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Kohle

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Definition: ein fester fossiler Brennstoff, durch Karbonisierung von Pflanzenresten in geologischen Zeiten entstanden

Englisch: coal

Kategorie: Energieträger

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 03.05.2010; letzte Änderung: 24.08.2016

Kohle gehört zu den wichtigsten fossilen Energieträgern. Sie ist ein Sedimentgestein, welches in geologischen Zeiten durch die Karbonisierung (Inkohlung) von Pflanzenresten (Biomasse) entstand, und besteht zum großen Teil aus Kohlenstoff. Hinzu kommen aber wesentliche Mengen von Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff sowie in kleineren Mengen diverse Metalle (meist in oxidierter Form), auch Schwermetalle wie Quecksilber und radioaktive Stoffe wie Radium. Vor allem Braunkohle enthält auch viel Wasser.

Je nach dem Druck, dem die Kohle im Boden ausgesetzt war, und dem Alter entstanden verschiedene Qualitäten von Kohle:

Es gibt feinere Klassifikationen der Kohlearten mit Begriffen wie Fettkohle, Esskohle, Magerkohle, Flammkohle, Glanzbraunkohle, etc., die sich in diversen Eigenschaften unterscheiden – auch im Heizwert.

Aus Holz kann durch Pyrolyse (starke Erhitzung unter Luftabschluss) Holzkohle hergestellt werden. Ihr Heizwert liegt zwischen dem von Braunkohle und Steinkohle.

Kohle wird in großem Umfang nicht nur zur Stromerzeugung in Kohlekraftwerken eingesetzt, sondern auch zur Stahlerzeugung. Nach Sand & Kies ist sie weltweit nach dem Gewicht der zweitwichtigste Rohstoff.

Kohleförderung

Kohle-Tagebau in Garzweiler

Abbildung 1: Braunkohletagebau in Garzweiler, Nordrhein-Westfalen. Das Fördergebiet erstreckt sich über 4800 Hektar. Jährlich werden rund 40 Millionen Tonnen Braunkohle gewonnen, wobei rund 200 Millionen Tonnen Abraum anfallen. Bisher wurden rund 7600 Anwohner umgesiedelt. Bis 2045 sollen insgesamt 1,3 Milliarden Tonnen Kohle gefördert werden. Bild: RWE AG.

Braunkohle wird oft in bodennahen Schichten gefunden, wodurch sie im Tagebau gewonnen werden kann. Dies ist zwar kostengünstiger als der Bergbau, aber mit starken Eingriffen in die Landschaft verbunden. Die Landschaft wird zunächst mit riesigen Kohlebaggern völlig verwüstet, und ganze Dörfer werden ggf. zerstört. Nach dem Kohleabbau wird dann im Zuge der Rekultivierung eine neue Landschaft geformt.

Steinkohle wird meist in tieferen Schichten im Bergbau gewonnen. Die Eingriffe in die Landschaft sind hier weitaus geringer als beim Braunkohletagebau. Weltweit kommen aber jedes Jahr tausende von Arbeitern im Kohlebergbau bei Unfällen ums Leben, und viele andere erleiden schwere Gesundheitsschäden. In manchen Ländern wie z. B. Kolumbien, aus dem auch Deutschland Steinkohle importiert, werden schwere Menschenrechtsverletzungen von Paramilitärs begangen. Diese werden teils von Bergbauunternehmen finanziert, um Proteste der Bevölkerung zu unterdrücken.

Steinkohle ist im Gegensatz zu Braunkohle gut transportierbar, z. B. mit Schiffen. Länder, die über keine eigenen oder nicht ausreichende Kohlevorkommen verfügen, jedoch über geeignete Häfen, nutzen z. T. Importkohle, also mit Schiffen angelieferte Steinkohle.

Die Braunkohle- und Steinkohlegewinnung schafft z. T. erhebliche Ewigkeitskosten. Insbesondere muss vielerorts dauerhaft das Grundwasser mit hohem Energie- und Kostenaufwand abgepumpt werden, z. B. um die Überflutung abgesenkter Stadtteile und Landschaften zu verhindern.

Verarbeitete Produkte aus Kohle; Kohleveredelung

Bisher wird allerdings der größte Teil der Kohle direkt verbrannt.

Kohlevorräte

Reicht die Kohle noch für Jahrhunderte?

Kohle ist der fossile Energieträger mit den größten weltweiten Vorräten. Praktisch auf allen Kontinenten außer der Antarktis gibt es große Kohlelagerstätten. Beim Umfang der heutigen Nutzung könnten die verbleibenden Vorräte entsprechend offiziellen Zahlen noch für ca. 150 bis 200 Jahre reichen. Jedoch werden diese Zahlen teilweise bezweifelt; insbesondere haben die National Academy of Sciences [1] und die Ludwig-Bölkow-Stiftung [2] in 2007 vor einer starken Überschätzung der Reserven gewarnt. Es ist bereits die Rede von einem “Peak Coal”, d. h. dem Maximum der weltweiten Kohleförderung, welches schon in wenigen Jahrzehnten eintreten könnte.

Wie auch beim Erdöl ist nicht allein die Größe der verbleibenden gesamten Reserven relevant, sondern auch die Förderkapazitäten können limitierend wirken. Die Preisentwicklung auf dem Weltmarkt dürfte erheblich von der Entwicklung des Verbrauchs in Relation zu den verfügbaren Förderkapazitäten abhängen.

Ohnehin darf aber nur ein kleiner Teil der vorhandenen Kohlevorräte genutzt werden, weil sonst extreme Klimagefahren (siehe unten) entstehen würden. Deswegen gehen die meisten Autoren davon aus, dass die nutzbaren Kohlemengen nicht durch verfügbare Lagerstätten, sondern durch die Notwendigkeit des Klimaschutzes beschränkt sein werden.

Umweltbelastung durch Kohle

Klimabelastung

Kohle wird bei der Nutzung verbrannt. Die dabei entstehenden großen Mengen von Kohlendioxid werden bisher praktisch immer in die Atmosphäre entlassen und verursachen wegen des Treibhauseffekts die Gefahr nicht beherrschbarer Klimaveränderungen. Im Vergleich zu anderen fossilen Energieträgern wie Erdöl und vor allem Erdgas weist die Kohle besonders hohe spezifische CO2-Emissionen auf. Bei der Stromerzeugung emittieren Kohlekraftwerke je nach Qualität der Kohle und des Kraftwerks meist zwischen 800 und 1200 g CO2 pro Kilowattstunde, während moderne erdgasbefeuerte Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke bei ca. 420 g/kWh liegen.

In Deutschland wird Braunkohle in riesigen Mengen gefördert und in Kohlekraftwerken verbrannt – mehr als in irgendeinem anderen Land der Erde. Dies trägt massiv zu Deutschlands klimagefährdenden Emissionen bei. Derzeit diskutierte Entscheidungen zur Einrichtung weiterer Tagebau-Gebiete würden jahrzehntelang zu erheblichen zusätzlichen Emissionen führen und damit Deutschlands Glaubwürdigkeit beim Klimaschutz in Frage stellen.

In Zukunft könnte im Prinzip das Kohlendioxid aus dem Rauchgas von Kohlekraftwerken entfernt und unter der Erde oder dem Meeresboden gelagert werden, um es von der Atmosphäre fern zu halten. In wieweit diese CCS-Technik (carbon capture and storage = CO2-Abscheidung und -Speicherung) jedoch zum Einsatz kommen kann, ist bis heute unklar und umstritten, da noch mehrere erhebliche Probleme zu lösen wären:

Der umfangreiche Einsatz von CCS dürfte an etlichen ernsten Problemen scheitern.

  • Die massiven Einbußen am Wirkungsgrad der Kraftwerke müssten deutlich vermindert werden, weil sonst Länder wie China unter Bedingungen von Kohleknappheit kaum CCS einsetzen würden.
  • Es müssten in großer Zahl neue Kraftwerke mit CCS-Technik die alten Kraftwerke ersetzen (selbst fast alle momentan gebauten), was einen enormen Finanzbedarf erzeugen würde.
  • Geeignete Lagerstätten mit ausreichendem Volumen und guter Langzeitsicherheit müssten gefunden werden, und das CO2 müsste dorthin transportiert werden. Hierbei gibt es auch erhebliche Probleme mit der Akzeptanz der Bevölkerung.

Zumindest für die nächsten Jahrzehnte ist aus diesen Gründen kaum damit zu rechnen, dass CCS die Klimaproblematik erheblich entschärfen kann.

Wenn mit Kohleverflüssigung synthetisches Benzin hergestellt wird, liegen die CO2-Emissionen noch weit höher als bei Verwendung von Erdöl. Nur wenn die Emissionen bei der Kraftstoffherstellung mit CCS behandelt würden, ließe sich der CO2-Ausstoß auf etwas mehr als bei der Verwendung von Erdöl begrenzen.

Luftschadstoffe

Selbst modernste Rauchgasreinigungsanlagen von Kohlekraftwerken führen keineswegs zu marginalen Umweltbelastungen durch die Abgase.

Bei der Kohleverbrennung entstehen außerdem diverse Luftschadstoffe – teils verursacht durch die Inhaltsstoffe der Kohle, teils beim Verbrennungsprozess selbst. Insbesondere entsteht Schwefeldioxid (SO2) aufgrund des Schwefelgehalts der Kohle, und Stickoxide (NOx) entstehen aus Stickstoff und Sauerstoff der Luft durch die hohen Temperaturen. Sie tragen zur Bildung von Smog bei sowie zur Versauerung der Böden, die insbesondere Wälder schädigt. Ebenfalls werden Feinstaub, Schwermetalle wie Quecksilber sowie radioaktive Stoffe (vor allem Isotope der Uran- und Thorium-Kette) in der Landschaft verteilt.

Diese Luftschadstoffe können mit geeigneten Rauchgasreinigungsanlagen (Entschwefelungs- und Entstickungsanlagen) zum größeren Teil (aber nicht vollständig) entfernt werden. Diese Technik wird jedoch nicht überall auf der Welt eingesetzt, weswegen z. B. in China eine enorme Luftbelastung durch Kohlekraftwerke entsteht. Auch in Europa und den USA sterben jedes Jahr Tausende von Menschen vorzeitig durch die Emissionen von Kohlekraftwerken. Auch bei den Quecksilber-Emissionen sind Kohlekraftwerke die größte Quelle, trotz moderner Rauchgasreinigungsanlagen auch in Deutschland.

Literatur

[1]“Coal: Research and Development to Support National Energy Policy”, http://www8.nationalacademies.org/onpinews/newsitem.aspx?RecordID=11977, National Academy of Sciences, Juni 2007
[2]W. Zittel, J. Zerhusen und M. Zerta, “Fossile und Nukleare Brennstoffe – die künftige Versorgungssituation”, http://aspo.ch/wp-content/uploads/studie/%5B5%5D%20EWG%202013_deutsch.pdf
[3]BUND Nordrhein-Westfalen über Braunkohle, http://www.bund-nrw.de/themen_und_projekte/braunkohle/

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Steinkohleeinheit, fossile Energieträger, Energieträger, Kohlevergasung, Kohleverflüssigung, Klimagefahren, CO2-Abscheidung und -Speicherung
sowie andere Artikel in der Kategorie Energieträger

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