Vorkommen, Förderung und Verarbeitung von Erdöl

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Was ist Erdöl?

3. Vorkommen & Erdöl in Deutschland

4. Methoden der Erdölförderung

5. Fracking- eine besondere Methode der Förderung

6. Verarbeitung und Verwendung/von Erdöl

7. Cracken/ Hydrocracking- eine besondere Methode der Verarbeitung

8. Ausblick

9. Quellen

1. Einleitung

Erdöl ist ein knappes Gut. Vor vierzig Jahren wurde sogar das vollständige Versagen der Erdölquellen hervorgesagt. Seitdem wurden neue Methoden der Erdölförderung und Verarbeitung entwickelt.

Ziel dieser GFS und Ausarbeitung ist es, das Vorkommen, die Förderung und die Verarbeitung von Erdöl genauer zu beschreiben. Im Folgenden werde ich in Kapitel 2 beschreiben, was Erdöl überhaupt ist und welche unterschiedliche Qualitäten und Zusammensetzungen es hat. In Kapitel 3 wird dargelegt, wo Erdöl vorkommt und welche Rolle es in Deutschland spielt. Im vierten Kapitel werden verschiedene Methoden der Erdölförderung beschrieben und anschließend in Kapitel 5 Fracking als eine besondere Methode der Erdölförderung vorgestellt. In Kapitel 6 werden Verfahren der Aufbereitung von Erdöl beschrieben und in Kapitel 7 die besondere Methode des Crackings bzw. Hydrocrackings hervorgehoben.

2. Was ist Erdöl?

Erdöl ist ein natürliches Gemisch aus einer Vielzahl von Kohlenstoffwasserbindungen, das in der oberen Erdkruste vorkommt. Es ist derzeit einer der wichtigsten Rohstoffe der modernen Industriegesellschaften, fossiler Energieträger, der zum Beispiel für Treibstoffe oder in der chemischen Industrie verwendet wird. Ebenso dient das Öl zur Erzeugung von Elektrizität oder im Gebrauch für Heizungen (1). Erdöl, das bereits gefördert, aber noch nicht verarbeitet wurde, nennt man Rohöl. Mit der Verarbeitung werden Diesel, Heizöle oder andere Formen gewonnen. Schweröle, als weiterer Begriff sind Rückstände aus der Erdölverarbeitung, die Verwendung in Beispiel der Schwerindustrie finden. Dies wird im Folgenden noch genauer erläutert.

Doch wie kommt das Öl überhaupt unter die Erde? – Dem geht ein Prozess von über Millionen von Jahren voraus und ist mit der Entstehung der Erde und deren Gesteinshüllen verbunden (siehe Abb.1). Zuerst sterben Meeresorganismen wie Plankton ab und sinken auf den Meeresboden. Da an das tote organische Material kaum Sauerstoff gelangt, kann der Plankton nicht verwesen und vermischt sich mit Sand und Ton. Dadurch entsteht der sogenannte Faulschlamm, ein feinkörniges, unverfestigtes Erdölmuttergestein. Im weiteren Verlauf kommt es zu Überlagerungen mit Sedimenten, die das Muttergestein verfestigen und es weiter in die Tiefe drückt. In einer Tiefe von 1500 bis 4000 Metern und bei einer Temperatur von 80 bis 150°C brechen die großen Moleküle des Muttergesteins auf. Es entstehen kleine Moleküle, die auch Erdöl-Kohlenwasserstoffe bzw. „Kerogene“ genannt werden. Sie sind der Vorläufer des Erdöls (2,3). Liegen diese Kerogene unter einer porösen Gesteinsschicht und werden diese außerdem von einer undurchlässigen Deckschicht überdeckt, kann Erdöl entstehen.

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Abb. 1: Entstehung von Erdöl

Erdöl ist ein Gemisch in dem Kohlenwasserstoffe überwiegen (siehe Abb.2). Die am meisten vorkommende Kohlenwasserstoffe sind lineare oder verzweigte Alkane, Cycloalkane und Aromaten. Die chemische Zusammensetzung unterscheidet sich nach Fundort des Erdöls. Die Farbe und Konsistenz des Öls variieren zwischen transparent und dünnflüssig bis tiefschwarz und dickflüssig. Durch die im Erdöl enthaltenden Schwefelverbindungen hat es einen charakteristischen Geruch, der entweder angenehm oder abstoßend sein kann ( 4).

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Abb. 2: Zusammensetzung des Rohöls

Unraffiniertes Erdöl, hat mehr als 17.000 Bestand Bildquelle 2 teile. Neben den reinen Kohlenwasserstoffen, deren Anteil sehr variieren kann, und bei Schwerölen und Bitumen zwischen 50% und 97% liegt, gibt es auch Kohlenstoffverbindungen, die Heteroatome, wie Stickstoff, Schwefel oder Sauerstoff. Ebenso findet man im Rohöl Metalle, wie Eisen, Kupfer, Vanadium oder Nickel (5). Erdöl kann je nach Lagerstätte in einer unterschiedlichen Qualität auftreten. Hat das Erdöl einen höheren API-Grad (American-Petroleum-Institute-Grad), hat es eine geringere Dichte und somit eine bessere Fließqualität. Aufgrund des API-Grads wird Erdöl in die Sorten leicht, mittel und schwer eingeteilt. Leichte Sorten sind tendenziell wertvoller und dementsprechend teurer, weil sie leichter zu transportieren ist und in den Erdölraffinerien zu verarbeiten sind.

Neben der Dichte ist der Schwefelgehalt des Rohöles sehr wichtig. Die schwefelarme („süße“) Sorten, wird zur Produktion von Benzin, Dieselkraftstoff, Kerosin oder Heizöl verwendet. Süßes Erdöl benötigt einen geringeren Aufwand als das saure Erdöl mit einem höheren Schwefelgehalt. Oftmals werden aber auch Rohöle verschiedener Lagerstätte so gemischt, dass ein bestimmter Standard erreicht wird (17).

3. Vorkommen & Erdöl in Deutschland

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Abb. 3: Verteilung der deutschen Erdölproduktion

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenDie drei am meisten erdölfördernden Länder sind Saudi-Arabien (585,7 mio. t), Russland (554,3 mio.t) und die Vereinigten Staaten (543,0 mio.t). Am meisten Erdölreserven haben jedoch Venezuela, Saudi-Arabien und Kanada. Die Länder, die am meisten Erdöl importieren sind die Vereinigten Staaten(393,0 mio.t), China (378,7 mio.t) und Indien(215,7 mio.t) (20).

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Auch in Deutschland wird ca. 2,4 Millionen Tonnen an Rohöl jährlich gefördert. Den Großteil des benötigten Erdöls wird importiert. Die wichtigsten Ursprungsländer der deutschen Rohölimporte sind Russland, Norwegen und Großbritannien. Den größten Beitrag der deutschen Erdölförderung leistet Schleswig-Holstein, wo sich das derzeit größte Erdölfeld Deutschlands befindet. Im Wattenmeer steht Deutschlands einzige Bohr- und Förderinsel „Mittelplate“. Mit knapp 34 % dient Niedersachsen der inländischen Erdölproduktion (siehe Abb.7) (18).

4. Methoden der Erdölförderung

Um Erdöl gewinnen zu können, muss man zunächst Erdölfelder finden. Das nennt man auch Prospektion. Heute ist das Ganze deutlich einfacher als früher in den Anfängen der Erdölförderung. Diese wurde systematisch mit dem Beginn der Industriellen Revolution, ab Mitte des 19. Jahrhunderts, betrieben. Zu dieser Zeit musste man sich entweder auf die Suche begeben und schauen, wo Erdöl aus dem Boden austritt, oder Proben entnehmen. Dagegen kann man heute mit dem Verfahren Reflexionsseismik das Erdöl einfach finden. Hierbei werden Schwingungen erzeugt, die dann von dem Erdöl an die Oberfläche zurückgeworfen werden. Wenn man das Erdöl gefunden hat, gibt es unterschiedliche Verfahren, um an das Öl zu gelangen und es zu fördern. Bei allen Verfahren werden zunächst senkrechte Löcher in den Boden gebohrt, das nennt man auch Exploration. Wenn das Öl nah an der Oberfläche liegt, wird es im Tagebau abgebaut. Wenn das Öl hingegen tief im Boden ist, wird ein weiteres Loch, etwa 4000 Meter tief gebohrt und wird mit Bohrsonden oder auch Bohrtürmen zu Tage geführt (6). Da viel Erdöl auch unter der Meeresoberfläche vorkommt, gibt es in Seen oder Meeren Bohrinseln.

In der Ölförderung unterscheidet man zwischen zwei Typen: die konventionelle und die unkonventionelle Ölförderung Bei der konventionellen Ölförderung wird ein unterirdisches Erdöllager angebohrt. Diese stehen unter Druck, so dass das Öl anfangs von selbst entströmt, die sogenannte Primärförderung. Danach können Pumpen die Förderungsmenge vergrößern oder beschleunigen. Mit sekundären Förderungen kann der nachlassende natürliche Druck wieder erhöht werden, indem zum Beispiel Erdgas oder Wasser eingepumpt werden. Außerdem werden zunehmend Tertiärförderungen angewandt, bei denen zum Beispiel Wasserdampf oder Chemikalien die Förderung unterstützen. Selbst dann können noch Reste des Öls unter Tage vorkommen, da es im Gestein gefangen oder zu stark an dem Muttergestein gebunden ist (8)(21). Der andere Typ, die unkonventionelle Ölförderung, wird genutzt, da die konventionellen Lagerstätten immer mehr erschöpft sind. Bei dieser Förderung gibt es ganz unterschiedliche Methoden und auch Vorkommen, die genutzt werden. Zum Beispiel Ölsande, Ölschiefer, Öl aus der Tiefsee oder der Arktis sowie aus anderen Ölstoffen, die im Folgenden vorgestellt werden.

Ölsande:

Es gibt Erdöl, das mit den herkömmlichen Methoden nicht aus dem Boden gepumpt werden kann, weil es extrem zähflüssig oder mit Sand und Wasser vermischt ist. Außerdem kann der Kohlenwasserstoff Anteil bei unter 20% liegen. Ist der Anteil so gering ist die Energietragbarkeit geringer als bei einem hohen Anteil von Kohlenwasserstoffen. Es gibt daher Verfahren, bei denen das Öl oder der Bitumen beispielsweise mittels Wasserdampf aus dem Ölsand und dann abgepumpt werden kann. Die Gewinnung von Öl aus Ölsanden ruft enorme Umweltauswirkungen hervor. Zum Beispiel werden in Kanada viele Felder verwüstet und Flüsse mit dem Abwasser dieses Verfahrens vergiftet. Eine sehr hohe CO2- Emission hat dazu geführt, dass Kanada aus dem Kyoto-Protokoll ausgestiegen ist, um Klimaschutzverpflichtungen nicht mehr erfüllen zu müssen.

Ölschiefer:

Das sind Sedimentgesteine, die etwas Kerogen, eine Vorstufe des Erdöls, enthalten. Wenn man diese stark erhitzt, kann daraus Schieferöl, eine Art von Rohöl, entstehen. Mit Umweltbelastungen ist hier auch zu rechnen, zwar nicht so stark wie bei den Ölsanden, da Schieferöl eine deutlich geringere Energiedichte aufweist als Rohöl und diese Energie auch nicht vollkommen gewonnen werden kann.

Schwer zu förderndes Erdöl:

Dieses Verfahren unterscheidet sich nicht in der Art des Materials und auch nicht so sehr bei den Methoden der Erdölförderung. Es ist aber sehr schwer zu fördern, wie Öl aus der Tiefsee oder der Arktis da die Umgebung schwer zugänglich oder lebensbedrohlich ist. Hier kann es zu erheblich schwereren Unfällen kommen als bei konventionellen Methoden.

Öl aus anderen Stoffen:

Öl kann auch durch Verflüssigung von fester Kohle oder Erdgas gewonnen werden. Diese Rohstoffe werden zunächst gefördert und das Rohöl daraus gewonnen. Manchmal wird auch ein Gaskondensat dazu gerechnet, das ein Produkt der Erdgasförderung ist (9). Dieses Verfahren wurde beispielsweise in Deutschland während dem 2. Weltkrieg eingesetzt, als Erdöl nicht in ausreichender Menge zu Verfügung stand.

Das Abbauen von Erdöl auf dem Land sowie auf Bohrinseln im Meer trägt das Risiko mit sich, da das Öl Feuer fangen kann und die Bohrtürme oder -inseln explodieren können. Beim Abbrennen von Rohöl werden nicht nur giftige Rauchgase freigesetzt, sondern es entstehen auch klebrige Rückstände, die schwerer als Erdöl sind. Diese können im Meer absinken oder im Boden versickern und zu massiven Unterwasserweltschädigungen führen (7).

5. Fracking

Fracking ist eine moderne Methode der Erdölförderung. Fracking ist eine Tertiärförderung. Dort werden senkrecht Löcher in den Boden gebohrt und Maschinen pumpen durch hohen Druck ein Gemisch aus etwa 94,5 % Wasser, 5% Quarzsand und 0,5% Chemikalien, auch Fracturing Fluid genannt, in die Löcher. Dadurch bricht das Gestein auf und das Öl wird freigegeben. Der Quarzsand sorgt dafür, dass die Gesteinsrisse offen bleiben nachdem das Wasser wieder abgeflossen ist. Das zurückfließende Wasser verbleibt zu 50-80% im Boden. Von dem eingepumpten Gemisch tritt ca. ein Drittel innerhalb von 30 Tagen als Rückflusswasser an der Oberfläche des Bohrlochs wieder aus. Das Öl im Rückflutwasser wird von dem Gemisch getrennt und kann dann weiterverarbeitet werden (10).

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Abb. 3: Fracking

Das Fracking bringt Vor- und Nachteile mit sich. Gründe für Fracking liegen zum Beispiel, in der weiteren Ressourcenverfügbarkeit und einem daher insgesamt günstigeren Erdölpreis. Autofahrer oder Haushalte profitieren von den niedrigen Preisen von Benzin oder Heizöl. Ein weiterer Gesichtspunkt ist, das ölimportierenden Länder unabhängiger von den bisherigen Hauptlieferanten sind, wenn sie an eigenes gefördertes Erdöl gelangen. Außerdem schafft Fracking neue Arbeitsplätze. Nach einigen Quellen sind die eingesetzten Chemikalien bei diesem Verfahren in großer Verdünnung ungefährlich für Umwelt und der Gesundheit von Mensch und Tier.

Ebenso gibt es viele Nachteile. Fracking wirkt sich negativ auf die Entwicklung und Verbreitung erneuerbarer Energien aus, wie für Wind, Wasser und Sonnenenergie. Solange die Weltwirtschaft ausreichend mit dem billigen Erdöl versorgt ist, werden diese Ressourcen nicht wie von einzelnen Staaten geplant weiterentwickelt. Da der Ölpreis immer billiger wird, kann dies Wirtschaftskrisen hervorrufen. Kleinere Ölfördernde Staaten, deren Staatsfinanzen im besonders hohen Maße von dem Erdölexport abhängig ist, sind hart von solchen Krisen betroffen. Wie zum Beispiel dem südamerikanischen Staat Venezuela, dem nun die Staatspleite droht. Neben Venezuela oder Saudi-Arabien, leiden auch die Länder Iran, Nigeria, Irak und Russland unter den sehr niedrigen Ölpreisen (19). Ein weiterer Effekt von Fracking ist, dass es die natürliche Struktur der Böden und Gesteinsschichten schädigt, da wichtige Flüssigkeiten entfernt werden und künstliche Risse im Untergrund geschaffen werden. In den betroffenen Regionen ist das Risiko eines Erdbebens deutlich höher. Die Sicherheit der Trinkwasserversorgung ist in der Nähe von Orten an denen Fracking durchgeführt wird gefährdet. Studien belegen viele Fälle von Krankheiten und ein erhöhtes Risiko von gesundheitlichen Schäden auch in Orten in der Nähe. Ein weiterer Punkt ist die drastische Luftverschmutzung. Fracking führt zu einer übermäßigen Freisetzung von Methan und anderen Schadstoffen in die Umgebung. Außerdem wird überschüssiges Gas oft einfach abgefackelt und somit verschwendet (11) (12).

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