Klima

Der Weltuntergang findet nicht statt

Gerd Ganteför

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2013
• ISBN:
  9783527678372
• Auflage: 1
• Thema: Biowissenschaften
• Thema: Globale Erwärmung & Klimawandel

Panikmache oder sicheres Weltende? Was vom "Klimawandel" wirklich zu halten ist
Kaum ein Thema erregt die Gemuter so wie die Frage, ob der Klimawandel uns alle ins Verderben sturzt oder wir nur einer Angst fordernden Kampagne hysterischer Umweltaktivisten aufsitzen. Die Diskussionen werden hei? gefuhrt und munden oft in extreme Positionen und widerspruchliche Szenarien. Und eines ist bei alldem selten zu finden: verlassliche Orientierung. Genau diese bietet Gerd Gantefor mit seinem Buch. Orientierung durch Wissen
Gerd Gantefor uberpruft die gangigen Argumente, Mythen und Legenden: unabhangig, serios und wissenschaftlich fundiert. So leistet er nicht nur eminent wichtige Aufklarungsarbeit, sondern fordert auch einige handfeste Uberraschungen zu Tage. Der staunende Leser erfahrt etwa, dass Flugreisende energieeffizienter unterwegs sind als Autofahrer, und er bekommt eine Vorstellung davon, was die Menschheit bei der nachsten Eiszeit erwartet. Ganz nebenbei vermittelt der Autor dabei fundiertes Wissen zu den zentralen Zukunftsthemen Klima und Energie. Provokation mit Argumenten
Ganz bewusst tritt Gerd Gantefor der grassierenden "Lust am Untergang" entgegen. So verweist er auf die Vorteile der Klimaerwarmung, bindet Kohle- und Kernkraftwerke in eine Strategie zum Naturschutz ein und bescheinigt den Verfechtern regenerativer Energien, einem schonen Traum nachzuhangen. Selten sind solche Thesen mit so guten Argumenten vertreten worden wie in diesem Buch.

Teil III

Energie

8

Klassische Energien: der Ast, auf dem wir sitzen

Der weitaus größte Teil der Energie wird aus den klassischen Energieträgern Erdöl, Erdgas, Kohle und Uran gewonnen (Abb. 11). Alle vier Energieträger bringen Probleme mit sich. Seit der Tschernobyl-Katastrophe haben viele Menschen Angst vor der Kernenergie. Durch die Erdölimporte geraten die Industrieländer in die Abhängigkeit von Potentaten, in deren Machtbereich die großen Ölvorräte zufällig liegen. Die Versorgung mit Erdgas durch die großen Pipelines wird meist dann, wenn Europa es am dringendsten benötigt, unterbrochen und erst wieder eingeschaltet, wenn die frierenden Nationen irgendeinen nachteiligen Vertrag unterschrieben haben. Die Kohle ist heute ebenso umstritten wie das Uran, denn bei ihrer Verbrennung entsteht viel Kohlendioxid, das die Klimaerwärmung verstärkt. Alle vier Energieträger sind also Quellen ständiger Probleme – aber auf ihnen beruht die moderne Industriegesellschaft mit ihrem hohen Lebensstandard. Sind diese Probleme wirklich so schlimm, wie es in den Medien beschworen wird? Wird es bald ein neues Tschernobyl geben? Gibt es wirklich kein Konzept für die Endlagerung? Wird demnächst kein Benzin mehr an der Tankstelle zu haben sein? Und wird es Kriege um Öl und Gas geben? Warum wollen plötzlich alle Kohlekraftwerke bauen? Viele Ängste entspringen der Unwissenheit. Nach der Lektüre dieses Kapitels wird der Leser ein wenig ruhiger in die Zukunft blicken und bei den nächsten Schlagzeilen zwischen aufgebauschten und tatsächlichen Problemen unterscheiden können. Aber dazu ist erst einmal etwas Hintergrundwissen notwendig.

Der Ursprung von Kohle, Erdöl und Erdgas

Auf den drei fossilen Energieträgern Kohle, Erdöl und Erdgas basiert die Energieversorgung – sie liefern 80 % der weltweit verbrauchten Energie (Abb. 11). Auch in Deutschland ist die Situation nicht anders. Chemisch gesehen sind alle drei Energieträger Kohlenwasserstoffe. Kohlenwasserstoffe verbrennen unter starker Wärmeentwicklung zu Kohlendioxid und Wasser. Mit dieser Wärme lässt sich eine Wohnung beheizen, ein Automotor antreiben oder Elektrizität erzeugen. Um zu verstehen, was Kohlenwasserstoffe sind und wie Erdgas, Erdöl und Kohle entstanden sind, ist ein wenig Grundwissen in der Chemie hilfreich.

Zu den Kohlenwasserstoffen gehören Gase wie Propan, das auch in Campinggaskochern verwendet wird, Flüssigkeiten wie das Lösungsmittel Benzol und die festen Paraffine, aus denen Kerzen hergestellt werden. Jeder der Stoffe besteht aus unterschiedlichen Molekülen, aber diese Moleküle haben eines gemeinsam: Alle sind aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen aufgebaut. Sie unterscheiden sich nur in der Anzahl Atome, mit der die beiden Elemente im Molekül vertreten sind. Ein typisches Paraffin-Molekül besteht aus 24 Kohlenstoff- und 26 Wasserstoffatomen, ist also ein relativ großes Molekül. Große Moleküle kleben leicht zusammen, deswegen ist Paraffin fest. Kleinere Kohlenwasserstoffe sind flüssig wie das Benzol mit je 6 Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen._. Das kleinste Kohlenwasserstoff-Molekül ist Methan, der Hauptbestandteil des Erdgases. Es besteht nur aus 5 Atomen: 1 Kohlenstoffatom und 4 Wasserstoffatome. So kleine Moleküle verdampfen leicht, weswegen Methan bei Raumtemperatur ein Gas ist.

Erdöl, Erdgas und Kohle: Begraben für viele Millionen Jahre

Die Entstehungsgeschichten aller drei Energieträger ähneln sich. Die Erde ist über 4500 Millionen Jahre alt und seit fast so langer Zeit gibt es Lebewesen. Plankton im Meer oder Farne auf dem Land – alle diese Lebewesen bestanden (und bestehen) aus Kohlenwasserstoffen. Sie entnahmen der Atmosphäre Kohlendioxid und holten sich aus diesem den für das Wachstum benötigten Kohlenstoff. Aus dem Wasser nahmen sie den Wasserstoff und verwandelten also Kohlendioxid und Wasser in Kohlenwasserstoffe. Die Energie dazu lieferte die Sonne. Nach dem Absterben sanken das Plankton und die Bäume zu Boden. Der Luftsauerstoff sorgte dafür, dass das meiste abgestorbene Material verweste und sich in Kohlendioxid und Wasser zurückverwandelte. Lagerten die Pflanzen- und Planktonreste jedoch unter Luftabschluss, bildeten sich dicke Schichten aus abgestorbenem organischem Material. In den folgenden Jahrmillionen lagerten sich darüber immer dickere Sedimentschichten ab. Die begrabenen Schichten sanken dadurch tiefer, Druck und Temperatur stiegen – wie überall auf der Erde die Temperatur mit wachsender Tiefe zunimmt, und zwar alle 1000 Meter um 30 °C. Ab einer gewissen Temperatur begannen sich die organischen Substanzen langsam in Kohlenwasserstoffe zu zersetzen [Blen 2007, Aral 2009].

Vom Meereslebewesen zum Erdölmuttergestein

Erdgas und Erdöl entstanden hauptsächlich aus abgestorbenen Meereslebewesen. Beide bildeten sich zu allen Zeiten der Erdgeschichte und auch heute noch entsteht neues Erdöl (Abb. 30). Die toten Meeresbewohner sinken auf den Meeresboden und werden von Sedimentschichten bedeckt. Unter Sauerstoffabschluss wandelt sich das organische Material zunächst in sogenanntes Kerogen um [Blen 2007], einen festen, unlöslichen, eiweißähnlichen Stoff. Unter dem Druck immer neuer Sedimente verfestigen sich die Schichten zu Gestein, das aus einem Gemisch aus Sand, Kalk und dem Kerogen besteht. Solche Gesteinsschichten heißen Erdölmuttergestein. Dazu gehören die Ölschiefer, von denen es riesige Lagerstätten gibt [WEC 2007]. Ölschiefer mit einem hohen Anteil an Kerogen sind sogar brennbar [Est 2007], aber in den meisten Fällen ist die Gewinnung von Erdöl oder Erdgas aus Ölschiefern aufwändig. Es kann sogar mehr Energie kosten, Erdöl daraus zu gewinnen, als durch die Verbrennung des gewonnen Erdöls frei wird [Blen 2004]. Das Kerogen in den Ölschiefern ist also noch kein wertvoller Rohstoff, aber die Umwandlung in den tiefen Schichten der Erde geht noch weiter.

Abb. 30 Übersicht über die Hauptentstehungsphasen von Erdgas und Erdöl, die beide aus abgestorbenen Meereslebewesen entstanden sind. In den Hauptphasen waren die Meere besonders fruchtbar [Wint 2009].

Da das Erdölmuttergestein durch die Ablagerung von Sedimenten absinkt, steigt die Temperatur. In 2000 Metern Tiefe beträgt die Temperatur schließlich 60 °C und der Umwandlungsprozess des Kerogens in Erdöl beginnt [Blen 2007, Aral 2009]. Dabei werden durch die Hitze die komplizierten und langkettigen organischen Verbindungen in kurzkettige Kohlenwasserstoffe aufgebrochen. Je höher die Temperatur ist, umso kleiner sind die entstehenden Kohlenwasserstoffe. In größeren Tiefen, in denen die Temperatur oberhalb von 120 °C liegt, schreitet der Zersetzungsprozess bis zum kleinsten Kohlenwasserstoff, dem Methan, fort und es bildet sich Erdgas. Erdöl kann also nicht in sehr großen Tiefen auftreten, da es dort zu warm ist. [Wint 2009]

Der letzte Schritt zur Entstehung einer Erdöl- und Erdgaslagerstätte ist die Migration [Blen 2007]. Das Erdölmuttergestein ist porös, so dass sich bildendes Erdöl und Erdgas unter dem hohen Druck in der Tiefe nach oben strömt (Abb. 31). Meist sind diese porösen Gesteine auch mit Wasser gesättigt. Da Öl und Gas leichter sind als Wasser, werden sie durch den Druck des Wassers noch zusätzlich nach oben gepresst. Ist das Gestein bis zur Oberfläche hin durchlässig, entweicht das Erdgas und ist verloren. Das Erdöl kann an der Oberfläche sogar Öl- oder Teerseen bilden. Mit der Zeit verdunsten aber auch diese Seen, so dass auch das Erdöl, das an die Oberfläche gelangt, weitestgehend verlorengeht. Eine Lagerstätte entsteht nun dadurch, dass diese Migration – also Fließen von Erdöl und Erdgas nach oben – durch ein dichtes Deckgestein blockiert wird. Erdöl und Erdgas sammeln sich unter diesem Deckgestein im sogenannten Speichergestein. Das Speichergestein muss ausreichend porös sein. Seine Hohlräume sind normalerweise mit Wasser gefüllt, aber wenn von unten leichtes Erdgas und Erdöl aufsteigen, wird das schwerere Wasser verdrängt. Je nach dem, in welcher Tiefe das ursprüngliche Erdölmuttergestein lag, steigen – aus geringer Tiefe – nur Erdöl, ein Gemisch aus Erdgas und Erdöl oder – aus großer Tiefe – reines Erdgas auf. Erdöllagerstätten enthalten fast immer auch Erdgas, das früher als Abfallstoff abgefackelt wurde. Heute besteht die Hoffnung, dass in größeren Tiefen noch umfangreiche Erdgaslagerstätten auf ihre Erschließung warten.

Abb. 31 Schnitt durch eine Erdgas- und Erdöllagerstätte. Dem hohen Druck im Erdölmuttergestein weichen Erdgas und Erdöl durch poröses Gestein nach oben aus (Migration). Nur wenn ein dichtes Deckgestein ein weiteres Aufsteigen verhindert, bildet sich eine Lagerstätte. Erdgas kommt ursprünglich aus größeren Tiefen. In der Lagerstätte liegt dann das leichtere Erdgas über dem schwereren Erdöl [Wint 2009].

Die Entstehung der Kohle im Karbon

Es gibt ein Erdzeitalter, das wurde nach der Kohle benannt: das Karbon. Es bezeichnet die Zeit von vor 355 bis vor 290 Millionen Jahren. Das Klima war damals ideal für das Wachstum von Pflanzen. In ausgedehnten flachen Sümpfen bildeten abgestorbene Pflanzen dicke Torfschichten und schufen so günstige Bedingungen für die Bildung von Kohle. Fast alle größeren Steinkohlevorkommen stammen aus dieser Epoche der Erdgeschichte. Aber auch in anderen Erdzeitaltern sind Kohlelagerstätten entstanden. So ist Braunkohle viel jünger und stammt aus dem Tertiär, und zwar hauptsächlich aus einer Zeit vor etwa 10 bis 50 Millionen Jahren [Quarks 2009].

Auch auf den Torfschichten lagerten sich im Laufe der Zeit immer mehr Sedimentschichten ab, so dass sie immer tiefer in die Erdkruste einsanken und immer größerer Hitze ausgesetzt wurden. Zeit und Hitze verwandelten die Torfschichten zuerst in Braunkohle und schließlich in hochwertige Steinkohle. Dieser Umwandlungsprozess wird »Inkohlung« genannt und ist der Erzeugung von Holzkohle, die sich aus Holz durch hohe Temperatur unter Luftabschluss bildet, ähnlich. Wichtig sind eine ausreichend lange Zeit und eine genügend hohe Temperatur.

Der Wasserstoffanteil in der organischen Substanz der abgestorbenen Pflanzen wandelt sich mit etwas Kohlenstoff ähnlich wie im Fall des Erdgases in Methan um. Das explosive Gas findet sich häufig in Kohlevorkommen, da die Kohleschichten porös sind und sich als Gasspeicher eignen [WEC 2007]. Das Gas wird von den Bergleuten Grubengas genannt und ist die Ursache vieler Grubenunglücke. Wenn das Deckgestein über den Kohleschichten nicht gasdicht ist, kann das Methan allerdings entweichen.

Das Endprodukt »Kohle« ist ein anderes als im Fall der Meereslebewesen, da die Ausgangssubstanz eine andere war. Kohle besteht aus großen, weitverzweigten Kohlenwasserstoffmolekülen [Kohle 1982]. Sie hat einen höheren Anteil an Kohlenstoff und dafür weniger Wasserstoff als Erdöl. Da die Moleküle so groß und ineinander verzahnt sind, fühlt sich Steinkohle wie ein weiches Gestein an.

Sauberes Erdgas und schmutzige Kohle?

Kohlenstoff verbrennt zu dem unerwünschten Klimagas Kohlendioxid und Wasserstoff zu harmlosem Wasser. Eigentlich wäre es also gut, wenn das Brennmaterial möglichst viel Wasserstoff und möglichst wenig Kohlenstoff enthielte, denn dann würde wenig Kohlendioxid entstehen. Aber es ist leider so, dass Erdöl zu einem großen Teil aus Kohlenstoff besteht und nur verhältnismäßig wenig Wasserstoff enthält. Auch in der Kohle liegt der Anteil an Wasserstoff sehr niedrig und hochwertige Steinkohle ist eine schwarze Substanz, die reinem Kohlenstoff schon recht ähnlich ist [Kohle 1982]. Den höchsten Wasserstoffanteil hat Erdgas (Methan). Daher verbrennt Erdgas umweltfreundlich, denn es entstehen 22 % weniger Kohlendioxid als bei der Verbrennung von Benzin [Gas 2009], gegenüber der Kohle sind es sogar rund 40 % Kohlendioxideinsparung bei gleichem Energiegewinn. Deutschland könnte also das Kyoto-Protokoll einfach dadurch einhalten, dass Kohle und Erdöl möglichst durch Erdgas ersetzt werden. Tatsächlich ist der Erdgasverbrauch in Deutschland in den letzten Jahren erheblich angestiegen [BWT 2008].

Erdöl ist viel seltener als Erdgas. Erdgas ist viel seltener als Kohle.

Die drei fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas sind also eng verwandt. Alle drei entstanden aus organischen Verbindungen, wobei Erdgas und Kohle Endprodukte dieser Zersetzung sind, während Erdöl eine Art Zwischenstation ist. Erdöl würde sich im Laufe der Zeit und bei ausreichend hohen Temperaturen weiter in Erdgas umwandeln [Blen 2007]. Es ist also ein Glücksfall, wenn die Bedingungen in einer Lagerstätte so sind, dass sich Erdöl bildet, weshalb Erdöl auch der am seltensten vorkommende Energieträger ist. Für eine Erdgaslagerstätte müssen ebenfalls günstige Bedingungen vorliegen, allerdings aus einem anderen Grund: Die Lagerstätte muss gasdicht sein, damit das Erdgas nicht in die Atmosphäre entweicht. Trotzdem übersteigt vermutlich die Menge an vorhandenem Erdgas die Menge an ursprünglich vorhandenem Erdöl um ein Vielfaches. Vermutlich deshalb, weil die Erdgasmenge nicht so gut bekannt ist wie die Menge an Erdöl. Letztere kennt man sehr gut, da seit Jahrzehnten intensiv nach Erdöllagerstätten gesucht wird. [WEC 2007]

Kohle schließlich ist ein stabiles Endprodukt der Zersetzung pflanzlicher Überreste und entsteht bei ausreichend hohen Temperaturen in jedem Fall. Und einmal gebildete Kohle bleibt in der Lagerstätte dann für alle Zeiten erhalten. Daher übersteigt die Menge an Kohle, die auf der Erde vermutet wird, die Vorräte an Erdöl und an Erdgas um das hundertfache – man schätzt, dass die Kohle noch 1000 oder 2000 Jahre lang reichen wird [WEC 2007, IEA 2008, BGR 2009].

Das Erdöl und das Auto

Eine Prophezeiung

»Bald müssen alle mit dem Fahrrad fahren, weil die Ölvorräte erschöpft sind.«

Diese Zukunft wäre das Paradies der Umweltschützer. Aber ist diese Vision wirklich realistisch? Werden die Menschen tatsächlich nur noch mit öffentlichen Verkehrsmitteln fahren oder mit dem Fahrrad? Und werden die Ölreserven wirklich bald erschöpft sein? Die Chinesen und Inder setzen jedenfalls alles daran, vom Fahrradfahren wegzukommen und endlich ein eigenes Auto zu haben. Was ist also die wahre Zukunft: das Fahrrad oder das Auto?

Fliegen ist gar nicht so schlecht

Die Mobilität ist heute ein entscheidender Teil der Lebensqualität und für die Bewohner der Industriestaaten wird es schwierig werden, auf Reisen zu verzichten. Intuitiv vermutet man, dass ein Flugzeug sehr viel mehr Treibstoff als ein Auto benötigt. Das stimmt aber so nicht. Tatsächlich verbraucht ein Flugzeug pro Person und pro 100 Kilometer gerechnet im europäischen Durchschnitt nur wenig mehr als ein Auto. Dies liegt daran, dass in vielen Autos nur eine Person fährt, während Flugzeuge meist voll besetzt sind. Der Verbrauch moderner Langstreckenjets liegt zwischen 3 und 4 Litern pro 100 km und pro Passagier [Ver 2009]. Einzig die Eisenbahn benötigt im Durchschnitt wirklich weniger, wobei die Hochgeschwindigkeitszüge mit 2 bis 3 Litern pro 100 km und pro Passagier im Verbrauch aber wieder überraschend dicht an moderne Flugzeuge heranrücken [Ve...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhalt
• Series Page
• Title Page
• Copyright
• Vorwort
• Danksagung
• Teil I: Einführung
• Teil II: Weltbevölkerung und Energiebedarf
• Teil III: Energie
• Teil IV: Klima
• Teil V: Die Thesen
• Literaturverzeichnis
• Register