Kohle

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Kohle / Anthrazitstück
Foto: Rainer Schwarz
Lagerung von Anthrazikohle. Im Vordergrund die Kohlenschütte und der Metalleimer für Asche Foto: BR
Kohle im Tender einer Dampflok (P 8).
Foto: BR
Kohlehalde im Ruhrgebiet
Foto: Rainer Schwarz
Ein Brikett aus Braunkohle und deshalb keine so gute Verbrennung
Foto: BR
Geschlossener Kamin mit hohem Heizwert mittels Anthrazit
Foto: BR

Kohle (von altgerm. kolo = „Kohle“) ist ein schwarzes oder bräunlich-schwarzes, festes Sedimentgestein, das durch Carbonisierung von Pflanzenresten (Inkohlung) entstand und zu mehr als 50 Prozent des Gewichtes und mehr als 70 Prozent des Volumens aus Kohlenstoff besteht. Die Steinkohle wird auch "Schwarzes Gold" genannt.

Kohle ist ein Energieträger und wird vom Menschen als fossiler Brennstoff verwendet. Fördermengen der einzelnen Kohlearten finden sich unter Kohle/Tabellen und Grafiken.


Entstehung

Das Ausgangsmaterial von Kohle ist hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs wie beispielsweise Farne (Baumfarne). Im Karbon, der erdgeschichtlichen Entstehungszeit der heute abbaubaren Steinkohle, herrschte ein sehr warmes und feuchtes Klima mit einem ausgeprägten Pflanzenwachstum. Beim Absterben einzelner Pflanzen versanken diese im Sumpf und wurden so dem normalen aeroben Zersetzungsprozess entzogen. Es entstand Torf.

Bei Meereseinbrüchen wurden diese Sümpfe mit Sedimenten bedeckt. Unter dem wachsenden Druck und der erhöhten Temperatur begann der Prozess der Inkohlung. Der Druck presste das Wasser aus dem Torf und es entstand zuerst Braunkohle. Der zu dieser Zeit noch geringe Druck presste nur wenig Wasser aus der Kohle. Mit der Ablagerung weiterer Schichten erhöhte sich der Druck und immer mehr Wasser wurde aus der Kohle heraus gepresst. Nach und nach wurde aus der Braunkohle Steinkohle und mit nochmals mehr Druck Anthrazit. Deshalb ist die wirtschaftliche Qualität der Kohle besser, die tiefer in der Erde liegt und älter ist.

Insbesondere während des Karbons vor etwa 280 bis 345 Millionen Jahren entstanden mächtige Steinkohlelagerstätten, die heute zu den weltweit wichtigsten Energielieferanten zählen. Die Braunkohlelagerstätten sind wesentlich jünger und sind im Tertiär vor 2,5 bis 65 Millionen Jahren entstanden.

Link zu einem Schema zur Entstehung von Kohle


Verwendungszweck

Kohle wird überwiegend als fester Brennstoff benutzt, um Wärme durch Verbrennung zu erzeugen. Dabei entstehen Kohlendioxid, Wasserdampf und andere Gase wie Schwefeldioxid. Um elektrische Energie zu erzeugen, wird mittels der Wärme Wasserdampf erzeugt, der wiederum Turbinen antreibt. Um zu vergleichen, welche Energiemenge mit welcher Kohle gewonnen werden kann, bedient man sich meist der Steinkohleeinheit.

2003 wurden weltweit 24,4 % der Primärenergie und 40,1 % der Elektroenergie durch die industrielle Nutzung von Kohle als Brennstoff erzeugt. Steinkohle und Braunkohle sind dabei in etwa gleich stark vertreten.

Moderne Kohlekraftwerke setzen eine Vielzahl von Techniken ein, um die Schädlichkeit der Abfallprodukte zu beschränken und gleichzeitig die Effizienz des Verbrennungsprozesses zu steigern. In einigen Ländern sind diese Techniken allerdings nicht weit verbreitet, zumal sie die notwendigen Investitionen für ein solches Kraftwerk erhöhen.

Ein nicht unbeträchtlicher Teil der Kohle wird nach ihrer Verkokung (siehe auch Koks) zur Reduktion von Erzen, hauptsächlich Eisenerz, in Hochöfen verwendet.

Ab dem 19. Jahrhundert fand die Kohle auch Verwendung zur Herstellung von Stadtgas, welches für die Straßenbeleuchtung und das Kochen sowie Heizen verwendet wurde. In Gaswerken gewann man das Stadtgas durch die Trockendestillation aus der Kohle - ein Nebenprodukt war der Koks. Im 20. Jahrhundert wurde das Stadtgas weitgehend durch das Erdgas ersetzt.

Im 18. Jahrhundert wurde Braunkohle unter dem Namen Umber oder Cöllnische Erde als Farbpigment verwendet.



Fotos: Rainer Schwarz
Zeche Zollverein Essen
Ab dem 11. Januar 2010 ist das Ruhr Museum täglich zwischen 10.00 und 19.00 Uhr geöffnet und präsentiert auch für Kinder und Jugendliche ein umfangreiches Programm.

Die Zeche Zollverein Essen ist WELTKULTURERBE und immer ein Besuch wert!



Steinkohlekraftwerk Hamm welches 2012 den Betrieb aufnehmen soll.
Fotos: Rainer Schwarz; Michael Wöstheinrich.
IMG 7238.jpg
Windkrafträder, Öltanks und ein Kohlekraftwerk in Wilhelmshafen.
Foto: BR 0810
Neubau eines Kohlkraftwerkes in Wilhemshafen.
Foto: BR 0810

Umweltproblematik

Bei der Verfeuerung von Kohle entsteht sehr viel klimaschädliches CO2. Insbesondere Braunkohlekraftwerke mit ihrem vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad stoßen sehr viel davon aus. Die CO2-Freisetzung ist prinzipbedingt und kann nicht verhindert werden, sondern nur durch einen besseren Wirkungsgrad der Kraftwerke und dadurch geringeren Kohleverbrauch in Maßen reduziert werden. Das Schwefeldioxid, das vor allem bei der Verbrennung von Braunkohle entsteht, ist mitverantwortlich für den Sauren Regen. Bei modernen Stein- und Braunkohlenkraftwerken werden die Abgase in Rauchgasentschwefelungsanlagen (siehe auch REA, REA-Gips) von Schwefeldioxid, durch katalytische (SCR) oder nichtkatalytische (SNCR) Entstickung von Stickoxiden und in elektrischen Abscheidern von Staub gereinigt.

Die Gewinnung von Braunkohle im Tagebau ist mit einem immensen Flächenverbrauch verbunden. Um Lagerstätten möglichst vollständig hereingewinnen zu können, werden bisweilen ganze Dörfer umgesiedelt, was zu Konfliktpotenzial mit der Bevölkerung führen kann (siehe auch Liste abgebaggerter Ortschaften). Unter Umständen werden auch ökologisch wertvolle Gebiete zerstört – ein aktuelles Beispiel (Stand Jan 2006) ist die Lacomaer Teichlandschaft und das Dorf Lacoma/Lakoma, die dem von Vattenfall Europe betriebenen Tagebau Cottbus-Nord weichen sollen.

In Braunkohletagebauen können ähnlich wie bei weiten, trockenen Äckern in der Landwirtschaft große Staubmengen entstehen. Daher ist der Einsatz von effizienter Staubbekämpfungstechnik unerlässlich.

Ein weiterer Aspekt ist die Absenkung des Grundwasserspiegels auf ein Niveau unterhalb der tiefsten Fördersohle im Braunkohlentagebau. Dies geschieht mit Tauchpumpen in extra dafür geschaffenen Brunnen. Eine Absenkung des Grundwasserspiegels kann negative Auswirkungen auf die Flora haben, da obere Bodenschichten trockenfallen können. Auch führt die Absenkung zu einem Trockenfallen nahegelegener Brunnen, die ihr Wasser aus dem betroffenen Grundwasserleiter beziehen.

Umgekehrt führt eine Stilllegung eines Tagebaus zur Erhöhung des Grundwasserspiegels, sobald die Tauchpumpen abgestellt werden. Dies kann bei den in der Umgebung erbauten Gebäuden zu großen Schäden führen. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Umgebung der Stadt Korschenbroich, deren Bewohner seit der schrittweisen Stilllegung des Tagebaus Garzweiler I mit dem steigenden Grundwasserspiegel zu kämpfen haben.


Vorräte

Die förderfähigen Reserven wurden 2004 auf weltweit 783,1 Mrd. t SKE Kohle geschätzt. Davon entfallen 27 % auf die USA, 16 % auf Russland, 12 % auf China, 12 % auf Indien, 7 % auf die Europäische Union (EU-25) und ebenfalls 7 % auf Australien. Bei gleich bleibendem Verbrauch (2004: 3,8 Mrd. t SKE Kohle) könnte der Bedarf noch für etwa 206 Jahre gedeckt werden.

In Deutschland lagern derzeit etwa 77 Mrd. t Braunkohle, von denen 53 % (ca. 41 Mrd. t) mit dem Stand der heutigen Technologie gewinnbar wären. Damit würden die Vorräte bei konstanter Förderung (2004: 181,9 Mill. t) noch für 225 Jahre ausreichen.

Von den deutschen Steinkohlevorräten gelten rund 24 Mrd. t als gewinnbar. Angesichts einer aktuellen Förderquote von 25,7 Mill. t (2004) ergibt sich eine theoretische Reichweite von über 900 Jahren. Aufgrund ungünstiger geologischer Bedingungen ist zur Zeit jedoch nur ein Teil dieser Vorräte international wettbewerbsfähig förderbar.

Vertreter der deutschen Kohlewirtschaft beziffern deshalb unter Beibehaltung der derzeitigen Fördermengen die Reichweite der deutschen Kohle auf etwa 400 Jahre.

Die US-amerikanische Wissenschaftsakademie "National Academies of Sciences" schätzt in einer im Juni 2007 veröffentlichten Studie [1], dass die Kohlevorräte in den USA bei gleichbleibendem Verbrauch entgegen den Erwartungen nur noch für 100 Jahre reichen.


Braunkohle wird heute - gemahlen und getrocknet - fast ausschließlich als Brennstoff für die Stromerzeugung genutzt. Der Anteil der Förderung, der zu Briketts gepresst wird, ist erheblich zurückgegangen. Braunkohle ist bräunlich bis schwarz und hat mit bis zu 50 Prozent einen hohen Feuchtigkeitsanteil. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt bei 65-70 % in der wasserfreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 3%. Sie wird im Tagebau abgebaut.

In Deutschland gibt es drei große Braunkohle-Reviere:

Das größte deutsche Braunkohleunternehmen ist die RWE Rheinbraun AG in Köln, Ihre Briketts werden unter dem Namen Union-Brikett vermarktet.

Entstehungszeit der Braunkohle ist das Tertiär. Wie bei der Steinkohle, spielt auch hier das Holz abgestorbener Bäume eine Rolle, welches unter Druck und Luftabschluss den Prozess der Inkohlung durchlief. Jedoch ist Braunkohle in einem jüngeren Erdzeitalter entstanden, deswegen unterscheidet sie sich qualitativ von der Steinkohle zum Beispiel durch einen höheren Schwefelgehalt und eine grobe, lockere und poröse Grundmasse, in der auch große Einschlüsse (mitunter ganze Baumstubben) zu finden sind.

Bei der Braunkohle unterscheidet man die Glanzbraunkohle, Mattbraunkohle und die Weichbraunkohle. Die Sorten mit einem hohen Anteil flüchtiger Bestandteile lassen sich in einer Kokerei zu Koks verarbeiten. Je nach Temperatur des Verfahrens erhält man Schwel- oder Grudekoks. Braunkohlenkoks wird in erster Linie im großtechnischen Maße zur Filtration verwendet, wobei das Material die im Labormaßstab übliche Aktivkohle aus Holz ersetzt.

Huflattich ist laut des Heilpflanzenbuches von Gerhard Madaus von 1938 die einzige Pflanze, die problemlos auf reiner Braunkohle gedeihen kann.

Bei der Braunkohlenverfeuerung fällt als Nebenprodukt Braunkohlenflugasche an.

Siehe auch: Liste deutscher Tagebaue für eine Auflistung der deutschen Gebiete, in denen Braunkohle gefördert wird.


Steinkohle

Steinkohle ist ein Sammelbegriff für höherwertige Kohlen. Entstehungszeit der Steinkohle ist das Karbon. Entstanden ist sie aus großen Urwaldbeständen, die im Prozess des Absterbens große Mengen Biomasse anhäuften, ähnlich wie in einem Torfmoor zur heutigen Zeit. Diese Ablagerungen wurden teilweise in regelmäßigen Abständen (deswegen gibt es im Steinkohlebergbau meist mehrere Flöze) durch andere Sedimente wie Tone und Sand/Sandsteine abgedeckt. Dadurch wurde das organische Ausgangsmaterial unter Luftabschluss und hohen Drücken und Temperaturen solange verdichtet und umgewandelt, bis ein fester Verbund aus Kohlenstoff, Wasser und unbrennbaren Einschlüssen in Form von Asche entstand. Steinkohle zeichnet sich durch eine schwarze, feste Grundmasse aus, in welcher mitunter Einschlüsse und Abdrücke prähistorischer Pflanzen zu finden sind.


Abbaureviere in Deutschland:

Der Abbau von Steinkohle erfolgt in Deutschland in Bergwerken von bis zu 1750 Meter Teufe. Hereingewonnen wird sie entweder mit dem Kohlenhobel oder dem Walzenschrämlader. In Kolumbien, Südafrika oder Australien kann die Kohle billiger als in Deutschland gefördert werden. Daher kommt sie auch in deutschen Kraftwerken häufiger zum Einsatz als heimische Kohle. Damit in Deutschland nicht ausschließlich Kohle aus dem Ausland verstromt wird, existiert die Steinkohlesubvention.

Ruhrkohlen werden nach dem Gehalt an Flüchtigen Bestandteilen (F.B.), bezogen auf die wasser- und aschefreie Kohle (abgekürzt: waf), in folgende Kohlenarten eingeteilt:

  • Gasflammkohlen [> 35 % F.B. (waf)],
  • Gaskohlen [35 - 30 % F.B. (waf)],
  • Fettkohlen [30 - 20 % F.B. (waf)],
  • Esskohlen [20 - 14 % F.B. (waf)],
  • Magerkohlen [14 - 10 % F.B. (waf)],
  • Anthrazit [< 10 % F.B. (waf)].


Fettkohle ist eine dichte Kohle, für gewöhnlich schwarz, manchmal dunkelbraun, oft mit gut erkennbaren hellen und matten Streifen und wird überwiegend als Brennstoff in der Energieerzeugung genutzt. Ein großer Teil wird auch zur Erzeugung von Wärme in der Industrie oder zur Gewinnung von Koks eingesetzt. Fettkohle ist die häufigste Kohlenart im Ruhrgebiet. Ihr Feuchtigkeitsgehalt liegt für gewöhnlich unter 20 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt bei ~88 % in der wasserfreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 1%. Ein weiteres Kennzeichen der Fettkohle ist ihr hoher Anteil an flüchtigen Bestandteilen. Deshalb verbrennt Fettkohle mit einer langen, leuchtenden und stark rußenden Flamme.


Esskohle

Esskohle ist wie die Fettkohle dunkel, hat einen geringeren Anteil an flüchtigen Bestandteilen (bis 19%) und eine höheren Kohlenstoffanteil (bis 90%). Aus Esskohle entsteht ein gesinterter Koks, welcher mit kurzer Flamme und vergleichsweise wenig Rauchentwicklung verbrennt und deshalb besonders für die Hausbrandkessel geeignet ist.


Anthrazikohle - brennt gemütlich und wärmt
Foto: Rainer Schwarz.

Anthrazitkohle

Am anderen Spektrum der Kohlensorten hinsichtlich des Gehaltes an flüchtigen Bestandteilen befindet sich der Anthrazit (griechisch: Glanzkohle) als die höchstwertige Kohlesorte. Er wird überwiegend zur privaten und gewerblichen Raumheizung genutzt. Diese Kohlensorte besitzt eine ungewöhnlich große Härte. Der Feuchtigkeitsgehalt von frisch abgebautem Anthrazit ist gewöhnlich unter 15 Prozent. Ihr Kohlenstoffgehalt liegt über 91 % in der wasser- und aschefreien Kohle. Der Schwefelgehalt beträgt bis zu 1%. Im Anthrazit sind nur geringe flüchtige Bestandteile gebunden. Deshalb verbrennt diese Kohleart mit einer sehr kurzen und heißen Flamme von bläulicher Farbe. Ruß und sichtbare Rauchgase entstehen nur wenig bei diesem Brennstoff. Die Farbe von Anthrazit ist ein metallisch glänzendes dunkles Grau, woher dieser Brennstoff auch seinen Namen hat (Anthrazit griech. Glanzkohle).


Koks

Der Koks ist ein fester, kohlenstoffhaltiger Rückstand, der aus asch- und schwefelarmer Fettkohle gewonnen wird. Dabei werden in Kokereien ihre flüchtigen Bestandteile entfernt, indem sie in einem Ofen unter Luftausschluss bei mehr als 1.400 °C erhitzt wird, so dass der feste Kohlenstoff und die verbleibende Asche verschmelzen. Dieser Prozess, die Verkokung, gehört zu den Verfahren der Kohleveredlung. Koks brennt mit einer nahezu unsichtbaren blauen Flamme. Es entstehen dabei keinerlei Ruß oder sichtbares Rauchgas. Koks wird als Brennstoff und als Reduktionsmittel bei der Eisenproduktion in Hochöfen eingesetzt. Er hat eine stumpf-graue Farbe und ist dabei hart und porös. Bei der Koks-Herstellung fällt als Nebenprodukt Steinkohlenteer an.


Briketts

Unterschieden nach Ihrer Qualität waren im Ruhrbergbau früher vor allem drei Einteilungen wichtig:

Die begehrte Stückkohle. minderwertige Grußkohle und die Feinkohle, die früher einfach untertage liegen blieb. Erst mit der Technik der Brikettierung, aus Feinkohle und Pech Kohlenstücke zu pressen, wurde Feinkohle verkaufsfähig.


Pechkohle Sie wurde in Bayern (Penzberg, Peißenberg, Peiting, Hausham etc.) gefördert. Ihr Alter entspricht dem von Braunkohle. Infolge des höheren Bergdrucks hat sie jedoch Eigenschaften wie Anthrazit. Die Stollen in der Bergbauabteilung des Deutschen Museums in München sind mit Pechkohle an den Wänden errichtet worden.


Shungitkohle

An einigen Orten in Finnland und Russland gefundenes Gestein, das bis zu 95% aus Kohlenstoff besteht.


Wealdenkohle

In Niedersachsen und im Nördlichen Westfalen kommt diese Kohle aus der Unterkreide vor. Sie errreicht verschiedene Inkohlungsstadien von Braunkohle bis zum Anthrazit. Bis zu 5 Flöze wurde in dieser Zeit gebildet.


Öl aus Kohle

Steinkohle ist auch zur Erzeugung von unkonventionellem Erdöl geeignet. Wenn die Erdölreserven knapp werden, kann auf die Verfahren der Kohleverflüssigung zurückgegriffen werden.

Zusammensetzung einiger Kohlensorten<ref>Eberhard Lindner; Chemie für Ingenieure; Lindner Verlag Karlsruhe, S. 258</ref>

... Flüchtige Bestandteile % C Kohlenstoff % H Wasserstoff % O Sauerstoff % S Schwefel % Heizwert kJ/kg
Braunkohle 45-65 60-75 6,0-5,8 34-17 0,5-3 <28470
Flammkohle 40-45 75-82 6,0-5,8 >9,8 ~1 <32870
Gasflammkohle 35-40 82-85 5,8-5,6 9,8-7,3 ~1 <33910
Gaskohle 28-35 85-87,5 5,6-5,0 7,3-4,5 ~1 <34960
Fettkohle 19-28 87,5-89,5 5,0-4,5 4,5-3,2 ~1 <35380
Esskohle 14-19 89,5-90,5 4,5-4,0 3,2-2,8 ~1 35380
Magerkohle 10-14 90,5-91,5 4,0-3,75 2,8-3,5 ~1 <35380
Anthrazit 7-12 >91,5 <3,75 <2,5 ~1 <35300


Kohle und Kohlenstaub neigen zur Selbstentzündung. Im Kontakt mit Sauerstoff oxidiert Kohle. Bei dieser chemischen Reaktion entsteht dann auch Wärme. Weiter führend: Auszug aus dem Fachbuch „Die Ermittlung von Brandursachen“. bzw. in dem Buch selbst, von dem im Juli 2013 die zweite Auflage erscheint.

Siehe auch:


Literatur

  • The Future of Coal. Options for a Carbon-Constrained World An interdisciplinary MIT Study, 2007, ISBN 978-0-615-14092-6
  • Hermann, Wilhelm und Gertrude: Die alten Zechen an der Ruhr. Vergangenheit und Zukunft einer Schlüsseltechnologie. Mit einem Katalog der "Lebensgeschichten" von 477 Zechen. 6., um einen Exkurs nach S. 216 erweiterte und in energiepolitischen Teilen aktualisierte Auflage 2008 der 5., völlig neu bearbeiteten und erweiterten Auflage 2003, Nachbearbeitung 2002: Christiane Syré, Endredaktion 2007 Hans-Curt Köster. Langewiesche, Königstein i. Ts. 2008, ISBN 978-3-7845-6994-9


Weblinks:


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