Natürliche Ressourcen * Erdöl

Ressourcen
Thema: Klimawandel
Ausbildung: FaGe
Lehrer/in: P Giovanoli
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Natürliche Ressourcen – Erdöl
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Streichen Sie sich während des Lesens alle Dinge an, die aus Erdöl hergestellt werden!
Der Fastalleskönner
Waschmittel, Medikamente, Barbiepuppen – vielen Dingen sieht man nicht an, dass in
ihnen Erdöl steckt. Und schon gar nicht, wie kostbar der Stoff ist: 25 Tonnen
Pflanzenmasse mussten vor Urzeiten für einen Liter Benzin heranwachsen.
Vor fast genau 150 Jahren hatte der kanadische Arzt und Geologe Abraham Gessner eine
folgenreiche Idee: Er liess ein Verfahren patentieren, mit dem er aus Erdöl Petroleum
gewinnen konnte. Mit der Petroleumlampe begann der Siegeszug des Öls. Der
Verbrennungsmotor machte den Rohstoff bald unentbehrlich, sogar die Kohle hatte das
Nachsehen. Bis heute liefert das Öl einen Grossteil der Energie, die die
Industriegesellschaft zum Funktionieren braucht. Denn wer nicht mit Muskelkraft
anpacken will, wer auf Maschinen und Automation setzt, muss die Kraft aus Motoren
schöpfen.
Kolbenkraft und Muskelkraft, kaltes Metall und lebende Zellen – sie haben auf den ersten
Blick nichts miteinander gemein: Während das Aggregat Benzin als Treibstoff nutzt,
bevorzugt der menschliche Organismus Brötchen oder Schnitzel. Doch aus der Sicht der
Chemiker gibt es erstaunliche Parallelen: Hier wie dort liefert die Verbrennung von
Kohlenstoff die Energie. In den Zylindern explodieren Kohlenwasserstoffe und treiben die
Kolben, in den Zellen oxidieren Kohlenhydrate und bewegen die Muskelfasern. Selbst die
beiden Treibstoffe, Benzin und Brötchen, sind wie Geschwister, sie haben denselben
Ursprung: die Photosynthese. Die Energie, die wir uns mit dem Frühstücksbrötchen
einverleiben, haben Getreidepflanzen im Lauf ihres Lebens mit Hilfe von Sonnenlicht
gesammelt. Sogar im Schnitzel steckt Sonnenenergie, die das Rindvieh mit seiner
Grasnahrung getankt hat. Und das Erdöl ist ebenfalls prall gefüllt mit solcher
Lebensenergie, denn es ist aus organischem Material entstanden.
Erdöl stammt vor allem aus pflanzlichem Plankton, dem Phytoplankton, das seit
Jahrmilliarden in riesigen Mengen im Meer treibt. Die winzigen Organismen nehmen mit
dem Chlorophyll Sonnenenergie auf und entreissen damit dem Wasser Wasserstoffatome.
Die bauen sie in Kohlendioxid ein und bilden damit energiereiche Kohlenhydrate wie
Glucose oder Fructose. Bei dieser chemischen Reaktion, der Photosynthese, wird
Sauerstoff frei. Der gesamte Sauerstoff in der Atmosphäre, ohne den kein Mensch leben
könnte, ist nichts anderes als ein Abfallprodukt der pflanzlichen Energiegewinnung. Was
mit dem Brötchen im menschlichen Körper passiert, ist das Gegenstück zur
Photosynthese: Der Mensch entreisst der Pflanzenkost die Energie wieder, die das Grün
gesammelt hat. Dafür braucht er den Sauerstoff der Atemluft, wobei Kohlendioxid als
Abfall zurückbleibt.
Wenn ein Bauer sein Weizenfeld bestellt, landet der grösste Teil der eingefangenen
Sonnenenergie beim Bäcker im Brot und dient letztlich der menschlichen Mobilität. Das
ist beim Öl anders: Nur ein winziger Teil des abgestorbenen Planktons wird zu Erdöl.
Denn in der freien Natur streiten unzählige Organismen um die kostbare Energie.
Fast das ganze Phytoplankton wird, bevor es auf den Meeresboden gesunken ist, von
winzigen Tierchen, dem Zooplankton, gefressen. Am Grund geht das Mahl weiter:
Bakterien kämpfen um die wertvollen Ablagerungen und zersetzen die Biomasse. Sie
saugen noch den letzten Rest Energie aus dem Abfall. Erdöl kann sich nur dort bilden, wo
die Umstände dem grossen Fressen Einhalt gebieten: kaum Sauerstoff und hoher
Salzgehalt, das hält die hungrigen Mäuler in Schach. Solche Bedingungen herrschen in
manchen ruhigen Meeresbuchten oder kleinen Randmeeren wie derzeit am Grund des
Schwarzen Meers. Hier wird das Öl geboren, das in vielen Millionen Jahren gefördert
werden kann.
Jeffrey S. Dukes von der Universität von Utah geht davon aus, dass nur der
zehntausendste Teil des Pflanzenmaterials im Erdöl landet. Mit dieser Annahme hat der
Biologe durchgerechnet, was es bedeutet, Auto zu fahren: Für jeden Liter Benzin, so sein
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erstaunliches Fazit, mussten rund 25 Tonnen Pflanzenmasse heranwachsen. Auf der
Fahrt von Bern nach Zürich jagt man die Ernte eines Grossbauern durch die Zylinder: Die
verbrannte Menge an Grünzeug entspricht einem Weizenfeld von 61 Hektaren, Stengel
und Wurzeln inklusive.
Mit dem Absinken des Planktons in den lebensfeindlichen Faulschlamm fängt die
Erdölentstehung erst an, es vergehen noch mehrere zehntausend Jahre, meist sogar
Jahrmillionen. Zunächst legt sich feiner Schlick auf die organische Substanz, die dadurch
immer tiefer in den Meeresboden sinkt. […] Mit jedem Kilometer, den [die Substanz]
tiefer sinkt, steigt die Temperatur um durchschnittlich 33 Grad. Die Hitze knackt die
Riesenmoleküle. Immer mehr Bestandteile platzen ab, schliesslich bilden sich die
begehrten Kohlenwasserstoffe, ähnlich wie in einer Raffinerie.
Das meiste Erdöl entsteht bei Temperaturen zwischen 100 und 150 Grad, in einer Tiefe
von 2,5 bis 4 Kilometern. Allerdings steckt das Öl nun, fein verteilt, im feinkörnigen
«Muttergestein» fest, aus dem es kein Mensch fördern könnte. Doch der Druck des
Gesteins presst es im Lauf der Jahrtausende wie aus einem Schwamm heraus und lässt
es aufsteigen. Findet das relativ leichte Erdöl keinen Widerstand, steigt es durch Klüfte,
Spalten und Kapillaren bis zur Erdoberfläche. […]
Doch oft versperren undurchlässige Gesteinsschichten den Weg nach oben. Wenn die
Barrieren gefaltet sind, sammelt sich der Rohstoff in den Falten wie in natürlichen Fallen.
Mit raffinierter Technik durchleuchten Geologen den Untergrund auf der Suche nach
diesen verborgenen Lagerstätten. Sie können überall fündig werden, denn die Landschaft
hat sich im Lauf der Erdgeschichte völlig verändert: Wo früher ein ruhiges Meer war,
erhebt sich jetzt vielleicht ein Gebirge oder brennt die Sonne auf eine Sandwüste herab.
Das Erdöl, das schliesslich aus den Löchern sprudelt oder heraufgepumpt wird, ist ein
Sammelsurium chemischer Verbindungen. […]
Rohöl besteht vor allem aus Kohlenstoff (83 bis 87 Prozent) und Wasserstoff (11 bis 15
Prozent). Dazu kommen geringe Mengen von Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff sowie
Spuren anderer Elemente. Die Energie steckt in den Kohlenwasserstoffen, von denen es
unendlich viele gibt. […]
Damit das Rohöl mit all seinen unterschiedlichen Bestandteilen genutzt werden kann,
muss es in einer Raffinerie aufgearbeitet werden. Dort wird es in die verschiedenen
Produkte umgewandelt, die der Mensch gewinnen will: Propangas für Camper, Benzin
fürs Auto, Diesel für Lastwagen, leichtes Heizöl für die Heizung bis hin zu Schmierstoffen
für Maschinen und Bitumen für den Strassenbau. Da die Substanzen bei
unterschiedlichen Temperaturen sieden, lassen sie sich relativ leicht voneinander
trennen. In gewaltigen Destillationstürmen kocht das Rohöl bei Temperaturen von
mehreren hundert Grad auf. Die Gase sammeln sich unter der Decke, Benzin schlägt sich
in der oberen Etage nieder, das schwere Heizöl unten. Doch in den Raffinerien passiert
noch mehr: In grossen Reaktoren werden schwere Kohlenwasserstoffe mit Hitze,
Katalysatoren und Wasserstoff zerbrochen, «gecrackt». Das erhöht die Ausbeute an den
begehrten leichten Fraktionen wie dem Benzin.
Etwa 15 Prozent des Erdöls werden nicht in Motoren oder Heizungen verfeuert, sondern
dienen der chemischen Industrie als Basis für ungezählte Produkte. Die Petrochemie
greift auf eine lange Reihe von Erdölbestandteilen zurück wie Ethylen, Benzol, Phenol
oder Synthesegase. Vielen Dingen des täglichen Lebens sieht man nicht an, dass in ihnen
Erdöl steckt: im Waschmittel (Tenside), im Dünger (Ammoniumsalze), in Medikamenten
wie den Sulfonamiden (Ammoniak), aber vor allem im Kunststoff. Aus einer
überschaubaren Anzahl von Grundstoffen, die das Erdöl liefert, puzzeln die Chemiker
unzählige Sorten von Plastik zusammen. Hier bei hilft ihnen vor allem der Kohlenstoff,
das vielseitigste Element. Nicht umsonst hat ihn sich die Natur als Basis gewählt, er kann
Abermillionen verschiedener Verbindungen eingehen.
Fast alle Substanzen, die aus dem Erdöl gewonnen werden, lassen sich auch aus
lebenden Pflanzen extrahieren. Experten und Politiker denken inzwischen über eine
Umstellung nach, weil die Erdölreserven begrenzt sind. Die USA wollen bis 2030 einen
Viertel aller petrochemischen Produkte aus Biomasse herstellen, in der EU gibt es
ähnliche Bestrebungen. Auch die Kraftstoffe sollen dann zu einem Fünftel aus
nachwachsenden Rohstoffen wie Raps oder Zuckerrohr stammen. Hier schliesst sich der
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Kreis zwischen Benzin und Brötchen: Die vom Grün eingefangene Sonnenenergie soll
nicht mehr den langen Umweg über das Erdinnere nehmen, sondern sofort genutzt
werden. Denn Nachhaltigkeit, wie sie die Weltgemeinschaft 1992 auf dem Weltgipfel in
Rio als Ziel vereinbarte, verlangt kurze Wege.
Dass man die gesamte Kunststoffproduktion auf Biomasse als Ausgangsstoff umstellen
kann, hat das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal bei Karlsruhe
bereits nachgewiesen. Und ein erstes Produkt kreiert: Den Chemikern ist es gelungen,
aus dem Holzbestandteil Lignin, der bei der Papierherstellung als Abfall anfällt, einen
hochwertigen Kunststoff zu erzeugen. Lautsprecherboxen aus dem Pflanzen-Polymer
sehen zwar aus wie Plastik, wie Fraunhofer-Sprecher Karl-Friedrich Ziegahn sagt, aber
«sie riechen nach Holz».
Klaus Jacob ist freier Wissenschaftsjournalist. Er lebt in Stuttgart.
Aufgaben:
1. Nennen Sie fünfzehn Dinge, die aus Erdöl hergestellt werden!
Siehe rot Angestrichenes
2. Woher stammt die Energie in Erdöl ursprünglich?
Aus Plankton (tierischen und pflanzlichen Kleinstlebewesen),
Sonnenlicht Energie gespeichert haben
die
mit
Hilfe
von
3. Wie lange dauert die Entstehung von Erdöl?
Jahrmillionen
4. Wie viel Erdöl kann die Menschheit maximal pro Jahr verbrauchen, wenn der Vorrat
nicht aufgebraucht werden soll?
So viel wie im Jahr entsteht
5. Erklären Sie die Parallele Muskelkraft und Motorenkraft:
Sowohl Weizen wie auch Plankton speichern mit Hilfe von Sonnenlicht Energie, die dann
an Muskeln (im Brötli) oder Motoren (im Erdöl/Benzin) abgegeben wird.
6. Zeichnen Sie den Kreislauf CO2 und O2 (Sauerstoff) in einem einfachen Schema.
7. Stellen Sie ein Zukunftsszenario auf:
Entweder wir suchen noch viel mehr Erdölquellen und beuten diese bis zum letzten
Tropfen aus, oder wir sparen und brauchen viel weniger (z.B. Autos, die mit 1 Liter 100
km machen) oder wir ersetzen Erdöl durch anderes, z.B. Kunststoffe, die direkt aus
Pflanzen entstehen (Siehe Ende des Artikels).
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Entstehung des Erdöls
Fassen Sie die Entstehung von Erdöl in eignen Worten zusammen!
1
2
1.__ablagern
von
Plankton________________
______________________
______________________
______________________
3
4
2._____________________
____Ablagerung
bedeckt
und
(Ölschiefer),
wird
gepresst
durch
Druck
erhitzt
laaaaaaaaaaaaaaangsam
und
in
Erdöl umgewandelt
3.___Das Erdöl drückt sich durch Gesteinsschichten nach oben bis es
gestoppt wird.
4._____Erdöl wird gefunden und gefördert (rausgepumpt)___
Raffinierung von Erdöl
Durch Erhitzen und langsames Abkühlen werden die
einzelnen Bestandteile
getrennt.
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