Energierohstoffe Flashcards
Arten von Energierohstoffe.
• Aus organischer Substanz gebildete fossile Brennstoffe:
- Kohle
- Erdöl
- Erdgas (auch als Lieferant des „grauen Wasserstoffs“)
• Kernbrennstoff Uran
• Im weiteren Sinne
- Geothermie
- Rohstoffe die für den Ausbau der EE benötigt werden
Wie entstehen fossile Brennstoffe?
• Erdöl, Erdgas und Kohlen entstehen durch die Sedimentation und diagenetische Umwandlung abgestorbenen organischen Materials bei zunehmender Versenkung
• Kohlen, Erdöl, Erdgas-Bildung:
- abhängig von organischem Material und von Druck- und Temperaturbedingungen
Woraus entstehen Torf – Kohle – Graphit?
Ablagerung von Landpflanzen
Woraus entstehen Erdöl, -gas?
Entstehung aus marinem Plankton & Algen
Wie wird Torf gebildet?
- Torfbildung: Organisches Material akkumuliert unter Wasserabschluss, es bilden sich Torflager (= Moore)
- Meerespiegelanstieg: Durch Meeresspiegelanstieg wird das Torflager überflutet und die typischen Nebengesteine werden sedimentiert
- Meeresspiegelrückzug: Die Landmasse hebt sich, Meeresspiegel sinkt, es kommt erneut zur Torfbildung
Wann sind die 3 Hauptentstehungsphasen (Bildung)?
- Steinkohlen (Oberkarbon Unterperm): variszische Gebirgsbildung
- Steinkohlen (Jura, frühe Kriede): bes. laramische Gebirgsbildung
- Braunkohle („Tertiär“): alpidische Gebirgsbildung
Was sind die 2 Typen von Mooren?
• topogenetische Moore
- Torfanreicherung auf der Höhe des Grundwasserspiegels (z.B. Niedermoore)
- nährstoffreich (= eutoph)
- pH Werte 4,8 bis 6,5
• ombrogenetische Moore
- Torfanreicherung deutlich oberhalb des Grundwasserspiegels (Hochmoore)
- Wasserzuführ i.W. durch Niederschläge
- nährstoffarm (= oligotroph), sauerstoffreich
- pH Werte 3,3 bis 4,6
Wie läuft die Bildung von Kohlenlagerstätten?
• Durch Wasserspiegelschwankungen kann sich der Bildungsprozess mehrfach wiederholen und es bildet sich ein regelmäßiges Profil aus Sedimentgesteinen und Kohleschichten (Zyklothem).
• Aufgrund des zunehmenden Überlagerungsdrucks verringern sich Volumen und Wasseranteil (Entstehung von Braunkohle aus Torf)
• Wirkt dann über einen langen Zeitraum Wärme und Druck auf die Braunkohle ein, so bildet sich bei fortschreitender Kompaktion Steinkohle (danach Anthrazit).
• Je tiefer ehemalige Torfmoore (höhere Temp.) versenkt wurden, desto höher ist der Inkohlungsgrad
Ablagerungsorte für Kohle.
• Kontinentale Plattformen mit weiträumiger Absenkung
- Große Flözausdehnung
- Wenige aber mächtige Flöze
- Geringe Überdeckung aber geringer Rang der Kohle
• Vorlandbecken von Gebirgen
- Große Anzahl der Flöze
- Geringe Mächtigkeiten
• Tektonische Becken innerhalb von Gebirgen und Grabenstrukturen
- Vergleichsweise geringe flächige Ausdehnung
- Wenige Flöze
- Hohe Mächtigkeiten
Was sind die Gründe, weswegen es eine hohe Vielfalt auch innerhalb eines Kohlenbeckens gibt?
• differenzierte räumliche Bereiche
- Seeufer, Brackwasserlagunen, Meeresbecken
- ruhige Bereiche zwischen Flussarmen in Deltas
- Flussauen
- Nieder- und Hochmoore
• Veränderungen über die Zeit: Verschiebung des Ablagerungsraumes
- Flussläufe, Küstenlinien
- steigende und fallende Meerespiegel
Was sind die Folgen von differenzierte räumliche Bereiche und Veränderungen über die Zeit bzw. Verschiebung des Ablagerungsraumes?
- Ablagerungen nicht gleichmäßig über das Becken
- Ausdünnen von Flözen
- Auswaschen von bereits gebildeten Torfbereichen Flözlücken
- Einspülung von klastsichen Sedimenten (Sand, Tone etc.)
Was sind Mazerale?
Mazerale sind die „gesteinsbildenden“ Komponenten bei Kohlen
Was sind die Mazeralgruppen?
• Vitrinite sind der Hauptbestandteil der Humuskohlen aus der Humifizierung holzigen Materials. dunkelbraune bis schwarze Farbe bei hohem Inkohlungsgrad zunehmender Glanz
• Inertinite sind nicht mehr brennbare Mazerale, die aus bereits verbranntem Pflanzengewebe und Asche entstehen (hierzu zählen auch die Fusinite mit noch sichtbarer Holzfaserung)
• Liptinite (oder Exinite) sind lipidreiche, rote Mazerale, aus der Diagenese von Naturharzen, Wachsen, Sporen und Pollen sowie Algenkörpern - Sapropelkohlen
Was sind die Bestandteile der Steinkohle?
Die Bestandteile der Steinkohlen sind je nach Ursprungsmaterial unterscheidbar:
• Glanzkohlen
• Mattkohlen
Was ist die chemische Zusammensetzung von Kohlen?
• Reinkohle (Elemente)
- Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff
- Stickstoff, Schwefel
- Spurenelemente (Metalle)
• Wasser und Gase
- Methan
- Kohlendioxid
• Asche (nicht brennbare Mineralsubstanz)
- Quarz
- Tone
- Pyrit
Was sind die drei wichtigen Kenngrößen zur Charakterisierung von Kohlen:
- Art des pflanzlichen Ausgangsmaterials (Type)
- Reifegrad bzw. Inkohlungsgrad (Rank)
- Grad der Verunreinigung bzw. Aschegehalt (Grade)
Was sind die wichtigsten Parameter um Kohlearten zu unterscheiden?
• Wassergehalt (je reifer desto weniger)
• Energiegehalt (je reifer desto mehr)
• Anteil der flüchtigen Bestandteile (je reifer desto weniger)
Wie ändern sich die verschiedenen Parameter, wenn die Reife höher wird?
• Zunehmende Härte
• Zunehmender Glanz
• Abnehmender Wasseranteil
• Abnahme der flüchtigen Bestandteile
• Zunehmende Klüftigkeit (mechanical defects) (Schlechten)
Was sind die 2 Haupttypen von Braunkohle?
Weichbraunkohle
Hartbraunkohle
Was sind Erdöl- und Erdgaslagerstätten?
Erdöl- und Erdgaslagerstätten sind Stoffgemische aus natürlichen Anreicherungen von Kohlenwasserstoffen in der Erdkruste.
Was ist die wichtigste Erdöl/ Erdgasquelle?
Type II – Exinit Typ: Sporen, Pollen, Phytoplankton (marin)
Was heißen die Ausgangsstoffe des Erdöls und Erdgases?
Kerogene
Wie entsteht Erdöl?
• Plankton bindet CO2 aus der Atmosphäre
• NachdemAbsterbenundAbsinkenlagernsichdieReste
auf dem Meeresgrund ab (Voraussetzung sauerstoffarmes Wasser)
• Verhinderung der Oxidation und Bildung von Faulschlamm durch Überlagerung mit klastischen Sedimenten
• Faulschlamm wird diagenetisch zu Kerogenen umgewandelt
• Kerogen und Sedimente bilden z. B. den Posidonienschiefer, ein typisches Erdölmuttergestein
• Durch Versenkung wird das Kerogen hohen Temperaturen und Druck ausgesetzt
• Im „Ölfenster“ beginnt die Umsetzung des Kerogens zu Erdöl
• Ab etwa 150° C wird Erdöl instabil, je nach Muttergestein bildet sich noch Trocken- oder Nassgas
Was sind die 3 Arten von Erdgasbildung?
- Bakterielle Fermentierung im oberflächennahen Bereich
- Primäres Erdölgas bei der Erdölbildung
- Sekundäres Gas bei sehr hohen Temperaturen in Erdölmuttergesteinen bzw. aus Kohlenflözen
Was ist die Verbindung zwischen Erdgas und Erdöl?
• Zum Teil eigene Lagerstätten, zum Teil gemeinsam mit Erdöl
• Erdöl weist eine begrenzte Löslichkeit mit Erdgas auf,
- ist Konzentration höher, kommt es zur Entmischung von Öl und Gas: Gaskappe auf dem Öl
- ist die Konzentration geringer als die Löslichkeit, entweicht das Erdgas bei der Förderung
Was ist primäre Öl und Gas Migration?
Primäre Migration folgt den Druckunterschieden und muß nicht von unten nach oben verlaufen
Was ist sekundäre Öl und Gas Migration?
Sekundäre Migration im durchlässigen Gestein durch Dichteunterschiede
• Das Muttergestein ist feinkörnig und gering durchlässig (Diagenese)
• Der Rohstoff muss einen Weg in eine durchlässigere Formation finden
• Porenüberdruck bricht Risse auf, Lösungskanäle, Diffusion
• Ein großer Teil der organischen Substanz bleibt im Muttergestein enthalten
• Enthaltenes Wasser behindert die Migration, am günstigsten ist eine durchgängige Ölphase
Was ist die Voraussetzung für Speichergesteine von Erdöl/Erdgaslagerstätten
Voraussetzung: ausreichende Porosität und Permeabilität
Typische Speichergesteine:
Sande, Sandsteine, Kalk, Dolomit
Was ist Fallen bzgl. Speichergesteine von Erdöl/Erdgaslagerstätten?
Zur Anreicherung ist die Überlagerung des Speichergesteins mit einem geringdurchlässigen (impermeablen) Horizont notwendig
Typische Fallen:
feinkörnige klastische Sedimente, tlw. Evaporite
Arten von Fallen.
Man unterscheidet generalisierend in:
• Strukturelle (tektonische) Fallen
• Stratigrafische (durch sedimentäre Ablagerungen) Fallen • hydromechanische Fallen
Wie entstehen Ölsande?
• Entstanden durch Degradation von Rohöl
• Muttergestein erreicht durch Gebirgsbildung teilweise das Ölfenster
• enstandenes Öl wandert im Muttergestein nach oben
• keine oder kaum Fallen - Erreichen unverfestigter Schichten
• dort setzt die Degradation ein
Was ist das Problem mit Ölsande?
äußerst zähes Schweröl bzw. Bitumen
Was sind Beispiele von unkonventionellen Gaslagerstätten?
• Gashydrate
• Flözgas
• Schiefergas (Shale-Gas)
Eigenschaften von Gashydrate.
- Sehr große (gigantische) weltweite Vorkommen
- Fast ausschließlich an Kontinentalhängen
- Technisch derzeit nicht gewinnbar, generell fragwürdig
Eigenschaften von Flözgas.
- an Kohlevorkommen gebunden
- Sehr kompakt
- Techn. nur durch künstliche Schaffung von Wegsamkeiten gewinnbar
- Nutzung alter Kohlebergwerke oder mittels „Fracking“
Eigenschaften von Schiefergas.
- Im Muttergestein (organischer Tonschiefer) gespeichert
- Sehr kompakt (keine Migration möglich)
- Muttergestein ist auch Speichergestein und stratigraphische Falle
- Techn. nur durch moderne Bohrtechnik und „Fracking“ gewinnbar
Von Welchen vier essentiellen Hauptbedingungen sind Konventionelle Erdöl- und Erdgaslagerstätten abhängig?
- Mutter- und
- Speichergestein,
- Abdichtung,
- Formierung einer Falle.
Was sind die Lagerstättentypen von Uran?
- Sedimentär
- Hydrothermal
- Verwitterung
- Magmatisch
