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Fachbereichsarbeit
Energietechnik

Gymnasium Groß Ilsede

10, Herr Moog, 2013

Jacob Q. ©
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ID# 33020







Brennstoffgewinnung und die Auswirkungen auf die Umwelt


Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung. 3

2. Definitionen3

3. Brennstoffgewinnung und etwaige Risiken5

4. Erneuerbare Energien11

5. Kann man es verantworten auf Kosten der Umwelt zu handeln?. 15

6. Fazit16

7. Literaturverzeichnis. 18

8. Selbstständigkeitserklärung. 19


1. Einleitung

In dieser Facharbeit zu dem Thema „Brennstoffgewinnung und die Auswirkungen auf die Umwelt“ versuche ich den Schaden aufzuzeigen, den der Mensch nicht nur durch die Gewinnung, sondern auch durch die Nutzung dieser Brennstoffe der Umwelt zufügt. Weiterhin werde ich auf die Vorbereitung und das genaue Verfahren der Gewinnung von Brennstoffen genauer eingehen.

Auch den Folgen der Brennstoffgewinnung schenke ich große Aufmerksamkeit, da diese teils gravierender als die Schäden an der Umwelt sind, die beim Abbau der Brennstoffe entstehen. Im Anschluss daran erläuterte ich mögliche Alternativen, die sowohl umweltfreundlich als auch energiesparend sind. Schließlich setze ich mich mit der Frage auseinander, ob man es verantworten könne, auf Kosten der Umwelt zu handeln.

Diese Facharbeit entstand in erster Linie aus persönlichem Interesse an Technik und Umwelt. Außerdem hat mir die Ölkatastrophe, die durch Deepwater Horizon ausgelöst wurde,  zu denken geben, was den Umgang mit der Umwelt betrifft. Seither beschäftige ich mich intensiv mit regenerativen Energien, welche ebenfalls einen Platz in dieser Facharbeit haben.

In dieser Facharbeit wird die These behandelt, dass die Brennstoffgewinnung und                         -nutzung einen zu großen Schaden für die Umwelt hat, als das man diese weiterhin uneingeschränkt verwenden kann. Desweiteren wird untersucht, ob es nicht an der Zeit ist das „Zeitalter der fossilen Energie“ abzuschließen und das „Zeitalter der erneuerbaren Energie“ einzuläuten.


2. Definitionen

2.1 Brennstoff

„Brennstoff ist ein Material, dessen gespeicherte Energie sich durch Oxidation in Form einer Verbrennung in nutzbare Energie (Wärme) umwandeln lässt.

Man unterscheidet natürliche und künstliche Brennstoffe. Natürliche Brennstoffe werden in der Form eingesetzt, in der sie der Umwelt entnommen werden. Künstliche Brennstoffe werden durch einzelne Verfahrensschritte aus natürlichen Brennstoffen gewonnen.“

(o.A.: Brennstoff, gefunden auf: aufgerufen am: 02.03.2013)

2.2 Energieträger

Man unterscheidet zwischen primären und fossilen Energieträgern.

2.2.1 Primäre Energieträger

„Energie wird in der Natur in Energieträgern oder auch Energiequellen gespeichert. In der Natur unmittelbar vorhandene Energieträger bezeichnet man auch Primärenergieträger. Die Energie die in ihnen gespeichert ist, nennt man Primärenergie. Zu solchen Primärenergieträgern gehören beispielsweise Holz, Erdöl, Erdgas, Steinkohle, Braunkohle, fließendes sowie gestautes Wasser, Wind, Sonnenbestrahlung und Erdwärme.

In vielfältigen Umwandlungsprozessen wird Primärenergie zunächst in Energieformen umgewandelt um anschließend dem Menschen von Nutzen zu sein.“ (o.A.: Primärenergieträger, gefunden auf: aufgerufen am 02.03.2013)

2.2.2 Fossile Energieträger

„Als fossile Energieträger bezeichnet man Braun- und Steinkohle, Erdgas, Erdöl, Uran, Plutonium und Torf. Der Begriff fossil steht dabei für den Entstehungszeitraum dieser Energieträger vor bis zu 500 Millionen Jahren. Fossile Energieträger sind aus abgestorbener Biomasse entstanden, die sich im Laufe von Jahrmillionen durch abgelagerte Sedimente und andere natürliche Umstände komprimierten und unter Sauerstoffabschluss zu den heutigen Stoffen umwandelten.“ (o.A.: Energieträger, gefunden auf: aufgerufen am: 02.03.2013)


2.3 regenerative Energien

Der Begriff der regenerativen Energien bezeichnet eine Form von Energie, die aus besonders umweltfreundlichen, erneuerbaren Energieträgern gewonnen wird. Diese Energieträger sind auch in der Zukunft dauerhaft vorhanden und verursachen keine zusätzlichen Emissionen.“ (o.A.: „Regenerative Energien“ – eine Definition, gefunden auf: a.....

Exploration, Produktion, Versorgung, Landshut 1994, S. 22.)

 Mit zunehmendem Auseinanderstreben der Kontinentalplatten drang das Meer in diese Schwächezone ein und bildete ein langgezogenes, flaches überflutetes Gebiet. Das Meer mit den darin lebenden Organismen mit kalkigen Hartteilen führte dann in der Kreidezeit zur Bildung einer Kalkschicht, die die am Boden der Seen lagernde Materie zugedeckt hat. Diese Kalkschicht ist das sogenannte Speichergestein, in dem das aus dem Muttergestein heraus wandernde Öl und Gas aufgefangen wurde.Nach Ablagerung des kalkigen Speichergesteins kam es darüber zu dicken Salzablagerungen, die im Gegensatz zu den kalkigen Schichten vollkommen undurchlässig sind.

Mit dem weiteren Auseinanderbrechen des Superkontinents versanken diese Schichten in immer tiefere Bereiche und wurden von Sand und Schlamm bedeckt, die von den Küsten der sich bildenden Kontinente ins Meer gespült worden waren. Die späteren Öl und Gaslagerstätten sind im Laufe der Zeit immer weiter abgesunken und kamen damit in Temperaturbereiche, in denen das organische Material im Muttergestein, das sogenannte Kerogen, in Öl und Gas umgewandelt wurde. Öl und Gas wanderten wegen der geringen Dichte bis in den darüber liegenden Kalkstein und wurden dann an der weiter oben liegenden Salzschicht aufgehalten.

Diese bis zu zwei Kilometer dicke Salzschicht bildet für Öl und Gas eine undurchdringliche Sperre.


Die Exploration nach Öl in der Tiefsee setzte in der Mitte der 1980er-Jahre ein. Jedoch liegen die neuen Fundstellen nicht in vorher unbekannten Regionen, sondern allesamt in geografischen Erweiterungen von bereits bekannten Ölvorkommen auf dem Festland oder im flacheren Wasser bis hinaus in das tiefe Meer (die Nordsee bleibt das einzige neu entdeckte Ölvorkommen der letzten 50 Jahre).

Die Funde in der Tiefsee erreichten in der zweiten Hälfte der 1990er-Jahre ihren Höhepunkt. In den letzten Jahren sind weitere Funde dazugekommen, vornehmlich in Brasilien. Etwa die Hälfte aller neuen Funde wurden seit 2006 wurden in der Tiefsee gemacht. Im Jahr 2009 sind 500 Explorationsbohrungen zu durchschnittlichen Kosten von 100 Millionen US-Dollar niedergebracht worden.

Man schätzt, dass man am Ende der Explorationen der Tiefsee insgesamt etwa 90 Gb (1Gb = 1 Gigabarrel = 1 Milliarde Barrel) gefunden haben wird. (vgl. Schindler, Jörg: Öl Dämmerung. Deepwater Horizon und das Ende des Ölzeitalters, München 2011, S. 49.)


Um eine solche Lagerstätte erschließen zu können, muss diese erst ausfindig gemacht werden, in dem man beispielsweise die Methode der Reflexions-Seismik anwendet. Hierbei werden durch künstliche Sprengungen am Erdboden Erschütterungen ausgelöst, die sich wellenartig durch die Erdrinde ausbreiten. Für das Durchlaufen durch unterschiedliche Gesteinsschichten brauchen diese unterschiedlich lange Zeiten.

Diese Wellen reflektieren an den Schichtgrenzen und werden von einem Seismogramm aufgezeichnet. Die Daten werden dann von einem Computer ausgewertet, sodass sich ein Profilbild des Untergrunds erstellen lässt, welcher über eventuell vorhandene Lagerstätten Auskunft gibt.


Ist eine mögliche Lagerstätte entdeckt, so erfolgen Probebohrungen. Hierzu wird Bohrgestänge mithilfe eines Bohrturms in den Boden getrieben. Durch das innen hohle Bohrgestänge drücken Spülpumpen Wasser, das sich mit dem zerschlagen Gestein an der Spitze des Bohrers vermischt und größtenteils durch den Hohlraum des Bohrgestänges nach oben gelangt.

Ein kleiner Teil bildet allerdings einen festen Belag an der Bohrlochwand, wodurch ein Einsturz verhindert wird. Auf diese Weise können mehr als ein Kilometer tiefe Bohrlöcher entstehen. Trifft man auf Öl und, so kann der Druck der Lagerstätte so hoch sein, dass das Öl in einer Fontäne aus dem Bohrloch schießt. Sobald der Druck abnimmt und das Rohöl nicht mehr selbstständig fließt wird dieses abgepumpt. (vgl. o......

Der Bohrschlamm besteht aus sehr schweren Materialien, die durch ihre Masse den notwendigen Gegendruck erzeugen. Um die Ölquelle endgültig zu versiegeln, muss nach der Zementierung der Bohrschlamm entfernt und durch Meerwasser ersetzt werden.

Bei dieser Operation ereignete sich das Unglück, weil die fehlerhafte Zementierung und der jetzt durch das Meerwasser aufgebrachte und gegenüber dem Bohrschlamm verminderte Druck dem Druck des Öls aus der Quelle nicht mehr standhalten konnte. Es kam zu einem sogenannten Blowout, Öl und Gas strömten mit hohem Druck aus der Quelle. Das Gas strömte aus dem Bohrloch hinaus auf die Plattform, entzündete sich dort und löste eine Explosion aus, die 11 Tote und den Untergang der Deepwater Horizon zur Folge hatte.

Weiterhin brach nach dem Untergang die Rohrverbindung zwischen der Plattform und dem Bohrloch, sodass in Folge dessen ungehindert Öl aus der Quelle strömen konnte.

Nach 5 Monaten, genauer gesamt am 19. September 2010 wurde die Quelle nach unzähligen Versuchen endgültig für „tot“ erklärt, nachdem die Operation „top kill“ schließlich den gewünschten Erfolg brachte, nämlich die Versiegelung der Quelle. (vgl. Schindler, S.12.)


Nach und nach kristallisierte sich das Ausmaß dieser Umweltkatstrophe heraus. Insgesamt sind Schätzungen zufolge circa 4,9 Millionen Barrel (entspricht ungefähr 780 Millionen Liter) ausgetreten. Davon wurden nur 800.000 Barrel durch unterschiedliche Mittel aufgefangen. Zum Vergleich: Beim Unglück der Exxon Valdez vor Alaska im Jahr 1989, dessen Folgen für die Biotope noch heute spürbar sind, waren 258.000 Barrel ausgetreten.

Diese Menge war bei der Havarie der Deepwater Horizon schon nach gut vier Tagen erreicht. Damit verursachte die Havarie der Deepwater Horizon die mit Abstand größte Meeresverschmutzung in der amerikanischen Geschichte. Um den Schaden einzugrenzen wurden bis Mitte Mai von BP etwa 2,3 Millionen Liter des Lösungsmittels Corexit an der Quelle und an der Wasseroberfläche eingesetzt.

Allerdings stellt sich die Frage ob der Einsatz von Corexit die Umweltschäden erhöht oder mindert. So viel sei gesagt, Öl und Corexit sind Gift für Biotope, Zooplankton und Fische, greifen also in die gesamte Nahrungskette der Meereslebewesen ein. (vgl. Schindler S. 23.)


3.2 Holz

 Es ist uns vertraut, wie kein anderes Material. Es gibt kein Handwerk der letzten Jahrtausende, das ohne Holz ausgekommen wäre: als Werkzeug, Werkbank, Werkstoff, Brennstoff und Rohstoff. Massiv, gespalten, zerspant, zerrieben, aufgelöst und verbrannt ist Holz bis heute unverzichtbar. Es wärmt und kleidet uns, schützt vor Kälte und Hitze, Krippe und Stall in Bethlehem waren aus Holz, als Papier trägt und bewahrt es Informationen,  wir essen und trinken von hölzernen Tischen, sitzen auf hölzernen Stühlen und schla.....

Zu den Hauptexporteuren solcher Agrotreibstoffe, zählen unteranderem Malaysia und Indonesien. Malaysia hat das Ziel die bisherige Fläche der Plantage von derzeit 7 Millionen Hektar auf 26 Millionen Hektar bis 2026 zu vergrößern. Hierzu wurden bereits circa 12 Millionen Hektar Regenwald gerodet. (vgl. o.A.: Hauptzerstörungsursachen, gefunden auf: aufgerufen am 09.03.2013)

An was viele bei der Rodung der Regenwälder nicht denken, ist die damit verbundene Ausrottung vieler Tier und Pflanzenarten. Wie viele Tier- und Pflanzen e wirklich gibt, weiß keiner. Bekannt ist aber, dass 2007 fast 16500 Tier- und Pflanzenarten weltweit bedroht waren und täglich circa 70 Arten aussterben.

(vgl. o.A.: Das rasante Sterben der Arten, gefunden auf: aufgerufen am 09.03.2013)


3.3 Uran

Uran ist ein Element, das elementar für die Stromgewinnung durch Atomkraftwerke ist, da dieser Stoff einen großen Teil des Inhalts der Brennstäbe ausmacht, die verwendet werden müssen, um ein Atomkraftwerk zu betreiben.

In der Erde steckt ungefähr 100-mal so viel Uran wie Gold oder Silber. Es kommen nämlich rund 3 Gramm auf eine Tone Gestein. (vgl. o.A.: Urangewinnung, gefunden auf: aufgerufen am 09.03.2013)

 Das Element Uran 235 wird im Tagebau, beispielsweise in Kanada, Australien, Südafrika, USA und China gewonnen. Allerdings besteht das abgebaute Uranerz nicht aus reinem Uran, sondern aus einer Menge „taubem“ Gestein. Um an das Uran zu gelangen, wird das Erz gebrochen, gemahlen und dann das Uran mit einer Säure oder Lauge aus dem übrigen Gestein heraus gespült.

Aufgrund der Optik wird das Endprodukt der Uranerzbearbeitung auch „Yellow Cake“ genannt. Dieser „Yellow Cake“ besteht nun  zu rund 80% aus Uran und Beimengungen von Ammoniumdiuranat. Anschließend wird das Uran 235 durch mehrere Schritte angereichert und anschließend in der chemischen Form UO2 in gepresst und schließlich ingenau passende, gasdichte Rohre eingefüllt – die Brennstäbe.

Brennstäbe können üblicherweise für ein paar Jahre im Kernreaktor verwendet werden, bevor sie „abgebrannt” sind und ausgetauscht werden. In dieser Zeit werden sie nach einem genau festgelegten Plan immer wieder umplatziert.„Abgebrannte“ Brennelemente können in einer Wiederaufarbeitungsanlage zerlegt werden, um das verbliebene Uran 235 und das entstandene Plutonium 239 heraus zu lösen und bei der Brennelemente-Herste.....

4.1 Windkraft

Die Nutzung der Windenergie hat seit den 40er-Jahren des letzten Jahrhunderets so stark zugenommen, dass in einigen Ländern (z.B. Dänemark, Deutschland, Spanien) Strom aus Windkraft bereits einen signifikanten Anteil zur Gesamtelektrizitätsversorgung beiträgt. Die dadurch immer weniger werdenden lukrativen Standorte an Land haben dazu geführt, dass erste Anlagen mittlerweile auch im Meer errichtet.

Hinzu kommt, dass auf dem Meer die Windverhältnisse besser sind. Man unterschiedet des wegen zwischen „On-Shore“ und „Off-Shore“. Diese zwei Begriffe beschreiben zunächst einmal nur, ob eine Anlage „auf dem Land“ (On-Shore) oder „vor der Küste“ (Off-Shore) installiert wird, also an Land oder im Meer. Gleichzeitig beschreibt diese Bezeichnung aber auch weitere grundsätzliche Punkte, in denen sich zwei Arten von Windkraftanlagen unterscheiden (z.B. Fundament, Aufbau, Wartung, Netzanbindung).

Im Vergleich zu Off-Shore-Anlagen kann bei dem Aufbau von On-Shore-Systemen grundsätzlich von einfacheren Voraussetzungen ausgegangen werden. Das Stahlbetonfundament kann einfach im Boden verankert werden und der Aufbau erfolgt mit Kränen. Probleme kann es jedoch beim Transport der unteren Turmteile für große Windkraftanlagen geben, weil der Durchmesser der Turmfüße durchaus mehr als 4,50 Meter betragen kann.

Gleiches gilt für die Blatttiefe der Rotoren. Damit ist dann jedoch die mögliche Transportbreite und –höhe (Brücken) auf bundesdeutschen Straßen überschritten, weswegen mitunter auf die Binnenschifffahrt ausgewichen werden muss.

Da ab der Ekman-Schicht (über 100 Meter) der Wind weniger turbulent und somit schneller ist, weil es dort weniger Störquellen gibt, besteht ein Streben nach immer höheren Türmen. Der Stromertrag kann auf diese Weise um ein Fünftel gesteigert werden, so dass sich die höheren Baukosten innerhalb von vier Jahren amortisieren. (vgl. Geitmann, Sven, S. 105.)


Der wichtigste Vorteil von Windenergieanlagen (WEA) auf hoher See ist der stetige Wind. Im Binnenland schwanken Windrichtung und Windstärke mitunter sehr stark. In einiger Entfernung vor der Küste hingegen ist beides sehr viel konstanter, so dass sich die Anlagen deutlich effizienter betrieben werden können.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik haben Windturbinen für die Off-Shore-Nutzung eine Nennleistung von drei bis sechs Megawatt. Die derzeit größte 6-MW-Anlage kann dank der durchschnittlich höheren Windgeschwindigkeiten auf See im Jahr bei etwa 3.000 Volllaststunden rund 18,5 Millionen Kilowattstunden produzieren. Dies entspricht dem Energieverbrauch von über 5.200durchschnittlichen 4-Personen-Haushalten.

Als Einsatzgebiet eigenen sich vornehmlich Gegenden mit einer begrenzten Wassertiefe von 15 bis 35 Metern. Tatsächlich in Frage kommen jedoch nur wenige Gebiete mit dieser Voraussetzung. Mögliche Argumente, die gegen den Bau eines Off-Shore-Windparks sprechen, sind zum Beispiel lokale Fischgründe, die Nähe zu viel befahrenen Schiffsrouten oder aber auch die ungünstige Meer.....

Grundsätzlich ist bei Solarenergie zu unterscheiden in Solarthermie (Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie) und in Photovoltaik (Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie).


Bei der Solarthermie handelt es sich um die Wärmeübertragung durch Strahlung von der Sonne auf die Erde. Die Auswirkung dieser Wärmeübertragung kennt jeder, der im Sommer in ein Auto einsteigt, dass einige Stunden in der Sonne gestanden hat. 

Einige Materialien können sich allein durch die Strahlungsenergie der Sonne derart aufwärmen, dass zum Beispiel auf der dunklen Motorhaube eines parkenden Autos Spielgeleier gebraten werden können. (vgl. Geitmann, S. 66.)


Das Wort Photovoltaik setzt sich zusammen aus dem griechischen Wort für Licht („photo“) und dem Nachnamen des Physikers Alessandro Volta, dem auch die Spannung ihre Einheit „Volt“ verdankt.

Der Umwandlungsvorgang beruht auf dem bereits im Jahr 1839 vom französischen Physiker Alexander-Edmond Becquerel entdeckten Photoeffekt. Unter dem Photoeffekt versteht man die Freisetzung von Ladungsträgern in einem Festkörper durch Lichteinstrahlung. Die photovoltaische Zelle wurde allerdings erst fast hundert Jahre später, um 1950, entwickelt. Seither werden Solarzellen beispielsweise für die Raumfahrt, für Taschenrechner, Uhren und Notrufsäulen verwendet.

Heutige Solarstromanlagen bestehen meist aus mehreren Photovoltaikmodulen, die ihrerseits aus vielen einzelnen Solarzellen aufgebaut ist. Die einzelnen Solarzellen bestehen zum überwiegenden Anteil aus hochreinem Silizium. (vgl. Geitmann, S. 73.)

4.3 Bioenergie

Unter dem Begriff Bioenergie werden alle biologischen Energieformen zusammengefasst, bei denen pflanzliche oder tierische Substanzen als Ausgangsstoff für die Energieerzeugung bereitgestellt werden. Dabei kann es sich um Gase, Flüssigkeiten und auch Feststoffe handeln, die direkt oder indirekt aus organischen Primärenergietr.....


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