 Cyclohexatrien), Toluol (Methylbenzol oder IUPAC Nomenklatur: 1 Methyl-1,3,5 Cyclohexatrien). Ferner entstehen auch Wasserstoff, Methan, Ethin (Acetylen) sowie viele andere Nebenprodukte. Damit sich nun die neugebildeten Reaktionprodukte nicht wieder zu viel größeren Produkten zusammensetzen, wird das heiße Spaltgas in einem Wärmetauscher schlagartig auf ungefähr 350 bis 400 °C abgekühlt (hierbei handelt es sich vielfach um einen HD-Speisewasserkühler). Anschließend wird das heiße Spaltgas zusätzlich mit Quenchöl auf 150 bis 170 °C für die nachfolgende Fraktionierung abgekühlt.

Katalytisches Cracken

Katalytische Crackverfahren haben gegenüber den thermischen Verfahren mehrere Vorteile: Sie benötigen kleinere Apparate und geringere Temperaturen und laufen mit höherer Geschwindigkeit. Es wird in zwei katalytische Crack-Verfahren unterschieden: Hydrocracken und Fluid-Catalytic-Cracken (FCC).

Fluid-Catalytic-Cracken

Beim FCC wird das schwere Vakuumdestillat einer Raffinerie zu Benzinen und Kerosin (Flugzeug) gespalten. Bevorzugt sollen hierbei langkettige gesättigte n-Alkane und i-Alkane gewonnen werden. Die Spaltung erfolgt bei Temperaturen zwischen 450 und 550 °C und einem Reaktordruck von 1,4 bar mit Hilfe eines Zeolith-Katalysators (Aluminiumsilikat). Da bei diesem Verfahren auch eine beträchtliche Menge Koks gebildet wird, ist eine kontinuierliche Katalysatorregenerierung notwendig. Der Crackprozess wird daher in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt, wo der Katalysator abgezogen wird und in einem zweiten Reaktor (Regenerator) abgebrannt wird (d.h. der auf dem Katalysator abgelagerte Koks wird abgebrannt). Der regenerierte Katalysator wird dem Prozess wieder zugeführt.

Hydrocracken

Beim Hydrocracken wird im Gegensatz zum FCC die Koksbildung vermieden, da Wasserstoff dem Prozess zugeführt wird. Das Hydrocracken ist ein sehr beliebtes Verfahren, da ein großes Produktspektrum möglich ist. Allerdings ist dieses Verfahren auch sehr teuer, da große Mengen Wasserstoff benötigt werden und das Verfahren bei sehr hohem Druck durchgeführt wird. Da Wasserstoff bei hohem Druck sehr gut durch die Reaktorwände diffundieren kann, sind hier teure Sonderstähle nötig. Der angewendete Katalysator ist bifunktioneller Natur: Metalle (z.B. Nickel) auf Alumosilikaten. Dabei sind die Metalle für die Hydrierung zuständig, die sauren Alumosilikate für das Cracken. Die üblichen Prozessbedingungen im Reaktor sind 350 - 500 °C, 70 - 200 bar, Verweilzeit einige Minuten. Eingesetzt werden Vakuumdestillate und Rückstände der Erdölrektifikation und als Produkte werden n- und iso-Alkane und Cycloalkane erhalten. Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren, Kategorie:Petrochemie ko:크래킹

Kohle

Kohle ist ein schwarzes oder bräunlich-schwarzes, festes Sedimentgestein, das durch Carbonisierung von Pflanzenresten (Inkohlung) entstand und zu mehr als 50 Prozent des Gewichtes und mehr als 70 Prozent des Volumens aus Kohlenstoff besteht. Es wird auch "Schwarzes Gold" genannt. Kohle ist ein Energieträger und wird vom Menschen als fossiler Brennstoff verwendet.

Entstehung

Das Ausgangsmaterial von Kohle ist hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs wie beispielsweise Farnen (Baumfarne). Beim Absterben versanken diese Pflanzen im Sumpf. Unter diesen Bedingungen kommt kein Sauerstoff an die Pflanzen und es kann keine Zersetzung durch aerobe Bakterien stattfinden. Es entstand Torf. Bei Meereseinbrüchen wurden diese Sümpfe mit Sedimenten bedeckt. Unter dem wachsenden Druck und erhöhter Temperatur begann der Prozess der Inkohlung. Der Druck presste das Wasser aus dem Torf und es entstand zuerst Braunkohle (der geringe Druck presste nur wenig Wasser aus der Kohle), mit mehr Überlagerungen steigerte sich jedoch der Druck, immer mehr Wasser wurde aus der Kohle heraus gepresst und nach und nach wurde aus der Braunkohle Steinkohle und mit nochmals mehr Druck Anthrazit. Die Qualität der Kohle tief unter der Erde ist besser, weil hier, bedingt durch den hohen Druck der Überlagerungen, der Wassergehalt niedriger ist als an der Oberfläche. Insbesondere während des Karbons (vor etwa 280 bis 345 Millionen Jahren) entstanden mächtige Kohlelagerstätten, die heute zu den weltweit wichtigsten Energielieferanten zählen.

Verwendungszweck

Kohle wird überwiegend als fester Brennstoff benutzt, um Wärme durch Verbrennung zu erzeugen. Dabei entstehen Kohlendioxid, Wasserdampf und andere Gase wie Schwefeldioxid. Um elektrische Energie zu erzeugen, wird mittels der Wärme Wasserdampf erzeugt, der wiederum Turbinen antreibt. Um zu vergleichen, welche Energiemenge mit welcher Kohle gewonnen werden kann, bedient man sich meist der Steinkohleeinheit. Ungefähr 50% des derzeitigen Strombedarfes in Deutschland wird durch Kohle gedeckt, Steinkohle und Braunkohle sind dabei in etwa gleich stark vertreten. Die derzeit bekannten Lagerstätten, die mit der heutigen Technologie erschlossen werden können, reichen für mindestens 300 Jahre. Moderne Kohlekraftwerke setzen eine Vielzahl von Techniken ein, um die Schädlichkeit der Abfallprodukte zu beschränken und gleichzeitig die Effizienz des Verbrennungsprozesses zu steigern. In einigen Ländern sind diese Techniken allerdings nicht weit verbreitet, zumal sie die Investitionskosten des Kraftwerks erhöhen. Ein nicht unbeträchtlicher Teil der Kohle wird nach ihrer Verkokung (siehe auch Koks) zur Reduktion von Erzen, hauptsächlich Eisenerz, in Hochöfen verwendet. Ab dem 19. Jahrhundert fand die Kohle auch Verwendung zur Herstellung von Stadtgas, welches für die Straßenbeleuchtung und das Kochen sowie Heizen verwendet wurde. In Gaswerken gewann man das Stadtgas durch die Trockendestillation aus der Kohle - ein Nebenprodukt war der Koks. Im 20. Jahrhundert wurde das Stadtgas weitgehend durch das Erdgas ersetzt. Im 18. Jahrhundert wurde Braunkohle unter dem Namen Umber oder Cöllnische Erde als Farbpigment verwendet.

Umweltproblematik

Umber Bei der Verfeuerung von Kohle entsteht sehr viel klimaschädliches CO2. Insbesondere Braunkohlekraftwerke mit ihrem vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad stoßen sehr viel davon aus. Die CO2-Freisetzung ist prinzipbedingt und kann nicht verhindert werden, sondern nur durch einen besseren Wirkungsgrad der Kraftwerke und dadurch geringeren Kohleverbrauch in Maßen reduziert werden. Das Schwefeldioxid, das vor allem bei der Verbrennung von Braunkohle entsteht, ist mitverantwortlich für den Sauren Regen. Bei modernen Stein- und Braunkohlenkraftwerken werden die Abgase in Rauchgasentschwefelungsanlagen (siehe auch REA, REA-Gips) von Schwefeldioxid, durch katalytische (SCR) oder nichtkatalytische (SNCR) Entstickung von Stickoxiden und in elektrischen Abscheidern von Staub gereinigt. Bei der Gewinnung von Braunkohle im Tagebau können ähnlich wie bei weiten, trockenen Äckern in der Landwirtschaft große Staubmengen entstehen. Daher ist der Einsatz von effizienter Staubbekämpfungstechnik unerlässlich. Außerdem gibt es einen immensen Flächenverbrauch. Um Lagerstätten möglichst vollständig hereingewinnen zu können, werden bisweilen sogar ganze Dörfer verlegt. Ein weiterer Aspekt ist die Absenkung des Grundwasserspiegels auf ein Niveau unterhalb der tiefsten Fördersohle im Braunkohlentagebau. Dies geschieht mit Tauchpumpen in extra dafür geschaffenen Brunnen. Eine Absenkung des Grundwasserspiegels kann negative Auswirkungen auf die Flora haben, da obere Bodenschichten trockenfallen können. Auch führt die Absenkung zu einem Trockenfallen nahegelegener Brunnen, die ihr Wasser aus dem betroffenen Grundwasserleiter beziehen.

Unterteilungen

Grundwasserleiter

Braunkohle

Braunkohle ist die minderwertige Kohle und wird fast ausschließlich als Brennstoff für die Stromerzeugung genutzt. Sie ist bräunlich-schwarz und hat einen hohen Feuchtigkeitsanteil, teilweise bis zu 50 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt bei 65-70 % in der wasserfreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 3%. Sie wird vor allem im Tagebau abgebaut.
- Abbaustätten In Deutschland gibt es drei große Braunkohle-Reviere, die Niederrheinische Bucht, das Mitteldeutsche (siehe auch: Mitteldeutsche Straße der Braunkohle) und das Lausitzer Revier Bitterfeld Revier/Mitteldeutscher Revier((Halle-Leipzig-Bitterfeld)) Entstehungszeit der Braunkohle ist das Tertiär. Wie bei der Steinkohle spielt auch hier das Holz abgestorbener Bäume eine Rolle, welches unter Druck und Luftabschluss den Prozess der Inkohlung durchlief. Jedoch ist Braunkohle in einem jüngeren Erdzeitalter entstanden, deswegen unterscheidet sie sich qualitativ von der Steinkohle zum Beispiel durch einen höheren Schwefelgehalt und einer groben, lockeren und porösen Grundmasse, in der auch große Einschlüsse (mitunter ganze Baumstämme) zu finden sind. Bei der Braunkohle unterscheidet man die Glanzbraunkohle, Mattbraunkohle und die Weichbraunkohle. Die Sorten mit einem hohen Anteil flüchtiger Bestandteile lassen sich in einer Kokerei zu Koks verarbeiten. Je nach Stärke des Verfahrens erhält man Schwel- oder Grudekoks Huflattich ist laut des Heilpflanzenbuches von Gerhard Madaus von 1938 die einzige Pflanze, die problemlos auf reiner Braunkohle gedeihen kann. Bei der Braunkohlenverfeuerung fällt als Nebenprodukt Braunkohlenflugasche an. Siehe auch: Liste deutscher Tagebaue für eine Auflistung der deutschen Gebiete, in denen Braunkohle gefördert wird.

Steinkohle

Steinkohle ist ein Sammelbegriff für höherwertige Kohlen. Entstehungszeit der Steinkohle ist das Karbon. Entstanden ist sie aus großen Urwaldbeständen, die im Prozess des Absterbens große Mengen Biomasse anhäuften, ähnlich wie in einem Torfmoor zur heutigen Zeit. Diese Ablagerungen wurden teilweise in regelmäßigen Abständen (deswegen gibt es im Steinkohlebergbau meist mehrere Flöze) durch andere Sedimente wie Tone und Sand/Sandsteine abgedeckt. Dadurch wurde das organische Ausgangsmaterial unter Luftabschluss und hohen Drücken und Temperaturen solange verdichtet und umgewandelt, bis ein fester Verbund aus Kohlenstoff, Wasser und unbrennbaren Einschlüssen in Form von Asche entstand. Diesen Prozess nennt man Inkohlung. Steinkohle zeichnet sich durch eine schwarze, feste Grundmasse aus, in welcher mitunter Einschlüsse und Abdrücke prähistorischer Pflanzen zu finden sind.
- Abbau- / Lagerstätten: Ruhrgebiet Aachener Steinkohlenrevier Saarland Ibbenbüren (Antrazitkohle) Der Abbau von Steinkohle erfolgt in Deutschland in Tiefen (Teufe) von ca. 800-1750m. In den USA z.B. kann Steinkohle im Tagebau in Tiefen von 0-70m gewonnen werden. Daher ist diese Kohle in der Produktion viel billiger und kommt auch in Deutschen Kraftwerken häufiger zum Einsatz als heimische Kohle. Damit in Deutschland nicht ausschließlich Kohle aus dem Ausland verstromt wird, existiert die Steinkohlesubvention. Ruhrkohlen werden nach dem Gehalt an Flüchtigen Bestandteilen (F.B.), bezogen auf die wasser- und aschefreie Kohle (abgekürzt: waf), in folgende Kohlenarten eingeteilt: Gasflammkohlen [> 35 % F.B. (waf)], Gaskohlen [35 - 30 % F.B. (waf)], Fettkohlen [30 - 20 % F.B. (waf)], Esskohlen [20 - 14 % F.B. (waf)], Magerkohlen [14 - 10 % F.B. (waf)], Anthrazit [< 10 % F.B. (waf)].

Fettkohle

Fettkohle ist eine dichte Kohle, für gewöhnlich schwarz, manchmal dunkelbraun, oft mit gut erkennbaren hellen und matten Streifen und wird überwiegend als Brennstoff in der Energieerzeugung genutzt. Ein großer Teil wird auch zur Erzeugung von Wärme in der Industrie oder zur Gewinnung von Koks eingesetzt. Fettkohle ist die häufigste Kohlenart im Ruhrgebiet. Ihr Feuchtigkeitsgehalt liegt für gewöhnlich unter 20 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt bei ~88 % in der wasserfreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 1%. Ein weiteres Kennzeichen der Fettkohle ist ihr hoher Anteil an flüchtigen Bestandteilen. Deshalb verbrennt Fettkohle mit einer langen, leuchtenden und stark rußenden Flamme.

Anthrazitkohle

Am anderen Spektrum der Kohlensorten hinsichtlich des Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen befindet sich der Anthrazit als die höchstwertige Kohlesorte. Er wird überwiegend zur privaten und gewerblichen Raumheizung genutzt. Diese Kohlensorte besitzt eine ungewöhnlich große Härte. Der Feuchtigkeitsgehalt von frisch abgebautem Anthrazit ist gewöhnlich unter 15 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt über 91 % in der wasser- und aschefreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 1%. Im Anthrazit sind nur geringe flüchtige Bestandteile gebunden. Deshalb verbrennt diese Kohleart mit einer sehr kurzen und heißen Flamme von bläulicher Farbe. Ruß und sichtbare Rauchgase entstehen nur wenig bei diesem Brennstoff. Die Farbe von Anthrazit ist ein metallisch glänzendes dunkles Grau, woher dieser Brennstoff auch seinen Namen hat (Anthrazit griech. Glanzkohle).

Koks

Der Koks ist ein fester, kohlenstoffhaltiger Rückstand, der aus asch- und schwefelarmer Fettkohle gewonnen wird. Dabei werden in Kokereien ihre flüchtigen Bestandteile entfernt, indem sie in einem Ofen unter Luftausschluss bei mehr als 1400 °C erhitzt wird, so dass der feste Kohlenstoff und die verbleibende Asche verschmelzen. Dieser Prozess, die Verkokung, gehört zu den Verfahren der Kohleveredelung. Koks brennt mit einer nahezu unsichtbaren blauen Flamme. Es entstehen dabei keinerlei Ruß oder sichtbares Rauchgas. Koks wird als Brennstoff und als Reduktionsmittel bei der Eisenproduktion in Hochöfen eingesetzt. Er hat eine stumpf-graue Farbe und ist dabei hart und porös. Bei der Koks-Herstellung fällt als Nebenprodukt Steinkohlenteer an. Weitere Formen der Steinkohle sind in der Reihenfolge abnehmender flüchtiger Bestandteile Gaskohle, Gasflammkohle, Flammkohle, Esskohle, Magerkohle und als Sonderform Faulschlammkohle. Kohle wurde bis 1963 insbesondere in England in Chaldron gemessen.

Öl aus Kohle

Steinkohle ist auch zur Erzeugung von unkonventionellem Erdöl geeignet. Wenn die Erdölreserven knapp werden, kann auf dieses Verfahren zurückgegriffen werden.

Siehe auch


- Kohle/Tabellen und Grafiken

Weblinks


- http://www.gvst.de
- http://www.lausitzer-bergbau.de
- [http://www.bergschaeden.info Bergbaureviere in Deutschland]
- [http://www.steinkohle-portal.de Steinkohleportal]
- [http://www.deutsche-steinkohle.de Steinkohlen-Bergbau in Deutschland]
- [http://www.getec.info Braunkohle, Braunkohlenstaub]
- [http://www.energie-fakten.de/wirkungsgrade.html Wie haben sich die Wirkungsgrade der Kohlekraftwerke entwickelt und was ist künftig zu erwarten?]
- [http://www.wiener-gasometer.at/de/technik/gas/index.html Gewinnung von Stadtgas aus Kohle, Trockendestillation von Kohle]
- [http://www.wisoveg.de/rheinbraun/norsdsued.html Die rheinische Braunkohle] Kategorie:Gestein Kategorie:Brennstoff Kategorie:Stoffgemisch Kategorie:Bergbau ja:石炭

Kohlevergasung

Kohlevergasung ist die Überführung von Kohlenstoff (C) in brennbare gasförmige Verbindungen, speziell Wassergas, Generatorgas und Stadtgas.

Wassergas

Über die endotherme Reaktion: :C + H2O → CO + H2 (+131 kJ/mol) entsteht aus Kohle, die zuvor durch Verbrennung an Luft aufgeheizt wurde, und Wasserdampf so genanntes Wassergas, eine Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Das entstehende Gas wird unter anderem auch als Synthesegas bezeichnet, da es sich für die Synthese verschiedener chemischer Substanzen wie zum Beispiel Methanol eignet.

Generatorgas (Kohlenmonoxid)

Generatorgas wird durch unvollständige Verbrennung von Koks erzeugt: :O2 + 2 C → 2 CO

Stadtgas (Leuchtgas)

Stadtgas wird entweder durch Kohlevergasung ähnlich wie Wassergas und Generatorgas hergestellt oder durch Kohleentgasung in Kokereien. Kokereigas besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, Methan und Kohlenmonoxid. Stadtgas ist wegen des Kohlenmonoxid-Anteils giftig und wird nicht mehr verwendet. Der Kohlenmonoxid-Anteil im Stadtgas führte zum suizidalen Missbrauch ("Aufdrehen des Gashahns"). Heute steht Erdgas als brennbares Gas preiswert zur Verfügung, was eine Kohlevergasung zur Stadtgasherstellung überflüssig macht. In West-Berlin wurde die Gasversorgung erst in den 1990er Jahren von Stadtgas auf Erdgas umgestellt. Bis dahin wurde das Stadtgas aus Erdgas in einem speziellen Prozess hergestellt. In Wien erfolgte die Umstellung hingegen in einem lang anhaltenden Austauschverfahren der Geräte und Dichtungen von 1969 bis 1978.

Kohlehydrierung

Bei der Kohlehydrierung entstehen Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Kettenlängen: :nC + mH → CnHm Je nach Kettenlänge sind die Reaktionsprodukte gasförmig (Methan, Ethan, Propan, Butan) oder flüssig (höhere Alkane, die beispielsweise Verwendung finden in Benzin und Dieselkraftstoff). Bei flüssigen Produkten spricht man von Kohleverflüssigung.

Weiterführende Links


- [http://www.wiener-gasometer.at/de/technik/gas/ Kohlevergasung im Gaswerk Wien-Simmering]
- [http://www.kokerei.info/ Darstellung des Verkokungsprozesses] Kategorie:Gastechnik

Ether

Ein Ether (veraltet: Äther) ist eine durch Kondensationsreaktion zweier Alkohole gewonnene chemische Verbindung. Der bekannteste Ether ist der Diethylether (Narkosemittel, Äther), der einfachste: Dimethylether. Diethylether wird aus Ethanol mit Schwefelsäure gewonnen. Neben den "normalen" Ethern existieren auch cyclische Ether. (Bspw: THF - Tetrahydrofuran) Die meisten Ether sind relativ reaktionsträge und werden daher oft als Lösemittel in der präparativen organischen Chemie verwendet. Da Ether schlecht Wasserstoffbrückenbindungen ausbildet, nimmt die Löslichkeit in Wasser bei höheren Ethern schnell ab. In 1 Liter Wasser lösen sich ca. 65 ml des bekannten Diethylethers. ::R_1-O-R_2 R1 und R2 sind Alkylrest

Nomenklatur

Gemäß den IUPAC-Richtlinien werden Ether als Alkoxy-Alkane bezeichnet, wobei die Gruppe O-R als Alkoxy-Substituent einer Alkan-Kette behandelt wird. Der kleine bzw. niederrangigere Substituent der Kette R-O-R' ist hierbei der Alkoxy-Rest, der größere bzw. höherrangigere Substituent bildet den Stamm des Stoffnamens. Entsprechend verläuft die Benennung geradkettiger Alkoxy-Alkane: Die Verbindung H3C-O-CH3 setzt sich zusammen aus einem H3C-O-Substituenten und dem Methyl-Rest als Stamm, wobei allerdings beide Reste gleichwertig sind. Entsprechend heißt die Verbindung Methoxymethan (= Dimethylether). weitere Beispiele: H3C-O-CH-(CH3)2 ⇒ 2-Methoxypropan denn: Die Propan-Kette ist höherranging als die Methylgruppe und der Methoxy-Substituent bindet an die 2-(bzw. iso-)Position der Propan-Kette. FH2C-CH2-O-CH2-CH3 ⇒ 2-Ethoxy-1-Fluoroethan denn: Zwar sind beide Ketten gleichlang, aber der fluorierte (und damit höher substituierte) Rest ist höherrangig. Da der Fluoro-Substituent auch einen höheren Rang besitzt als die Sauerstoff-Brücke, ist das fluorierte C-Atom die 1-Position des Stamms. Auch cyclische Ether sind bekannt und werden als Cycloalkane betrachtet, bei denen ein (oder mehrere) C-Atom durch ein O-Atom ersetzt wurde. Um dies zu verdeutlichen, wird die Silbe "Oxa" an der entsprechenden Position eingefügt: C-C / \ C O ⇒ Oxacyclohexan \ / (Die an die C-Atome gebundenen H-Atome sind nicht dargestellt!) C-C Die Verbindung ist cyclisch ("cyclo"), hat eine Kettenlänge von 6 Atomen ("hexan") und an einer Position ist ein C-Atom durch ein Sauerstoff-Atom ersetzt ("oxa"). Entsprechend wäre die Verbindung F | C-C / \ C O \ / C-C das 3-Oxafluorocyclohexan (die Sauerstoff-Brücke befindet sich relativ zum höherrangigeren Fluoro-Substituenten in 3-Position). (Die an die C-Atome gebundenen H-Atome sind nicht dargestellt!) In der Praxis sind für einige Ether Trivialnamen gebräuchlich, die auf einer Nennung der über die Sauerstoff-Brücke gebundenen Reste und einer Hinzufügung der Silbe "Ether" am Ende basieren, z. B.: Diethylether (Ethoxyethan) oder Methylethylether (Methoxyethan).

Ethersynthese

Für Ether sind verschiedene Synthesewege möglich. Der wohl bekannteste Mechanismus ist die Ethersynthese nach Alexander W. Williamson (1824-1904, Prof. am University College London). Hierbei wird ein Alkali-Alkoholat (hier ein Natrium-Alkoholat) mit einem Halogenalkan zur Reaktion gebracht, wobei neben dem entsprechenden Alkali-Halogen-Salz das gewünschte Produkt, der Ether, entsteht:
Ethersynthese nach Williamson
(R = Alkyl-Rest, Wasserstoff)
Die Williamson-Ethersynthese führt bei intramolekularer Reaktion zu cyclischen Ethern:
Synthese cyclischer Ether
(nicht benannte Atome = Alkyl-Rest)
Der einfachste Vertreter dieser Klasse ist das Oxacyclopropan, der bekannteste Vertreter das Tetrahydrofuran (THF), welches ein beliebtes Lösemittel in der organischen Chemie ist. weitere Mechanismen:
- säurekatalysierte Kondesation von Alkoholen Unter Säurekatalyse können zwei Moleküle Alkohol zu einem Ether kondensiert werden: Bei Verwendung nur einer Alkoholart können auf diesem Weg symmetrische Ether dargestellt werden.
- Addition von Alkoholen an Doppelbindungen Alkohole können an Doppelbindungen addieren, wobei zunächst das Proton der Alkohol-Gruppe elektrophil an die Doppelbindung addiert wird. Anschließend lagert sich das Alkoholat nukleophil an:
Addition von Alkoholen an Doppelbindungen
(R = Alkyl-Rest, Wasserstoff)

Heteroether

Neben den 'normalen' Ethern, also Alkylresten mit Sauerstoffbrücke, gibt es auch Analoga mit Verwandten des Sauerstoffs. In der 6. Hauptgruppe folgt auf den Sauerstoff der Schwefel. Dieser bildet entsprechend den oben beschriebenen Regeln so genannte Thioether. Bei diesen ist die Sauerstoffbrücke durch eine Schwefelbrücke ersetzt. Einer der bekanntesten Thioether dürfte das Senfgas sein.

Kronenether

Kronenether sind eine besondere Gruppe von cyclischen Ethern, die die Erwähnung unter einem eigenen Stichwort verdienen. Allgemein sind Kronenether cyclische Ether, die aus aneinander gebundenen 1,2-Diethern sind. Die gängige Nomenklatur von Kronenethern ist ungewöhnlich. Einer der einfachsten Kronenether ist [12]Krone-4. Hierbei gibt [12] die Gesamtzahl der Atome im Molekül und -4 die Zahl der Sauerstoffatome im Molekül an. Nähere Informationen hierzu gibt es im Artikel Kronenether.

Gefahrenhinweise, Lagerung und Verwendung

Im Umgang mit Ethern (aller Art) ist besonders darauf zu achten, dass Ether mit Luftsauerstoff hochexplosive Peroxide bilden. Diese können meist durch die Braunverfärbung von essigsauren Iodid-Lösungen nachgewiesen werden. Im Handel sind spezielle Teststäbchen erhältlich. Die Lagerung von Ethern für den Labor-Gebrauch sollte daher nur in kleinen Gebinden von maximal 1 Liter über Kaliumhydroxid-Plätzchen in Braunglasflaschen erfolgen. Bei dem Umgang mit niederen Ethern sollte deren niedriger Siedepunkt und leichte Entflammbarkeit nie unterschätzt werden. (Diethyl)Ether-Luft-Gemische sind von 2-36 Vol% explosiv. Wichtig ist, daß Ether-Dämpfe nicht nur farblos, sondern auch schwerer als Luft sind. Sie sammeln sich also an tiefgelegenen Stellen. Aufgrund dieser Tatsache und der narkotisierenden Wirkung von Ethern sind Ether nur in gut funktionierenden Abzügen zu verwenden.

Trivia


- Der in der Umgangssprache bekannte 'Ether' bezeichnet Diethylether (C2H5-O-C2H5), einen der einfachsten Ether.
- Das Wort 'Ether' stammt aus dem Griechischen (aither, αιτηρ) und bedeutet in etwa "obere Luft" oder "Feuerluft".
- Diethylether diente zur Zeit der Prohibition teilweise als Ethanol-Ersatz (orale Einnahme) und vereinzelt sind auch noch heute Missbrauchsfälle bekannt. Die physiologische Wirkung ist ähnlich der des Alkohols und beim Abbau des Diethylethers im Körper entsteht unter anderem auch Ethanol. Kategorie:Stoffgruppe ja:エーテル (化学)

Alkohol (Chemie)

Als Alkohole (aus dem Arabischen al-kuhl الكحول, oder al-ghawl الغول) bezeichnet man in der Chemie eine Stoffgruppe organischer Verbindungen, die eine oder mehrere funktionelle Hydroxygruppe(n) (-O-H) besitzen. Eine sich von den Alkanen ableitende Untergruppe der Alkohole wird als Alkanole bezeichnet Die meisten Alkohole mischen sich mit Wasser und lösen manche Ionen. Mit einem hohen pKs-Wert sind sie aber nur schwach sauer und deprotonieren nur mit starken, wasserfreien Basen wie Natriumamid in flüssigem Ammoniak zu Alkoholaten. Mit wachsender Länge einer Kohlenwasserstoffkette werden Alkohole insbesondere Alkanole zunehmend hydrophober. Alkohole werden in der chemischen Industrie als Lösungsmittel und als Frostschutzmittel eingesetzt.
- Volumenkontraktion bei Mischung von Ethanol und Wasser.
- Alkohole sind brennbar, je länger die Kohlenstoffkette ist umso stärker ist die Rußbildung.
- Ethanol hat eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Wasser.
- Alkohole haben einen schwach sauren Charakter Der Schmelzpunkt von Ethanol liegt bei -114,5 °C, der Siedepunkt bei 78,32 °C. Alkohole sind oft gesundheitsschädlich und teilweise äußerst giftig. Die letale Dosis Methanol liegt bei etwa 5 bis 50 Gramm. Geringere Mengen können, schon alleine durch das Einatmen der Dämpfe, zur Erblindung führen.

Spektroskopie von Alkoholen

Im IR-Spektrum von Alkoholen ist deutlich der breite Peak der O-H-Valenzschwingung im Bereich von 3200-3650 cm-1 zu erkennen. Die Breite des Peaks wird durch Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen verursacht und ist in Spektren von wasserfreien Alkoholen in einem engeren Bereich von 3620-3650 cm-1 zu finden.

Schmelz- und Siedepunkte, Löslichkeit

Abhängigkeit der Siedepunkte: #Im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen mit der gleichen Molaren Masse haben Alkanole einen höheren Schmelz- und Siedepunkt, da die Hydroxygruppe Wasserstoffbrückenbindungen ausbildet. #Je mehr Hydroxygruppen ein Molekül aufweist, desto mehr Wasserstoffbrückenbindungen können ausgebildet werden, desto höher ist der Siedepunkt. #Zwischen den Kohlenwasserstoffresten bilden sich zusätzlich Van-der-Waals-Kräfte aus. Deswegen ist der Siedepunkt um so höher, je länger der Kohlenwasserstoff-Rest ist. #Da die Stärke der Van-der-Waals-Wechselwirkungen nicht nur von der Zahl der CH-Glieder im Kohlenwasserstoffrest sondern auch von der Oberfläche des Restes abhängig ist, weisen stark verzweigte, kugelige Moleküle mit der Hydroxygruppe in der Mitte einen niedrigeren Siedepunkt auf als unverzweigte, langgestreckte, primäre Alkanole. Abhängigkeit der Löslichkeit: #Die Fähigkeit der Hydroxygruppe, auch zu Wassermolekülen Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden zu können, ist für die gute Löslichkeit vor allem kurzkettiger Alkanole verantwortlich. #Je mehr Hydroxygruppen eine Alkanol aufweist, um so besser ist seine Wasserlöslichkeit. #Diesem Effekt wirkt allerdings der hydrophobe, also Wasser abweisende, unpolare Kohlenwasserstoffrest entgegen: Je länger er ist, um so geringer ist die Wasserlöslichkeit des Alkanols. Anmerkung:
:
- bei Siedepunkt: Die Substanz zersetzt sich vor erreichen des Siedepunktes. Werte in Klammern geben den Siedepunkt bei 20 hPa Druck an. :∞ bei Löslichkeit: unbegrenzt mit Wasser mischbar. Bei einzelnen Werten kann es in der Literatur zu Abweichungen kommen. (Siehe Diskussion:Alkohol (Chemie)) :Wertigkeit: Man bezeichnet Alkohole mit einer OH-Gruppe auch als einwertig, Alkohole mit zwei oder drei OH-Gruppen als zwei- bzw. dreiwertig (Diole/Triole), und Alkohole mit vier oder mehr OH-Gruppen als mehrwertig oder allgemein als Polyalkohole (Polyole). :Primär, sekundär, tertiär: Primäre Alkohole haben eine weitere Alkylgruppe an dem Kohlenstoffatom, an das die OH-Gruppe gebunden ist. Sekundäre (tertiäre) Alkohole haben zwei (drei) weitere Kohlenstoffatome an dem Kohlenstoffatom, an das die OH-Gruppe gebunden ist.

Reaktionen

Zwei Alkohole können zu einem Ether kondensieren. Mit Carbonsäuren reagieren Alkohole unter Wasserabgabe zu Estern, diese Reaktion wird Veresterung genannt. Primäre Alkohole lassen sich zu Aldehyden, sekundäre Alkohole zu Ketonen oxidieren. Mit Aldehyden reagieren Alkohole zu Halbacetalen, Halbacetale reagieren nochmals mit Alkoholen zu Acetalen. Die Alkoholatbildung bezeichnet die Reaktion von Alkanolen mit Alkalimetallen.

Nachweis von Alkoholen

Wenn man zu einer flüssigen Alkoholprobe Natrium hinzufügt, so entsteht Wasserstoff, welches man mit der Knallgasprobe nachweisen kann. Diese Methode gilt als Alkoholnachweis.

weblinks


- [http://timms.uni-tuebingen.de/List/List01.aspx?rpattern=UT_2002_____00%5B12%5D_chemorg_000_ Mitschnitte von Vorlesungen der Universität Tübingen, Experimentalchemie II, Organische Chemie] ALkohol kann man nachweisen indem man es anzündet, wenn die Flamme blau brennt ist es Alkohol.

Siehe auch

Methanol, Ethanol, Propanol, Phenol, Ether, Ketone, Aldehyde, Glycerin, Glycol Kategorie:Stoffgruppe Kategorie:Biomasse ja:アルコール simple:Alcohol

Phenole

Als Phenole werden in der Chemie aromatische Verbindungen bezeichnet, die aus einem Benzolring und einer oder mehrerer daran gebundener Hydroxylgruppen bestehen. Nach der chemischen Nomenklatur werden Phenole durch Anhängen der Nachsilbe -ol oder Voranstellen der Vorsilbe Hydroxy- bezeichnet. Das Phenol ist die einfachste Verbindung der Phenole mit einer Hydroxylgruppe, Summenformel C6H5OH. Weitere Phenole mit einer Hydroxygruppe sind die Kresole (o-, m- und p-Kresol), Naphthole (α- und β-Naphthol) und Thymol. Die bekanntesten Dihydroxybenzole (Diphenole), Phenole mit zwei Hydroxygruppen, sind Brenzcatechin, Resorcin, Hydrochinon und 1,4-Naphthohydrochinon. Ein wichtiges Triphenol ist das Phloroglucin, das in salzsaurer Lösung als Nachweisreagenz für den Holzstoff Lignin verwendet wird. Auch Pyrogallol, das in der chemischen Analytik zum Nachweis und zur Absorption von Sauerstoff eingesetzt wird, gehört zu den Triphenolen. Die Pikrinsäure ist ein Beispiel für ein substituiertes Phenolderivat. Weitere chemisch bedeutsame Phenolderivate sind: Salicylsäure, o- und p-Nitrophenol, Gallussäure, Eugenol, Hexachlorophen, Adrenalin und Noradrenalin. Obwohl sie Alkoholen ähneln, sind Phenole im Unterschied zu diesen schwache Säuren, da das entstehende Anion mesomeriestabilisiert ist. Mit Alkalilaugen bilden Phenole daher wasserlösliche Salze, die Phenolate. Phenole besitzen eine Keto-Enol-Tautomerie, die aber durch die energetische Begünstigung durch die Bildung des aromatischen Systems (vgl. Hückel-Regel) im Gegensatz zu den aliphatischen Enolen komplett auf der Enol-Seite liegt. Einige Phenole werden durch Destillation aus Steinkohlenteer gewonnen, andere können aus Naturstoffen isoliert werden. Die meisten werden heute aber nach dem Cumolhyroperoxidverfahren synthetisiert (Siehe dazu Phenol). Phenole sind die Grundlage zur Herstellung von Kunstharzen (Phenoplaste). Sie werden auch bei der Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen, Pharmazeutika und Pestiziden verwendet. Hydrochinon (1,4-Dihydroxybenzol) ist ein starkes Reduktionsmittel und wird deshalb auch als photographischer Entwickler eingesetzt. Zu den Phenolen zählen Tannine und die meisten Aromastoffe, die den Duft und Geschmack des Weines bestimmen. Andere bekannte Phenole sind das Vanillin, der wichtigste Aromabestandteil der Vanille sowie Cinnamaldehyd, ein Bestandteil der Zimtrinde.

Gesundheit - Phenole im Wein

Studien besagen, dass bei mäßigem aber regelmäßigem Genuß von Rotwein die Häufigkeit von Herzerkrankungen sinkt. Da der Rotwein sich hauptsächlich durch die Phenole vom Weißwein unterscheidet, wird angenommen, dass es durch die oxidationshemmenden Eigenschaften der Phenole zu diesem Effekt kommt. Andere Studien jedoch sprechen dem Weißwein ebenfalls gesundheitsfördernde Wirkung zu. Kategorie:Stoffgruppe Kategorie:Wein Kategorie:Gift

Komplexbildner

Komplexbildner als Lebensmittelzusatzstoffe:
- Calcium-Dinatrium-EDTA (E 385)
- Gluconsäure (E 574)
- Isoascorbinsäure (E 315)
- Natriumisoascorbat (E 316)
- Polysorbat 20 (E 432)
- Polysorbat 40 (E 434)
- Polysorbat 60 (E 435)
- Polysorbat 80 (E 433)
- Weinsäure (E 334)
- Zitronensäure (E 330)
  - Natriumcitrat (E 331)
  - Kaliumcitrat (E 332)
  - Calciumcitrat (E 333) Komplexbildner in der Chemie: siehe Chelatometrie. Kategorie:Lebensmittelchemie

Oktanzahl

Die Oktanzahl definiert ein Maß für die Klopffestigkeit eines Ottokraftstoffes. Der Zahlenwert der Oktanzahl bis 100 gibt an, wie viel %-Volumenanteil Isooktan, 2,2,4-Trimethylpentan, C8H18 (ROZ = 100) sich in einer Mischung mit n-Heptan C7H16 (ROZ = 0) befindet, und die gleiche Klopffestigkeit (in einem Prüfmotor nach ROZ oder MOZ) aufweist wie der zu prüfende Kraftstoff. Zum Beispiel würde eine Oktanzahl von OZ = 95 eines Benzins bedeuten, dass die Klopffestigkeit des Benzins einem Gemisch aus 95 vol.% Isooktan und 5 vol.% n-Heptan entspricht. Es gibt auch viele Stoffe wie einige Aromate, Erdgas und Flüssiggas, welche eine Oktanzahl größer als 100 aufweisen. Messtechnisch sind diese jedoch schwer zu erfassen, da das Referenzsystem mit Isooktan nur bis zur Oktanzahl 100 definiert ist. Oktanzahlen größer als 100 müssen daher extrapoliert werden. Die Oktanzahl über 100 ROZ / MOZ entspricht der Oktanzahl einer Mischung aus iso-Oktan und Tetraethylblei (TEL); hierbei ist die Oktanzahl des Gemisches einem bestimmten Volumenanteil an TEL im iso-Oktan zugeordnet. Diese Zuordnung erfolgt nach in DIN 51756 Teil 1 festgelegten Tabelle. Sie kann nicht, wie bei der Oktanzahl bis 100, direkt aus dem Mischungsverhältnis des Bezugskraftstoffes abgelesen werden. In diesem Zusammenhang wird auch der Begriff Blendoktanzahl verwendet. Isooktan ist relativ klopffest, n-Heptan verursacht relativ schnell das so genannte Klopfen beim Motor. Grund dafür ist, dass das n-Heptan unkontrolliert schon beim Verdichtungsvorgang durch die Verdichtungswärme im Zylinder zündet. Isooktan kann relativ stark verdichtet werden, ohne dass es zur Selbstzündung kommt. Beim Ottomotor soll das Benzin-Luft-Gemisch durch einen Zündfunken gezündet werden und mit definierter Flammfront abbrennen (Bei der Weiterentwcklung des Ottomotors, dem HCCI-Motor, entfällt der Zündfunken). Man kann zwischen verschiedenen Oktanzahlen unterscheiden:
- ROZ Research-Oktanzahl (engl.: RON, Research-octanenumber)
- MOZ Motor-Oktanzahl (engl.: MON )
- SOZ Straßen-Oktanzahl (engl.: SON)
- FOZ Front-Oktanzahl, oft auch mit ROZ100 °C bezeichnet (engl.: FON oder RON100 °C)

Warum braucht man eine hohe Oktanzahl?

Die Erhöhung der Oktanzahl ging einher mit der Weiterentwicklung der Verbrennungsmotoren. Die entwickelten Motore ( mehr Leistung ) nach dem 2. Weltkrieg benötigen einen Kraftstoff mit einer bestimmten Qualität. Früher konnte das Rohbenzin / Naphtha , welches bei der Primärdestillation anfällt für Verbrennungsmotore verwendet werden. Durch stärkere Verdichtung lässt sich der Wirkungsgrad des Motors erhöhen. Eine höhere Oktanzahl als die, für die der Motor ausgelegt ist, bewirkt keine Leistungssteigerung und keinerlei Veränderung im Verbrennungsverhalten. Von 1939 bis 1996 wurde Tetraethylblei Ottokraftstoffen zugesetzt. Dieses diente dazu, den Verschleiß im Hubraum zu reduzieren ( Schmierung der Kolben ) und nicht der Qualitätsverbesserung da die Zudosierung im ppm-Bereich lag. Die unterschiedliche Oktanzahl der an den Tankstellen erhältlichen Kraftstoffe kommt durch die unterschiedliche Verwendung der in einer Erdölraffinerie produzierten Komponenten zustande. So enthält Superbenzin mehr hochwertige Komponente als Normalbenzin. Hochwertige Komponenten durchlaufen mehrere Verarbeitungsschritte, was Auswirkung auf den Endpreis hat. Auch wird oft Methyl-tertiär-butylether (MTBE) als Oktanzahlverbesserer zugegeben, da sich MTBE mit Wasser besser mischt als mit Benzin nur bis zu 15 %, und es sonst bei Wassereintritt in den Tank zur Entmischung des Benzins und MTBEs kommen kann. Des Weiteren ist MTBE wassergefährdend, weshalb immer öfter auf Ethyl-tertiär-butylether (ETBE) zurückgegriffen wird, welches auch biologisch leichter abbaubar ist.

Geschichte der Oktanzahlen

Seit etwa 1912 wurde das unregelmäßige Zünden bei Motoren beobachtet. Das Geräusch wurde als "Klopfen" bezeichnet, welches den Motor dann auch relativ schnell zerstörte. Zunächst wurden als Ursache die neuen batteriebetriebenen, elektrischen Zündanlagen angenommen. Bei genaueren Untersuchungen stellte sich heraus, dass das Klopfen mit der Kompressionsrate zusammenhing, welche die Motoringenie