Erdol

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
- 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 (CnH2n+2)
- bei Cycloalkanen bestehen die Moleküle aus doppelt so vielen Wasserstoffatomen wie
- Kohlenstoffatomen (CnH2n)
- 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:

o 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:
o USA
o GUS
o 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
- als Grundstoff für die Gewinnung von Kraftstoff ist zur Zeit noch keine umfassende Alternative zum Erdöl in Sicht