V6

Question 1

Fossile Brennstoffe:

Answer 1

• 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
• Einteilung von organischem Material in unterschiedliche Kerogene (nicht lösliche organische Bestandteile)

Question 2

Kerogentypen & Mazeralgruppen:

Answer 2

• Unterschiedliches H/C und O/C Verhältnis (C-Ketten oder Aromaten)
• Type I – Liptinit Typ:
  
  • Algen (marin)
  • bester Erdöl/Erdgas Bildner (aber eher selten)
• Type II – Exinit Typ:
  
  • Sporen, Pollen, Phytoplankton (marin)
  • Erdöl und Erdgas Bildner (wichtigste Erdöl/Erdgasquelle)
• Type III – Vitrinit Typ:
  
  • höhere Pflanzenreste (terrestrisch)
  • Kohle und Erdgas Bildner
• Type IV – Inertit Typ:
  
  • während der Ablagerung bereits oxidiertes organisches Material
  • keine Genese fossiler Energieträger

Question 3

Mazeralgruppen:

Answer 3

• Mazerale sind die gesteinsbildenden Komponenten bei Kohlen
• Haben eine ähnliche Funktion wie die Minerale anderer Gesteine
• Bestehen im Wesentlichen aus Pflanzenresten
• Vitrinite sind der Hauptbestandteil der Humuskohlen aus der Humifizierung holzigen Materials dunkelbraune bis schwarze bei hohem Inkohlungsgrad zunehmenden Glanz
• Inertinite sind nicht mehr brennbare Mazerale, die aus bereits verbranntem Pflanzengewebe und Asche entstehen
• Exinite (oder Liptinite) sind lipidreiche, rote Mazerale, aus der Diagenese von Naturharzen, Wachsen, Sporen und Pollen sowie Algenkörpern

Question 4

Kohlenlagerstätten:

Answer 4

• Kohlen sind feste, brennbare fossile Sedimentgesteine pflanzlichen Ursprungs
• Die Lagerstättenbildung erfolgt durch die diagenetische Umwandlung (Inkohlung) von organischem Material
• Während des Inkohlungsprozesses bildet sich aus Torf zunächst Braunkohle, dann Steinkohle und abschließend Anthrazit

Question 5

Kohlenlagerstätten-Bildung:

Answer 5

• 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)
• Wirkt dann über einen langen Zeitraum Wärme und Druck auf die Braunkohle ein, so bildet sich bei fortschreitender Kompaktion Steinkohle
• Je tiefer ehemalige Torfmoore versenkt wurden, desto höher ist der Inkohlungsgrad

Question 6

Kohlenlagerstätten-Bonität:

Answer 6

• In der Regel flözartige Form
• flächenhafte Erstreckung, z.B. Flöz Katharina, Ruhr:
  
  • 210 km x 50 km
• Mächtigkeitsschwankungen durch Tektonik, Beckenbildung, Auswaschungen (r.u.)
• Mächtigkeit Braunkohle:
  
  • bis 320 m (Australien), i.d.R. wenige Dekameter
• Steinkohle bis 200 m (Fushun, China) i.d.R. wenige Meter

Question 7

Kohlenlagerstätten:

chemische Zusammensetzung

Answer 7

• Reinkohle (Elemente):
  
  • Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff
  • Stickstoff, Schwefel
  • Spurenelemente (Metalle)
• Wasser und Gase:
  
  • Methan
  • Kohlendioxid
• Asche (nicht brennbare Mineralsubstanz):
  
  • Quarz
  • Tone
  • Pyrit

Question 8

Drei wichtige Kenngrößen zur Charakterisierung von Kohlen:

Answer 8

• Art des pflanzlichen Ausgangsmaterials (Type)
• Reifegrad bzw. Inkohlungsgrad (Rank)
• Grad der Verunreinigung bzw. Aschegehalt (Grade)

Question 9

Weich- und Hartbraunkohle:

Answer 9

Question 10

Lagerstättenbonität Braunkohle:

Answer 10

• Härte:
  
  • Die geringe Härte von Braunkohle und Nebengestein erlaubt den Einsatz von schneidender Gewinnung
• Ausdehnung:
  
  • Die Braunkohlenflöze sind flächenhaft weit ausgedehnt
  • (Kostendegression bei großen Betriebsgrößen)
• Energiedichte:
  
  • Aufgrund der relativ geringen Energiedichte i. d. R. kein weiter Transport zwischen Gewinnung und Verstromung

Question 11

Steinkohle:

Answer 11

• unehmender Heizwert bis zur Gaskohle (zunehmender Kohlenstoffanteil)
• Zunehmende Härte von Gasflammkohle zu Anthrazit
• Zunehmender Glanz
• Abnehmen der Wasseranteil und flüchtigen Bestandteile
• Zunehmende Klüftigkeit (Schlechten)

Question 12

Bestandteile der Steinkohle:

Answer 12

• Glanzkohlen:
  
  • Glänzend, schichtungslos, spröde, geklüftet
  • Glanzkohlen entstehen überwiegend aus dem ursprünglichen Holzmaterial des Moores
• Mattkohlen:
  
  • Matt, grau-schwarz, feiner Schichtung, relativ härter als Glanzkohle
  • Mattkohlen entstehen überwiegend aus den Pflanzensporen und Pflanzenresten

Question 13

Die Bildung konventioneller Lagerstätten ist von 4 Faktoren abhängig:

Answer 13

• Muttergestein (reich an Corg)
• Reservoirgestein (hohe Permeabilität)
• Abdichtung (niedrige Permeabilität)
• Formierung einer Falle (tektonische Prozesse)

Question 14

Erdöl - Erdgas:

Answer 14

Question 15

Erdölentstehung I:

Answer 15

• Plankton bindet CO₂ aus der Atmosphäre
• Nach dem Absterben und Absinken lagern sich die Reste auf dem Meeresgrund ab
• Verhinderung der Oxidation und Bildung von Faulschlamm durch Überlagerung mit klastischen Sedimenten
• Faulschlamm wird diagenetisch zu Kerogen umgewandel
• Kerogen und Sedimente bilden z. B. den Posidonienschiefer, das typische Erdölmuttergestein in ME

Question 16

Erdölentstehung II:

Answer 16

• 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

Question 17

Erdgas:

Answer 17

• 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 und es bildet sich eine Gaskappe auf dem Öl
  • ist die Konzentration geringer als die Löslichkeit, entweicht das Erdgas bei der Förderung

Question 18

Erdgasentstehung I:

Answer 18

1. Bakterielle Fermentierung im oberflächennahen Bereich
2. Primäres Erdölgas bei der Erdölbildung
3. Sekundäres Gas bei sehr hohen Temperaturen in Erdölmuttergesteinen bzw. aus Kohlenflözen

Question 19

Öl & Gas Migration:

Answer 19

• Das Muttergestein ist feinkörnig und gering durchlässig (Diagenese)
• Der Rohstoff muß einen Weg in eine durchlässigere Formation finden
• Primäre Migration folgt dem Druckunterschieden und muß nicht von unten nach oben verlaufen
• Porenüberdruck bricht Risse auf, Lösungskanäle, Diffusion
• Enthaltenes Wasser behindert die Migration, am besten eine durchgängige Ölphase
• Sekundäre Migration im durchlässigen Gestein durch Dichteunterschiede
• Ein großer Teil der organischen Substanz bleibt im Muttergestein enthalten

Question 20

Speichergestein von Erdöl/Erdgaslagerstätten:

Answer 20

• Speichergesteine Voraussetzung:
  
  • ausreichende Porosität und Permeabilität
  • Typische Speichergesteine:
    
    • Sande, Sandsteine, Kalk, Dolomit
• Fallen Zur Anreicherung ist die Überlagerung des Speichergesteins mit einem gering- durchlässigen (impermeablen) Horizont notwendig
  
  • Typische Fallen:
    
    • feinkörnige klastische Sedimente, tlw. Evaporite

Question 21

Unkonventionelle Gaslagerstätten:

Answer 21

• Gashydrate:
  
  • Sehr große weltweite Vorkommen
  • Technisch derzeit nicht gewinnbar
• Flözgas:
  
  • an Kohlevorkommen gebunden
  • Sehr kompakt
  • Techn. nur durch künstliche Schaffung von Wegsamkeiten gewinnbar
    
    • Nutzung alter Kohlebergwerke oder mittels „Fracking“
• Schiefergas (Shale-Gas):
  
  • 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