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Fossile Brennstoffe: 7 Fragen & Antworten zu fossilen Energieträgern


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Fossile Brennstoffe sind Energieträger, die aus vorzeitlichen Kohlenstoffkreisläufen entstanden sind. Dies können tierische oder pflanzliche Überreste gewesen sein, die im Laufe von mehreren Millionen Jahren unter dem Druck neuerer Erdschichten komprimiert wurden.

Wie entstehen fossile Brennstoffe bzw. Energieträger

Durch die verschiedenen Drücke unterhalb der Erdoberfläche bildeten sich die heutigen fossilen Energieträger wie Braunkohle, Steinkohle, Erdöl und Torf. Hierbei variiert der jeweilige Energiegehalt aufgrund des enthaltenen Kohlenstoffgehalts. Werden fossile Brennstoffe verbrannt, wird die enthaltene Energie in Form von Wärme und Oxiden frei. Das bekannteste Oxid, das bei der Verbrennung frei wird, ist das Kohlenstoffdioxid (CO2).

Das gegensätzliche Beispiel für fossile Brennstoffe bilden die erneuerbaren Energien, da diese fortweilend erneuert werden. Auch die Nuklearenergie wird als fossile Energie angesehen, obwohl das, für die Kernkraft wichtige, Uranerz nicht aus pflanzlichen oder tierischen Überresten besteht. Sie ist jedoch nicht erneuerbar, weshalb die Bezeichnung „fossil“ zutreffend ist.

Was sind fossile Brennstoffe: Beispiele und deren Merkmale

Torf

Torf ist eine Vorstufe der Braun- und Steinkohle und besteht hauptsächlich aus pflanzlichem Material. Gebildet wird es in Mooren, weshalb es prinzipiell eine gewisse Feuchtigkeit aufweist. Wird es jedoch getrocknet, kann es aufgrund der guten Brandeigenschaften verbrannt werden.

Weiterhin lässt sich Torf in verschiedene Kategorien einordnen. Der Grund hierfür ist die jeweilige Verdichtung der Torfart, die mit der Zersetzung des pflanzlichen Materials einhergeht. Unterschieden wird zwischen Weiß- Braun- und Schwarztorf. Die oberste Torfschicht bildet der Weißtorf. Hierbei sind die noch nicht komplett zersetzten Pflanzenstrukturen erkennbar. Die nächsttiefere Schicht wird vom Brauntorf gebildet. Hierbei lassen sich makroskopisch keine Strukturen erkennen.

Der Schwarztorf bildet die unterste Schicht und wird durch den enormen Druck der oberen Schichten deutlich besser komprimiert als der Brauntorf und weist nahezu keinerlei Struktur auf. Je komprimierter der Torf ist, desto höher ist sein Heizwert.

Braunkohle

Bei der Braunkohle handelt es sich um ein Gestein, das aus organischen Substanzen wie z.B. Pflanzen– und Tierresten besteht. Durch die Sedimentation mehrerer Erdschichten erhöht sich, ähnlich wie beim Torf, der Druck auf die tieferliegenden Schichten, was die Kohlebildung zur Folge hat.

Steinkohle

Die Steinkohle kann hierbei als die nächste Stufe der Braunkohle angesehen werden. Sie ist deutlich komprimierter als Braunkohle und weist einen deutlich höheren Heizwert auf. Die für die Entstehung der Steinkohle benötigten Pflanzenmaterialien sind vor etwa 300 Millionen Jahren abgestorben. Im Laufe dieser Zeit haben sich stetig neue Schichten von Torf und Braunkohle darüber gelagert, was zu einem enormen Druckanstieg geführt hat.

Erdöl

Der industriell und finanziell wichtigste fossile Brennstoff ist das Erdöl. Anders als die Torf- und Kohlearten entsteht Erdöl hauptsächlich durch abgestorbene marine Lebewesen wie z.B. Algen. Diese marine Biomasse wird durch weitere Schichten im Laufe der Zeit komprimiert, wodurch sich am Ende flüssige Kohlenwasserstoffverbindungen bilden, die als Erdöl bezeichnet werden.

Fossile Brennstoffe als Energieträger

Mit Beginn der industriellen Revolution stiegen die Förderraten von fossilen Energieträgern immens. Der weltweite Energiebedarf wurde teilweise zu 80% durch fossile Energieträger gedeckt. Die enorme Menge an Energie, die in den fossilen Brennstoffen steckt, liegt im jeweiligen Kohlenstoffgehalt begründet. Wie eingangs erwähnt, werden bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe CO2, Wärme, Wasser und verschiedene andere Stoffe freigesetzt.

Aufgrund des enormen Ausstoßes von CO2 und anderen Gasen, die als „Treibhausgase“ bezeichnet werden, ist die Verbrennung von fossilen Brennstoffen besonders umweltschädlich. Hierzu ist das Verständnis des Treibhauseffektes von Vorteil, um die Konsequenzen zu verstehen, die die globale Umwelt betreffen.

Wie wirken fossile Energieträger auf das Klima und den Treibhauseffekt

Werden sogenannte Treibhausgase wie z.B. Kohlenstoffdioxid, Methan, Schwefelhexafluorid oder auch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) in die Atmosphäre freigesetzt, so hat dies eine indirekte Temperaturerhöhung zur Folge. Die Bildung von Treibhausgasen ist jedoch nicht nur auf menschliche Einflüsse zurückzuführen, sondern auch auf natürliche Prozesse.

Der Treibhauseffekt erfolgt, indem verschiedene Arten von Strahlungen sowohl transmittiert als auch emittiert werden. Hierbei ist insbesondere die kurzwellige Strahlung des Sonnenlichts und die daraus resultierende, langwellige Wärmestrahlung von Bedeutung. Die kurzwellige Sonnenstrahlung trifft zunächst auf die Erdatmosphäre, wo sie durch die verschiedenen Schichten hindurchdringt (transmittiert).

Durch das Auftreffen auf der Erdoberfläche erwärmt sich diese, was zu einer Emission von langwelliger Wärmestrahlung führt. Diese Wärmestrahlung wird jedoch auch reflektiert und trifft dabei auf die oben genannten Treibhausgase. Die Strahlung kann jedoch aufgrund ihrer Wellenlänge nur kaum durch die Treibhausgase transmittieren, was zu einer erneuten Reflektion führt.

Somit pendelt die langwellige Wärmestrahlung zwischen der Erdoberfläche und den Treibhausgasen innerhalb der Atmosphäre, was langfristig zu einer dauerhaften Erwärmung führt. Ursprünglich waren diese Treibhausgase, insbesondere der Wasserdampf, für die Entstehung der Atmosphäre unerlässlich. Dennoch führen diese Treibhausgase bei einem zu starken Ausstoß zu einer Erderwärmung, die etliche Konsequenzen nach sich zieht.

Welche Folgen hat der Einsatz fossiler Brennstoffe

Die überwiegende Konsequenz, die mit dem Treibhauseffekt einhergeht, ist die globale Erwärmung. Der globalen Erwärmung schließen sich weitere Konsequenzen an, die insbesondere ökologische, aber auch soziale und politische Folgen haben. Diese resultieren wiederum aus den entstehenden ökologischen Konsequenzen.

Aus der oben beschriebenen Treibhausgasemission resultiert die Temperaturerhöhung der Erdoberfläche. Zu der Erdoberfläche gehören auch die Weltmeere – diese machen etwa 70% der Erdoberfläche aus. Durch eine Temperatursteigerung der Meere sterben insbesondere temperaturempfindliche Individuen, wie z.B. Korallen.

Da auch die gefrorenen Polkappen von Wasser umgeben sind, können diese durch eine generelle Temperaturänderung schmelzen, woraufhin Eis in großen Mengen in die Meere gerät. Als Folge dessen erhöhen sich die Meeresspiegel, was teilweise zu Überflutungen von meeresnahen Küsten führen würde.

Die terrestrischen Konsequenzen haben ebenso weitreichende Folgen. Einerseits können Dürren entstehen, da der Regen ausbleibt bzw. in anderen Regionen verstärkt abregnet. Durch die anhaltende Trockenheit aufgrund des Wassermangels können nur verringert Pflanzen gebildet werden, deren Blüten wichtige Nahrungsquellen für Insekten darstellen, die diese im Gegenzug bestäuben. Würden die Insekten sterben, würde die Bestäubung von Nutzpflanzen ausbleiben, was teilweise zu verringerten Ernten bzw. Ernteausfällen führen könnte.

Dies waren nur zwei prägnante Beispiele der Konsequenzen, die jedoch verhindert werden können, indem andere Formen von Energieträgern Verwendung finden.

Gibt es Alternativen zu fossilen Energieträgern

Alternative Möglichkeiten zur Energiegewinnung gibt es viele. Eine der bekanntesten Möglichkeiten ist die Photovoltaik, bei der die Lichtstrahlen der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt werden. Doch auch Wind- oder Wasserkraftwerke stellen Möglichkeiten zur alternativen Energiegewinnung dar.

Als Treibstoffalternative zeichnen sich insbesondere Wasserstoff und Biogas aus. Dies hängt jedoch von den jeweiligen Herstellungsbedingungen der Treibstoffe ab. Wird der Wasserstoff beispielsweise durch Abspaltungsprozesse aus Erdöl gewonnen, geht damit kaum einen Vorteil im Vergleich zur klassischen Verbrennung des Erdöls einher.

Wird der Wasserstoff jedoch elektrolytisch aus Wasser gewonnen (beispielsweise durch die Kondensation des Wasserdampfes der Atmosphäre) und der nötige Strom aus anderen alternativen Energiequellen gewonnen, so kann daraus ein ökologischer Energieträger gewonnen werden. Dieser kann entweder direkt wieder verbrannt werden, um beispielsweise in der Stahlindustrie als Brennstoff zu dienen, oder in Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischen Stroms dienen, damit Fahrzeuge betrieben werden können.

Welche Vor- und Nachteile haben fossile Energieträger

Die Vorteile der Verwendung fossiler Energieträger sind hauptsächlich finanzieller Natur. Es besteht eine gute Infrastruktur, die jeweiligen Kraftwerke sind auf die Verwendung einzelner fossiler Brennstoffe spezialisiert.

Außerdem lassen sich große Mengen der fossilen Brennstoffe fördern. Das ist grundsätzlich ein Vorteil, da auch die Heizwerte der einzelnen Energieträger sehr hoch sind. Somit lässt sich viel Energie umwandeln, um damit z.B. noch mehr fossile Brennstoffe aus dem Boden zu fördern, Strom zu erzeugen, Heizkraftwerke zu betreiben oder Autos zu betanken.

Hierin liegt jedoch auch der erste große Nachteil. Der Abbau der fossilen Energieträger passiert deutlich schneller als die Neubildung dieser Brennstoffe. Somit ist irgendwann ein Limit erreicht, an dem es keine fossilen Brennstoffe mehr zu fördern gibt. Außerdem ist die CO2-Bilanz fossiler Brennstoffe nicht optimal, da sie CO2 in die Atmosphäre freisetzen, das vorher nicht in ihr enthalten, sondern im Boden gespeichert war.

Die Verbrennung von Holz hingegen ist ein CO2-neutraler Prozess, da das CO2 im Holz vorher aus der Atmosphäre aufgenommen wurde. Dabei entstehen zwar auch andere Treibhausgase, die CO2-Bilanz allein wäre jedoch neutral. Ein weiterer Nachteil fossiler Energieträger ist bereits beschrieben worden – die globale Erwärmung durch den Treibhauseffekt.

Fazit

Die Verwendung von fossilen Energieträgern zur Stromerzeugung bzw. zur Umwandlung in andere Energieformen ist grundsätzlich positiv zu betrachten, sofern sie nicht in dem Maße praktiziert wird, wie es heutzutage der Fall ist. Fossile Brennstoffe bieten durch ihre relativ hohe Energiedichte eine gute Basis als universeller Energieträger, deren ökologische Konsequenzen im kleinen Maßstab durchaus abzudämpfen wären. Bei weiterer Förderung fossiler Brennstoffe in dem heutigen Maßstab sind die ökologischen Folgen kaum noch abzufangen, wodurch ein Umstieg auf alternative Energiequellen unerlässlich ist.

Literatur

  • Fouad A. S. Soliman (Autor), Ayman Hamid Shanash (Autor), Nehal Abou-alfotoh Ali (Autor), Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien, ISBN: 978-6204497075*
  • Ulrich Wolff (Autor), Wohlstand oder Katastrophe?: Warum die Nutzung fossiler Brennstoffe eingestellt werden sollte, ISBN: 978-3833451294*
  • Dieter Helm (Autor), Burn Out: Der Klimawandel und das Endspiel der fossilen Brennstoffe, ISBN: 978-3784434261*
  • Werner Konold (Herausgeber), Wolfgang Werner (Herausgeber), Johanna R. Regnath (Herausgeber), Kohle – Öl – Torf: Zur Geschichte der Nutzung fossiler Energieträger, ISBN: 978-3799515894*

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