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Seminar „Ressourcen“
Die fossilen Brennstoffe Braunkohle 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
Torf
Inkohlung
Braunkohle Steinkohle Pflanzen • Biochemischer Abschnitt: Vertorfung • Geochemischer A.: Torf Kohle ...
Anthrazit • „Reife“ nimmt mit fortschreitender Inkohlung zu !
Inkohlung
• Chemische Veränderungen:
Elementaranalyse
120 100 80 60 40 20 0 Holz Torf Datenquelle: JURASKY, 1936 – eigener Entwurf Braunkohle Steinkohle
Reife
Anthrazit C H O
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 (O 2 -Mangel) - Tätigkeit aerober Bakterien gemindert - Akkumulation von Pflanzenresten - anerobe Standorte (semiterrestrisch Moore) - Verbrauch des O 2 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
Torf
Inkohlung
Braunkohle Steinkohle Pflanzen Weichbraunkohle Hartbraunkohle • Weichbraunkohle: - H 2 O-Gehalt: 20-50% (grubenfeucht) • Hartbraunkohle: - H 2 O-Gehalt geringer (-1%/100m) - „Homogenisierter“ - stärker verfestigt Anthrazit
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
Braunkohle Steinkohle Pflanzen Torf Anthrazit • Geochemische Inkohlung zu Steinkohle: - tiefere Versenkung Qualität + mit vertikal. Tiefe - Druck (Überdeckung, tekt. Deformation): Faltung: höherwertigere Kohlen - Temperatur Bedeutung von Eruptivgesteinen
Steinkohle
• Schwarz mit erhöhtem Glanz • Stark verfestigt, höheres spez. Gewicht • Geringer H 2 O 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 (SO 2 ) 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
Quelle: STAHL, 1998
Quantifizierung
Quantifizierung
• Schätzungen: 6,5 Billionen Tonnen • Hauptförderer:
Kohleförderer
sonstige USA China ehem. Sowjetunion 0 10 20 30
Anteil in %
40 50 60 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 91% Anteil der fossilen nicht erneuerbaren Brennstoffe, davon 27% Kohle Quelle: BP, 1998
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 - H 2 O Gehalt) - Insgesamt: nur 10% der weltweit geförderten Kohle wird weltweit gehandelt
Wirtschaftliche Bedeutung
• Arbeitsmarkt: Beispiel Deutschland Beschäftigte im Steinkohlebergbau (BRD) 650.000 600.000 550.000 500.000 450.000 400.000 350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 1945-2001 Datenquelle: Verband der dt. Kohlewirtschaft
Wirtschaftliche Bedeutung
Datenquelle: Verband der dt. Kohlewirtschaft
• Schriftl. Fassung • Powerpoint-Präsentation • Zusammenfassung sind im Internet unter http://geo4.uibk.ac.at/users/jurgeit abrufbar !!!