fossile Rohstoffe und Uran

fossile Rohstoffe und Uran

 

Erdöl und Kohle entstehen ebenfalls in sedimentären Prozessen. Derzeit decken fossile Brennstoffe in den Industrieländern etwa 90 Prozent des Energiebedarfs, weltweit etwa 75 Prozent. Im Gegensatz zu nahezu allen anderen mineralischen Rohstoffen sind die fossilen Energierohstoffe weder recycelbar noch erneuerbar. Außerdem entstehen beim Verbrennen von Kohle und Erdöl weltweit jeden Tag gewaltige Mengen an Kohlendioxid, das als Treibhausgas an die Atmosphäre abgegeben wird. Hinzu kommen andere Schadstoffe wie Rußpartikel, Schwefeldioxid und Stickoxide.

 

Nutzt man radioaktive Elemente wie Uran und Thorium, um Energie zu gewinnen, bietet sich zwar der Vorteil, dass dabei kein Kohlendioxid freigesetzt wird. Da jedoch die potenziellen Gefahren der Kernenergie sehr hoch sind, gerät diese Alternative aufgrund des Widerstands in der Bevölkerung in immer mehr Industrieländern in den Hintergrund. Alternative Energien, zu denen auch die Erdwärme zählt, haben bislang insgesamt gesehen nur einen äußerst geringen Marktanteil. Fossile Rohstoffe werden deshalb in naher Zukunft weiterhin die entscheidende Rolle unter den Energieträgern spielen.

 

 Erdöl und Erdgas

 

Die großen Erdöl- und Erdgaslagerstätten entstanden im Laufe der Erdgeschichte jeweils in küstennahen Meeresbecken, in denen die Lebensbedingungen für Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen optimal waren. Starben diese Lebewesen, sanken sie auf den Boden des Beckens — ein Prozess, der mehrere Millionen Jahre anhalten musste, bevor sich Lagerstätten mit ausreichender Menge bildeten.

 

Werden solche Schichten langsam durch die Last weiteren Materials, beispielsweise Sand, Tone und Kalkschlamm, in größere Tiefen versenkt, kommt es in etwa 3 Kilometer Tiefe bei Temperaturen von etwa 100 Grad Celsius zu Crackprozessen. Dabei wird das stark durch Bakterien veränderte organische Material im Sediment zu Erdöl umgewandelt. Als Nebenprodukt entsteht Erdgas. Oft ist das bei der Erdölentstehung mit entstandene Gas vollständig im Öl gelöst und entweicht beim Fördern des Öls, ähnlich wie Kohlendioxid beim Öffnen einer Mineralwasserflasche.

 

Die ölhaltigen Sedimente bezeichnen Geologen als Erdölmuttergesteine. Meist bleiben Erdöl und Erdgas nicht am Ort ihrer Entstehung, sondern entweichen oder wandern in Erdölspeichergesteine, die weniger unter Druck stehen und offene Poren und Klüfte haben. Damit die flüchtigen Kohlenwasserstoffe nicht vollständig entweichen, müssen die Speichergesteine nach oben durch ein anderes Gestein — etwa Ton — abgedichtet sein. Man spricht dann auch von Erdölfallen.

 

Weltweit kennt man etwa 900 ehemalige, alte Sedimentbecken, von denen etwa 350 Kohlenwasserstoffe enthalten. Rund 80 Prozent der nachgewiesenen Reserven befinden sich in etwa 20 dieser Becken. Die nachgewiesenen Reserven sind weltweit sehr ungleich verteilt. Angeführt von Saudi-Arabien besitzen neun Staaten etwa 90 Prozent der nachgewiesenen Erdölreserven und sechs Staaten, an der Spitze Russland, die nachgewiesenen Erdgasreserven der Welt.

 

Abhängig von den geologischen Bedingungen und von den angewandten Fördermethoden können gegenwärtig nur etwa 30 Prozent des Ölinhalts und etwa 60 Prozent des Gasinhalts eines Speichers profitabel gewonnen werden. Der Rest bleibt im Gestein. Förderten die Erdölgesellschaften früher hauptsächlich aus Speichern, die vom Land aus zugänglich waren, beuten sie heute zunehmend auch Lagerstätten vor den Küsten, Offshorelagerstätten, aus. Die Wirtschaftlichkeitsgrenze der Förderung liegt derzeit bei etwa 2000 Meter Wassertiefe.

 

Erdgas besteht vorwiegend aus Methan und enthält daneben noch eine Reihe Begleitgase. Der fossile Energieträger hat den Vorteil, beim Verbrennen am wenigsten Kohlendioxid an die Umwelt abzugeben. Wegen seines hohen Heizwerts ist Erdgas heute ein gesuchter Energierohstoff. Lange Zeit galt es lediglich als Abfallprodukt der Erdölgewinnung und wurde meist abgefackelt. Heute gilt es als Energieträger der Zukunft, inbesondere in Verbindung mit einer möglichen Energiewirtschaft auf der Basis von Wasserstoff, der sich zumindest in einer Übergangszeit aus Erdgas reformieren ließe.

 

In Europa erschlossen die Energieversorgungsunternehmen große Gasfelder in Groningen in den Niederlanden oder Wustrow-Salzwedel-Peckensen im Wendland. Die größten Lagerstätten befinden sich jedoch in Sibirien (Urengoi), woher ein großer Teil des in Deutschland verwendeten Gases kommt, und unter dem arabisch-persischen Golf, wo die zurzeit größte Gaslagerstätte der Erde mit einem Gasvolumen von bis zu 11 Billionen Kubikmetern entdeckt wurde.

 

Die Erdgasförderung verbraucht im Vergleich zum Abbau von Stein- und Braunkohle nur wenig Landschaft. Der Flächenbedarf für Gasleitungssysteme ist allerdings sehr hoch, die Energiebilanz jedoch aufgrund des geringen Förderaufwands sehr gut. Die Bilanz verschlechtert sich durch den Kostenaufwand für Transport und Fernleitungen, ebenso durch Verluste in undichten Leitungssystemen und leckenden Pumpstationen. Auf den weiten Strecken von Sibirien nach Westeuropa werden allein etwa 10 Prozent des eingespeisten Gases als Energiebedarf für die Kompressorstationen verbraucht.

 

 Braunkohle und Steinkohle

 

Die Kohlereserven gelten derzeit als die größten fossilen Reserven unter den Energieträgern. Der Kohleabbau ist jedoch relativ aufwendig und mit einem hohen Landschaftsverbrauch verbunden. Außerdem werden beim Verbrennen der Kohle nicht nur relativ viel Kohlendioxid, sondern auch andere Schadstoffe freigesetzt.

 

Die Entstehungsgeschichte von Kohle lässt sich leicht an einem Beispiel nachvollziehen. So gab es vor 16 Millionen Jahren, im Tertiär, in der südlichen Niederrheinischen Bucht ausgedehnte Sumpfwälder und Moore in flachen, küstennahen Seen und Tümpeln. Das Gebiet erstreckte sich über rund 2500 Quadratkilometer. Alte, absterbende Bäume und Pflanzen fielen um und vermoderten. Aus den unteren Lagen der damaligen Moore entstand langsam unter Luftabschluss Torf. Die Niederrheinische Bucht senkte sich ab, sodass von Nordwesten das Meer eindringen konnte und die Moore mit Sanden bedeckte. Die weitere Vermoorung wurde dadurch unterbrochen. Dieser Prozess dauerte etwa 10 Millionen Jahre. Die zum Teil mehrere Hundert Meter mächtigen Torflagen wurden dicht zusammengepresst und in Braunkohle umgewandelt.

 

In Deutschland, dem reichsten Braunkohleland Europas, gibt es fünf solcher Reviere: das Lausitzer, das Leipziger, das Rheinische, das Hessische und das Helmstedter Revier. Der Abbau in den neuen Bundesländern wird langfristig zurückgefahren, um anderen Energieträgern mehr Gewicht beizumessen und zu einem ausgewogenen Energiemix zu kommen. 1991 wurden in den neuen Bundesländern insgesamt nahezu 90 Prozent des Strombedarfs durch Braunkohle gedeckt, während es zur selben Zeit in Westdeutschland rund 20 Prozent waren. In allen Revieren wird die Braunkohle oberflächennah angetroffen und kann deshalb im Tagebau gewonnen werden.

 

Ähnliche Verhältnisse wie im Tertiär gab es vor etwa 300 Millionen Jahren, im Oberkarbon, schon einmal. Damals erstreckte sich nördlich des rheinischen Schiefergebirges eine ausgedehnte Ebene, die immer wieder vom Meer überflutet wurde. In den zahlreichen Seen und Mooren gedieh die Pflanzenwelt äußerst üppig. Aus den Pflanzenresten bildeten sich Torflagen, die nach Überschwemmungen von Sand und Schlamm bedeckt wurden. Durch die schwere Last, die auf die Torflagen drückte, wandelte sich der Torf im Laufe der Jahrmillionen zunächst in Braunkohle, dann in Steinkohle um. Die rund 4000 Meter mächtige Struktur bezeichnen Geologen heute als westdeutsches Steinkohlengebirge.

 

Das Steinkohlengebirge ist durch die Bewegungen der Erde zerrissen und versetzt worden. Die Kohle in den ursprünglich horizontal gelagerten Flözen lässt sich deshalb nicht durchgängig fördern. Die Flöze sind gefaltet und reißen immer wieder an geologischen Störungen und Versetzungen ab. Deshalb benötigt man aufwendige Untersuchungen, um den Anschluss der Flöze zu finden. Neben der Häufigkeit und dem Ausmaß von tektonischen Störungen bestimmen Tiefe und Mächtigkeit der Flöze, die Qualität und Reinheit der Kohle sowie die Art des Nebengesteins die Kosten beim Abbau einer Lagerstätte.

 

Der Abbau der einheimischen Steinkohle wird immer weiter zurückgefahren, da importierte Kohle etwa aus Russland oder China billiger ist. Derzeit lässt sich der Bergbau im Revier nur durch staatliche Subvention aufrechterhalten. Während etwa 1994 die Produktion einer Tonne Steinkohle im Ruhrgebiet nach Angaben der deutschen Steinkohlenindustrie 150 Euro pro Tonne kostete, lag der Preis für eine Tonne Importkohle aus den USA oder Südafrika bei etwa 35 Euro pro Tonne, inklusive Transport.

 

 Uran und Thorium

 

Insgesamt kennt man etwa 70 verschiedene Uranminerale. Die wichtigsten sind Pechblende oder Uraninit sowie Uranglimmer. Thorium enthalten die Minerale Thorit und Monazit.

 

Uran wurde 1787 erstmals von dem deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth aus Wernigerode in der Pechblende von Johanngeorgenstadt im Erzgebirge entdeckt. Bis zur ersten Kernspaltung durch Lise Meitner und Otto Hahn vergingen 150 Jahre. Neben der Verwendung als Energierohstoff bei der Kernspaltung wurde Uran ursprünglich für die Herstellung von Farben verwendet. Heute nutzt es die chemische Industrie vorwiegend für spezielle Legierungen und als Katalysator für chemische Reaktionen. Radium, ein Zerfallsprodukt des Urans, dient vor allem als Strahlenquelle in der Medizin. Um jedoch ein Gramm Radium zu gewinnen, müssen etwa drei Tonnen Uran aufbereitet werden. Thorium könnte ebenfalls als Energierohstoff für Reaktoren dienen, spielt aber zurzeit keine Rolle, da keine entsprechenden Reaktoren in Betrieb sind.

 

Je nach Entstehung lassen sich unterschiedliche Typen von Uranlagerstätten unterscheiden. Viele Granite enthalten Uran, jedoch in solchen Spuren, dass sich ein Abbau bisher nur selten gelohnt hat. Durch Lösung und Transport können jedoch abbauwürdige Lagerstätten entstehen. Dringen etwa von unten heiße Lösungen nach oben, können sie die Uranminerale lösen und in Gängen und auf Klüften im Gestein wieder ausscheiden. Diese Art von Lagerstätten, wie sie etwa im Erzgebirge seit Jahrzehnten abgebaut wurden, nennt man hydrothermale Ganglagerstätten. Ähnliche Vorkommen finden sich im französischen Zentralmassiv oder im Riesengebirge in Polen.

 

Bedeutende Lagerstätten dieses Typs werden auch in Kanada und in Zaire abgebaut. Seifenlagerstätten mit Uran- und Thoriummineralen finden sich etwa im indischen Bundesstaat Kerala sowie im brasilianischen Espirito Santo. Auch in Gold führenden Seifen wie Witwatersrand/Südafrika oder Blind-River-District/Kanada, Serra de Jacobina/Brasilien und Rum Jungle/Australien baut man bedeutende Mengen Uran ab. Weiterhin gibt es kleinere Vorkommen in red-beds, Senken, die im Laufe der Erdgeschichte mit rötlichen Sandlagen zugeschüttet wurden und die ebenfalls reich an uranhaltigen Mineralen sind. Auch in Schwarzschiefer und in Kohlenlagerstätten reichern sich Uranminerale an. Diese Lagerstätten sind zurzeit zwar nicht wirtschaftlich interessant, gehören aber dennoch zu den Ressourcen.

 

Um eine Tonne Uran zu gewinnen, muss ein Bergbaubetrieb im Durchschnitt 1100 Tonnen Gestein abbauen. Riesige Tagebaulöcher und Abraumhalden sind die Folge. Die zu DDR-Zeiten von der Sowjetunion abgebauten Uranvorkommen im Erzgebirge übernahm nach der Wende die Bundesrepublik Deutschland und legte sie still. Seitdem versucht man mit großem Aufwand, die Folgeschäden des Bergbaus zu beseitigen.

 

Die Kernenergie stellte 1996 weltweit rund 18 Prozent der Stromerzeugung. Störfälle und Unfälle in den Kraftwerken, wie in Tschernobyl, führten dazu, dass diese Art der Energieversorgung in breiten Bevölkerungskreisen nicht akzeptiert ist. Hinzu kommt, dass auch die Entsorgungskonzepte für die bei der Kernspaltung anfallenden radioaktiven Restprodukte heftig umstritten sind. Eine Zeit lang favorisierte man in Deutschland als Endlager für radioaktiven Müll unterirdische Salzformationen wie bei Gorleben. Die Schweiz testet in einem Forschungslabor im Grimselmassiv Granit als mögliches Endlagergestein.

 

 Bilanzen und Prognosen

 

Aufgrund des zunehmenden Bevölkerungswachstums wird in den kommenden Jahren weltweit mehr Energie benötigt. Die Produktion von Erdöl und Erdgas wird deshalb in den kommenden Jahren steigen.

 

Um die Lebensdauer von Rohstoffen und ihre Verfügbarkeit zu quantifizieren, berechnen Geologen die »Reservenlebensdauer«. Sie ist das Verhältnis der zu einem bestimmten Zeitpunkt bekannten Vorräte zum Jahresverbrauch desselben Jahres. Die errechnete Zahl ist die »statische Reichweite« einer Rohstoffreserve in Jahren. Dabei handelt es sich immer nur um eine Momentaufnahme, da sich sowohl Verbrauch als auch Kenntnisstand über die Rohstoffvorräte von Jahr zu Jahr ändern. Weitere Faktoren, wie die Intensität der Rohstoffsuche, Preisniveau, Fortschritte bei den Abbautechniken, Weltwirtschaft und Politik, spielen wichtige Rollen in diesem System.

 

Das Gesamtpotenzial des konventionell gewinnbaren Erdöls schätzte die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) Anfang 1997 auf rund 332 Milliarden Tonnen. Davon sind 32 % schon gefördert, etwa 43 % liegen als Reserven vor und 25 % gelten als mögliche Ressourcen. Die »statische Reichweite« lag 1997 laut BGR bei 44 Jahren. Für konventionelles Erdgas schätzte sie das Gesamtpotenzial 1997 auf etwa 440·1022 Kubikmeter, davon sind 15 % bereits gefördert, rund 30 % sichere Reserven und 55 % zusätzliche Ressourcen. Daraus ergibt sich für die Erdgasreserven eine Reichweite — von 1997 an gerechnet — von 64 Jahren.

 

Die Reserven für Kohle schätzt die BGR auf 600·1012 Tonnen Steinkohleeinheiten (SKE) und die möglichen Ressourcen auf etwa 7500·1012 Tonnen Steinkohleeinheiten (SKE). Die Reichweite liegt demnach bei 185 Jahren. Kohle hat demnach das größte Potenzial der nicht erneuerbaren Energieträger.

 

Die Reichweiten verlängern sich jedoch durch den Fund weiterer Lagerstätten. Außerdem werden durch neue Produktionsmethoden bisher nicht wirtschaftliche Lagerstätten zu Reserven. Dies gilt etwa für heute noch nicht rentable Vorkommen wie Ölschiefer, Ölsande, Erdgas aus Kohleflözen oder gefrorenes Methangas, Gashydrate. Außerdem verlängert sich die Reichweite eines Energieträgers, wenn er durch andere ersetzt wird und der Verbrauch sinkt.

 

Für Uran gibt die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe die Reserven bei gleich bleibendem Verbrauch mit etwa 37 Jahren an. Bei diesem Energieträger ist es wahrscheinlich, dass noch weitere Lagerstätten gefunden werden. Außerdem könnten die in Kernwaffen enthaltenen Vorräte genutzt werden, wenn die Kernenergie sicherer wird und es gelingt, die Endlagerungsproblematik zu lösen. Dann wäre wahrscheinlich auch mit einer größeren Zustimmung in der Bevölkerung zu rechnen.

 

Dipl.-Geol. Dr. Thomas Schledding

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

mineralische Rohstoffe

 

Grundlegende Informationen finden Sie unter:

 

Rohstoffe: Entstehung von Lagerstätten

 

Literatur:

 

Angewandte Geowissenschaften, herausgegeben von Friedrich Bender. 4 Bände. Stuttgart 1981—86.

 Barsch, Heiner/Bürger, Klaus: Naturressourcen der Erde und ihre Nutzung. Gotha ²1996.

 Press, Frank/Siever, Raymond: Allgemeine Geologie. Eine Einführung. Aus dem Englischen. Heidelberg u. a. 1995.

 Richter, Dieter: Allgemeine Geologie. Berlin u. a. ⁴1992.