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Fossile Brennstoffe.
Extraktion von Öl

Ölbildung

Ölbildung

Erdöl ist ein fossiler Brennstoff, der aufgrund seines Heizwerts in vielen Anwendungen eingesetzt wird. Da es sich um eine begrenzte Ressource handelt, wird sie als nicht erneuerbare Energiequelle angesehen.

Erdöl ist ein Derivat alter fossiler organischer Materialien wie Zooplankton und Algen. Große Mengen dieser Überreste wurden am Grund des Meeres oder Sees abgelagert, wo sie mit stehendem Wasser (Wasser ohne gelösten Sauerstoff) oder Sedimenten wie Schlamm und Schlamm schneller bedeckt waren, als sie sich aerob zersetzen konnten. Etwa 1 m unterhalb dieses Sediments oder der Konzentration von Sauerstoff im Wasser war gering, unter 0,1 mg / l und es gab anoxische Bedingungen. Die Temperaturen blieben ebenfalls konstant.

Während sich andere Schichten im Meeresboden oder im See ansiedelten, sammelten sich in den unteren Regionen intensive Hitze und Druck an. Dieser Prozess veränderte die organische Substanz, die durch Prozesse wie Photosynthese und Sonnenenergie erzeugt wurde. Ursprünglich wurde es in ein wachsartiges Material umgewandelt, das als Querogen bekannt ist. Das Querogen kommt in mehreren Ölschiefern auf der ganzen Welt vor. Anschließend wurde es mit mehr Wärme durch einen als Katagenese bekannten Prozess in flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe umgewandelt.

Die Erdölbildung erfolgt durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen bei einer Vielzahl von thermodynamischen Reaktionen, hauptsächlich endotherm, bei hoher Temperatur oder hohem Druck oder beidem. Diese Phasen der Ölbildung werden nachstehend ausführlich beschrieben.

Erste Phase der Diagenese: anaerobe Zersetzung

In Abwesenheit von reichlich Sauerstoff wurde verhindert, dass aerobe Bakterien organische Substanzen verrotten, nachdem sie unter einer Schicht aus Sediment oder Wasser vergraben worden waren. Einige anaerobe Bakterien waren jedoch in der Lage, Sulfate und Nitrate zwischen den Stoffen zu H 2 S bzw. N 2 zu reduzieren, indem sie Stoffe als Quelle für andere Reagenzien verwendeten.

Aufgrund solcher anaerober Bakterien begann dieses Problem zu Beginn hauptsächlich durch Hydrolyse zu trennen: Die Polysaccharide und Proteine ​​wurden in einfache Zucker bzw. Aminosäuren hydrolysiert. Diese wurden durch die Enzyme der Bakterien beschleunigt anaerob oxidiert: Beispielsweise wurden die Aminosäuren oxidativ desaminiert, was wiederum zu einer noch stärkeren Reaktion mit Ammoniak und Ketosäuren führte.

Die Monosaccharide zersetzen sich schließlich in CO 2 und Methan. Anaerobe Abbauprodukte von Aminosäuren, Monosacchariden, Phenolen und Aldehyden in Kombination mit Fulvinsäuren. Fette und Wachse hydrolysierten unter diesen milden Bedingungen nicht weit.

Zweite Phase der Diagenese: Bildung von Querogen

Einige Phenolverbindungen, die aus früheren Reaktionen hergestellt wurden, fungierten als Bakterizide, und die Reihenfolge der Actinomycetal-Bakterien ergab antibiotische Verbindungen (zum Beispiel Streptomycin). Somit hörte die Wirkung von anaeroben Bakterien etwa 10 m unterhalb von Wasser oder Sediment auf. Die Mischung in dieser Tiefe enthielt nicht umgesetzte und teilweise umgesetzte Fulvinsäuren, Fette und Wachse, leicht modifiziertes Lignin, Harze und andere Kohlenwasserstoffe. Während sich mehr Schichten organischer Materie auf dem Meeresboden oder See ansiedelten, sammelten sich in den unteren Regionen intensive Hitze und Druck an.

In der Folge begannen sich die Verbindungen in dieser Mischung auf wenig bekannte Weise zu Querogen zu verbinden. Die Kombination erfolgte auf ähnliche Weise wie die Phenol- und Formaldehydmoleküle auf Harnstoff-Formaldehyd-Harze reagieren, jedoch trat die Bildung von Querogen aufgrund einer größeren Vielfalt von Reagenzien auf komplexere anaerobe Weise auf. Der gesamte Prozess der Bildung von Querogen seit Beginn des anaeroben Abbaus wird als Diagenese bezeichnet, ein Wort, das die Umwandlung von Materialien durch Auflösung und Rekombination ihrer Bestandteile bedeutet.

Katagenese: Umwandlung von Querogen in fossile Brennstoffe

Die Querogenbildung setzte sich bis in eine Tiefe von etwa 1 Kilometer von der Erdoberfläche fort, wo die Temperaturen etwa 50 Grad Celsius erreichen können. Die Querogenbildung stellt einen Zwischenpunkt zwischen organischer Materie und fossilen Brennstoffen dar: Das Querogen kann Sauerstoff ausgesetzt, oxidiert und damit verloren gehen oder tiefer in die Erdkruste eingegraben werden und Bedingungen ausgesetzt werden, in die es sich langsam umwandelt fossile Brennstoffe wie Öl.

Letzteres geschah durch Katagenese, bei der es sich hauptsächlich um radikalische Umlagerungen von Querogen handelte. Diese Reaktionen dauerten Tausende bis Millionen von Jahren und es waren keine externen Reagenzien beteiligt. Aufgrund der Radikalität dieser Reaktionen reagierte das Querogen auf zwei Arten von Produkten: solche mit einem niedrigen H / C-Verhältnis (Anthracen oder ähnliche Produkte) und solche mit einem hohen H / C-Verhältnis (Methan oder ähnliche Produkte); Das heißt, Produkte, die reich an Kohlenstoff oder Wasserstoff sind.

Da die Katagenese von externen Reagenzien abgeschlossen war, hing die resultierende Zusammensetzung des Brennstoffgemisches von der Zusammensetzung des Querogens durch Reaktionsstöchiometrie ab. Es gibt drei Haupttypen von Querogenen: Typ I (Algen), II (Lipid) und III (Humus), die hauptsächlich aus Algen, Plankton und Holzpflanzen gebildet wurden. (Dieser Begriff umfasst Bäume, Sträucher und Lianen).

Die Katagenese war pyrolytisch, obwohl sie bei relativ niedrigen Temperaturen (im Vergleich zu kommerziellen Pyrolyseanlagen) von 60 bis zu mehreren hundert Grad Kelvin auftrat. Eine Pyrolyse war aufgrund der langen Reaktionszeiten möglich. Die Wärme für die Katagenese stammte aus der Zersetzung radioaktiver Stoffe aus der Kruste, insbesondere 40 K, 232 Th, 235 U und 238 U. Die Wärme variierte mit dem geothermischen Gefälle und lag typischerweise bei 10-30 ° C pro km Tiefe ab Erdoberfläche. Ungewöhnliche Magmaeinbrüche könnten jedoch zu einer lokaleren Erwärmung geführt haben.

Geologen bezeichnen häufig den Temperaturbereich, in dem Öl gebildet wird, als "Ölfenster". Unterhalb der Mindesttemperatur bleibt das Öl in Form von Querogen eingeschlossen. Oberhalb der Maximaltemperatur wird das Öl durch das thermische Cracken in Erdgas umgewandelt. Manchmal kann in extremen Tiefen gebildetes Öl migrieren und auf einer viel oberflächlicheren Ebene eingeschlossen werden. Der Ölsand von Athabasca ist ein Beispiel dafür.

Abiogenes Öl

Russische Wissenschaftler schlugen einen alternativen Mechanismus zu dem oben beschriebenen in der Mitte der 1850er Jahre vor, die Hypothese des abiogenen Ursprungs von Öl (Öl, das auf anorganische Weise gebildet wurde), aber dies steht im Widerspruch zu geologischen und geochemischen Beweisen. Es wurden abiogene Ölquellen gefunden, jedoch niemals in wirtschaftlich rentablen Mengen. "Bei der Kontroverse geht es nicht darum, ob es abiogene Ölreserven gibt", sagte Larry Nation von der American Association of Petroleum Geologists. "Die Kontroverse dreht sich darum, wie viel sie zu den allgemeinen Reserven der Erde beitragen und wie viel Zeit und Mühe Geologen aufwenden sollten, um sie zu suchen."

Was ist das Querogen?

Chemie ist eine Mischung aus organischen chemischen Verbindungen, die einen Teil der organischen Substanz in Sedimentgesteinen ausmachen. In normalen organischen Lösungsmitteln ist es aufgrund des enormen Molekulargewichts (mehr als 1.000 Dalton) der Bestandteile unlöslich. Der lösliche Anteil ist als Bitumen bekannt. Bei Erwärmung auf die richtigen Temperaturen in der Erdkruste setzen einige Arten von Cherogenen Erdöl oder Erdgas frei, bei denen es sich insbesondere um fossile Brennstoffe handelt, die unter anderem zur Erzeugung nicht erneuerbarer Energie verwendet werden. Wenn solche Kerogene in Gesteinen wie Schiefern in hoher Konzentration vorhanden sind, bilden sie mögliche Muttergesteine. Querogenreiche Schiefer, die nicht auf hohe Temperaturen erhitzt wurden, um ihre Kohlenwasserstoffe freizusetzen, können bituminöse Schieferablagerungen bilden.

Der Name "Kerogen" wurde 1912 vom schottischen Bio-Chemiker Alexander Crum Brown eingeführt.

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Geändert am: 14. Januar 2020