Erdöl
Erdöl ist ein Stoffgemisch, das über Millionen von Jahren durch die Zersetzung von organischen Stoffen (Algen, Meereslebewesen, Pflanzenresten, etc.) entstanden ist. Es hat eine gelblich bis schwarze Färbung und besteht größtenteils aus Kohlenwasserstoffen.
Das unter anderem als Brennstoff verwendete Stoffgemisch stellt eine komplexe Mischung aus mehr als 17.000 verschiedenen organischen Bestandteilen dar. In unbehandelter, natürlicher Form wird es auch als Rohöl bezeichnet und kommt in der oberen Erdkruste, in sogenannten Lagerstätten vor. Diese können sich sowohl an Land (onshore) als auch unter Meeren und Ozeanen (offshore) befinden. Mineralöl zählt zu den fossilen Brennstoffen und ist eine endliche Ressource.
Geschichte
Erdöl wurde als Brennstoff bereits in den alten Hochkulturen des heutigen vorderasiatischen Raums verwendet. Der erste Erdöl-Boom entstand aufgrund der steigenden Nachfrage nach Lampenöl. Die Gewinnung von Petroleum aus Mineralöl war wesentlich ergiebiger und günstiger als die Gewinnung von Petroleum aus Kohle oder sogar Walöl. Weltweit begannen die ersten Bohrungen im heutigen Aserbaidschan, etwa Mitte des 19. Jahrhunderts. Auch in Deutschland und den USA fanden in den darauffolgenden Jahren die ersten Bohrungen statt. In der Anfangszeit noch wesentlich beschränkt auf die Nutzung als Leuchtmittel, wurde das Potenzial als Treibstoff (Benzin) immer relevanter. Nicht zuletzt befeuert durch den Siegeszug des Automobils, der sich ab den 1920er Jahren vollzog.
Seit den frühen 1900er Jahren entwickelte sich Erdöl zum wichtigsten fossilen Energieträger der Industriegesellschaften. Der Rohstoff wird vor allem als Basis von Treibstoffen und zur Erzeugung von Rohstoffen in der Industrie (zum Beispiel Kunststoffe, Lacke, Plastik etc.) verwendet.
Die Grundlage für Erdöl sind organische Materialien (Biomasse). Den größten Anteil daran machen Algen und Kleinstlebewesen aus, die zu Urzeiten nach ihrem Tod von den oberen Wasserschichten zum Meeresgrund absanken. In der Folge entstehen dort Ablagerungen. Eine weitere Voraussetzung ist die relative Sauerstoffarmut am Meeresgrund. Sie entsteht, wenn es keine Strömung, und somit auch keinen Wasseraustausch, und deshalb keine Sauerstoffzufuhr gibt. Unter diesen Bedingungen wird die Biomasse der Algen nicht vollständig zersetzt, was zur Entstehung von Faulschlamm führt. Weitere Sedimentfolgen, also Ablagerungen von Ton, Schwebstoffen, Sand usw. darüber führen dazu, dass der Faulschlamm weiter verdichtet wird.
Die Sedimentschichten werden durch die Masse neuer Ablagerungen über Millionen von Jahren in immer tiefere Gesteinsschichten gedrückt. Dabei steigen Druck und Temperatur. Dadurch wird Wasser aus dem Sediment gepresst und bis zu einer Temperatur von etwa 60 °C wird die organische Substanz in langkettige, feste Kohlenstoffverbindungen (Kerogene) umgewandelt.
Ab 60 °C und mehr erfolgt eine Umwandlung der Kerogene. Sie werden in kurzkettige, gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe aufgespalten. Als gasförmiger Kohlenwasserstoff entsteht vorwiegend Methan, der Hauptbestandteil von Erdgas. Erdgas diffundiert nach seiner Entstehung durch die Sedimente Richtung Erdoberfläche. Trifft es auf undurchdringliche Gesteinsschichten, sammelt es sich an. Da die Prozesse bei der Entstehung von Erdöl und Erdgas identisch sind, treten die Rohstoffe häufig in denselben Lagerstätten auf. Erdöl entsteht bei Temperaturen zwischen 60 und 170 °C, Erdgas davon im oberen Temperaturbereich und bis zu 200 °C. Der hohe Druck verfestigt darüber hinaus den Faulschlamm zu feinkörnigem Gestein mit hohem Kohlenwasserstoffgehalt. Es wird als Erdölmuttergestein bezeichnet.
Arten von Lagerstätten
Konventionelle Lagerstätten
In flüssiger und gasförmiger Form können die Kohlenwasserstoffe, die jetzt als Erdöl und Erdgas bezeichnet werden, durch grobporige Gesteinsschichten wandern. Der Vorgang wird als primäre Migration bezeichnet. Die Stoffe wandern so lange Richtung Erdöberfläche, bis sie auf eine dichtere Gesteinsschicht treffen, die sie nicht passieren können. In diesem sogenannten Speichergestein erfolgt über die Zeit eine Anreicherung von Öl und Gas. Diese wird als konventionelle Lagerstätte bezeichnet.
Unkonventionelle Lagerstätten
Mit der Weiterentwicklung des Hydraulic Fracking seit Beginn des 21. Jahrhunderts konnte Rohöl nicht mehr nur aus konventionellen Lagerstätten, sondern auch aus dem Muttergestein gefördert werden. Das Erdölmuttergestein wird in diesem Zusammenhang auch als unkonventionelle Lagerstätte bezeichnet.
Konventionelle Förderung
Bei konventionellen Ölvorkommen wird das Reservoir durch die verschiedenen Schichten der Erde angebohrt und durch seinen natürlichen Druck oder Verpumpen an die Oberfläche gefördert. Dabei kann nur ein Bruchteil des vorhandenen Öls gefördert werden. Deshalb wird in einer zweiten Phase Wasser oder Gas in das Reservoir gepresst, um zusätzliches Öl zu fördern. In einer dritten Förderungsphase wird die Fördermenge nochmals erhöht, indem Dampf, Chemikalien oder andere Stoffe eingeleitet werden.
Fracking
Das sogenannte Fracking, oder auch Hydraulic Fracturing, ist eine Fördermethode, bei der Risse im Gestein von Lagerstätten erzeugt, geweitet und stabilisiert werden, um Rohstoffe wie Öl und Gas zu fördern. Durch ein Bohrloch wird unter hohem Druck eine Flüssigkeit, oftmals Wasser, angereichert mit Stützmitteln und verschiedenen Chemikalien, in bestimmte Schichten des Gesteins gepresst. Der dadurch entstehende Druck führt zu künstlichen Rissen in den meist porösen Gesteinen und drückt dieses weiter auseinander. Die Förderung ist auf die unmittelbare Umgebung des Bohrloches beschränkt, was die Förderrate im Vergleich zu konventionellem Fracking eher gering hält.
Problematik
Die Fördermethode ist aufgrund gesundheitlicher Gefahren und Risiken für die Umwelt in einigen Ländern verboten. Besonders die benutzten Chemikalien gelangen nicht nur beim eigentlichen Prozess, sondern auch durch Lecks und ungewollte Austritte immer wieder in die Umwelt und führen zu nachweisbaren Verunreinigungen des Grundwassers. Darüber hinaus entweichen beim Öffnen der unterirdischen Reservoire naturgemäß große Mengen von Methan, abgesehen von den durch die Verbrennung entstehenden Mengen CO2. Ein weiterer Kritikpunkt ist das Auftreten von Erdbeben in Folge von Fracking-Aktivitäten.
Verarbeitung von Rohöl
Die vielen einzelnen Bestandteile des Rohöls werden in Raffinerien voneinander getrennt. Beim Raffinieren werden die unterschiedlichen Siedepunkte der Kohlenwasserstoffe ausgenutzt, um mithilfe der Destillation verschiedene Bestandteile zu separieren und somit verschiedene Erdölprodukte zu gewinnen. Technisch wird das Öl zuerst auf etwa 400 Grad erhitzt. An diesem Punkt verdampft es und wird in einen Destillationsturm geleitet.
Der Turm besteht aus verschiedenen Ebenen, mit unterschiedlichen, absteigenden Temperaturen. In diesen verschiedenen Ebenen kondensieren die unterschiedlichen Bestandteile des Rohöls und werden abgeleitet. Auf diese Weise lassen sich Heizöl, Diesel, die Ausgangsstoffe für Petroleum und Kerosin, Leichtbenzin sowie Methan, Ethan, Propan und Butan destillieren. In weiteren Destillationsverfahren lassen sich aus den genannten Gasen und aus Leichtbenzin weitere Stoffe gewinnen.
Transport
Mineralöl wie auch Erdgas gelangt über verschiedene Wege zu den Verbraucher:innen. Um die großen Volumen über lange Strecken zu transportieren, werden meist Öltanker und Pipelines benutzt.
Verwendung
Erdöl ist der weltweit am weitesten verbreitete fossile Rohstoff, wenn es um die industrielle Nutzung geht. Den größten Anteil der Nutzung macht dabei die Verwendung als Treibstoff in Form von Benzin für Autos, in der Luftfahrt als Kerosin oder in der Schifffahrt aus. Auch wenn Öl weltweit eine immer geringere Rolle als Energieträger für das Heizen spielt, ist der Bedarf in Deutschland weiterhin hoch.
Darüber hinaus steckt das Schwarze Gold auch in vielen Produkten, in denen es nicht auf den ersten Blick zu vermuten wäre. Es kommt in Kunststoffen, PVC, Schaumstoffen und selbst in synthetischen Fasern von Kleidungsstücken vor.
Probleme
Aufgrund der umfangreichen Probleme, die mit der Erdölförderung und Nutzung einhergehen (Umweltbelastungen, Lecks, Förderunfälle, CO2-Emissionen durch die Verbrennung und der daraus beschleunigte Klimawandel), gibt es bereits staatliche Bestrebungen, den Ausstieg aus Erdöl zu forcieren und auf andere, nachhaltigere Energieträger umzusteigen. Der Weltklimarat empfiehlt in diesem Zuge einen schnellen und umfangreichen Umbau der Energieversorgung.
