Eine Reise tief unter die Erdoberfläche, dorthin, wo die Geschichte eines der begehrtesten Rohstoffe der Welt begann: Erdöl. Dieses Buch enthüllt die faszinierende Entstehung von Erdöl, von den mikroskopisch kleinen Lebensformen, die vor Millionen von Jahren in sauerstoffarmen Meeren sanken, bis hin zu den komplexen geologischen Prozessen, die Faulschlämme in das schwarze Gold verwandelten, das unsere moderne Welt antreibt. Entdecken Sie, wie frühe Zivilisationen die brennbaren Eigenschaften von Erdöl nutzten, lange bevor die industrielle Revolution seinen Wert als Energiequelle und Rohstoff für unzählige Produkte erkannte. Von den ersten systematischen Bohrungen im 19. Jahrhundert bis zu den hochmodernen Offshore-Technologien von heute verfolgen wir die Entwicklung der Erdölförderung und die damit verbundenen geologischen Herausforderungen beim Auffinden und Erschließen neuer Vorkommen. Tauchen Sie ein in die komplexe Zusammensetzung von Rohöl, ein homogenes Gemisch aus hunderten von Kohlenwasserstoffen, und erfahren Sie mehr über die verschiedenen Fraktionen, die bei der Raffination entstehen – von leichtem Benzin bis zu schwerem Heizöl. Analysieren Sie die globalen Fördermengen, Export- und Importströme und die Abhängigkeit der größten Industrienationen von diesem essentiellen Energieträger. Doch jenseits des wirtschaftlichen und industriellen Einflusses wirft dieses Buch einen kritischen Blick auf die Zukunft der Erdölreserven und die Notwendigkeit alternativer Energiequellen angesichts der absehbaren Endlichkeit dieser Ressource. Ergründen Sie die potenziellen Lösungen, von geothermischer und Solarenergie bis hin zu Windkraft und der umstrittenen Kernenergie, und die Suche nach einem nachhaltigen Weg, unseren Energiebedarf zu decken, ohne die Umwelt zu gefährden. Eine umfassende und aufschlussreiche Lektüre für alle, die verstehen wollen, wie Erdöl unsere Vergangenheit geprägt hat und welche Rolle es in unserer zukünftigen Energielandschaft spielen wird, von der Entstehung und Zusammensetzung über die Förderung und Verwendung bis hin zu den globalen Auswirkungen und den dringenden Fragen nach Alternativen und Nachhaltigkeit im 21. Jahrhundert. Erfahren Sie alles über Alkane, Cycloalkane, aromatische Verbindungen und die Schlüsselrolle von Bakterien und Katalysatoren bei der Umwandlung organischer Stoffe in Kohlenwasserstoffe, sowie die Bedeutung von Speichergesteinen, Erdölfallen und tektonischen Strukturen für die Bildung von Lagerstätten.
ERDÖL
Geschichte:
- infolge seiner Brennbarkeit wurde dünnflüssiges Erdöl schon in der Antike als Brenn- und Beleuchtungsmittel benutzt
- oberirdische Rohölaustritte sind im Mittelmeerraum seit der Antike bekannt
- man nutzte sie jedoch lange Zeit nur eingeschränkt für Zwecke, wie zum Abdichten von Booten, zum Imprägnieren von Geweben und als Brennstoff für Fackeln
- in der Renaissance wurde das sogenannte Quirinöl als Heilmittel genutzt
- auch Naturasphalt war bereits im 2. Jahrtausend v.Chr. bekannt und wurde z.B. als Mörtel von Babyloniern verwendet
- die Chinesen förderten angeblich schon 1700 v.Chr. Erdöl und verwandten es zu Leuchtzwecken
- um 1700 n.Chr. begann in Baku die erste industrielle Erdölgewinnung
- die erste systematische Ausbeutung des Rohöls begann erst im 19. Jahrhundert, als1859 die erste moderne Erdölbohrung von Drake in Pennsylvania durchgeführt wurde Ø bis zum heutigen Tage sind einige Millionen Bohrungen erfolgt
Zusammensetzung:
- ein in der Natur vorkommendes Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffe
- homogenes flüssiges Gemisch von hunderten Kohlenwasserstoffen mit versch. Siedetemp.
- ölige bis bituminöse Flüssigkeit
- im Rohöl befinden sich:
- Alkane (kettenförmige Paraffine),
- Cycloalkane (gesättigte Ringverbindungen; traditionell Naphthene)
- aromatische Verbindungen (ungesättigte Ringverbindungen),
- Alkene, sowie Schwefel-, Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen
- parrafinische Rohöle bestehen aus Verbindungen, bei denen die Zahl der Wasserstoffatome immer um 2 höher ist als die doppelte Zahl der Kohlenstoffatome (Cnpn+2 )
- bei Cycloalkanen bestehen die Moleküle aus doppelt so vielen Wasserstoffatomen wie
- Kohlenstoffatomen (Cnpn)
- aromatische Verbindungen sind cyclische Verbindungen mit einer besonderen, stabilen Elektronenanordnung im Molekül
- der Schwefelanteil im Rohöl liegt zwischen 0,1 und 5 Prozent
- man unterscheidet je nach den Hauptkomponenten zwischen paraffinbasischem Erdöl (Pennsylvanien / USA) und naphthenbasischem Erdöl (Baku, Rumänien und Russland)
- naphthenbasische Erdöle sind meist relativ aromatenreich (bis zu 25% Aromaten)
- Erdöl zählt neben Erdgas und Kohle derzeit zu den wichtigsten Energieträgern
- die verschiedenen Erdöle sind je nach ihren Inhaltsstoffen hellgelb bis schwarz gefärbt
- Erdöl ist nicht mit Wasser mischbar und leicht entflammbar und brennbar
- einzelne Fraktionen werden nach Siedetemperaturen eingeteilt:
- bis 30°C Raffineriegas
- 35-140 °C Benzine
- 150-250 °C Mitteldestillate (Petroleum/Kerosin)
- 250-360 °C Dieselöl und leichtes Heizöl
- Rückstand (Sumpf) schweres Heizöl
Verwendung:
-Erdöl wird als Brenn- und Kraftstoff sowie als Rohstoff für die chem. Industrie verarbeitet
-Erdöl und Erdölprodukte werden auch zur Herstellung von Arzneimitteln und Dünger, Kunststoffen, Baustoffen, Farben und Textilien verwendet
Entstehung:
-Erdöl entsteht vorwiegend im Meer aus der Zersetzung von abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Kleinstlebewesen (Plankton) in einem sauerstoffarmen Milieu
-Zutritt von Sauerstoff würde zum Verwesen unter Bildung gasförmiger Zersetzungsprodukte führen
-dass sowohl niedere Tiere, als auch Pflanzen an der Entstehung des Erdöls beteiligt sind, wird durch das Vorkommen von Porphyrinen im Erdöl bewiesen
-anaerobe, d.h. vom Luftsauerstoff unabhängig lebende Bakterien, bauen unter Reduktion die organischen Verbindungen bei verhältnismäßig niedriger Temperatur ab
-die hierbei entstehenden Zwischenprodukte wandeln sich, wahrscheinlich über geochemisch ausgelöste weitere Reaktionen, in Kohlenwasserstoffe um
-am Meeresgrund lagert sich - mit feinem Sand, Schluff und Ton vermischt - ein sogenannter Faulschlamm ab, der aus Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten besteht
-anschließend verfestigen sich die Faulschlämme zu Gesteinen, die das Erdölmuttergestein darstellen
-bei der Umwandlung der organischen Bestandteile des Faulschlammes zu Erdöl wirken Bakterien mit
-Metalle wie Kupfer, Nickel und Vanadium sowie Tonminerale wirken als Katalysatoren
-durch weitere Sedimentation gerät das Erdölmuttergestein allmählich in tiefere Schichtniveaus, dadurch steigen in ihm Druck und Temperatur
-als Zwischenstufe entsteht das sogenannte Kerogen, das sich aus organischen Verbindungen, wie u.a. Alkanen zusammensetzt
-weitere organische Substanzen werden schließlich zu einfacheren Kohlenwasserstoffen (Paraffine, Naphthene) abgebaut
-Spuren von Chlorophyll und Hämoglobin im Erdöl sind Beweise für die organische Herkunft
-durch zunehmenden Gesteinsdruck werden die Poren des Muttergesteins zusammengedrückt und Porenwasser, Erdöl und Erdgas herausgedrückt
-diese steigen dann als leichtere Bestandteile und durch Kapillarkräfte nach oben
-vielfach wandert das Erdöl unter dem Einfluss des Gebirgs-, Wasser oder Gasdruckes aus dem Muttergestein ab und dringt durch Spalten in poröses Speichergestein
(Sand-, Trümmergestein, Dolomit oder Kalk) ein
-das gleichzeitig mitwandernde Wasser sammelt sich infolge seiner realtiv großen Dichte unterhalb des Erdöls und schließt die Lagerstätte als Randwasser nach unten hin ab
-im Speichergestein lagern von unten nach oben Erdwachs, salzhaltige Ölwässer, Schweröl, Leichtöl und zuoberst Erdgas
-Voraussetzung für die Bildung einer Lagerstätte sind weniger undurchlässige Deckschichten (z.B. Ton), die das Speichergestein nach oben abdecken und die weitere Migration verhindern
-Erdöl und Erdgas können sich dann in sogenannten Erdölfallen sammeln
-als Fallen kommen nur tektonische Strukturen in Frage, wie z.B. Sättel, Verwerfungen und Transgressionen (langsam überflutete Festlandsteile) oder Salzstöcke
-Erdölbildung dauert gewöhnlich sehr lang, aber nie mehr als 10.000 Jahre
Beispiel Schwarzes Meer
-an der Oberfläche hat sich durch Süßwasserzuflüsse eine etwa 150 Meter tiefe Schicht von leichtem, sauerstoffreichem und salzarmen Wasser gebildet, in der sich ein reiches Planktonleben entwickelt hat
-abgestorbene Organismen sinken in eine tiefere, schwerere und lebensfeindlichere Wasserschicht ab
-weitgehend unbewegtes Wasser ist arm an Sauerstoff, aber reich an Salz und Schwefelwasserstoff >> verhindert Verwesung
-durch das Salz werden die organischen Reste konserviert
-am Meeresgrund lagert sich - mit feinem Sand, Schluff und Ton vermischt - ein sogenannter Faulschlamm ab, der aus Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten besteht
Auffinden von Erdöl:
-das Aufspüren ist die Aufgabe von Geologen und Geophysikern
-bei seismischen Messungen werden unterirdisch künstliche Erdbeben erzeugt
-die reflektierten Schallwellen werden aufgezeichnet
-die Auswertung lässt Rückschlüsse auf die geologische Schichtenfolge zu
-Erdölvorkommen kann nur durch kostspielige Probebohrungen 100%-ig bewiesen werden
Förderung:
-zur Förderung wird meist das von Herrn Beart erfundene Rotary-Verfahren angewandt
-über einen Motor wird das Bohrgestänge angetrieben
-dieser Gestängestrang ist mit dem Bohrturm verbunden
-ebenfalls mit einem Drehtisch am Bohrturmboden verbunden der gedreht werden kann
-der Bohrmeißel am Ende hat im Allgemeinen drei konische Räder mit gehärteten Zahnspitzen
-zur Kühlung dient eine pumpengetriebene Spülanlage, die das Bohrklein kontinuierlich an die Oberfläche befördert
-Erdöl, Erdgas und Wasser werden an die Erdoberfläche gepresst, da die meisten Erdöllager unter hohem Druck stehen
-sobald der Druck nachlässt werden Tiefpumpen eingesetzt (Primärförderung)
-durch diese Technik werden zwischen 15 und 30% zutage gefördert
-durch Wasser- oder auch Dampfeinpressung wird der Lagerstättendruck künstlich erhöht
-dies wird durchgeführt, da sich je nach Art der Lagerstätte, die Bohrlöcher einen Abstand zwischen 60 und 600 Metern haben können
-auf diese Weise lässt sich die Geschwindigkeit der Rohölförderung steigern
-Dampfeinpressung (Tertiärförderung) wird bei Lagerstätten mit sehr zähflüssigem Öl angewendet
-der überhitzte Wasserdampf (ca. 340°C) treibt das Erdöl an die Oberfläche
-aber auch die Ölviskosität wird durch die Hitze verringert
-mit derzeit bekannten Verfahren können bis zu 60% des Erdöls gefördert werden
-die restlichen 40% bleiben als nicht gewinnbar in den Lagerstätten zurück
-schon im Bohrturm durchläuft das erhaltenen Rohöl eine Aufbereitungsanlage
-dort wird das Rohöl erstmals grob von Erdgas, Schlamm, Wasser und Salz getrennt
-in Raffinerien, die mit Pipelines verbunden sind, erfolgt dann die Weiterverarbeitung
-Ölfelder, die unter dem Meeresspiegel liegen, werden mit Hilfe der Offshorebohrung erschlossen
-es werden sowohl schwimmende, als auch am Meeresboden befestigt Bohrinseln eingesetzt
-die weltweite Produktion hat in den letzten hundert Jahren explosionsartig zugenommen
-dies ist bedingt durch die Motorisierung und Nachfrage nach Treibstoffen
Fördermengen:
-die 3 führenden Erdölförderländer waren 1996:
- Saudi-Arabien mit 400,9 Millionen Tonnen (ca. 12% der Weltförderung)
- USA mit 400,3 Millionen Tonnen (ebenfalls ca. 12%)
- GUS mit 352 Millionen Tonnen (ca. 10%)
- Deutschland förderte 2,8 Millionen Tonnen
Export, Import und Verbrauch:
-die 3 größten Erdölexporteure waren 1994:
- Saudi-Arabien mit knapp 311 Millionen Tonnen
- Iran mit 132 Millionen Tonnen
- Russland mit 126 Millionen Tonnen
-die 3 größten Erdölimporteure waren 1994:
- USA mit 354 Millionen Tonnen
- Japan mit 226 Millionen Tonnen
- Deutschland mit 106 Millionen Tonnen
-die größten Erdölverbraucher waren:
- USA
- GUS
- Japan
- Deutschland
-auf Nordamerika entfielen knapp 27% des weltweiten Verbrauchs, auf Westeuropa ca.20%
-Deutschland konnte seinen Erdölverbrauch nie selbst decken
-bereits 1960 hat Deutschland 6 mal so viel Erdöl verbraucht, wie gefördert
-Deutschland importierte 1994 das Erdöl zu 37% aus den OPEC-Staaten, 34% aus der Nordsee und 22% aus Russland
-die eigene Erdölförderung ist dagegen mit nur 3% sehr gering mit fallender Tendenz
-deutsche Vorkommen liegen im Niedersächsischen Becken (Gebiet um Ems, Weser und Elbe) und im Molassebecken des Alpenvorlandes
Reserven:
-trotz Zunahme des Erdölverbrauches, scheinen die Reserven an Erdöl noch zu reichen
-die weltweiten Reserven reichen schätzungsweise bis ins 21. Jahrhundert
-gesicherte Ölreserven stiegen zwischen 1996 und 1997 um fast eine Milliarde Tonnen auf 138,4 Milliarden an
-der Grund für diesen Zuwachs sind neue Quellenfunde
Blick in die Zukunft:
-es ist gut möglich, dass in den nächsten Jahren noch weitere Erdölquellen gefunden werden
-auch die Technik entwickelt sich weiter und es könnte die Förderleistung gesteigert werden
-es ist jedoch klar, dass der Rohölvorrat nur bis zum 21.Jahrhunderts reicht
Alternativen:
-alternative Energiequellen sind vor allem geothermische Energie, Solarenergie, Windenergie und die weitgehend umstrittene Kernenergie
-eine vorübergehende Alternative, die den Energiebedarf zeitweise decken könnte, ist die Kohle, die fast auf der ganzen Welt noch ausreichend vorhanden ist
-mit intensiverer Nutzung könnte sie vor allem den Industrieländern weiterhelfen
Häufig gestellte Fragen
Was ist Erdöl und wie wurde es historisch genutzt?
Erdöl ist ein natürlich vorkommendes Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen. In der Antike wurde es wegen seiner Brennbarkeit als Brenn- und Beleuchtungsmittel verwendet. Oberirdische Rohölaustritte waren im Mittelmeerraum seit der Antike bekannt. Es wurde auch zum Abdichten von Booten, zum Imprägnieren von Geweben und als Brennstoff für Fackeln genutzt. In der Renaissance wurde das sogenannte Quirinöl als Heilmittel eingesetzt. Die erste industrielle Erdölgewinnung begann um 1700 in Baku, und die erste moderne Erdölbohrung wurde 1859 von Drake in Pennsylvania durchgeführt.
Wie ist Erdöl zusammengesetzt?
Erdöl ist ein homogenes flüssiges Gemisch aus hunderten von Kohlenwasserstoffen mit unterschiedlichen Siedetemperaturen. Es enthält Alkane (kettenförmige Paraffine), Cycloalkane (gesättigte Ringverbindungen), aromatische Verbindungen (ungesättigte Ringverbindungen), Alkene sowie Schwefel-, Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen. Der Schwefelanteil liegt zwischen 0,1 und 5 Prozent. Man unterscheidet paraffinbasische und naphthenbasische Erdöle.
Wofür wird Erdöl verwendet?
Erdöl wird als Brenn- und Kraftstoff sowie als Rohstoff für die chemische Industrie verarbeitet. Es dient auch zur Herstellung von Arzneimitteln, Düngemitteln, Kunststoffen, Baustoffen, Farben und Textilien.
Wie entsteht Erdöl?
Erdöl entsteht hauptsächlich im Meer aus der Zersetzung von abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Kleinstlebewesen (Plankton) in einem sauerstoffarmen Milieu. Anaerobe Bakterien bauen die organischen Verbindungen ab, und es entstehen Kohlenwasserstoffe. Am Meeresgrund lagert sich Faulschlamm ab, der sich zu Gesteinen verfestigt, die das Erdölmuttergestein darstellen. Metalle und Tonminerale wirken als Katalysatoren. Durch Sedimentation gelangt das Erdölmuttergestein in tiefere Schichtniveaus, wodurch Druck und Temperatur steigen. Als Zwischenstufe entsteht Kerogen, das sich in Kohlenwasserstoffe umwandelt.
Wie findet man Erdöl?
Das Aufspüren von Erdöl ist die Aufgabe von Geologen und Geophysikern. Bei seismischen Messungen werden unterirdisch künstliche Erdbeben erzeugt, und die reflektierten Schallwellen werden aufgezeichnet. Die Auswertung lässt Rückschlüsse auf die geologische Schichtenfolge zu. Erdölvorkommen können nur durch kostspielige Probebohrungen 100%-ig bewiesen werden.
Wie wird Erdöl gefördert?
Zur Förderung wird meist das Rotary-Verfahren angewandt, bei dem das Bohrgestänge angetrieben wird. Eine Spülanlage dient zur Kühlung und befördert das Bohrklein an die Oberfläche. Erdöl, Erdgas und Wasser werden an die Erdoberfläche gepresst, da die meisten Erdöllager unter hohem Druck stehen. Bei nachlassendem Druck werden Tiefpumpen eingesetzt (Primärförderung). Durch Wasser- oder Dampfeinpressung wird der Lagerstättendruck künstlich erhöht. Bei zähflüssigem Öl wird Dampfeinpressung (Tertiärförderung) angewendet. Bis zu 60% des Erdöls können gefördert werden.
Welche Länder fördern, exportieren und importieren am meisten Erdöl?
1996 waren die führenden Erdölförderländer Saudi-Arabien, die USA und die GUS. 1994 waren die größten Erdölexporteure Saudi-Arabien, Iran und Russland, während die größten Erdölimporteure die USA, Japan und Deutschland waren.
Wie lange reichen die Erdölreserven noch?
Die weltweiten Erdölreserven reichen schätzungsweise bis ins 21. Jahrhundert. Gesicherte Ölreserven stiegen zwischen 1996 und 1997 um fast eine Milliarde Tonnen an, was auf neue Quellenfunde zurückzuführen ist.
Welche Alternativen zu Erdöl gibt es?
Alternative Energiequellen sind vor allem geothermische Energie, Solarenergie, Windenergie und Kernenergie. Eine vorübergehende Alternative, die den Energiebedarf decken könnte, ist Kohle. Als Grundstoff für die Gewinnung von Kraftstoff ist zur Zeit noch keine umfassende Alternative zum Erdöl in Sicht.
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- Enrico Teich (Author), 2000, Erdöl - Geschichte, Zusammensetzung ..., Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/102833
