Arbeitsblatt: fossile Energieträger

Fossile Energieträger Gruppe 1 Lies dir den Text durch und beantworte dann die untenstehenden Fragen! Seit Urzeiten wird Holz als Brennstoff verwendet – Holzfeuerung ist die älteste Art, Energie zum Kochen und Heizen zu gewinnen. Holz ist chemisch ein sehr uneinheitlicher Stoff. Holz enthält immer einige Prozent sogenannter Holzinhaltsstoffe, wie Wachse, Harze, Kautschuk, Farbstoffe, Fette und Eiweißstoffe. Trotz seines niederen Brennwertes von ca. 18 000 kJ/kg ist Holz auch heute noch ein wichtiger Brennstoff in einigen – insbesondere afrikanischen – Entwicklungsländern. So werden weltweit ca. 20 Milliarden m Holz zum Kochen und Heizen verbrannt. Insgesamt wird knapp 1% des weltweiten Waldbestandes pro Jahr gerodet, ca. 70% davon werden als Brennstoff, der Rest in der Papier und Möbelindustrie eingesetzt. Bei einer Kerze verbrennen Wachse unter Sauerstoffverbrauch. Unter Wachsen versteht man eine Gruppe von Stoffen, die dem Bienenwachs verwandt sind und meist aus Paraffinen bestehen. Als Paraffine bezeichnet man langkettige Kohlenwasserstoffe aus der Verbindungsklasse der Alkane. Bei Raumtemperatur sind sie fest und über 40C schmelzend. Heute dient Kerzenlicht in weiten Teilen der Welt wegen seiner geringen Leuchtkraft als gedämpfte, angenehme Lichtquelle. Fragen: 1. Welche Energieträger werden heute noch verwendet und wofür? 2. Was ist Holz chemisch gesehen? 3. Was sind Wachse? Fossile Energieträger Gruppe 2 Lies dir den Text durch und beantworte dann die untenstehenden Fragen! Erdöl ist seit dem Altertum bekannt. Als sogenanntes Naphtha kam es hier und dort an die Oberfläche gesprudelt und wurde auch damals schon hauptsächlich als Brennstoff genutzt. Doch erst seit Mitte des 19. Jahrhunderts wird Erdöl wirklich aus der Erde zutage gefördert; die erste Erdölbohrung fand 1859 in Pennsylvania (USA) statt. Entstanden ist Erdöl aus Kohlenhydraten, Eiweißstoffen und Fetten in tierischer und pflanzlicher Substanz, hauptsächlich Plankton. Vor Urzeiten sank dieses Plankton in flachen Uferregionen ab und wurde unter Luftabschluss durch Druck, Hitze und Bakterien zersetzt und es entstanden erdölähnliche Substanzen. Erdgas kommt sehr häufig zusammen mit Erdöl vor. Über den Erdölfeldern befindet sich eine Gaskuppel, in der das Erdgas unter hohem Druck eingeschlossen ist. Einige Arten von Erdgas bestehen fast ausschließlich aus gasförmigem Methan (CH4). Erdgas enthält jedoch auch Stoffe wie Ethan, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und Helium. Erdgas wird noch nicht allzu lange, dafür aber in steigendem Maße genutzt. Fragen: 1. Was war 1859? 2. Wie entstand Erdöl? 3. Welche Stoffe sind in Erdgas enthalten? Fossile Energieträger Gruppe 3 Lies dir den Text durch und beantworte dann die untenstehenden Fragen! Erdöl sprudelt als Rohöl aus der Erde – da es fast nie freiwillig an die Erdoberfläche gelangt, wird sehr tief danach gebohrt. Rohöle können sehr unterschiedlich gefärbt sein – von hellgelb bis nahezu schwarz. Rohöle enthalten zu 90% Kohlenstoff und zu 9% Wasserstoff, daneben in geringen Mengen noch andere Elemente wie Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff. Rohöl besteht also hauptsächlich aus Verbindungen von Kohlenstoff uns Wasserstoff – Kohlenwasserstoffe. Rohöle sind sauerstoffempfindlich: Bei längerem Lagern an der Luft dunkeln sie nach. Dabei werden asphaltähnliche Stoffe gebildet. Insgesamt liegt die Dichte des Stoffgemisches Rohöl meist zwischen 0,80 und 0,95 g/ml, ist also geringer als die Dichte des Wassers (1 g/ml). Ein Ölteppich befindet sich – auch aufgrund der Nichtmischbarkeit mit Wasser – auf der Wasseroberfläche. Rohöl – das schwarze Gold – muss oft von sehr tief unten gefördert werden. Bohrtürme, die an langen Stahlrohren rotierende Bohrmeißel halten, reichen oft Kilometer in die Tiefe. Dort können hohe Temperaturen und Drücke vorliegen, die mehr als das Hundertfache des Luftdrucks betragen. Ein Großteil der Rohölförderung geschieht vom Wasser aus. Ölförderplattformen sind vielfach auf dem Meeresgrund (bis etwa 300 tief) befestigt – entweder mit langen Stahlstützen oder durch lange Seile. Eine weitere Möglichkeit der Erdölförderung vom Wasser aus sind schwimmende Bohrinseln. Mit ihnen können bis zu 1000 unter der Wasseroberfläche liegende Ölfelder angebohrt werden. Fragen: 1. Woraus besteht Rohöl? 2. Wieso „schwimmt Öl auf der Wasseroberfläche? 3. Nenne zwei Möglichkeiten der Erdölförderung! Fossile Energieträger Gruppe 4 Lies dir den Text durch und beantworte dann die untenstehenden Fragen! Das aus tiefen Erdschichten beförderte Erdöl wird zunächst als Rohöl bezeichnet, da es noch stark verunreinigt ist. Stoffgemische aus mehreren flüchtigen Komponenten kann man durch Destillation trennen. Die Destillation ist der erste und wichtigste Verarbeitungsprozess in den Raffinerien. Dabei wird Rohöl bis zum Sieden erhitzt, der Siedevorgang aber bei verschiedenen Temperaturen angehalten. Man nennt diese Methode fraktionierte Destillation, weil bei einer bestimmten Temperatur immer nur bestimmte Anteile des Rohölgemisches sieden. Schon an der Farbe und Zähigkeit kann man erkennen, dass sich einzelne Fraktionen voneinander unterscheiden. Der Destillationsturm ist in mehrere Stockwerke unterteilt, die von sog. Glockenböden gebildet werden. Das sind Platten, die den Dampf nach oben durchlassen. Über den Durchlässen sind kappenförmige Abdeckungen – die Glocken. Beim Aufsteigen kühlt sich der Dampf ab. Dabei verflüssigen sich zuerst die Verbindungen mit den höheren Molekülmassen ( höhere Siedetemperaturen) und sammeln sich auf den Glockenböden. Die noch dampfförmigen Anteile steigen nach oben und sammeln sich je nach Siedetemperatur auf höheren Glockenböden. Stoffe mit Siedetemperaturen unter 30C bleiben gasförmig. Fragen: 1. Durch welchen Vorgang kann Rohöl getrennt werden? 2. Warum kann Erdöl in einzelne Fraktionen getrennt werden? 3. Erkläre kurz die Vorgänge im Destillationsturm! Fossile Energieträger Gruppe 5 Lies dir den Text durch und beantworte dann die untenstehenden Fragen! Das bei der Destillation von Rohöl gewonnene Rohbenzin ist als Treibstoff ungeeignet, da es noch verunreinigt ist. Es sind daher entsprechende Reinigungsverfahren notwendig. Wichtig ist hierbei insbesondere die Entschwefelung ( Raffination). Eine effektive Entschwefelung von Gasen, Treibstoffen und Ölen ist aktiver Umweltschutz: Schwefelhaltige Komponenten werden vor der Verbrennung abgetrennt. So wird der Ausstoß von Luftschadstoffen stark vermindert. Von diesem Reinigungsprozess erhielt die Raffinerie ihren Namen. Nach der Raffination ist das Benzin immer noch kein hochwertiger Kraftstoff. Es enthält vorwiegend Kohlenwasserstoffe mit unverzweigten Molekülen; diese zeigen ein ungünstiges Zündverhalten im Motor. In einem weiteren Prozess werden deshalb die unverzweigten Kohlenwasserstoffe in verzweigte Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Diesen Vorgang nennt man Reformieren. Verzweigte Kohlenwasserstoffe sind für Benzine besser geeignet, da sie sich nicht vorzeitig im Motor entzünden. Die Eigenschaft der späteren Entzündung bezeichnet man als Klopffestigkeit, die für die Qualität des Treibstoffes von großer Bedeutung ist. Fragen: 1. Wieso und durch welches Verfahren wird Rohbenzin zuerst gereinigt? 2. Durch welchen Vorgang können Stoffe gewonnen werden, die günstiges Zündverhalten zeigen? 3. Wie nennt man diese Stoffe und was ist für die Qualität des Treibstoffes verantwortlich?