Fossile Energie

Fossile Energie nennt man nutzbare Energie, die Energieträgern entstammt, deren Energiegehalt vor langer Zeit in eine konzentrierte Form überführt wurde, die sich heute nutzen lässt. Fossile Energieträger sind durch biologische und physikalische Vorgänge wie Veränderungen des Erdinneren und der Erdoberfläche über lange Zeiträume entstanden.

Der heute bekannteste fossile Energieträger ist das Erdöl, das aus lange zurückliegenden Prozessen des Abbaus organischen Materials stammt. Auch Kohle, die in ähnlichen Prozessen entsteht, ist ein fossiler Energieträger. Nach wie vor ist Erdöl der wichtigste Energielieferant der Welt. Rund 40 Prozent der von uns benötigten Energie beziehen wir aus Erdöl. Fossile Energieträger sind endlich. Sie erneuern sich langsamer als sie bei der Nutzung zur Energiegewinnung verbraucht werden. Die oben beschriebene Definition fossiler Energieträger trifft prinzipiell auch für Uran zu, das heute in Kernkraftwerken als Energielieferant eingesetzt wird. Allerdings entstehen Uran und andere schwere Elemente nicht wie Kohle, Erdöl und Erdgas durch biologische und geologische Prozesse, sondern durch Fusionsprozesse in der Endphase bestimmter Sterne (Supernova).

Der Begriff fossiler Brennstoff wird im allgemeinen nur für solche fossilen Energieträger verwendet, die ihre gespeicherte Energie durch chemische Verbrennung mit Sauerstoff abgeben. Beispiele für fossile Brennstoffe sind damit Erdöl, Erdgas, Braunkohle, Steinkohle und Torf.

Die entstehende Wärme wird entweder direkt genutzt oder in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt.

Der Übergang von der Nutzung von Biomasse (insbesondere Holz) zur Nutzung fossiler Brennstoffe im 18. und 19. Jahrhundert ermöglichte Erfindungen wie die kohle-betriebene Dampfmaschine und später den Verbrennungsmotor und schufen damit die Voraussetzungen für die Industrielle Revolution.

Die aufgeführten fossilen Brennstoffe basieren auf organischen Kohlenstoff-Verbindungen. Bei der Verbrennung mit Sauerstoff wird daher nicht nur Energie in Form von Wärme freigesetzt, sondern auch Kohlenstoffdioxid, ein Treibhausgas. Je nach Zusammensetzung und Reinheit des fossilen Brennstoffes werden daneben weitere Verbrennungsprodukte wie Stickstoffoxide, Ruß sowie andere chemische Verbindungen erzeugt.

Vorräte

Die Vorräte an fossile Energieträgern wurden 2005 wie folgend geschätzt (pdf):

Kohle: 783 Milliarden Tonnen SKE = 6.374.403.000 GWh = 6.374 PWh
Erdöl: 216 Milliarden Tonnen SKE = 1.758.456.000 GWh = 1.758 PWh
Erdgas: 205 Milliarden Tonnen SKE = 1.668.905.000 GWh = 1.669 PWh

In Summe sind im Jahre 2005 noch 9801 PWh an fossilen Brennstoffen verfügbar. Der Weltprimärenergieverbrauch betrug 2005 107 PWh. Somit beträgt die statistische Reichweite ca. 91 Jahre. Allerdings steigt der Weltenergiebedarf bis 2030 um ca. 50% an, wodurch die Reichweite verkürzt wird. Wobei die über Plan neu entdeckten Vorräte (neu erschlossene Quellen) das Ergebnis abrunden können.

Die beiden höherwertigen Rohstoffe Erdöl und Erdgas alleine bieten derzeit mit zusammen 3.427 PWh eine statistische Reichweite von ca. 32 Jahren.

Problematisch ist allerdings, dass die Förderung fossiler Brennstoffe abnimmt, sobald die Hälfte verbraucht ist. In den nächsten Jahren wird das Ölfördermaximum, darauf folgend das Gasfördermaximum und letztendlich auch das Kohlefördermaximum erwartet. Die Versorgungslücke müssen mittelfristig bis langfristig neue (regenerative) Energien decken.

Erdöl und Erdgas

Abgestorbene Kleinlebewesen wurden auf dem Meeresgrund in einer Schlammschicht luftdicht eingeschlossen und von anderen Erdschichten überlagert, so dass im Laufe der Zeit (von etwa 500 Millionen Jahren) eine isolierte Schicht entstand.

Bakterien, die ohne Sauerstoff überleben können (anaerobe Bakterien), zerlegten die organischen Bestandteile in einfachere Verbindungen. Unter Druck und Wärme entstand daraus schließlich ein Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffverbindungen.

Das eventuell noch vorhandene Meerwasser verdunstet oder wird vom Sediment aufgenommen, während weitere Schichten abgelagert werden. Da die Kohlenwasserstoffe leichter sind als aufgelagerte Erd- und Gesteinsschichten, steigen sie darin hoch und sammeln sich unter undurchlässigen Erdschichten, wobei die gasförmigen Kohlenwasserstoffe in der Regel als Erdgas über dem flüssigen Erdöl eingeschlossen sind.

Kohle und Torf

Kohle entstand aus pflanzlichen Überresten (vor allem von Farnen und Bäumen), die unter Luftabschluss - zum Beispiel am Grund von Sümpfen und Mooren - nicht verwesen konnten und später großem Druck und Wärme ausgesetzt waren. Wasser und andere "Verunreinigungen" haben sich dabei mit der Zeit verflüchtigt, wodurch Torf oder Kohle in unterschiedlicher Zusammensetzung, Reinheit und Dichte entsteht.

Als hochwertigste Kohle gilt die Steinkohle, da diese sehr dicht und rein ist, das heißt, hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht. Der Brennwert der Steinkohle ist sehr hoch und wird als Maßstab für den Energiegehalt verschiedener Brennstoffe herangezogen (Steinkohleeinheiten). Weniger hochwertig ist die Braunkohle, die weniger verdichtet ist und größere Schwefel-Anteile enthält; ihr Brennwert ist deutlich geringer.

Faktoren der Verfügbarkeit fossiler Energiereserven

Größe der Energiereserve
Effektivität bei der Nutzbarkeit der Energie
Umfang des Verbrauchs
Ausweichen auf regenerative Ressourcen

Der Gegenbegriff zu fossiler Energie ist Erneuerbare Energie, die aktuellen, sich laufend erneuernden energetischen Prozessen entnommen wird, zum Beispiel durch Nutzung der Windenergie, der Sonneneinstrahlung (Sonnenkollektoren und Solarzellen), der Gewässerströmungen oder der Gezeiten, ebenso die Erdwärme oder die Nutzung von Biomasse.

Die Auswirkung der fossilen Brennstoffe für unser Klima

Die fossilen Brennstoffe wirken sich auf das Klima aus, indem bei ihrer Verbrennung CO2 entsteht. Dieses Gas steigt auf und bildet und „verstärkt“ die Schutzschicht, die die Erde umgibt, die Atmosphäre. Wenn diese Schicht zu dick und zu dicht ist tritt der Treibhauseffekt ein. Hierbei gelangen die Strahlen der Sonne zwar durch die Atmosphäre auf die Erde und werden dort in Wärme umgewandelt, aber diese Wärme kommt nur sehr schlecht wieder von der Erde in den Weltraum. Somit wird es auf der Erde wärmer. Diese Veränderung hat schwerwiegende Folgen auf die Natur. Die Fische z.B., die vor ein paar Jahren noch in der Nordsee lebten ziehen jetzt nach Norden, weil es dort nicht so warm ist. Dafür kommen Fische aus dem Mittelmeer zu uns an die Küste. Durch diese Erwärmung kann auch der Golfstrom teilweise zum Stillstand kommen, weil dessen Kreislauf dann unterbrochen wird. Er fließt von der Höhe der Ostküste der USA bis in das nördliche Polargebiet. Dort sinkt das Wasser wieder ab und fließt zurück. Es erhitzt sich wieder an der Ostküste der USA und der Kreislauf beginnt erneut. Wenn es zu warm wird fließt abgetautes Süßwasser in den Golfstrom und verdünnt ihn somit. Wenn er zu stark verdünnt wird kann er nicht mehr absinken und der nördliche Teil des Stromes „reißt ab“. Das hätte schwere Folgen für Europa. Die durchschnittliche Temperatur in Mitteleuropa würde um 5°C sinken. Das entspricht den Verhältnissen der letzten Eiszeit.

Siehe auch

Weblinks

Wie haben sich die Wirkungsgrade der Kohlekraftwerke entwickelt und was ist künftig zu erwarten?

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