Braunkohle und Steinkohle

Wahrscheinlich hast du schonmal etwas von Braun- oder Steinkohle gehört. Das ist nicht die Kohle, die du in deinen Holzkohlegrill packst, sie funktioniert aber recht ähnlich. Diese beiden Kohlearten werden auch heute noch in Kraftwerken als Energieträger genutzt. Doch was ist Kohle eigentlich genau und wie entsteht sie?

Braunkohle und Steinkohle: Die Entstehung von Kohle

Kohle ist ein fossiler Energieträger und vor Jahrmillionen aus pflanzlichen Überresten entstanden. Der Begriff Kohle umfasst zwei Arten, die Braunkohle und die Steinkohle. Beide Arten sind durch den Prozess der Inkohlung entstanden, unterscheiden sich jedoch in ihrem Entstehungsalter.

Braunkohle ist ein eher junges Produkt und etwa in der Kreidezeit entstanden. Damit Steinkohle entsteht, muss eine längere Inkohlung stattfinden, da sie ein Folgeprodukt der Braunkohle ist.

Die Inkohlung ist ein Vorgang, bei dem Pflanzmaterial durch Überlagerung, Luftausschluss sowie Druck- und Temperatur in Kohle umgewandelt wird.

Je länger die Inkohlung dauert, desto höher ist der Anteil an Kohlenstoff. Grund dafür ist, dass der Anteil von Wasser und anderen flüchtigen Bestandteilen mit der Zeit abnimmt. Während des Inkohlungsprozesses entstehen verschiedene Produkte, die mit zunehmender Dauer in weitere Produkte umgewandelt werden.

1. Torf
2. Braunkohle
3. Steinkohle
4. Anthrazit
5. Graphit

Bis zur Entstehung der Braunkohle stehen die biochemischen Bedingungen, wie Sauerstoffverarmung durch Luftabschluss, für den Prozess der Inkohlung im Vordergrund. Um die Produkte Steinkohle, Anthrazit oder sogar Graphit zu erhalten, sind die geochemischen Faktoren wie Druck- und Temperaturerhöhung von Bedeutung. Hier spricht man von den zwei Phasen der Inkohlung.

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Die zwei Phasen der Inkohlung

Luftausschluss sowie die Erhöhung von Druck und Temperatur bilden die zwei chemischen Phasen der Inkohlung zur natürlichen Produktion von Braunkohle und Steinkohle. Die erste Phase beschreibt den biochemischen Prozess, die zweite Phase den geochemischen Prozess.

Biochemische Phase

Die biochemische Phase beschreibt den Zersetzungsprozess der abgestorbenen Pflanzenteile unter Luftausschluss. Mikroorganismen bauen dabei zunächst Kohlenhydrate, Proteine, Zellulose und Lignin ab. Im Verlauf der ersten Phase steigt der Kohlenstoffgehalt von etwa 40 Prozent auf mehr als 60 Prozent. Weitere Pflanzenteile lagern sich über dem Torf ab, wodurch dieser zusammengepresst wird. Durch den Druck verliert das Sediment an Wasser.

Geochemische Phase

Durch die Erhöhung von Druck und Temperatur mit zunehmender Tiefe nimmt auch der Wassergehalt weiter ab. An der Grenze zwischen Braunkohle und Steinkohle beträgt der Wassergehalt noch etwa 10 Prozent. Neben Wasser werden nun auch die Gase Kohlenstoffdioxid und Methan aus der bereits entstandenen Kohle gedrückt. Besonders für die Steinkohle ist die Abspaltung von Methan von Bedeutung.

Braunkohle und Steinkohle – Abbaumethoden

Für den Abbau von Steinkohle und Braunkohle gibt es zwei Varianten, den Tage- sowie Tiefbau. Welche Methode verwendet wird, ist von der geologischen Gegebenheit des Rohstoffes abhängig.

Tagebau

Schaufelradbagger und Löffelbagger sind die Hauptwerkzeuge für den Abbau von Kohle im Tagebau. Diese Methode des Abbaus findet heute hauptsächlich in Australien, Kasachstan und den USA Anwendung. Durch den Abbau der Kohle im Tagebau entsteht ein hoher Flächenverbrauch und Landschaftszerstörung.

Die folgende Abbildung zeigt den schematischen Aufbau des Rheinischen Revier, eines der bedeutendsten Gebiete im Westen von Deutschland, in der Braunkohle gewonnen wird. Die Kohle befindet sich dabei in Tiefen von bis zu 450 Metern. Um diese zu fördern muss zunächst eine Menge Abraum entfernt werden.

Da es sich bei Braunkohle um ein lockeres Gestein handelt, kann Braunkohle lediglich über die Tagebautechnik gewonnen werden. Braunkohle ist Leiter von Grundwasser. Beim Abbau muss daher das Grundwasser bis unter die Tagebausohle abgepumpt werden, was Auswirkungen auf die umliegenden Wasserhaushalte hat.

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Tiefbau

Auch der Tiefbau bildet eine Form des Kohleabbaus und lässt sich noch einmal in zwei Typen unterscheiden: den Örterbau und den Strebbau.

Der Örterbau wird vor allem in den USA angewendet. Mithilfe von Maschinen zur Gewinnung von Steinkohle werden Strecken im Flöz schachbrettartig aufgefahren. Diese Methode ist zwar sehr effektiv, jedoch wird dabei ein Abbauverlust von etwa 60 Prozent verzeichnet.

Unter Flöz versteht man im Bergbau die Lagerstätte eines Rohstoffs. Sie verläuft parallel zur Gesteinsrichtung.

Auch der Strebbau ist eine bedeutende Abbaumethode für Steinkohle. Die Kohle wird dabei mit Hilfe entsprechender Maschinen innerhalb des Flözes in rechteckigen Bereichen abgebaut. Diese werden als Streb bezeichnet. In weniger entwickelten Ländern kann es vorkommen, dass auch heute noch die Kohle durch Bergleute mit Pickhammer und Schaufel gewonnen werden.

Vorkommen von Steinkohle und Braunkohle in Deutschland

Die Abbaureviere von Steinkohle beschränkten sich auf den mittleren Westen und Mittleren Osten von Deutschland. Zu den Steinkohlerevieren gehören unter anderem:

• Aachener Revier (NRW)
• Döhlener Bergbaurevier (Sachsen)
• Ibbenbürener Steinkohlenrevier (NRW)
• Lugau-Oelsnitzer Steinkohlenrevier (Sachsen)
• Rheinisch-Westfälisches Steinkohlerevier (NRW)
• Saarrevier (Saarland)
• Zwickauer Steinkohlenrevier (Sachsen)

In Deutschland wurde jedoch 2018 die Steinkohleförderung eingestellt. Auch Braunkohle wird seit langer Zeit in Deutschland gefördert und zählt zu einem der wenigen Rohstoffe, die nicht importiert werden müssen. Die Förderung beschränkt sich dabei auf vier Reviere.

• Rheinisches Revier
• Lausitzer Revier
• Mitteldeutsches Revier
• Helmstedter Revier

Unterschied zwischen Braunkohle und Steinkohle

Braunkohle und Steinkohle sind Kohlenstoffe, die zwar beide durch den Prozess der Inkohlung entstanden sind, sich aber doch in einigen Punkten unterscheiden. Dazu zählen zum Beispiel die chemische Zusammensetzung und die Verwendung.

Chemische Zusammensetzung von Kohle

Die chemische Zusammensetzung der Kohle ist an jeder Lagerstätte unterschiedlich. Vor allem der Schwefelgehalt in der Braunkohle unterscheidet sich an den einzelnen Lagerstätten. Der Schwefelgehalt ist besonders von der Zeit abhängig, in der die Braunkohle entstanden ist. Durch den hohen Schwefelgehalt entsteht bei der Verbrennung zur Energieerzeugung Schwefeldioxid.

Durch eine Rauchgasentschwefelung wird das Schwefeldioxid aus den Abgasen gefiltert, um so die Umwelt zu schützen. Die Zusammensetzung der Kohle bestimmt den Heizwert. Dieser liegt bei Braunkohle zwischen 7.300 und 12.000 Kilojoule pro Kilogramm.

Der Heizwert beschreibt die Wärmemenge, die bei der Verbrennung eines Stoffes entsteht. Die Einheit ist Kilojoule pro Kilogramm.

Mehr Kohlenstoff und weniger Wasser. Das ist ein wesentlicher Unterschied der Steinkohle zur jüngeren Braunkohle. Doch auch in der Steinkohle handelt es sich nicht um reinen Kohlenstoff, sondern hochmolekulare Kohlenwasserstoffe. Zudem enthält die Kohle etwa 5 – 8 Prozent mineralische Bestandteile, die bei der Verbrennung in Asche zerfallen. Ein weiterer Unterschied ist der Heizwert von Braunkohle und Steinkohle. Bei der Steinkohle liegt dieser zwischen 32 und 36 Megajoule pro Kilogramm (1 Megajoule = 1000 Kilojoule).

In der folgenden Tabelle erhältst du einen Überblick der verschiedenen Steinkohlearten von der jüngsten bis zur ältesten Kohleart und dem jeweiligen Kohlenstoffgehalt.

Kohleart	Kohlenstoffgehalt in %
Flammkohle	76
Gasflammkohle	82
Gaskohle	85
Fettkohle	88
Magerkohle	90
Anthrazitkohle	92

Verwendung der Kohle

Braunkohle wurde früher vor allem zum Heizen benutzt. Dabei wurde die Braunkohle als Brennstoff für Öfen genutzt. Erdöl und Erdgas bilden jedoch den effektiveren Brennstoff, besonders zum Heizen, so dass die Braunkohle primär zur Stromerzeugung in Kohlekraftwerken zum Einsatz kommt.

Durch die Braunkohleveredlung wird ein Teil der Braunkohle weiterverarbeitet zu Kohlestaub, Briketts, Wirbelschichtkohle oder Braunkohlekoks. Die Verwendung dieser Produkte aus Braunkohle ist ganz unterschiedlich.

Steinkohle hat bereits seit der industriellen Revolution eine große Bedeutung, vor allem jedoch als Rohstoff für die chemische Industrie und Verarbeitung bzw. Gewinnung von Metallen. Die Kohleentgasung ist der wichtigste Verarbeitungsschritt bei der Veredelung der Steinkohle, bei dem Koks als Hauptprodukt entsteht.

Auch der Steinkohleteer entsteht bei der Veredelung von Steinkohle als wichtiges Nebenprodukt. Dieses Produkt wird in der chemischen Industrie in Form von aromatischen Kohlenwasserstoffen beispielsweise zur Herstellung von Kunststoffen oder Farbmitteln verwendet. Auch hier entsteht ein Rückstand, das Teerpech. Dieses wird als Dachpappe oder Asphalt im Straßenbau verwendet.

Braunkohle und Steinkohle können in einem Kohleveredlungsprozess beide eingesetzt werden. Bei diesem Prozess handelt es sich um die Synthesegaserzeugung. Das dabei entstandene Synthesegas wird für die Herstellung von Methanol eingesetzt oder zur Kohlehydrierung, durch die Benzin entsteht. Die Kohlehydrierung findet heute jedoch keine Anwendung mehr, da die Gewinnung von Benzin aus Erdöl einfacher und auch billiger ist.

Braunkohle und Steinkohle – Verbrennung von Kohle

Braunkohle und Steinkohle enthalten neben den Hauptbestandteilen Kohlenstoff, Wasser und flüchtigen Stoffen auch Schwefel- und Stickstoffverbindungen. Auch Mineralien sind in der Kohlenstoffverbindung enthalten, bleiben nach der Verbrennung jedoch als Asche zurück.

Die Verbrennung der Kohle setzt den darin gebunden Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffdioxid (CO₂) frei, das in die Atmosphäre gelangt. Kohlenstoffdioxid ist ein Reaktionsprodukt, das generell bei der Verbrennung von organischen Stoffen entsteht. Dieser Kohlenstoffdioxid ist eine Ursache für den anthropogenen Treibhauseffekt, aus dem die globale Erwärmung resultiert.

Um den Ausstoß von CO₂ aus Großkraftwerken zu reduzieren, soll durch Absorption der Kohlenstoff aus dem Rauchgas getrennt und anschließend in Gesteinsschichten in bis zu 2000 Meter Tiefe eingelagert werden. Das Verfahren birgt jedoch einige Probleme:

1. Abtrennung nur zu etwa 90 – 95 Prozent.
2. Erfordert 20 Prozent mehr Brennstoff, um die gleiche Menge Energie zu erzeugen.
3. Verhalten des Kohlenstoffdioxid in den Gesteinsschichten unklar.
4. Hohe Kosten, etwa 30 – 80€ pro Tonne CO₂