Lehrerblatt5

Die Energie in uns (Seiten 10 und 11 der Broschüre « Du und die Energie »)
Die Entstehung von Kohle
Eine lange Geschichte…
Der Ursprung der Kohle geht auf die Versteinerung organischer Stoffe (vor allem Bäume)
zurück.
Die Versteinerungsphase kann Jahrmillionen dauern. Die tote Vegetation eines Sumpfes fällt
schliesslich auf dessen Boden und wird dann wieder mit Schlamm und verschiedenen anderen
Materialien zugedeckt. Diese Sedimentschicht schützt die tote Vegetation gegen eine
Oxidationsreaktion mit Luft. Nach und nach häuft sich die tote Vegetation am Boden des
Sumpfes an und wird dann kontinuierlich mit Sedimenten zugedeckt. Diese Schichten werden
schwer und senken sich allmählich ab. Ausserdem erhöht diese Absenkung die Temperatur
dieser Schichten. Chemische Reaktionen wandeln die organischen Stoffe nach und nach und je
nach den lokalen Gegebenheiten in Torf (was nicht Kohle ist), dann in Braunkohle, in Steinkohle
und schliesslich in Anthrazit (kohlehaltige Gesteine, deren
Kohlegehalte variieren) um.
Während dem Paläozoikum erlebte die Erde besonders günstige
Bedingungen für die Kohleentstehung. Genauer gesagt war dies
während dem Kohlezeitalter (vor 360 bis 300 Millionen Jahren).
Es ist nicht einfach, Kohle zu importieren, da grosse Mengen davon
nicht leicht über grosse Distanzen transportiert werden können.
Die Entstehung von Erdöl und Erdgas
Ebenfalls eine lange Geschichte…
Kohlenwasserstoffe
sind
chemische
Verbindungen,
welche
ausschliesslich
aus
Kohlenstoffatomen C und Wasserstoffatomen H bestehen. Erdgas besteht zum Beispiel
hauptsächlich aus Methan CH4, welches also ein Kohlenwasserstoff darstellt. Ebenso kann Rohöl
Verbindungen wie Cyclohexan C6H12, Penten C5H10 und Oktan C8H18 enthalten, welche alle
ausschliesslich aus Kohle- und Wasserstoffatomen bestehen und daher Kohlenwasserstoffe
darstellen.
Tote Pflanzen und Tiere erfahren unter bestimmten geologischen Bedingungen in mehreren
Dutzend Jahrmillionen langsame Umwandlungen in Kohlenwasserstoffe. Diese toten Pflanzen
und Tiere sind der Wirkung anaerober, ohne Luft lebender Bakterien unterworfen, wenn sie sich
mit Sedimenten am Grund der Meere oder im Delta eines Flusses mischen. Das Ganze wird
erhärten und sogenanntes Meeresgestein bilden. Diese Schicht wird sich unter ihrem eigenen
Gewicht absenken und durch neue Sedimente bedeckt werden. Die Temperatur erhöht sich mit
der Tiefe der Absenkung sowie dem vorherrschenden Druck.
In einer ersten Phase wandelt sich das organische Material in Kerogen um, welches sehr
verschiedenartige Verbindungen mit Kohlestoff-, Stickstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen,
aber auch Wasser und Kohlendioxid CO2 enthält. Indem
es sich weiter absenkt, wandelt sich das Kerogen
teilweise in Kohlenwasserstoffe um. Im Bereich zwischen
ungefähr 2'000 und 5'000 Metern Tiefe sind
Kohlenwasserstoffe flüssig und bilden Erdöl. Wenn
Kerogen
grössere
Tiefen
erreicht,
sind
die
Kohlenwasserstoffe eher gasförmig.
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Das Erdöl wird in riesigen, Supertanker genannten Booten transportiert. Es kann auch mittels
Erdölpipelines befördert werden. Das Methan wird seinerseits zuerst verflüssigt (damit es
weniger Volumen als in Gasform beansprucht) und dann in Gastankern genannten Schiffen oder
mittels Gaspipelines befördert.
Die Urangewinnung
Oder wie man wie man zu einem gelben Kuchen gelangt…
Uran ist ein radioaktives, chemisches Element. Wie beim Thorium (ein anderes chemisches,
radioaktives Element) erlaubt es auch seine Radioaktivität, unter der Erdkruste eine erhöhte
Temperatur aufrechtzuerhalten. Diese erhöhte Temperatur ist der Ursprung der Erdwärme.
Der Urangehalt des Untergrundes liegt bei etwa 3 Gramm pro Tonne Erdmaterial. Sogar Meeroder Flusswasser enthält Uran, jedoch in tausendmal kleineren Mengen (durchschnittlich 3
Milligramm pro Kubikmeter Meerwasser; die Rhone enthält ungefähr ein halbes Milligramm
Uran pro Kubikmeter).
Die Minenvorkommen, deren Gesteine reich an Uran sind, befinden sich mehrheitlich in Kanada,
Australien, Kasachstan, Namibia, Russland und im Niger.
Das chemische Element Uran ist in Gesteinen (uranhaltige Erze) enthalten und muss daraus
extrahiert ('herausgeholt') werden. Nach verschiedenen physikalischen und chemischen
Behandlungen erhält man einen 'yellowcake' genannten gelben Teig. Um ein Kilogramm
'yellowcake' zu erhalten, muss man etwa zwei Tonnen Erze behandeln.
Eine Tonne 'yellowcake' enthält etwa 750 kg Uran. Der 'yellowcake'
wird in Metallfässern mittels Schiffen und Lastwagen in verschiedene
Länder transportiert.
Allerdings ist 'yellowcake' nicht so reich an Uran 235 (ein besonderes
Atom, welches für den Betrieb von Atomkraftwerken verwendet wird).
Es wird also gemäss verschiedenen Verfahren behandelt, um
Kernbrennstoff für Atomkraftwerke zu gewinnen.
Was ist der Unterschied zwischen einem Elektro- und einem
Hybridauto?
Ein oder zwei Motoren…
Ein Hybridauto verfügt mindestens über zwei verschiedene Energiequellen. Typischerweise
Strom und Benzin (oder Diesel). Das Hybridauto weist also zwei Motoren auf: Beim einen
handelt es sich um einen Elektromotor und beim anderen um einen Benzin- oder Dieselmotor.
Ein Elektroauto arbeitet nur mit einer einzigen elektrischen Energiequelle (weist also nur einen
einzigen Motor, einen Elektromotor, auf).
Allgemein läuft beim Starten der Elektromotor und dann, bei ungefähr 30 km/h, übernimmt der
thermische Motor. Wenn das Auto bremst oder sich verlangsamt, werden die Batterien stets
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nachgeladen. Die Tatsache, dass auf diese Weise elektrische Energie wiedergewonnen werden
kann, erlaubt es, den Benzin- oder Dieselverbrauch des Fahrzeuges zu senken.
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Experiment: Das Actio-Reactio-Prinzip
Entgegengesetzte Kräfte und dennoch…
Das Actio-Reactio-Prinzip (man spricht auch vom Wechselwirkungsprinzip oder auch vom 3.
Newtonschen Gesetz) wird wie folgt ausgedrückt: Wenn ein System A eine Kraft FA auf ein
System B ausübt, übt das System B eine exakt entgegengesetzte und gleich grosse Kraft FB auf
das System A aus.
Man kann dies wie folgt veranschaulichen:
FB
FA
System A
System B
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