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Unverzichtbar

Öl: Faszinierender Stoff für Wissenschaftler und Ingenieure

Jenseits aller Kritik ist Erdöl ein Stoff, der den wissenschaftlichen Geist beflügelt. Nicht nur ob der komplexen Exploration, sondern auch der chemischen Möglichkeiten, welche dem „schwarzen Gold“ innewohnen.

ür den Laien mag der Prozess einfach sein: Man setze so lange Probebohrungen, bis man auf Öl trifft. Tatsächlich steckt hinter dieser enormen Vereinfachung jedoch ein Ablauf, der so unglaublich viel komplexer ist, dass er ganze Heerscharen von Geologen beschäftigt.

Über den Entstehungsprozess von Erdöl wurde bereits vieles geschrieben, deshalb hier nur eine kurze Zusammenfassung: Es ist ein Prozess, der bis heute andauert und so lange andauern wird, wie ausreichend Biomasse vorhanden ist. Für das heute geförderte Öl vor allem von Bedeutung sind jedoch die erdgeschichtlichen Phasen zwischen Unterdevon bis zur Unterkreide (400-100 Millionen Jahre vor unserer Zeit). Die in abgestorbener Biomasse steckenden Kohlehydrate und Proteine, werden unter dem Druck, der sich darüber auftürmenden Sedimentschichten immer mehr verdichtet, bis sie sich zu Kerogenen entwickeln und von dort aus zu Erdöl.

Für die Geologen ist das aus mehreren Gründen interessant:

  1. Unter dem Druck der Entstehungsprozesse verwandeln sich lose Meeresbodenschlämme in feste Gesteine. Erst die Erdölforschung brachte sehr viele dieser Umwandlungsprozesse ans wissenschaftliche Tageslicht, quasi als hochwillkommenes Forschungs-Beiprodukt.
  2. Der gesamte Prozess ist eng mit der Plattentektonik verbunden und bietet ein großes Feld bei der Exploration dadurch, dass „rückwärtsgedacht“ werden muss. D.h. anhand der Rückwärtsdatierung von heutigen Platten können Lagerstätten gefunden werden.
  3. Je weniger Erdöl durch vergleichsweise einfache Exploration zu finden ist, desto detektivischer muss die Arbeit der Geologen werden. Das sorgt einerseits auf einem ganz einfachen Level für Arbeitsplatzsicherheit, hat aber für die geologische Arbeit auch noch ganz andere Reize, weil hier echte Praxistätigkeit vonnöten ist.

Tatsächlich ist der Geologe das absolute Schlüsselelement, auf das die gesamte nachgeschaltete Branche aufbaut: Ohne die wissenschaftliche Arbeit, die hier verrichtet wird, wäre die Suche nach Öl tatsächlich ein „Stochern im Boden“ – extrem unvorhersagbar, dadurch unglaublich teuer und nicht wirtschaftlich machbar.

Allerdings: Eine andere Wissenschaftssparte ist mit dem Erdöl, genauer gesagt seinem Verbrauch, nicht glücklich, die Archäologen. Dadurch, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe für eine Abnahme des Isotops 14-C sorgt, wird die hier zur Datierung von Funden herangezogene Radiokarbonmethode stark verfälscht. Schon Mitte des Jahrhunderts, so glauben Archäologen, könnten sich dadurch 1000 Jahre alte Proben nicht mehr von den neuen unterscheiden.

Leidenschaft für Montanwissenschaftler

Erdöl, ob es an Land oder jenseits des Meeresbodens gefördert wird, ist Bergbau in reinster Vollendung. Und weil sich die Lagerstätten in meist mehreren Kilometern Tiefe innerhalb der Erdkruste befinden, braucht es absolute Koryphäen auf ihrem Gebiet. Unter anderem bietet die TU Freiberg die Studienrichtung Tiefbohrtechnik mit Schwerpunkt auf Erdgas- und Erdölgewinnung an.

Oft wird der Fehler gemacht und das Bohren nach Erdöl einfach als hochskaliertes Verwenden einer Bohrmaschine angesehen – praktisch so, als würde man ein Loch für einen Regaldübel in eine Bimssteinwand bohren. Auch das ist eine enorme Vereinfachung, denn hier bestehen diverse Problemstellungen:

  • Die Distanz. Bohrgestänge sind schon für sich ein kleines metallurgisches Kunstwerk, das dafür sorgte, dass die Erforschung neuer Stähle stark gefördert wurde. Dennoch muss bedacht werden, dass hierbei, insbesondere offshore, teils zehn Kilometer lange Gestänge arbeiten müssen, mit sämtlichen Problemen durch Verwindung etc.
  • Das Material. Die Erdkruste ist eine höchst heterogene Mixtur aus Gesteinen unterschiedlicher Mächtigkeit, unterschiedlicher Dichte etc. Hier können unzählige Probleme während des Bohrens auftreten.
  • Die Lage. Vor allem offshore aber auch an Land ergeben sich enorme Schwierigkeiten. Bestes Beispiel: Ein Bohrschiff, welches trotz Seegang nur wenige Zentimeter, sowohl in der Horizontalen wie Vertikalen, von einem Punkt abweichen darf.

Dadurch ist Erdöl nach wie vor einer der wichtigsten Triebmotoren für die Forschung im Bereich der Montan-Ingenieurwissenschaften, weil hier die Schwierigkeiten weitaus größer und zahlreicher sind, als in den anderen Sparten dieser Branche. So brachte es beispielsweise die gesteuerte Horizontalbohrtechnik hervor; ein Verfahren, bei dem nicht senkrecht, sondern seitlich gebohrt wird.

Traum für Chemiker

etzen Endes ist Erdöl nur eine Verbindung diverser, unterschiedlich langer Kohlenwasserstoffketten. Genau das macht es jedoch für die Chemie zu einem Schatz von unvorstellbarem Wert. Und alleine durch den einfachen Vorgang der atmosphärischen Destillation, bei dem das Erdöl erhitzt wird, trennt sich das Erdöl bereits in seine wertvollen Destillate auf.

Und damit ist die Flexibilität des Öls nur am Anfang. Die längeren Kohlenwasserstoffketten können aufgebrochen werden (das sogenannte Cracken). Das macht es primär möglich, aus den langkettigen Verbindungen (etwa Schweröl für den Schiffsbetrieb) kurzkettigere Verbindungen (Benzin) zu machen. Und von dort aus stehen wiederum der chemischen Industrie sämtliche Möglichkeiten offen, die Kohlenwasserstoffe für weitere Produkte zu nutzen, sie umzuwandeln, katalysieren etc.

Daraus erklärt sich auch die Tatsache, warum die Menschheit so am „Öl-Tropf“ hängt: Es sind zwar primär die Kraftstoffe, welche daraus bezogen werden. Gleichsam ist die nachgeschaltete Industrie so gewaltig, dass unzählige andere Sparten ohne Ölprodukte bzw. deren petrochemisch hergestellte Derivate, nicht funktionieren können. Beinahe sämtliche Kunststoffe basieren ebenso auf Erdöl, wie die Kunstdüngerproduktion (über den daraus gewonnenen Ammoniak) davon abhängt.

Tatsächlich ist derzeit nicht einmal exakt bekannt, wie viele Einzelprodukte zu einem gewissen Teil auf Erdöl setzen. Es sind hunderttausende.

Triebmotor für Umweltwissenschaftler

Die Menschheit will weg vom Öl, muss weg vom Öl. Vor allem, um durch die Verwendung als Kraftstoff den Planeten nicht noch weiter durch den damit verbundenen Kohlendioxidausstoß zu schädigen. Und insofern muss man dem Öl auch zugutehalten, dass es – direkt wohlgemerkt – auch für eine Menge anderer wissenschaftlicher Sparten von enormer Bedeutung ist.

Ohne die Probleme, die Öl verursacht, stünde wohl die Forschung im Bereich der Batterien und Akkumulatoren nicht dort, wo sie sich heute befindet. Ohne den Drang, die Mobilität der Menschheit vom Öl wegzubekommen, ohne diese drastisch zu reduzieren, währen Forscher im Oak Ridge National Laboratory wohl kaum über die neue Technik „gestolpert“, mit der sich Kohlendioxid zu Ethanolkraftstoff umwandeln lässt.

Und natürlich hat auch erst das Öl dafür gesorgt, dass die Erforschung des Weltklimas mit einem Tempo vorangeht, das nur noch als atemberaubend bezeichnet werden kann. Seitdem der kanadische Physiker Gilbert Pass in den 1950ern bei seinen Forschungen die Theorie aufstellte, dass Kohlendioxid ein Treibhausgas ist und davon auf eine mögliche Auswirkung auf das Weltklima ableitete und erst recht, seit um den Jahrtausendwandel erkannt wurde, welch globale Ausmaße diese Tatsache angenommen hat, arbeiten Heerscharen an Wissenschaftlern daran:

  • Geophysiker
  • Meteorologen
  • Biologen
  • Chemiker
  • Mathematiker

sind nur fünf der daran beteiligten Disziplinen – wobei angemerkt sein muss, dass „Klimatologie“ als Studiengang derzeit nur von einigen wenigen Hochschulen angeboten wird und dort auch nur als Master-Studiengang.

Letzen Endes hat darüber das Öl auch die Computerwissenschaften vorangebracht: Um die hochkomplexen Klimamodelle zu erstellen, durchzurechnen und Erkenntnisse daraus zu ziehen, werden gigantische Rechenleistungen benötigt. Tatsächlich sieht es so aus, dass Klimaberechnung diejenige Disziplin ist, die seit Jahren konsequent die Maßstäbe für die Entwicklung von Supercomputern setzt, diese an ihre Grenzen bringt und somit die Weiterentwicklung forciert.

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