Erdöl

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Einleitung

Erdöl, brennbares, in natürlichen Lagerstätten vorkommendes Substanzgemisch, das zu den wichtigsten Energierohstoffen zählt.

Erdöl gehört wie Erdgas und Kohle zu den fossilen Primärenergieträgern (siehe Weltenergieversorgung). Aus ihm werden nach verschiedenen Verfahren Sekundärenergieträger wie die Brenn- und Kraftstoffe Heizöl und Benzin hergestellt. Außerdem wird Erdöl als Rohstoff u. a. in der chemischen und der petrochemischen Industrie verwendet. Flüssiges Erdöl wird durch Bohrungen aus den Lagerstätten zutage gefördert. Daneben gibt es aber auch Vorkommen von Ölsanden oder Ölschiefer, aus denen sich das Öl herauslösen lässt.

Erdöl besteht hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus offenkettigen Alkanen und Alkenen (Olefinen), ringförmigen Kohlenwasserstoffen (siehe cyclische Verbindungen) sowie aromatischen Kohlenwasserstoffen. Daneben enthält es schwefel-, stickstoff- und sauerstoffhaltige Verbindungen, gelöstes Erdgas und Metallsalze (z. B. Salze von Aluminium, Eisen, Molybdän, Nickel und Vanadium), ferner metallorganische Verbindungen sowie Nanodiamanten (siehe Diamant).

Unbehandeltes, häufig bereits von leichten Gasen befreites Erdöl wird als Rohöl bezeichnet und zur Verarbeitung meist über Pipelines in Raffinerien transportiert. Aus Erdöl oder Rohöl hergestellte Energieträger und Schmierstoffe werden unter dem Begriff Mineralöl zusammengefasst.

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Entstehung

Erdöl bildete sich aus den Überresten pflanzlicher und tierischer Kleinstlebewesen vorwiegend maritimen Ursprungs (Plankton). Die Überreste verwesten nicht, sondern wurden in flachen Meeresbereichen (z. B. Kontinentalschelf) oder stehenden Gewässern von Wasser und feinem Sand bedeckt und zersetzten sich unter Luftausschluss und Einwirkung von anaerob lebenden Mikroorganismen. Dabei entstand ein Faulschlamm (Sapropel), der u. a. Proteine, Kohlenhydrate und Fette enthielt. Der Schlamm wurde im Lauf der Zeit mit Sedimenten bedeckt und zu Sapropelgestein verfestigt, das man auch als Erdölmuttergestein bezeichnet. Durch weitere Sedimentation geriet das Erdölmuttergestein allmählich in tiefere Schichten des Bodens, wodurch in ihm Druck und Temperatur (bis maximal 200 °C) zunahmen und die chemische Umwandlung des organischen Materials einsetzte. Es entstand Kerogen, eine Art fossiles Sediment, das u. a. chemische Verbindungen wie Alkane, Alkene, Isoprenoide und Terpenoide (Abkömmlinge von Isopren und Terpen) enthielt. Diese Substanzen wurden im Lauf der Zeit durch Druck und Temperatur weiter zu Erdöl (und Erdgas) umgewandelt.

Durch den zunehmenden Druck wurde das Erdöl zusammen mit Erdgas und Wasser aus dem Muttergestein herausgequetscht. Alle drei drangen nach oben und passierten dabei durchlässige Gesteine; die Wanderung durch das Gestein nennt man Migration. Während der Migration trennten sich die Bestandteile nach ihrer Dichte und Viskosität und sammelten sich in den Poren und Klüften des so genannten Speichergesteins (z. B. Sand- oder Kalkstein) oder in größeren Hohlräumen (Fallen). Undurchlässiges Deckgestein (z. B. Ton oder Salz), das das Speichergestein oder den Hohlraum umgab, verhinderte eine weitere Migration. In den so entstandenen Lagerstätten lagern in Schichten zuunterst Wasser, in der Mitte Erdöl und zuoberst Erdgas.

Die Entstehung von Erdöllagerstätten konnte sich über Zeiträume von wenigen 10 000 Jahren oder mehreren Millionen Jahren hinziehen. Die meisten bekannten Lagerstätten stammen aus der Kreide- und Jurazeit und aus dem Paläozoikum. Die ältesten bekannten Lagerstätten sind rund zwei Milliarden Jahre alt und befinden sich in Australien, Kanada und Südafrika.

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Geologische Strukturen

Für Erdölfallen (Hohlräume mit Erdöl) kommen verschiedene geologische Strukturen in Frage: Sättel (siehe Falten und Faltung; das Erdöl und Erdgas sammelt sich im Scheitel der durchlässigen Schichten), Verwerfungen und Transgressionen (bei denen jeweils undurchlässige Schichten poröse Schichten nach oben hin abschneiden), Salzstöcke (unter deren Dächern und an deren Flanken Erdölfallen entstehen können) oder fazielle Gesteinsunterschiede (hier werden aufgrund der Sedimentationsbedingungen poröse Speichergesteine von undurchlässigen Schichten umschlossen). Vor allem beim Satteltyp, aber auch bei manchen anderen Strukturen liegen mehrere erdölhaltige Schichten, jeweils durch Deckschichten getrennt, übereinander.

Die meisten der bisher entdeckten Erdöllagerstätten entsprechen dem Sattel- und dem Salzstockdachtyp. Weniger häufig trifft man den Verwerfungs-, den Transgressions- und den Faziestyp an, und ganz selten kommt der Salzstockflankentyp vor.

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Geschichtliches

Oberirdische Erdölaustritte sind im Mittelmeerraum seit der Antike bekannt. Aber lange Zeit wurde Erdöl nur für einige wenige Zwecke genutzt wie etwa zum Kalfatern (Abdichten) von Booten und Schiffen oder zum Beleuchten (Fackeln). Die systematische Ausbeutung von Erdöl begann erst im 19. Jahrhundert. Angestoßen wurde sie durch die Suche nach einem billigeren Lampenbrennstoff, der als Ersatz für das bis dahin verwendete teuere Walöl dienen sollte, aus dem man u. a. Talgkerzen herstellte. Zahlreichen Forschern und Erfindern galt Erdöl als vielversprechender Kandidat für die Entwicklung eines neuen Lampenbrennstoffs. So erwarb der kanadische Arzt und Geologe Abraham Gessner 1852 ein Patent auf die Herstellung eines relativ sauber brennenden, preisgünstigen Lampenbrennstoffes aus Erdöl, des Petroleums („Steinöl”, von griechisch petra: Stein; lateinisch oleum: Öl). 1855 beschrieb der amerikanische Chemiker Benjamin Silliman die vielen nützlichen Produkte, die man durch Destillation von Erdöl gewinnen könnte, u. a. einen Lampenbrennstoff aus destilliertem und mit Schwefelsäure gereinigtem Erdöl.

Mit den Entdeckungen von Gessner und Silliman begann Mitte des 19. Jahrhunderts die intensive Suche nach Erdöllagerstätten. Damals wusste man bereits, dass bei Bohrungen nach Wasser und Salz gelegentlich auch Erdöl aus den Bohrlöchern sickerte. Es lag daher nahe, dort auch nach Erdöl zu bohren. Die ersten Bohrungen, darunter die erste Europas in der Nähe von Celle, wurden 1858 durchgeführt. Berühmt wurde jedoch die Bohrung, die Colonel Edwin L. Drake am 27. August 1859 am Oil Creek in Pennsylvania (USA) durchführte. Drake bohrte im Auftrag des amerikanischen Industriellen George H. Bissell nach dem „Muttersee”, aus dem das Öl im Westen Pennsylvanias nach den damaligen Vermutungen heraussickerte. In nur 21,2 Meter Tiefe stieß Drake auf die erste größere Ölquelle.

Drakes Erfolg war der Beginn einer schnell wachsenden Erdölindustrie. Bald zog das Erdöl auch die Aufmerksamkeit der Wissenschaft auf sich. Schlüssige Hypothesen über die Lagerstättenbildung, d. h. über die Entstehung von Erdöl, seine Wanderung (Migration) durch die Gesteinsschichten und seine Anreicherung und Ansammlung, wurden ausgearbeitet. Mit der Verbreitung der elektrischen Beleuchtung (um 1879) trat das Leuchtpetroleum und damit das Erdöl zunächst in den Hintergrund. Aber nur wenig später entstanden die ersten Automobile, und zu deren Betrieb wurde Benzin benötigt. Mit der rasch zunehmenden Motorisierung wuchs auch die Nachfrage nach Erdöl zur Erzeugung von Kraftstoffen enorm an. Lag die Weltfördermenge an Erdöl 1860 bei etwa 70 000 Tonnen, betrug sie 1870 bereits eine Million Tonnen und stieg bis 1900 auf etwa 21 Millionen Tonnen (zum Vergleich: 2006 wurden weltweit fast vier Milliarden Tonnen Erdöl gefördert).