Seminar „Ressourcen“

Die fossilen Brennstoffe Die fossilen Brennstoffe Braunkohle und SteinkohleBraunkohle und Steinkohle

Gliederung/Inhalte

• Was ist Kohle, Entstehung• Steinkohle – Braunkohle• Förderung und Verarbeitung• Quantifizierung und Verbreitung• Wirtschaftliche Bedeutung

Entstehung - Historisches

• Bis ins MA: Kohle als Mineral, wie die anderen Gesteine ? (keine Genese – war schon immer auf der Erde)

• Bis ins 18. Jhdt: Orientierung an Anaximenes (Produkt aus der Verdichtung der Luft)

• ABER: erkennbare Pflanzenreste in der Kohle (BK) bzw. Einschaltungen

Entstehung• Abbildung Pflanzenreste:

Stammreste in einem Oberflöz (JURASKY)

Entstehung• Abbildung Pflanzenreste:

Baumstümpfe in einem Oberflöz (JURASKY) – Autochthonie !!!

Entstehung• Abbildung Pflanzenreste:

Längsschnitt Calamit - in Kohle isoliert erhalten (KERP)

Entstehung

• Ursprung der Kohle: organ. Substanz (insbes. Pflanzenreste)

• „Inkohlung“: Begriff für die Entwicklungsreihe organ. Substanz Kohle

• 2 Prozess-Abschnitte: Biochem. – und geochem. Inkohlung

Inkohlung

• Biochemischer Abschnitt: Vertorfung• Geochemischer A.: Torf Kohle ...

• „Reife“ nimmt mit fortschreitender Inkohlung zu !

Pflanzen Torf Braunkohle Steinkohle Anthrazit

Inkohlung

• Chemische Veränderungen:Elementaranalyse

0

20

40

60

80

100

120

Holz Torf Braunkohle Steinkohle Anthrazit

Reife

%-A

ntei

le C

H

O

Datenquelle: JURASKY, 1936 – eigener Entwurf

Inkohlung• Visuelle Veränderungen: Torf

- hellbraun bis braunschwarz- Pflanzenreste erkennbar

• Visuelle Veränderungen: Braunkohle- gelb bis dunkelbraun- Pflanzenreste verschwinden- feucht, zerreiblich

• Visuelle Veränderungen: Steinkohle- dunkelbraun bis schwarz- keine Pflanzenreste erkennbar- verfestigt, tlw. glänzend

Inkohlung

• Vertorfung- „gehemmte“ Zersetzung (O2-Mangel)- Tätigkeit aerober Bakterien gemindert- Akkumulation von Pflanzenresten- anerobe Standorte (semiterrestrisch-Moore)- Verbrauch des O2 in der Substanz- Teilprozess: Humifizierung ( Huminstoffe)

Inkohlung

• Vertorfung:- Zellulose: Kohlenhydrat mir Beta-D-Glucose als Grundbaustein; wird abgebaut- Lignin: „Verholzung“, widerstandsfähig

Quelle: www.geologieknoten.de (AG Geologie)

Inkohlung

• Vertorfung: Huminstoffe- stabil, braun bis schwarz gefärbt- 3 Hauptstoffgruppen: Fulvosäuren, Huminsäuren und Humine- Träger kennzeichnender Eigenschaften der Kohle (Farbe, Braunkohlegeruch, Hygroskopizität)

Inkohlung

• Neben Vertorfung: Sapropelbildung - =„Faulschlamm“: subhydrische Humusform- insbes. aus Wachs, Sporen und Harzen- allochthon bildet „Bitumen-Kohlen“- aber: über 80% der Kohlen Humuskohlen (Vertorfung)

Inkohlung

• Die Moore: - Ausdehnung (vgl. autochthon)- vertikale Mächtigkeit- Zeitfaktor: 30-40k Jahre für die Bildung der organ. Substanz für ein 10m Flöz

- Beispiel: Kohlerevier Weststeiermark (GKB)

Inkohlung

• Revier der GKB:- vor 20 Mio. a: alpidische Gebirgsbildung endet – Alpen gehoben; Wasser dringt nur noch in die randlichen Buchten ein; Trennung Festland-Meer Süßwasserkreislauf- in den Becken: ausgedehnte Moore und Sümpfe (ungestörte Bildung); bei konstantem Wasserspiegel Senkungsvorgänge !!!

Inkohlung

• Computermodell Weststeiermark:

Inkohlung

• Geochemische Inkohlung: Druck und Temperatur

• Überdeckung (Sedimentation) führt zu Entwässerung (Druck)

• C-Gehalt steigt, Wassergehalt sinkt, Heizwert steigt

Inkohlung

• Weichbraunkohle: - H2O-Gehalt: 20-50% (grubenfeucht)

• Hartbraunkohle: - H2O-Gehalt geringer (-1%/100m)- „Homogenisierter“- stärker verfestigt

Pflanzen Torf Braunkohle Steinkohle Anthrazit

Weichbraunkohle Hartbraunkohle

Braunkohlen

• Gelbbraun bis schwarzbraun (abfärbend)• Hoher Wassergehalt• Locker/zerreiblich bis verfestigt mit

muscheligem Bruch• C: 65-80%; O: 17-28%• Gemeine Braunkohle(erdige BK),

Schwelkohle (bituminöse Stoffe), Lignit

Braunkohlen• Beispiel Revier GKB:

Grundflöz: wertvollste Kohle

Inkohlung

• Geochemische Inkohlung zu Steinkohle:- tiefere Versenkung

Qualität + mit vertikal. Tiefe- Druck (Überdeckung, tekt. Deformation):

Faltung: höherwertigere Kohlen- Temperatur

Bedeutung von Eruptivgesteinen

Pflanzen Torf Braunkohle Steinkohle Anthrazit

Steinkohle

• Schwarz mit erhöhtem Glanz• Stark verfestigt, höheres spez. Gewicht• Geringer H2O Gehalt• C: 80-90%; O: 4,5%• Muttergestein des Erdgas !

Entstehung - Zusammenfassung

Quelle: Press/Siever, 1995

Förderung

• Tagebau – Tiefbau:- Tagebau: geringe Deckschicht, bis zu 500m möglich, insbes. BK (vgl. Entstehung–Senkungsvorgänge)

- Tiefbau: Teufe (Tiefenlage), Mächtigkeit, Beschaffenheit Deckgebirgsschichten, insbes. Steinkohle

Verarbeitung

• Trocknung bei BK: Briketts• Kohlenchemie: Kohlehydrierung

(=Kohleverflüssigung) Benzin !• Kohlenentschwefelung: Schwefelanteil

wird entzogen Emission von Schwefeldioxid (SO2) vermindert

Quantifizierung

• Kohle: nicht erneuerbarer Rohstoff(Energiequelle)• Zentrale Fragen:

- Wie viel ist vorhanden ?- Wie lange wird man auskommen ?

• Begriffe: Reserven / Ressourcen - Reserven: entdeckt, abbaubar (techn./jurist./wirtsch.)- Ressourcen: weltweite Gesamtmenge + nicht entdeckte

Quantifizierung

Quelle: STAHL, 1998

Quantifizierung

• Schätzungen: 6,5 Billionen Tonnen• Hauptförderer:

Kohleförderer

0 10 20 30 40 50 60

ehem. Sowjetunion

China

USA

sonstige

Land

Anteil in %

Quelle: BP, 1998

Quantifizierung

• Kohleförderung in EU:- England, Deutschland, Spanien

- Österreich: Steinkohle: 0 (1999)Braunkohle: 1,054 Mio. t (1999)

BRD: 161,282 Mio. t

Quantifizierung

• Auskommen (bei gleichbleibendem Energieverbrauch, bezogen auf Reserven):

Quelle: STAHL, 1998

Verbreitung

Quelle: Press/Siever, 1995

Wirtschaftliche Bedeutung

• Industrielle Revolution: Kohle als wichtigster Energieträger

• Gegenwart.: Verdrängung durch Öl, Gas, Kernenergie und erneuerbaren Energieträgern

Quelle: BP, 1998

91% Anteil der fossilen nicht erneuerbaren Brennstoffe, davon 27% Kohle

Wirtschaftliche Bedeutung

• Abnehmer:- E-Wirtschaft (37-45% aus Kohle)Deutschland: >90% der BK in Verstromung

- Schwerindustrie (Eisen/Stahl)

Wirtschaftliche Bedeutung

• Welthandel- BK kaum im Welthandel – ortsnahe Verwendung (s. Eigenschaften - H2O-Gehalt)

- Insgesamt: nur 10% der weltweit geförderten Kohle wird weltweit gehandelt

Wirtschaftliche Bedeutung• Arbeitsmarkt: Beispiel Deutschland

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

550.000

600.000

650.000

Beschäftigte im Steinkohlebergbau (BRD)

1945-2001

Anz

ahl B

esch

äftig

te

Datenquelle: Verband der dt. Kohlewirtschaft

Wirtschaftliche Bedeutung

Datenquelle: Verband der dt. Kohlewirtschaft

• Schriftl. Fassung• Powerpoint-Präsentation• Zusammenfassungsind im Internet unterhttp://geo4.uibk.ac.at/users/jurgeitabrufbar !!!