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 !!!