Fossile Brennstoffe und Energiegewinnung einfach erklärt

Stell dir vor, du lädst dein Handy auf, drehst im Winter die Heizung auf oder fährst mit dem Bus zur Schule. Für all diese alltäglichen Dinge benötigen wir Energie.

Aber woher kommt diese Energie eigentlich? Unglaubliche 85 % der Energie, die wir weltweit nutzen, stammen aus Stoffen, die tief unter der Erde liegen. In diesem Artikel erfährst du alles über das Thema fossile Brennstoffe und Energiegewinnung. Du lernst, was diese Stoffe sind, was passiert, wenn wir sie verbrennen, und warum wir in der Chemie dringend nach grünen Alternativen suchen müssen.

Schnellantwort

Was sind fossile Brennstoffe? Fossile Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle sind endliche Gemische aus Kohlenwasserstoffen, die über Millionen von Jahren aus den Überresten von toten Pflanzen und Tieren unter hohem Druck tief unter der Erde entstanden sind. Sie sind unsere wichtigsten Energiequellen, setzen bei der Verbrennung jedoch Treibhausgase frei.

Vorwissen

Bevor wir tiefer in die fossilen Brennstoffe und Energiegewinnung einsteigen, solltest du diese zwei Konzepte kennen:

• Reinstoffe und Gemische: Ein Reinstoff besteht nur aus einer Teilchenart, ein Gemisch aus mehreren.
  • Beispiel: Reines Wasser ist ein Reinstoff. Salzwasser ist ein Gemisch aus Wasser und Salz.
• Oxidation (Verbrennung): Eine chemische Reaktion, bei der sich ein Stoff mit Sauerstoff verbindet.
  • Beispiel: Wenn Kohlenstoff verbrennt, reagiert er mit Sauerstoff zu dem Gas Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$).

Aufgabentyp 1: Brennstoffe und ihre Abgase vergleichen

Wenn es um fossile Brennstoffe und Energiegewinnung geht, musst du oft die Eigenschaften und Verbrennungsprodukte verschiedener Energieträger bewerten.

Die drei wichtigsten Energiequellen der Menschheit sind Erdöl, Erdgas und Kohle. Man nennt sie fossile Brennstoffe. Das Wort „fossil“ bedeutet, dass diese Stoffe aus den Überresten von toten Pflanzen und Tieren entstanden sind. Dieser Prozess hat tief unter der Erde unter hohem Druck Millionen von Jahren gedauert.

Chemisch gesehen sind Erdöl und Erdgas keine Reinstoffe, sondern Gemische aus Kohlenwasserstoffen. Wie der Name schon verrät, sind das chemische Verbindungen, die nur aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen.

Da die Entstehung dieser Brennstoffe Millionen von Jahren dauert, können sie in einem Menschenleben nicht neu gebildet werden. Sie sind endliche Ressourcen – das bedeutet, irgendwann sind unsere Vorräte auf der Erde aufgebraucht.

Wenn wir fossile Brennstoffe nutzen, verbrennen wir sie. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (mit Sauerstoff) entstehen immer zwei Hauptprodukte: Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) und Wasser ($\text{H}_2\text{O}$).

Das entstehende Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas, das sich in der Atmosphäre ansammelt und die globale Erwärmung (den Klimawandel) verursacht. Je nach Brennstoff entstehen bei der Verbrennung aber noch weitere, spezifische Schadstoffe:

• Kohle (z. B. Braunkohle): Enthält oft Schwefel. Bei der Verbrennung entstehen Schwefeloxide, die giftig sind und herausgefiltert werden müssen.
• Erdölprodukte (Benzin und Diesel): Werden in Automotoren verbrannt. Dabei entstehen oft Ruß (schwarzer Feinstaub) und Stickstoffoxide. Deshalb brauchen Autos spezielle Katalysatoren und Filter im Auspuff.
• Erdgas: Besteht fast nur aus dem Gas Methan. Es verbrennt am saubersten! Es entstehen fast ausschließlich Kohlenstoffdioxid und Wasser und so gut wie keine anderen Schadstoffe. Zudem liefert Erdgas im Vergleich zu Öl mehr Energie bei gleichem $\text{CO}_2$-Ausstoß.

Weil fossile Brennstoffe endlich sind und das Klima erwärmen, brauchen wir Alternativen: die erneuerbaren (regenerativen) Energien. Dazu gehören Windenergie, Solarenergie (Sonne), Wasserkraft und Geothermie (Erdwärme). Diese Energiequellen gehen niemals leer.

Eine weitere wichtige Alternative ist die Biomasse (nachwachsende Rohstoffe). Ein gutes Beispiel dafür ist Holz. Aber Moment mal: Wenn wir Holz verbrennen, entsteht doch auch das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$). Warum gilt Biomasse trotzdem als umweltfreundlicher?

Der Grund ist ein natürlicher Kreislauf: Wenn ein Baum wächst, nimmt er Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf, um Holz zu bilden. Wenn wir dieses Holz später verbrennen, wird genau die Menge an Kohlenstoffdioxid wieder freigesetzt, die der Baum vorher aufgenommen hat.

Da neue Bäume innerhalb einer menschlichen Lebensspanne (z. B. in 30 bis 50 Jahren) wieder nachwachsen und das Gas erneut aufnehmen, bleibt die Menge an $\text{CO}_2$ in der Luft insgesamt im Gleichgewicht. Bei fossilen Brennstoffen funktioniert das nicht, da sie Millionen Jahre brauchen, um neu zu entstehen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

In Prüfungen musst du oft erklären, warum ein Brennstoff besser ist als ein anderer. Nutze diesen Plan:

1. Schritt 1: Brennstoffe identifizieren: Um welche Stoffe geht es? (z. B. Kohle, Benzin, Erdgas oder Biomasse).
2. Schritt 2: Hauptprodukte nennen: Erwähne immer, dass bei Kohlenwasserstoffen Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) und Wasser entstehen.
3. Schritt 3: Spezifische Schadstoffe vergleichen: Überlege, welche extra Schadstoffe entstehen (Ruß, Stickstoffoxide, Schwefeloxide) oder ob es ein sauberer Brennstoff (Erdgas) bzw. ein Kreislauf (Biomasse) ist.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Fossile Brennstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle) sind endliche Gemische aus Kohlenwasserstoffen, die vor Millionen Jahren entstanden sind.
• Bei ihrer Verbrennung entsteht immer das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid ($\text{CO}_2$) und Wasser. Kohle und Öl erzeugen zusätzliche Schadstoffe (Ruß, Schwefel-/Stickstoffoxide), Erdgas verbrennt am saubersten.
• Erneuerbare Energien (Wind, Solar) und Biomasse (Holz) sind nachhaltig. Biomasse setzt zwar auch $\text{CO}_2$ frei, dieses wird aber von nachwachsenden Pflanzen schnell wieder aufgenommen.