ERDOL - ERDGAS

ERDÖL & ERDGAS

Erdöl und Erdgas sind der Menschheit seit Jahrtausenden bekannt, jedoch wird erst das 20. Jahrhundert das Jahrhundert der Kohhlenwasserstoffe genannt. Die industrielle Entwicklung, wie wir sie heute miterleben, wäre ohne den Energieträgern Erdöl und Erdgas nicht vorstellbar.

Geschichte der Mineralölindustrie:

Bereits vor Jahrtausenden haben Chinesen, Agypter und Assyrer und später auch die Römer aus dem Boden austretendes Erdöl für Heil- und Beleuchtungszwecke verwendet.

Die Gewinnungs- und Verarbeitungsmethoden waren aus heutiger Sicht gesehen äußerst primitiv.

Erst mit Beginn der Industrialisierung erkannte man die überragende Bedeutung des Erdöls. Die Entwicklung der Mineralölindustrie begann um die Mitte des vorigen Jahrhunderts, als im Jahre 1859 der Amerikaner Edwin L. Drake in der Nähe von Titusville in Pennsylvanien eine Bohrung niederbrachte, die in einer Tiefe von 67 ft (ca. 20m) Erdöl antraf.

Wie rasch die Erdölproduktion daraufhin anstieg, zeigt die Tatsache, daß schon zehn Jahre nach Titusville die Erdölförderung eine Million Tonnen pro Jahr betrug. Von der Jahrhundertwende an stieg sie - angeregt durch die Entwicklung der Ölfeuerung sowie die Entwicklung der Otto- und Dieselmotoren und auf Grund der Entdeckung neuer reichhaltiger Erdölvorkommen in aller Welt - bis zum Jahre 1930 auf 200 Mio Tonnen pro Jahr.

1979 erreichte der Welterdölverbrauch ein Maximum mit 3178 Mio. Tonnen.

Seit den achtziger Jahren beträgt die weltweite Produktion etwas mehr als drei Milliarden Tonnen pro Jahr.

1998 lag Saudiarabien mit 404 Mio. Tonnen an der Spitze der Erdölförderung, gefolgt von den USA mit 102 Mio. Tonnen und Russland mit 304 Mio. Tonnen.

Erdölvorkommen

Die größten Erdölvorkommen liegen auf der nördlichen Halbkugel unseres Planeten. Auf dem amerikanischen Kontinent wird Erdöl vor der Küste des Golfs von Mexiko gefördert, in den Staaten Texas, Luisiana, Oklahoma bis zur großen Seenplatte an der Grenze zu Kanada und im Westen entlang der Gebirgszüge der Rocky Mountains bis nach Alaska. Weitere Förderungsgebiete gibt es an der pazifischen Küste, in Mexiko und Südamerika, in den Küsten-gebieten Venezuelas, in Peru und in Argentinien.

In Asien finden wir die größten Vorkommen in den Ländern des Nahen Ostens, in China sowie in Indonesien. Im asiatischen Teil Rußlands, in Kasachstan und in Sibirien, wurden ebenfalls ertragreiche Ölgebiete entdeckt.

Afrika ist erst in den letzten zwanzig, dreißig Jahren zu einem großen Erdölproduzenten geworden; hier sind - für uns in Österreich - Libyen und Nigeria führend in der Erdölproduktion.

Im Vergleich zu den anderen Kontinenten galt Europa bis zur Entdeckung der Vorkommen in der Nordsee immer als wenig erdöl- und erdgashaltiges Gebiet. Die Vorkommen von Baku ( Aserbeidschan ) und Rumänien waren lange Zeit die bedeutendsten Europas. Weitere Erdöl-vorkommen (Polen ) und im Wiener Becken entdeckt.

Die Entstehung Erdöllagerstätten

Chemisch betrachtet besteht Erdöl aus einem komplexen Gemisch von Kohlenwasserstoffen mit diversen Begleitstoffen, wie Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen. Diese im Rohzustand meist zähflüssige dunkelbraune bis schwarze Masse, oft auch als das schwarze Gold bezeichnet, hängt eng mit der Entwicklung des Lebens auf unseren Planeten zusammen.

Vor Milliarden Jahren, im Zeitalter des Präkambriums, bildeten sich die ersten tierischen und pflanzlichen Lebensformen auf der Erde, jedoch nur in primitiven Formen von Weichtieren ohne Schalen. In den Meeren entstanden Kleinstlebewesen, sogenanntes Plankton. Über geologische Zeiträume hinweg hat somit auch ständiger "Regen" von abgestorbenen Organismen zu Ablagerungen von organischen Material, vermischt mit meist tonigen Sediment, geführt.

Diese organische Substanz ist das Ausgangsmaterial für Kohlenwasserstoffe, wobei es ausschlaggebend ist, daß sie in einem sauerstoffreien Raum zur Ablagerung kommt.

Das Meerwasser enthält jedoch fast überall größere Mengen Sauerstoff in gelöster Form, sodaß der größte Teill des organischen Materials oxidiert wurde.

Die unter Mitwirkung von Bakterien eingesetzte Umwandlung ist die Frühphase der Bildung von Kohlenwasserstoffen. Durch den dabei entstehenden Druck und die Temperatur setzt der Reifungsvorgang für die Bildung von Erdöl und Erdgas ein. Dieser so begonnene Prozeß ist die Vorstufe für die Lagerstättenbildung, die man in Gesteinschichten mit Poren findet. Den Poren-raum kann man sich schwammartig im Gestein verteilt vorstellen. In einem Sandstein z.B. besteht  er aus den winzigen Hohlräumen, die zwischen den einzelnen aneinanderliegenden Sandkörnchen frei bleiben.

Normalerweise sind alle Gesteinshohlräume mit Wasser gefüllt. In den der Erdoberfläche nahen Schichten ist es Süßwasser, das sogenannte Grundwasser. In tieferen Erdschichten enthalten diese Wässer einen oft beträchtlichen Salzgehalt und werden als Formationswasser bezeichnet.

Wenn die Porenräume aber statt Wasser Erdöl und Erdgas in ökonomisch interessanter An-reicherung enthalten, dann spricht man von einer Lagerstätte ( Anreicherungort ) dieser Substanzen.

Der Bildung solcher Lagerstätten liegt der Umstand zugrunde, daß Gas, Öl und Wasser verschiedene spezifische Gewichte haben. Wenn Öl und Gas tief in der Erde in feinsten Partikeln entstehen und mit dem Formationswasser der Poren in Berührung kommen, dann steigen diese Kohlenwasserstoffe wegen ihres geringeren Gewichtes im Wasser auf und bahnen sich durch die Porenräume der Erde ihren Weg nach oben.

Diese Wanderung des Kohlenwasserstoff-Wassergemisches wird als Migration bezeichnet und setzt sich solange fort, bis sich ein Hindernis in Form von dichtem Gestein an Falten und Brüchen entgegenstellt. Unter diesen stauen sich die Kohlenwasserstoffe und bilden eine Lagerstätte, das Gas als leichtester Bestandteill zuoberst, das Öl darunter und unter diesen das Wasser.

Erdöl und Erdgas muß man also innerhalb poröser Schichten dort suchen, wo diese unter durchläßigen Schichten ihre Aufragungen haben.

Muttergesteine sind Gesteine, in welchen die Voraussetzungen, um aus organischem Material Öl oder Gas entstehen zu lassen, gegeben sind.

Bildungsort ( Muttergestein ) und Anreicherungsort ( Lagerstätte ) sind also getrennt und können mehrere Kilometer auseinander liegen.

Lagerstätten sind somit nicht unterirdische Seen, wie dies oft angenommen wird, sondern Erdöl und Ergas sind in mikroskopisch kleinen Porenräumen im Gestein meist unter Druck gelagert.

Die Mehrzahl der Erdöllagerstätten liegt in Tiefen von ungefähr 1000 bis 4000 Metern.

Ergas, eine andere Form der Kohlenwasserstoffe, kann aber in noch größeren Tiefen zu finden sein. Es entsteht zum Beispiel als Endprodukt aus Erdölmuttergesteinen, die extrem hohen Drucken und Temperaturen ausgesetzt wurden, so daß die Erdölmoleküle weiter in kleinste Bestandteile, das Methan, zerlegt wurden. Der größere Teil des Erdgases ist jedoch aus Kohle oder kohleführenden Gesteinen entstanden.

Erdgas wurde erst nach dem 2. Weltkrieg zu einem bedeutenden Energie- und Rohstoff-lieferanten und zwar vorallem außerhalb Nordamerikas. Auch Österreich war an dieser Entwicklung beteiligt, anfangs des 20. Jahrhunderts immerhin der drittgrößte Erdölproduzent der Welt. In den dreißiger Jahren wurde im Wiener Becken Erdöl gefunden. In Tirol wird Ölschieferbergbau betrieben ( in Pertisau, Seefeld ), der wegen seiner Bedeutung in der pharmazeutischen Industrie besonders hervorzuheben wäre ( Ichthyol ).

Der Aufbau der Erdkruste ist sehr heterogen und daher gibt es auch verschiedene Formen von Lagerstätten, sowohl was die geologische Struktur als auch den geochemischen Prozeß, der zur Lagerstättenbildung führte, betrifft.

Daraus wird verständlich, daß trotz ständiger Verfeinerung der wissenschaftlichen Methoden und trotz Überschreitens der 6000 Meter Bohrteufen nur etwa jede zehnte Suchbohrung in einem unerschlossenen Gebiet fündig wird.

Erdölsuche:

Die Wissenschaft, die sich mit der Erdölaufsuchung beschäftigt, ist die Geologie.

Unterstützt von der Geophysik, darunter versteht man die Wissenschaft von den physikalischen Vorgängen und Erscheinungen auf, über und im Inneren der Erde, werden mit Hilfe dieser Untersuchungen erdöl- und erdgashältige Gebiete ermittelt.

Grundlage für die Erdölsuche ist möglichst genaues Kartenmaterial, wobei man sich am besten der Luftbildkartierung als Grundlage der Karten bedient. In Gebieten mit Überdeckung der tieferen Schichten durch junge Formation oder im Offshore-Bereich muß man sich mit topographischen Karten oder sogar nur mit dem Koordinatennetz zufrieden geben.

Die Einbindung der Luftbildfotographie an der Erdöloberfläche erfolgt durch ein großflächiges Raster. Die Aufnahmen werden in schneller Folge hintereinander gemacht, so daß jedes Bild einer Serie das nächste um etwa zwei Drittel überlappt. Außerdem überdeckt jede Serie die Fläche der vorangegangenen um etwa die Hälfte. Diese Überllappungen ermöglichen es, die Fotos unter dem Stereoskop auszuwerten und so schon die meisten topographischen und viele geologische Details zu erkennen und zu messen. Man kann die Unterschiede zwischen  verschiedenen Gesteinen bestimmen und die Grenzen zwischen verschiedenen Schichten klar festlegen. Die meisten Einzelheiten der geologischen Struktur sind somit bereits bekannt, ehe überhaupt jemand das Gebiet unmittelbar betreten hat.

Geologische Untersuchungen an der Erdoberfläche dieser Gebiete geben einen weiteren Hinweis auf die Schichtfolgen und auf das mögliche Vorhandensein von Erdöl- und Erdgaslagerstätten.

Die Neigung der Schichtflächen gegenüber der Horizontalen nennt man das "Einfallen". Schicht-flächen sind Ebenen, die in einer Gesteinsfolge normalerweise leicht zu erkennen sind. Sie wurden durch verschiedene zyklische Unregelmäßigkeiten in der ursprünglichen Ablagerung verursacht und sind somit Flächen, die ursprünglich horizontal gelegen haben. Die Messung des Einfallens und der Einfallensrichtung, die Beschreibung der Gesteine und die Bestimmung der Fossilien ergeben die wesentlichen Informationen, die der Geologe im Gelände erarbeiten kann.

Die Ergebnisse der Untersuchungen und Messungen werden notiert und in die Karte eingetragen. Falls erforderlich, wird noch eine Gesteinsprobe im Laboratorium genauer untersucht.

Die Verfahren der "angewandten Geophysik", die vorwiegend  der Lagerstättenerkundung dienen, nutzen die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Gesteine bzw. der Gesteinsgruppen aus. Die Einflüsse physikalischer Eigenschaften wie Magnetismus, Dichte, Schallgeschwindigkeit, elektrischer Widerstand oder Radioaktivität, werden von Ort zu Ort und in der jeweiligen Tiefe gemessen. Aus den unterschiedlichen Veränderungen der Meßwerte lassen sich Schlüsse auf die Lagerverhältnisse der Erdschichten ziehen.

Bei der Suche nach Erdöl- und Erdgaslagerstätten werden verschiedene Methoden angewandt:

Erdmagnetische Messung:

Wie allgemein bekannt, besitzt unsere Erde ein Magnetfeld, dessen Pole nahe den geographischen Polen liegen. Magnetische Körper verursachen Abweichungen von der normalen Verteilung der magnetischen Kräfte, welches Rückschlüsse auf Form und Tiefe auf unter der Erdoberfläche vorhandene magnetische Gesteine zuläßt.

Schweremessung:

Mit dem gravimetrischen Verfahren, der Name kommt von der Erdanziehungskraft ( = Gravitation ), ermittelt man durch eine besondere Waage oder ein Pendel Unterschiede in der Erdanziehung. Diese haben ihre Ursache in verschiedenen spezifischen Gewichten der Gesteine unter der Erdoberfläche.

Seismisches Verfahren:

Beim seismischen Verfahren macht sich der Geologe die Eigenschaft der Gesteine zunutze, daß sich Erschütterungen, ähnlich wie Schallwellen, je nach Gesteinsart mit verschiedenen Geschwindigkeiten fortpflanzen. Bei diesen Messungen werden im Erdboden künstliche Schingungen oder Vibrationen ( z.B. durch Sprengung ) erzeugt, die sich in der Erdrinde wellenartig vom Ausgangspunkt weg ausbreiten und sich an den Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Gesteinsschichten unterschiedlich verhalten: zum Teil werden sie reflektiert und zum Teil werden sie gebrochen. Diese Erschütterungswellen brauchen zum Durchlaufen gleicher Wege in verschiedenen Gesteinsarten unterschiedlich lange Zeiten. Nach der Auswertung erhält man ein ziemlich genaues Bild der Gesteinsschichten unter der Erdoberfläche.

In Österreich wird diese Methode bei der Suche nach Erdöl und Erdgas angewandt. Sie ist auch unter der Bezeichung Reflexionsseismik bekannt.

Auf Grund der Ergebnisse wird die beste Struktur ausgesucht und durch eine Bohrung erkundet. Sie dient hauptsächlich dazu, den Poreninhalt der verschiedenen Schichten festzustellen. Ferner soll sie Informationen über die durchbohrten Gesteine erbringen, und drittens wird durch entsprechende Messungen ermittelt, welche Druck und Temperaturverhältnisse in der Tiefe herrschen. Findet man Öl, wird die Bohrung so komplettiert, daß man es auch fördern kann.

Bohren nach Erdöl und Erdgas

Bohrungen werden niedergebracht, um nutzbare Mineralien, Flüssigkeiten oder Gase zu finden. Heutzutage werden fast alle Bohrungen nach dem Rotary- Verfahren durchgeführt, bei dem sich das gesamte Gestänge samt Meißel in Drehbewegung befindet. Der Antrieb erfolgt mechanisch über den Drehtisch.

Es werden folgende Bohrungstypen unterschieden:

Aufschluß oder Exploratioonsbohrungen: Sie dienen der Erschließung vorher geologisch und geophysikalisch untersuchter Strukturen, in denen Erdöl und Erdgas vermutet wird, deren Vorhandensein jedoch erst durch die Bohrung nachgewiesen werden kann. Trotz aller erdenklichen wissenschaftlichen und technischen Vorbereitungen beträgt die Fündigkeits- und Erfolgsrate solcher Bohrungen weltweit nur etwa zehn Prozent.

Erweiterungsbohrungen: Sie sollen in bereits erschlossenen Öl- und Gasfeldern die Ausdehnung der Lagerstätte feststellen oder bisher unbekannte tiefere Horizonte erschließen.

Produktions- oder Exploitationsbohrung: werden auf bekannte Öl- und/oder Gaslagerstätten abgeteufet, um das durch die Aufschluß- oder Erweiterungsbohrung gefundene Reservoir auszufördern.

Die Absatzmärkte der Mineralölindustrie

Seit der ersten Ölpreiskrise von 1973/74 ist der Anteil des Mineralöls am Primärenergie-verbrauch weltweit von 47 auf 40 Prozent (1992) zurückgegangen. Trotz dieser ständig rückläufigen Tendenz liefern Erdölprodukte immer noch den größten Beitrag zur Deckung des Energiebedarfs.

Auffälligstes Merkmal der Entwicklung seit 1973 ist der starke Rückgang beim industriellen Verbrauch des schweren Heizöls. Die Ursache hierfür liegt in verschärften Umweltschutzauflagen, deren Erfüllung beim Einsatz von schwerem Heizöl im Gegensatz etwa zum Erdgas, erhebliche Investitionen erfordert. Unberührt hiervon blieb der Bedarf der Industrie an anderen Mineralölprodukten, vorallem an Schmierstoffen und Lösemitteln.

Die große Bedeutung der Kohlenwasserstoffe - Erdöl und Erdgas - liegt derzeit in zwei Bereichen. Einmal als Betriebsmittel zur Erzeugung von Bewegung oder Wärme, zum zweiten als Ausgangsmaterial für die Produkte der Petrochemie. Der wesentliche Unterschied dieser beiden Bereiche - der entscheidend für die Entwicklung im Zusammenhang mit Kohlen-wasserstoffen ist - liegt darin, daß im ersten Bereich die Kohlenwasserstoffe verbrannt werden, grundsätzlich also verloren gehen, im zweiten Bereich werden sie lediglich umgewandelt, bleiben aber, zumindest grundsätzlich erhalten.

I) Verbrennung von Kohlenwasserstoffen

Kraftstoffe: 

Sie werden nach ihrer motortechnischen Anwendung in Ottokraftstoffe als Fahrbenzine, Flugturbinentreibstoffe und Dieselkraftstoffe unterteilt.

In Österreich werden insgesamt mehr als 50% des benötigten Mineralöls als Kraftstoff verwendet, wobei der Kraftfahrzeugbestand mehr als 4,3 Mio PKW beträgt. Der größte Teil dieser Fahrzeuge benötigt Ottokraftstoff, der als bleifreies Normalbenzin, bleifreies Eurosuper und bleifreies Superbenzin an den Tankstellen angeboten wird. In den letzten Jahren ist jedoch im Bereich der PKW eine deutliche Zunahme des Dieselverbrauchs und gleichzeitig ein beachtlicher Rückgang im Kraftstoffverbrauch zu bemerken, bedingt durch z.B. sparsame Motoren und aerodynamische Karosserien.                       

Die Qualität der Kraftstoffe muß den immer anspruchsvolleren Motoren, als auch den in letzter Zeit erhöhten Umweltbewußtsein angepaßt werden. Eine schadstoffarme Verbrennung wird vor allem durch das Zumischen speziell entwickelter Additiver ( Zusatzstoffe ) ermöglicht.

Der erste wesentliche Schritt zur "Entgiftung" der Abgase war aber die Reduzierung des Bleigehaltes im Normalbenzin von 0,84g/l auf 0,013g/l. Seit 1985 ist nur mehr eine unverbleite Normalbenzinsorte zu erhalten. Analog dazu wurde 1993 eine bleifreie Sorte Superbenzin eingeführt.

Flugturbinenkraftstoffe:

Der bei Turbinenstrahltriebwerken verwendete Kraftstoff Kerosin wird international als "Jet A1" bezeichnet. Er unterliegt besonders strengen Qualitätsanforderungen, die, durch den internationalen Markt bedingt, auch international festgelegt werden.

Zum Beispiel: rußfreie Verbrennung, weitgehenst Wasserfreiheit ( sonst Eiskristallbildung ) und elektrisch leitend ( um elektrische Aufladung und Funkenbildung zu verhindern ).

Heizöle:

Für Hausbrand und Großindustrie sind Heizöle ein preisgünstiger Energieträger.

In Österreich wird für den jeweiligen Bedarf unterschieden:

Heizöl Extraleicht (HEL): Wird überwiegend in Zentralheizungsanlagen kleinerer bis mittlerer Größenordung eingesetzt. Ebenso weitverbreitet ist die Verwendung für die Einzelraumheizung (Ölofen).

Heizöl Leicht (HL): Für Feuerungsanlagen

Heizöl Mittel (HM): Anlage ab 500 kW (Industrieheizöl)

Heizöl Schwer (HS): Für große Heizanlagen ab 2 MW

Die Einteilungskriterien für Heizöle sind die Viskosität sowie Brenneigenschaften, Kälteverhalten und der Schwefelgehalt.

Durch die Absetzung des Schwefelgehaltes wurde ein wesentlicher Beitrag zur Besserung der Luftqualität in Österreich geleistet.

Schmierstoffe:

Die Fortschritte der Technik in den letzten Jahren haben dazu geführt, daß Motoren immer schneller laufen und Maschinen immer größere Leistungen erbringen. Parallel mit dieser Entwicklung sind die Anforderungen an die Schmierstoffe ständig gestiegen: Bei immer höheren Temperaturen und größeren Lasten soll der Schmierstoff noch einen stabilen Schmierfilm bilden; bei immer tieferen Temperaturen soll er Start und sicheren Lauf der Maschinen gewährleisten; in Gegenwart immer aggressiverer Medien soll der Schmierstoff Metalloberflächen vor Korrosion und Verschleiß wirksam schützen.

Unter solchen extremen Anforderungen erreichen konventionelle Schmierstoffe auf Mineral-ölbasis bisweilen die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit: Vorzeitige Alterung des Öles, Abreißen des Schmierfilms, Verschleiß und Ausfall der Maschine sind die Folge. Deshalb wurde versucht, durch gezielte Synthese maßgeschneiderte Schmierstoffe herzustellen, die durch ihre besonderen Eigenschaften neue Anwendungsbereiche erschließen.

II) Umwandlung von Kohlenwasserstoffen ( Petrochemie )

Bei der Petrochemie dient Erdöl als Ausgangsprodukt für Arzneimittel, Baustoffe, Aerosole

( Treibgas), Düngemittel, Farben, Gummiartikel, Klebstoffe, Konservierungsmittel, Kosmetika, Kunstfasern, Kunst- und Schaumstoffe, Pflanzenschutzmittel, Schädlingsbekämpfungsmittel und Tenside ( Waschmittel ).

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Probleme durch den Erdölkonsum :

Vebrennung von Kohlenwasserstoffen dient vor allem dem Verkehr zu Lande, zu Wasser und in der Luft. Im Zusammenhang mit der begrenzten Menge der vorhandenen Kohlenwasserstoffen sollte sich die Menschheit die Einschränkung der Verbrennung auf ein Minimum als Ziel setzen. Für Kraftfahrzeuge zu Lande und zu Wasser gibt es bereits Ansätze Kohlenwasserstoffe durch andere Betiebsmittel zu ersätzen; z.B.: Sonnenenergie, Elektrizität.

Entscheidened für die Abkehr von der Verbrennung ist die Verhinderung von schädlichen Produkten. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entstehen im wesentlichem Wasser, Kohlendioxid, Stickoxide, Schwefeldioxid und metallische Beimengungen. Bis auf das Kohlendioxid können alleGruppen durch entsprechende Maßnahmen zurückgehalten werden.    In den anfallenden Mengen stellt Kohlendioxd ein gefährliches Problem für die Menschheit dar, weil es die Zusammensetzung unserer Atmosphäre verändert und damit Vorgänge auf unserer Erde einleitet, deren Folgen noch gar nicht abzusehen sind.

Bei den Produkten der Petrochemie liegt das Problem darin, daß die grundsätzlich gegebene Möglichkeit der Erhaltung und Wiederverwertung in der Praxis auf Schwierigkeiten stößt.

Abgesehen von dem Problem des Sammelns, fehlt der Anreiz zur Wiederverwertung, da die Ausgangsprodukte in praktisch unbegrenzten Mengen zu sehr günstigen Bedingungen zur Verfügung stehen. Es wäre aber denkbar, daß das Problem der Abfallbeseitigung zu einem Umdenken führt.