Kohle

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Kohle

Kohle (von altgerm. kula, althochdeutsch kolo, mittelhochdeutsch Kul) ist ein schwarzes oder bräunlich-schwarzes, festes Sedimentgestein, das durch Karbonisierung von Pflanzenresten entsteht. Sie besteht überwiegend aus dem chemischen Element Kohlenstoff.

Kohle ist auf allen Kontinenten vorhanden. Sie ist vorwiegend zwei geologischen Formationen zuzurechnen: Pflanzen aus dem Tertiär, aus denen sich meist Braunkohle entwickelt hat, und Karbon, die Pflanzen dieser Epoche wurden zu Steinkohle. Daneben gibt es auch noch jüngere Steinkohlen aus der Jura- und Kreidezeit, die z. B. in Westkanada gefunden werden.

Verwendet wird Kohle hauptsächlich als Träger fossiler Energie. Bei ihrer Verbrennung wird Wärme freigesetzt, die z. B. zum Heizen genutzt werden kann. Kohleverbrennung ist weltweit eine der meistverbreiteten Techniken zur Erzeugung elektrischer Energie. Sie ist ebenso als Ausgangsstoff bei der Koks- und Graphitherstellung sowie der Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe von Bedeutung. Der Heizwert einer Steinkohleeinheit dient als Vergleichsmaßstab für andere Brennstoffe.

Sowohl Inkohlung als auch Kohleverbrennung sind wesentliche Bestandteile des globalen Kohlenstoffzyklus. Der weltweite Kohlenstoffdioxidausstoß durch Verbrennen betrug 2011 rund 14,4 Milliarden Tonnen und lag damit deutlich über dem aus Erdöl und anderen Flüssigkeiten (rund 11,4 Milliarden Tonnen) sowie mehr als doppelt so hoch wie der aus Erdgas (rund 6,75 Milliarden Tonnen).[1]

Die Menge der weltweiten Kohlevorräte ist Gegenstand anhaltender Untersuchungen. Manche Schätzungen rechnen bei gleichbleibendem Verbrauch (2004) mit mehreren hundert Jahren bis zu deren Erschöpfung,[2] andere Schätzungen gehen davon aus, dass das Kohlefördermaximum bereits im Jahr 2025 erreicht sein könnte.[3] 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 herausgepresst. Nach und nach wurde aus der Braunkohle Steinkohle und mit nochmals mehr Druck Anthrazit. Deshalb ist die wirtschaftliche Qualität der Kohle umso besser, je tiefer sie in der Erde liegt und je älter sie 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.

Neue Untersuchungen legen einen Zusammenhang nahe zwischen der Bildung mächtiger Kohleflöze und der Evolution von Weißfäule. Im Kambrium gab es keine Lebewesen, die Lignin abbauen konnten. Erst im Tertiär entwickelten sich Weißfäulepilze, die Lignin zersetzten. In der Zeit danach konnte sich Kohle nur noch unter Luftabschluss bilden.[4]

Je nach Bildungsort und Bildungsumständen unterscheidet man zwischen palustrischen, paralischen und intramontanen Kohlebildungen. Unter palustrisch versteht man dabei Kohlebildungen, die auf Moore in Feuchtgebieten nahe Gewässern, wie z. B. Flüssen zurückgehen. Paralisch bedeutet, dass das Kohlelager auf Moorbildungen im Bereich der Meeresküste zurückgeht. In die einzelnen Flözbildungen sind dabei immer wieder marine Sedimente eingeschaltet, die auf kurzzeitige transgressive Phasen zurückgehen. Intramontane Kohlelagerstätten finden ihren Ursprung in Moorbildungen innerhalb von Becken in gebirgigen Regionen.[5]

Gewinnung

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.[6]

Die Braunkohlevorräte in Deutschland betrugen im Februar 2014 etwa 76,8 Milliarden Tonnen, von denen 40,3 Mrd. t mit dem Stand der heutigen Technologie wirtschaftlich gewinnbar wären. Damit würden die Vorräte bei konstanter Förderung (2013: 183 Mio. t) noch für 220 Jahre ausreichen.[7]

Von den deutschen Steinkohlevorräten gelten rund 24 Milliarden Tonnen als gewinnbar. Angesichts einer aktuellen Förderquote von 25,7 Millionen Tonnen (2004) ergibt sich eine theoretische Reichweite von über 900 Jahren. Aufgrund ungünstiger geologischer Bedingungen sind diese jedoch zurzeit nicht international wettbewerbsfähig förderbar.

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

Die deutsche Energy Watch Group, eine unabhängige Analytikergruppe um Wissenschaftler der Ludwig-Bölkow-Stiftung (München), kam im Frühjahr 2007 hinsichtlich der weltweiten Kohlereserven und insbesondere hinsichtlich der Reservensituation in Deutschland zu einem anderslautenden Ergebnis:

„Viele Statistiken sind veraltet. […] Vermutlich ist deutlich weniger Kohle verfügbar als weithin angenommen. […] Viele Angaben wurden seit Jahren nicht mehr aktualisiert. Wo dies erfolgte, wurden die Reserven meist nach unten korrigiert, teilweise sehr drastisch.' So hatte die Bundesanstalt für Geowissenschaften die deutschen Steinkohlereserven über Jahrzehnte mit 23 bis 24 Milliarden Tonnen angegeben. Im Jahr 2004 wurden sie auf 183 Millionen Tonnen herabgestuft, also um 99 Prozent reduziert. Auch bei der Braunkohle gab es dramatische Abwertungen um mehr als 80 Prozent. Deutschland ist der größte Braunkohleförderer der Welt. Ähnliche Tendenzen, wenn auch nicht ganz so massiv, gibt es beispielsweise in Großbritannien oder Polen. […] Geht man nun davon aus, dass die Kohle in den kommenden Jahrzehnten die Förderrückgänge bei Erdgas und Erdöl auffangen soll, wäre zunächst eine Ausweitung der globalen Förderung um 30 Prozent denkbar. Diese Zunahme müsste vor allem aus Australien, China, Russland, der Ukraine, Kasachstan und Südafrika kommen. Danach wird die Förderung konstant bleiben, um ab 2025 kontinuierlich abzufallen.“

– Pressemitteilung der Energy Watch Group vom 3. April 2007[3]

Die US-amerikanische Wissenschaftsakademie National Academy of Sciences schätzt in einer im Juni 2007 veröffentlichten Studie, dass die Kohlevorräte in den USA bei gleichbleibendem Verbrauch entgegen den Erwartungen nur noch für 100 Jahre reichen.[8]

In den letzten zehn Jahren hat sich der Weltmarktpreis für Kraftwerkskohle von zirka 40 Euro pro Tonne SKE (im Mittel der Jahre 1996–2003) auf 106,22 Euro (3. Quartal 2011) erhöht.[9]

Die Annahmen verschiedener energiewirtschaftlicher Studien zur Preisentwicklung fossiler Energieträger gehen stark auseinander. Ein Vergleich von Studien aus den Jahren 2010–2012 zeigt, dass die Annahmen für das Jahr 2030 teilweise um 150 Prozent voneinander abweichen. Beispielsweise schätzt die „Energieprognose 2009“ der Institute IER/RWI/ZEW den Importpreis für eine Tonne Steinkohle im Jahr 2030 auf 76 Euro2010, wohingegen die Leitstudie 2010 des Bundesumweltministeriums von über 200 Euro2010 pro Tonne ausgeht. Zum Vergleich: 2011 lag der Importpreis für eine Tonne Steinkohle bei 104,7 Euro2010. Beispiele für solch stark voneinander abweichende Preisannahmen gibt es auch bei Gas- und Ölimporten.[10]

Fördermenge

Nach dem Weltenergiereport von BP fördert China derzeit (Stand: 2012) 47,5 % aller Kohle weltweit. Weit abgeschlagen folgen die USA (13,4 %), Australien (6,3 %), Indonesien (6,2 %), Indien (6,0 %), Russland (4,4 %), Deutschland (1,2 %) und die Türkei (0,4 %).[11]

Entwicklung der weltweiten Weichkohleförderung (in Millionen Tonnen; Weichkohle ist ungefähr gleichbedeutend mit Braunkohle)[12]

Entwicklung der weltweiten Hartkohleförderung (in Millionen Tonnen; Hartkohle ist ungefähr gleichbedeutend mit Steinkohle)[12]

Einteilungen und handelsübliche Qualitätsmerkmale

Vorbemerkung

Bei der Einteilung der Kohlen sind zwei Begriffe sorgfältig auseinanderzuhalten: Kohlenarten und Kohlensorten.

Kohlenart
bezeichnet den Reifegrad oder Fortschritt der Inkohlung, ist also ein System der Beschreibung von Eigenschaften. In der Regel wird für die Klassifizierung der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen herangezogen, eine Einteilung nach Vitrinitreflexion ist auch verbreitet.
Kohlensorten
bezeichnen Kornfraktionen, die durch Absieben aus dem Gesamtprodukt erzeugt werden. Beispielsweise bezeichnet man bei Anthrazit für den Hausbrand die Fraktion 12 mm bis 8 mm als „Nuss 5“.[13]
Typische chemische Struktureinheiten der Kohle

Zusammensetzung der Kohle

Kohle besteht aus kristallinem Kohlenstoff, organischer Substanz, Mineralen und Wasser. Häufig wird vom „Aschegehalt“ der Kohlen gesprochen; die Asche entsteht jedoch erst bei der Verbrennung. Die organische Substanz wird in verschiedene Mazerale unterteilt, welche aufgrund der unterschiedlichen Herkunft des Ausgangsmaterials und der Entwicklungsgeschichte auch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Petrographie nutzt die Eigenschaft des Mazerals Vitrinit, Licht zu reflektieren, um den Rang und damit die Kohlenart einer Kohle zu bestimmen. Die organische Substanz besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff, die Verteilung variiert mit der Herkunft der Kohle und der Kohlenart (siehe nachstehende Tabelle). Kohle ist ein organisches Makromolekül, dessen genaue Struktur unbekannt ist und sich zudem je nach Herkunft ändert. Es gibt verschiedene Modelle, die versuchen, diese Struktur abzubilden; eines davon ist rechts dargestellt.

Bezugszustände

Während der Gehalt an organischer Substanz und Mineralien unter normalen Umgebungsbedingungen praktisch unveränderlich sind, kann der Wassergehalt stark schwanken, d. h. Kohle nimmt Wasser auf und gibt es auch wieder ab. Daher sind Bezugszustände definiert, die dies berücksichtigen. Unterschieden werden hauptsächlich die Zustände:[14]

  • roh: im Anlieferungszustand (Brennstoff zur Zeit der Probenahme ohne Wasserverlust, entspricht etwa dem Zustand, in dem er verwendet wird)
  • an: analysenfeucht (Brennstoff feingemahlen zum Zeitpunkt der Analysen)
  • wf: wasserfrei (Brennstoff bei 106 °C getrocknet)
  • waf: wasser- und aschefrei (Brennstoff getrocknet und ohne Asche)

Der Bezugszustand waf ist hypothetisch, hier sind der Anteil an Wasser und Asche rechnerisch abgezogen; er dient zur Charakterisierung der organischen Substanz. Alle Bezugszustände können ineinander umgerechnet werden.

Analysemethoden

Da einige Eigenschaften der Kohle von erheblicher finanzieller Bedeutung sind (Preisbildung aufgrund von Analysedaten) und national und international mit denselben Methoden bestimmt werden müssen, wurden nationale (DIN) und internationale Normen (ISO) erarbeitet. In Deutschland machte dies der Arbeitsausschuss „Prüfung fester Brennstoffe“ im Normenausschuss Bergbau (FABERG) im DIN, international das technische Komitee ISO/TC 27 „Solid Mineral Fuels“ in der ISO.

Bestimmung des Wassergehalts

Beim Wassergehalt unterscheidet man zwischen grober und hygroskopischer Feuchtigkeit. Grobe Feuchtigkeit bezeichnet das rein mechanisch anhaftende Wasser, hygroskopische Feuchtigkeit ist das in den Kapillaren der Kohlekörner festgehaltene Wasser. Die Bestimmung erfolgt nach DIN 51718. Bei den meisten Kohlen wird die Bestimmung zweistufig durchgeführt: Die grobe Feuchtigkeit bestimmt man im Trockenschrank bei 30±2 °C, die hygroskopische Feuchtigkeit bei 106±2 °C unter Stickstoffatmosphäre. Bei oxidativ stabilen Kohlen (Anthrazit) kann der Gesamtwassergehalt auch einstufig bei 106 °C in Luft bestimmt werden. Eine weitere Methode ist die Xylol-Destillation mit anschließender volumetrischer Wasserbestimmung.

Bestimmung der Asche

Als Asche wird der anorganische Rückstand bezeichnet, der nach DIN 51719 durch Verbrennung der Kohle im Ofen bei 815 °C verbleibt. Asche ist ein Gemisch von Alkali-, Erdalkali-, Eisen- und Aluminiumsalzen wie Oxiden, Sulfaten, Silikaten und Phosphaten.

Bestimmung des Gehalts der flüchtigen Bestandteile

Flüchtige Bestandteile sind nicht eindeutig zu definieren, die Bestimmung ist ein Konventionsverfahren. Bestimmt werden diese nach DIN 51720: die Kohle wird 7 min auf 900 °C erhitzt. Entweichende Bestandteile, korrigiert um das ebenfalls entweichende Wasser, sind konventionsgemäß die flüchtigen Bestandteile.

Einteilung der Kohlenarten

Kohlenarten werden international nicht einheitlich unterteilt. Die Tabelle zeigt eine Zusammenstellung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR).[15] Wesentliche Kriterien zur Klassifizierung sind Energiegehalt (Heizwert), Flüchtige Bestandteile und Vitrinitreflexion.

Vergleich der BGR-Kohleklassifikation mit den Systemen der UN-ECE (in-seam coal) und der USA[16]
Kohlearten
UN-ECE USA Deutschland
Peat Peat Torf
Ortho-Lignite Lignite Weichbraunkohle
Meta-Lignite Lignite/Sub-bituminous coal Mattbraunkohle
Sub-bituminous coal Sub-bituminous coal Glanzbraunkohle
Bitumiuous coal Sub-bituminous coal/Medium volatile bituminous coal Flammkohle
Medium volatile bituminous coal Gasflammkohle
Medium volatile bituminous coal Gaskohle
Medium volatile bituminous coal Fettkohle
Low volatile bituminous coal Esskohle
Anthracite Semi-Anthracite Magerkohle
Anthracite Anthrazit

Eine ähnliche Einteilung der Kohlearten erfolgt nach dem Gehalt an Flüchtigen Bestandteilen, diese Einteilung ist vor allem im Ruhrbergbau üblich. Die nächste Tabelle[17] zeigt die Kohlenarten sowie typische Elementarzusammensetzungen.

Name Inkohlung Wassergehalt der Rohkohle Flüchtige Bestandteile

(waf) in %

C Kohlenstoff %

(waf)

H Wasserstoff %

(waf)

O Sauerstoff %

(waf)

Heizwert (waf) in

MJ/kg

Braunkohle niedrig 45-60 60-43 65-75 8,0-5,5 30-12 <25-28 ♦
Flammkohle 4-7 45-40 75-81 6,6-5,8 > 9,8 > 32
Gasflammkohle 3-6 40-35 81-85 5,8-5,6 9,8-7,3 33,0-34,2
Gaskohle 3-5 35-28 85-87,5 5,6-5,0 7,3-4,5 33,9-34,8
Fettkohle 2-4 28-19 87,5-89,5 5,0-4,5 4,5-3,2 34,5-35,6
Esskohle 2-4 19-14 89,5-90,5 4,5-4,0 3,2-2,8 35,2-35,6
Magerkohle 1-3 14-12 90,5-91,5 4,0-3,75 2,8-2,5 35,2-35,5
Anthrazit hoch < 2 < 12 > 91,5 < 3,75 < 2,0 35,0-35,3

♦Aufgrund des hohen Wassergehaltes ist der Heizwert der Rohbraunkohle nur etwa 2/3 so hoch wie der von Steinkohle.

Kohle enthält auch Stickstoff im Bereich von etwa 0,8 % bis etwa 2 %, Schwefel im Bereich von etwa 0,2 % bis etwa 3 %, in Einzelfällen auch höher. Mit steigender Inkohlung nehmen die flüchtigen Bestandteile, der Wasserstoff- und Sauerstoff-Gehalt ab, der Heizwert nimmt zu.

Braunkohle

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 meist im Tagebau gewonnen.

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.

Bei der Braunkohlenverfeuerung fällt als Nebenprodukt Braunkohlenflugasche an.

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

Steinkohle

Abbau von Steinkohle in einem Flöz 1965
Anthrazit (links) und Koks (rechts)
Kohlengrube im Schnitt: 1. Strecke; 2. Abbauort; 3. Förderberg; 4. Galerie; 5. Schacht-Gebäude; 6. Administrativer Komplex; 7. Lager; 8. Kohlenlager; 9. Haldenberg.

Steinkohle ist ein Sammelbegriff für höherwertige Kohlen. 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 Kohleflöze) 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 mineralischen Einschlüssen entstand. Die Mineralsubstanz wird bei der Verbrennung verändert und erscheint dann in Form von Asche. 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 1.750 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 auch in deutschen Kraftwerken Importkohle häufiger zum Einsatz als heimische Kohle. Damit in Deutschland nicht ausschließlich Kohle aus dem Ausland verstromt wird, existiert die Steinkohlesubvention.

Spezielle Kohlen

Pechkohle

Pechkohle 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, wird als Shungitkohle bezeichnet.

Wealdenkohle

In Niedersachsen und im nördlichen Westfalen kommt die Wealdenkohle aus der Unterkreide vor. Sie erreicht verschiedene Inkohlungsstadien von Braunkohle bis zum Anthrazit. Bis zu 5 Flöze wurden in dieser Zeit gebildet.

Sapropelkohle

In verschiedenen Steinkohle-Lagerstätten kommt in sehr geringem Umfang Sapropelkohle vor, die aus Faulschlamm entstanden ist. Sie ist weich und lässt sich gut bearbeiten, so dass aus ihr z. B. Figuren geschnitzt werden können.

Verwendung

Brennende Steinkohle

Kohle wird überwiegend als fester Brennstoff benutzt, um Wärme durch Verbrennung zu erzeugen. Um z. B. in Kohlekraftwerken elektrische Energie zu erzeugen, wird mittels der freigesetzten Wärme Wasserdampf erzeugt, der wiederum Dampfturbinen 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. In modernen Kohlekraftwerken werden verschiedene Techniken zur Schadstoffreduzierung und Effizienzsteigerung angewandt.

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

In Großbritannien entwickelte sich der Kohlebergbau seit Beginn des 18. Jahrhunderts zu einer wesentlichen Grundlage der von dort ausgehenden Industrialisierung. 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 Erdgas ersetzt.

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

Produkte aus Kohle

Koks

Koks ist ein fester, kohlenstoffhaltiger Rückstand, der vorzugsweise aus asche- und schwefelarmer Fettkohle gewonnen wird. Dabei werden in Kokereien die flüchtigen Bestandteile entfernt, indem sie in einem Ofen unter Luftausschluss bei mehr als 1000 °C erhitzt wird, so dass der feste Kohlenstoff und die verbleibende Asche verschmelzen. Als Nebenprodukt fällt Koksofengas und Steinkohlenteer an. Dieser ,Verkokung‘ genannte Prozess 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.

Briketts

Ein Brikett aus Braunkohle

Briketts werden durch Pressen hergestellt, überwiegend aus Braunkohle. Steinkohlebriketts (Eierkohlen) haben für den Hausbrand in Deutschland nur noch geringe Bedeutung, lediglich aus Anthrazit hergestellte werden noch vertrieben.

Kohleverflüssigung

Kohleverflüssigung bezeichnet chemische Verfahren, die aus fester Kohle flüssige Kohlenwasserstoffe erzeugen. Das Verfahren der direkten Hydrierung von Kohle diente zur Erzeugung von Gasen, Vergaser- und Dieselkraftstoffen. Die Motivation zum großtechnischen Einsatz der Kohleverflüssigung ist der Ersatz von Erdöl als Ausgangsstoff für die Petrochemie und den Energiesektor. Die Verfahren erlangen an Bedeutung, wenn Erdöl nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht

Umwelt- und Klimaproblematik

Gewinnung

Tagebau Garzweiler, im Hintergrund Braunkohlekraftwerke
Wasserdampfschwaden mit Wolkenbildung aus den Kühltürmen des Braunkohlekraftwerks Niederaußem bei Köln
Steinkohletagebau El Cerrejón in Kolumbien

Die Gewinnung von Kohle im Tagebau ist mit einem immensen Flächenverbrauch verbunden. Während in Deutschland nur Braunkohle im Tagebau abgebaut wird, wird in anderen Ländern z. T. auch Steinkohle auf diese Art gefördert, beispielsweise in der Mine El Cerrejón in Kolumbien, der mit einer Fläche von ca. 690 km² größten Steinkohlemine Südamerikas.

Eine weitere Form ist das v.a. in den amerikanischen Appalachen praktizierte Mountaintop removal mining, bei dem zunächst Bergkuppen gesprengt und abgetragen werden, um anschließend die Steinkohle im Tagebau fördern zu können. Alleine in den Appalachen erstrecken sich die Abbaugebiete derzeit (2012) über eine Fläche von ca. 5.700 Quadratkilometer, häufig ursprüngliche Waldflächen. Zudem werden beim Bergbau Schwermetalle wie Arsen und Quecksilber freigesetzt, die die Umwelt belasten sowie die Gesundheit der Anwohner gefährden, auch kommt es häufig zu Überschwemmungen, da durch die Ablagerung des Abraums in Tälern oftmals Flussläufe begraben werden.[18]

Um Lagerstätten möglichst vollständig ausbeuten 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 oder kulturell besonders wertvolle Gebiete zerstört – Beispiele dafür sind die Lacomaer Teichlandschaft und das Dorf Lakoma, die dem von Vattenfall Europe betriebenen Tagebau Cottbus-Nord weichen sollen sowie zahlreiche Dörfer im Herzen des sorbischen Siedlungsgebietes, die in den letzten Jahrzehnten weichen mussten bzw. teilweise bis heute bedroht sind (sh. Rohne).

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 Braunkohletagebau. 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.

Verbrennung

Luftverschmutzung durch ein Kohlekraftwerk in den USA
Kohlekraftwerke sind ein Grund für die Luftverschmutzung in Städten wie Peking.[19]

Bei der Verbrennung von Kohle entstehen Kohlendioxid, Wasserdampf und andere Gase wie Schwefeldioxid, zudem werden umwelt- und gesundheitsschädliche Schadstoffe wie Flugasche, Feinstaub und Schwermetalle emittiert. Verglichen mit anderen in großer Menge genutzten fossilen Energieträgern pro nutzbarem Energiegehalt die größte Menge des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) freigesetzt.[20] Aufgrund ihres niedrigeren Wirkungsgrads sind Braunkohlekraftwerke (ca. 1080 Gramm CO2/kWh) ungünstiger als Steinkohlekraftwerke (ca. 800 g CO2/kWh).[21] Die Freisetzung von CO2 bei einer Verbrennung mit Sauerstoff kann nur durch einen besseren Wirkungsgrad der Kraftwerke und dadurch auch geringeren Kohleverbrauch reduziert werden. Zusätzlich zu dem in Kraftwerken und Industrieanlagen direkt emittierten CO2 kann durch ungewollte Kohlebrände in Bergwerken weiteres CO2 freigesetzt werden.

Das Schwefeldioxid, das vor allem bei der Verbrennung von Braunkohle entsteht, ist mitverantwortlich für den Sauren Regen. Bei modernen Stein- und Braunkohlekraftwerken werden die Abgase in Rauchgasentschwefelungsanlagen (siehe auch REA-Gips) von Schwefeldioxid, durch katalytische (SCR) oder nichtkatalytische (SNCR) Entstickung von Stickoxiden und in elektrischen Abscheidern vom Staub gereinigt. Die bei der Verbrennung von Kohle entstehende Asche enthält erhöhte Konzentrationen von Schwermetallen wie z. B. Arsen und Quecksilber, aber auch der radioaktiven Elemente Uran und Thorium.[22] Durch die Emission von Stäuben kommt es insbesondere in Staaten mit nurgeringen Umweltschutzvorschriften zu starken, gesundheitsgefährdenden Luftverschmutzungen sowie Smog. Besonders in China, das stark auf Kohle als Energieträger setzt, ist dies ein großes Problem.[23]

Umwelt-, Gesundheits- und Klimaschäden sind negative Auswirkungen der Kohlenutzung, die nicht von den Verursachern getragen werden, sondern von der Allgemeinheit. Volkswirtschaftlich spricht man hierbei von sogenannten Externen Kosten. Diese sozialen und ökologischen Kosten der konventionellen Energiegewinnung haben einen erheblichen Einfluss und übersteigen in manchen Fällen sogar die Endkundenpreise der Stromverbraucher.[24] Für die USA wurden beispielsweise externe Kosten der Kohlestromerzeugung in Höhe von 175 bis 523 Mrd. US-Dollar pro Jahr ermittelt, mit einem konservativ gerechneten wahrscheinlichen Mittelwert von 345 Mrd Dollar, bzw. 17,8 ct/kWh. Nicht berücksichtigt wurden hierbei einige negativen Folgeeffekte wie z. B. Umwelteffekte durch Freisetzung giftiger Chemikalien und Schwermetalle in die Umwelt, Eutrophierung von Gewässern durch Stickstoffeintrag, Folgeeffekte von sauren Regens und ein Teil der Folgen der Globalen Erwärmung.[25]

Kohleausstieg

Um die Umwelt-, Gesundheits- und Klimaschäden durch die Energieerzeugung zu minimieren und um Zwei-Grad-Ziels noch einhalten zu können, wird ein Ausstieg aus der Verstromung von Kohle als notwendig angesehen.[26] Soll das Zwei-Grad-Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 50 % erreicht werden, dürfen im Zeitraum 2011 bis 2050 nach Daten des IPCC maximal zwischen 870 und 1.240 Gigatonnen (Mrd. Tonnen) Kohlenstoffdioxid freigesetzt werden. Umgerechnet auf die Reserven bedeutet dies, dass im globalen Kontext etwa ein Drittel der Ölreserven, die Hälfte der Erdgasreserven und mehr als 80 % der Kohlereserven nicht verbrannt werden dürfen.[27] Ein zentrales Element der Energiewende ist daher ein Kohleausstieg.

Der noch bis vor wenigen Jahren starke Anstieg des Ausbaus von Kohlekraftwerken verlor zuletzt an Dynamik; seit 2010 wurde weltweit nur ein Drittel der geplanten Kohlekraftwerke tatsächlich realisiert. In China und den USA sinkt der Kohleverbrauch und entkoppelt sich vom Wirtschaftswachstum.[28] Mehrere Regierungen streben eine deutliche Reduzierung oder einen vollständigen Ausstieg aus der Kohle an. Die kanadische Provinz Ontario hat als erste größere Verwaltungseinheit einen Kohleausstieg bis 2014 umgesetzt.[29] Zur Verminderung des CO2-Ausstoßes und von Smog wollen 12 von 34 chinesischen Provinzen ihren Kohleverbrauch reduzieren.[30]

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Wiktionary: Kohle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Kohle – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Wikiquote: Kohle – Zitate

Einzelnachweise

  1. ↑ EIA Statistik für 2011, abgerufen am 5. September 2014.
  2. ↑ Special Braunkohle. Archiviert vom Original am 12. Januar 2012; abgerufen am 3. März 2015.
  3. ↑ a b Webseite der Energy Watch Group: Die Reichweite der Kohle wird deutlich überschätzt (3. April 2007; PDF; 146 kB), zuletzt abgerufen am 28. Januar 2016.
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