kohle als ressource - World Coal Association

Transcrição

WELTKOHLEINSTITUT
KOHLE ALS RESSOURCE
EIN UMFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER KOHLE
KOHLE ALS RESSOURCE
WOHER KOMMT KOHLE? WOZU WIRD KOHLE VERWENDET?
WIRD KOHLE ÜBERHAUPT NOCH VERWENDET?
Kohle ist eine der weltweit wichtigsten
Energiequellen. Fast 40% des Weltstroms wird mit
Kohle erzeugt. In vielen Ländern ist diese Zahl viel
höher: in Polen liegt sie bei über 94%, in Südafrika
bei 92%, in China bei 77% und in Australien bei 76%.
Kohle war in den letzten Jahren die weltweit am
schnellsten wachsende Energiequelle – schneller
als Erdgas, Erdöl, Kernenergie, Wasserkraft und
erneuerbare Energiequellen.
Ihre wichtige Rolle als Energiequelle nimmt Kohle
bereits seit Jahrhunderten ein – nicht nur für Strom,
sondern auch als wichtiger Brennstoff in der Stahlund Zementherstellung und in anderen
Industriebereichen.
Kohle als Ressource bietet einen umfassenden
Überblick über Kohle und die Rolle, die Kohle in
unserem Leben spielt. Sie erklärt, wie Kohle entsteht,
wie sie abgebaut wird, wie sie verwendet wird und
welchen Einfluss sie auf unsere Gesellschaft und die
Natur hat. Sie beschreibt, welche wichtige Rolle
Kohle als Energiequelle spielt und warum Kohle,
zusammen mit anderen Energiequellen, so wichtig
ist, um den schnell ansteigenden weltweiten
Energiebedarf abzudecken.
Wir hoffen, dass wir alle Ihre Fragen zur
Kohleindustrie beantworten werden. Sollten Sie
aber an weiteren Informationen interessiert sein,
sind vielleicht eine Reihe anderer Publikationen
des Weltkohleinstituts (WCI) hilfreich.
>> The Role of Coal as an Energy Source (Die Rolle von
Kohle als Energiequelle) (2003) beschreibt die Rolle,
die Kohle heute in unserer Welt spielt, und untersucht
diese Rolle im Kontext weiterer Fragestellungen wie
z. B. dem wachsenden Energiebedarf, der
Energiesicherheit und Umweltproblemen.
>> Clean Coal – Building a Future through Technology
(Saubere Kohle – Aufbau einer Zukunft durch
Technologie) (2004) beschreibt, wie
Umweltprobleme, die durch Kohle (insbesondere
durch die Nutzung von Kohle) entstehen, durch die
Entwicklung und den Einsatz sauberer
Kohletechnologien gelöst werden können.
>> Im Jahr 2001 hat das Weltkohleinstitut zusammen
mit UNEP (dem Umweltprogramm der Vereinten
Nationen) Sustainable Entrepreneurship, the Way
Forward for the Coal Industry (Nachhaltige
Unternehmerschaft, der Weg in die Zukunft für die
Kohleindustrie) veröffentlicht, in der Kohle im
weiteren Kontext der nachhaltigen Entwicklung
betrachtet wird.
Alle Publikationen des Weltkohleinstituts sowie
weitere Informationen zur Kohleindustrie sind auf
unserer Website unter www.worldcoal.org erhältlich.
Kohle als Ressource: Ein umfassender Überblick über Kohle
1
Inhalt
2
ABSCHNITT 1 WAS IST KOHLE?
2
2
4
Kohlearten
Kohlevorkommen
Suche nach Kohle
7
ABSCHNITT 2 KOHLEABBAU
7
7
8
8
10
11
Untertagebau
Tagebau
Kohleaufbereitung
Kohletransport
Sicherheit in Kohlebergwerken
Kohleabbau und die breitere Bevölkerung
13
ABSCHNITT 3 DER INTERNATIONALE
KOHLEMARKT
13
13
14
16
Kohleproduktion
Kohleverbrauch
Kohlehandel
Energiesicherheit
19
ABSCHNITT 4 EINSATZBEREICHE VON KOHLE
19
20
21
22
24
24
25
Kohlenutzung – ein historischer Rückblick
Wie wird Kohle in Strom umgewandelt?
Weltweite Bedeutung von Strom
Kohle in der Eisen- und Stahlproduktion
Kohleverflüssigung
Kohle und Zement
Andere Einsatzbereiche von Kohle
27
ABSCHNITT 5 KOHLE UND DIE UMWELT
27
27
27
27
28
28
29
29
31
31
32
33
36
37
Kohleabbau und die Umwelt
Landzerstörung
Bodensenkung
Wasserverschmutzung
Staub- und Lärmverschmutzung
Sanierung
Verwendung von Methan aus Kohlebergwerken
Kohlenutzung und die Umwelt
Technologische Antwort
Reduzierung von Schadstoffemissionen
Vermeidung von saurem Regen
Reduzierung von Kohlenstoffdioxidemissionen
Kohle und erneuerbare Energie
Minimierung von Umweltfolgen
39
ABSCHNITT 6 ABDECKUNG DES
ZUKÜNFTIGEN ENERGIEBEDARFS
39
40
41
Die Rolle der Kohle
Zukünftige Entwicklungen
Kohle und die Zukunft unserer Energie
42
WEITERFÜHRENDE LITERATUR
2
Weltkohleinstitut
ABSCHNITT 1
WAS IST KOHLE?
>> Kohle ist der veränderte Überrest von prähistorischer
Vegetation, die sich vor sehr langer Zeit in Sümpfen
und Torfmooren abgelagert hat. >>
Torf
Braunkohle
Subbituminöse Kohle
Bituminöse Kohle
Definition
Kohle ist ein fossiler
Brennstoff. Kohle ist ein
brennbares, sedimentäres,
organisches Gestein, das
hauptsächlich aus Kohlenstoff,
Wasserstoff und Sauerstoff
besteht. Es entsteht aus
Pflanzen, die über Millionen
von Jahren zwischen anderen
Gesteinsschichten verdichtet
und sich durch die Kombination
aus Druck und Hitze zu
Kohlenflözen formieren.
Fotos mit freundlicher
Genehmigung des
australischen Kohleverbands
Durch Schlamm- und andere
Sedimentablagerungen sowie Bewegungen
der Erdkruste (tektonische Bewegungen) wurden
diese Sümpfe und Torfmoore oftmals in großen
Tiefen begraben. Hierdurch wurden die Pflanzen
hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt, was
zu physikalischen und chemischen Änderungen in
den Pflanzen führte und sie in Torf und dann in
Kohle umwandelte.
Die erste Kohle entstand während der Karbonzeit
vor 360 bis 290 Millionen Jahren.
Die Qualität jeder Lagerstätte hängt von der
Temperatur, dem Druck und ihrem Alter ab (der
so genannten „organische Reife“). Der Torf wird
zunächst in Lignit oder Braunkohle umgewandelt.
Diese Kohlearten haben eine geringe organische
Reife. Lignit ist verglichen mit anderen
Kohlenarten relativ weich und kann einen
sehr dunklen Schwarzton oder verschiedene
Brauntöne haben.
Das Lignit, das vielen Millionen Jahren lang
hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt
wird, ändert sich laufend weiter, indem es seine
organische Reife erhöht, wodurch subbituminöse
Kohle entsteht.
In der Kohle finden weitere chemische und
physikalische Änderungen statt, bis die Kohle
härter und schwärzer wird und so bituminöse
oder Magerkohle entsteht. Unter den richtigen
Bedingungen kann sich die organische Reife weiter
erhöhen und letztendlich Anthrazit entstehen.
Kohlearten
Der Umfang, in dem Kohle von Torf zu Anthrazit
reift (Inkohlung), hat wichtige Auswirkungen auf
die physikalischen und chemischen Eigenschaften
der Kohle und wird als „Grad“ der Kohle bezeichnet.
Geringinkohlte Kohle wie z. B. Lignit und
subbituminöse Kohle ist in der Regel weicher und
bröckliger und hat ein mattes, erdiges Aussehen.
Sie ist durch hohe Feuchtigkeitsmengen und einen
niedrigen Kohlenstoffgehalt und somit einen
niedrigen Energiegehalt gekennzeichnet.
Stärker inkohlte Kohle ist in der Regel härter und
fester und hat oft einen schwarzen, gläsernen
Schein. Diese Kohle enthält mehr Kohlenstoff, hat
einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt und besitzt
einen höheren Heizwert. Anthrazit steht ganz
oben in der Rangliste und hat einen entsprechend
höheren Kohlenstoff- und Energiegehalt und einen
niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt (siehe Diagramm
auf Seite 4).
Kohlevorkommen
Schätzungen zufolge gibt es weltweit über
984 Milliarden Tonnen sichere Kohlereserven
(siehe Definitionen). Das bedeutet, dass wir
genügend Kohle für mindestens 190 Jahre haben
(siehe Diagramm). Kohle gibt es weltweit – auf
jedem Kontinent in über 70 Ländern. Die größten
Reserven befinden sich in den USA, Russland,
China und Indien.
Länder mit den größten Kohlereserven, 2003 (Milliarden Tonnen)
Quelle: BP 2004
250
Ressource
Die Kohlemenge, die sich in einer Lagerstätte oder
in einem Kohlenbecken befindet. Hierbei wird nicht
berücksichtigt, ob die Kohle wirtschaftlich
abgebaut werden kann. Nicht alle Ressourcen sind
mit der heutigen Technologie abbauwürdig.
200
150
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50
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Au
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A
0
Reserven
Reserven können als sichere (oder gemessene)
Reserven und als vermutliche (oder
wahrscheinliche) Reserven definiert werden. Bei
vermutlichen Reserven ist der Vertrauensgrad
geringer als bei sicheren Reserven.
Verhältnis von Reserven zu Produktion, 2003 (Jahre)
Quelle: BP 2004
200
Quelle: IEA Coal Information 2004
150
100
50
Ko
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Ö
l
Sichere Reserven
Reserven, die nicht nur abbauwürdig sind, sondern
auch wirtschaftlich abgebaut werden können. Diese
Reserven können mit der heutigen
Bergbautechnologie wirtschaftlich abgebaut
werden. Sichere Reserven ändern sich daher je
nach dem Preis für Kohle. Ist der Kohlepreis
niedrig, werden sichere Reserven kleiner.
3
Weltkohleinstitut
Schätzungen zufolge gibt es noch genug Kohle für
190 Jahre. Diese Zahl könnte aber durch eine Reihe
von Entwicklungen verlängert werden, z. B.
>> die Entdeckung neuer Reserven durch
kontinuierliche und verbesserte
Forschungstätigkeiten;
>> Fortschritte bei Bergbautechniken, durch die wir
bisher unerreichbare Reserven erreichen können.
Alle fossilen Brennstoffe werden früher oder
später verbraucht sein, darum müssen wir sie so
wirtschaftlich wie möglich nutzen. Hinsichtlich der
wirtschaftlichen Nutzung von Kohle (um mehr
Energie aus jeder Tonne produzierter Kohle zu
gewinnen) werden laufend bedeutende
Fortschritte erzielt.
Suche nach Kohle
Kohlereserven werden durch
Forschungstätigkeiten entdeckt. Hierbei wird
in der Regel zunächst eine geologische Karte des
Gebiets gezeichnet, danach folgen geochemische
und geophysikalische Vermessungen und
anschließend werden Bohrversuche durchgeführt.
Auf diese Weise lässt sich ein genaues Bild des zu
erschließenden Gebiets machen.
Das Gebiet wird nur dann zu einem Bergbaugebiet,
wenn es groß genug und die Qualität hoch genug
ist und die Kohle wirtschaftlich abgebaut werden
kann. Sind diese Punkte bestätigt, wird mit
Bergbauarbeiten begonnen.
ENDE ABSCHNITT 1
Kohlearten
KOHLENSTOFF-/ENERGIEGEHALT VON KOHLE
WELTWEITE RESERVEN (PROZENT)
HOCH
EINSATZBEREICHE
4
HOCH
FEUCHTIGKEITSGEHALT VON KOHLE
Geringinkohlte Kohle
47%
Lignit
17%
Primär in
der Stromerzeugung
Subbituminöse Kohle
30%
Stromerzeugung
Zementherstellung
Industrielle Einsatzbereiche
Magerkohle
53%
Bituminöse Kohle
52%
Thermische
Kesselkohle
Metallurgische
Kokskohle
Stromerzeugung
Zementherstellung
Industrielle Einsatzbereiche
Eisen- und
Stahlproduktion
Anthrazit
~1%
Privathaushalte/
Industrie
einschließlich
rauchfreiem
Brennstoff
Kohlereserven, regionale Anteile (Ende 2003)
■ Europa und Eurasien
36%
■ Asien-Pazifik
30%
■ Nordamerika
26%
■ Afrika
6%
■ Süd- und Mittelamerika
2%
Kohlereserven im Nahen Osten weniger als 1% der Gesamtreserven
Quelle: BP 2004
Erdgasreserven, regionale Anteile (Ende 2003)
■ Naher Osten
41%
35%
■ Asien-Pazifik
8%
■ Afrika
8%
■ Nordamerika
4%
4%
Quelle: BP 2004
Ölreserven, regionale Anteile (Ende 2003)
■ Naher Osten
63%
■ Afrika
9%
9%
9%
■ Nordamerika
6%
■ Asien-Pazifik
4%
Quelle: BP 2004
5
6
Weltkohleinstitut
Große Tagebaustätten können eine Fläche von vielen
Quadratkilometern abdecken und setzen sehr große Geräte wie
z. B. Schaufelbagger (hier abgebildet) ein. Foto mit freundlicher
Genehmigung von Anglo Coal.
7
ABSCHNITT 2
KOHLEABBAU
>> Kohle wird auf zwei Arten abgebaut: im Tagebau
und im Untertagebau. >>
Wie Kohle abgebaut wird, hängt größtenteils von
den geologischen Eigenschaften der Lagerstätte ab.
Momentan wird weltweit in 60% aller Fälle Kohle im
Untertagebau abgebaut, obwohl der Tagebau in
mehreren wichtigen kohleproduzierenden Ländern
üblicher ist. In Australien wird zu ca. 80% und in den
USA zu ca. 67% im Tagebau abgebaut.
Untertagebau
Beim Untertagebau gibt es zwei Hauptmethoden:
Kammerpfeilerbau und Strebbau (Langfrontbau).
Beim Kammerpfeilerbau wird Kohle in Lagerstätten
abgebaut, indem in den Kohleflöz so genannte
Kammern geschnitten werden. Dabei werden
„Pfeiler“ aus Kohle stehen gelassen, um das Dach
des Untertagebaus zu tragen. Diese Pfeiler können
bis zu 40% der gesamten Kohle im Flöz ausmachen,
die manchmal aber zu einem späteren Zeitpunkt
abgebaut werden kann. Erreicht werden kann dies
durch den so genannten Rückbau, bei dem Kohle
aus den Pfeilern abgebaut wird, wenn sich die
Arbeiter zurückziehen. Das Dach stürzt dann ein
und der Schacht wird anschließend aufgegeben.
Beim Strebbau erfolgt die Gewinnung der Kohle
aus einem Flöz oder Stoß schälend mit
mechanischen Hobelanlagen. Eine Langfront muss
vor Beginn der Abbauarbeiten sorgfältig geplant
werden, um dafür zu sorgen, dass die Geologie im
gesamten Schacht optimal ist. Die Länge des
Kohlenstoßes kann variieren und zwischen 100 und
350 mm betragen. Das Dach wird während der
Gewinnung der Kohle vorübergehend durch
hydraulischen Schildausbau abgestützt, der in
Abbaurichtung wandert. Sobald die Kohle aus dem
Bereich abgebaut worden ist, kann das Dach
einstürzen. Über 75% der Kohle in einer
Lagerstätte kann aus Kohleschichten gewonnen
werden, die sich über 3 km durch den Kohleflöz
ziehen können.
Der Hauptvorteil des Kammerpfeilerbaus
gegenüber dem Strebbau besteht darin, dass viel
schneller mit der Kohleproduktion begonnen
werden kann, weil mobile Anlagen eingesetzt
werden können, die unter 4 Millionen Euro
(5 Millionen Dollar) kosten (Anlagen für den
Strebbau können 41 Millionen Euro (50 Millionen
Dollar) kosten.
Welche Abbaumethode gewählt wird, hängt von der
Lagerstätte ab, wobei wirtschaftliche Faktoren
jedoch immer eine Rolle spielen. Selbst in einer
Lagerstätte können unter bestimmten
Bedingungen beide Methoden zum Einsatz
kommen.
Tagebau
Ein Tagebau ist nur dann wirtschaftlich, wenn sich
das Kohleflöz nahe an der Oberfläche befindet. Bei
dieser Methode wird ein höherer Anteil der Kohle
als beim Untertagebau gewonnen, da alle
Kohleflöze abgebaut werden. Auf diese Weise lässt
sich 90% oder mehr der Kohle abbauen. Große
Tagebaustätten können eine Fläche von vielen
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Weltkohleinstitut
Quadratkilometern abdecken und setzen sehr
große Geräte wie z. B. Schaufelbagger ein, die
die obere Erdschicht abtragen, Löffelbagger,
große Lkws, die die obere Erdschicht und die
Kohle abtransportieren, Schaufelradbagger
und Förderbänder.
Definition
Die obere Erdschicht ist die
Erd- und Gesteinsschicht
zwischen den Kohleflözen
und der Erdoberfläche.
Die obere Erd- und Gesteinsschicht wird zunächst
mit Sprengstoff zerkleinert und dann mit
Schaufelbaggern oder Löffelbaggern und Lkws
abtransportiert. Sobald das Kohleflöz freigelegt
ist, wird systematisch in Streifen gebohrt, das Flöz
zerbrochen und daraus die Kohle gewonnen. Die
Kohle wird dann auf große Lkws oder
Förderbänder geladen, um entweder zur
Kohleaufbereitungsanlage oder direkt dahin
transportiert zu werden, wo sie verwendet wird.
Kohleaufbereitung
Kohle, die direkt aus dem Boden kommt (so
genannte Förderkohle) enthält oft unerwünschte
Verunreinigungen wie z. B. Gestein und Schmutz
und liegt in unterschiedlich großen Brocken vor.
Kohlenutzer brauchen aber Kohle von gleich hoher
Qualität. Bei der Kohleaufbereitung (auch als
Kohlenwäsche bezeichnet) wird Förderkohle
so aufbereitet, dass sie eine konsistent hohe
Qualität hat und sich besser für bestimmte
Endnutzer eignet.
werden, während schwereres Gestein und andere
Verunreinigungen nach unten sinken und als
Abfallprodukte entfernt werden.
Kleinere Brocken werden auf verschiedene Weisen
aufbereitet. In der Regel werden in diesen Fällen
Zentrifugen eingesetzt. Eine Zentrifuge ist eine
Maschine, die einen Behälter sehr schnell dreht,
wodurch Festkörper und Flüssigkeiten im Behälter
getrennt werden. Andere Methoden nutzen die
unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften von
Kohle und Abfallprodukten. Bei der
Schaumflotation werden Kohlepartikel in einem
Schaum entfernt, der durch das Einblasen von Luft
in ein mit Chemikalien versetztes Wasserbad
erzeugt wird. Die Blasen ziehen die Kohle, aber
nicht die Abfallprodukte an, die dann abgeschöpft
werden, um die Feinkohle zu gewinnen. Dank
jüngster technologischer Entwicklungen kann
heute noch mehr sehr feine Kohle gewonnen
werden.
Kohletransport
Wie Kohle an einen bestimmten Ort transportiert
wird, hängt von der jeweiligen Entfernung ab. Bei
kurzen Entfernungen wird Kohle normalerweise
über Förderbänder oder mit Lkws transportiert.
Wie die Kohle aufbereitet wird, hängt von den
Eigenschaften der Kohle und ihrem jeweiligen
Zweck ab. Eventuell muss die Kohle einfach nur
zerkleinert werden oder aber ein komplexes
Aufbereitungsverfahren durchlaufen, um
Verunreinigungen zu reduzieren.
Definition
Eigengewicht: Die
Bruttotragfähigkeit eines
Schiffs einschließlich seiner
Ladung, des Bunkeröls, des
Frischwassers, des
Speichervorrats usw.
Zum Entfernen von Verunreinigungen wird die
Förderkohle zerkleinert und anschließend in
verschieden große Brocken unterteilt. Größere
Brocken werden in der Regel mit Schwerflüssigkeit
aufbereitet. Bei diesem Verfahren wird die Kohle in
einem Trommelsinkscheider, in dem sich eine
Flüssigkeit mit einem spezifischen Gewicht (in der
Regel eine Suspension aus fein gemahlenem
Magneteisenstein) befindet, von anderen
Verunreinigungen getrennt. Da die Kohle leichter
ist, schwimmt sie oben und kann so entfernt
Beim Strebbau erfolgt die
Gewinnung der Kohle aus
einem Flöz schälend mit
mechanischen Hobelanlagen.
Foto mit freundlicher
Genehmigung von Joy Mining
Machinery.
Untertagebetrieb
Obertageeinrichtungen
Kohlehobelanlage und
Stützpfeiler für das Dach
Abgebauter Bereich
Bereits abgebaute
Langfront
Kohleförderband
zur Oberfläche
Stehen gelassene Pfeiler
zum Tragen des Daches
Abbaurichtung
Nächste Langfront,
die abgebaut wird
Abgebauter Bereich
Kohlehobelanlage und
Stützpfeiler für das Dach
Bergarbeiter
bauen Gänge
Kohleflöz
Kohleförderband
Zeichnung mit freundlicher Genehmigung von BHP Billiton Illawara Coal
Bei größeren Entfernungen im Inland werden Züge
und Frachtkähne eingesetzt. Eine weitere
Alternative besteht darin, die Kohle mit Wasser zu
mischen, um Kohleschlamm zu erhalten, der dann
über Pipelines transportiert werden kann.
Für den Transport von Kohle ins Ausland werden
gewöhnlich Schiffe in verschiedenen Größen vom
Handymax (Eigengewicht 40-60.000 Tonnen),
Panamax (Eigengewicht von ca. 60-80.000 Tonnen)
bis zu großen Capesize-Schiffen (Eigengewicht von
ca. 80.000 und mehr Tonnen) eingesetzt. Im Jahr
Kohlepfeiler
2003 wurden ca. 700 Millionen Tonnen Kohle
international gehandelt und ca. 90% hiervon wurde
auf dem Seeweg transportiert. Der Transport von
Kohle kann sehr teuer sein – in einigen Fällen
entfallen 70% des Lieferpreises für Kohle auf
den Transport.
9
10
Weltkohleinstitut
Aufgeschütteter Erdwall
als Schutz vor
Lärm und Staub
Ackerboden und Unterboden
wird von Schürfwagen abgetragen
und sorgfältig gelagert
Kohleflöze
Obere Erdschicht an Stößen
wird mit Löffelbaggern auf
Muldenkipper aufgeladen
und abtransportiert
Obere Erdschicht
Obere Erdschicht wird mit
einem Schaufelbagger abgetragen
Abtragung mit
Schaufelbagger
Tagebaubetrieb und Sanierung
In jeder Transport- und Lagerungsphase werden
Maßnahmen getroffen, um negative Auswirkungen
auf die Umwelt zu minimieren (siehe Abschnitt 5 zu
weiteren Informationen zu Kohle und der Umwelt).
Sicherheit im Kohlebergwerken
Zur Gewinnung von Feinkohle
werden in Goedehoop Colliery
Schaumflotationszellen
eingesetzt. Foto mit
freundlicher Genehmigung
von Anglo Coal.
Sicherheit steht in der Kohleindustrie mit an
der obersten Stelle. Sicherheitsrisiken beim
Untertagebau sind größer als beim Tagebau.
Moderne Kohlebergwerke haben strenge
Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften und
Arbeiter nehmen an Fort- und Weiterbildungen
teil. Hierdurch konnte die Sicherheit sowohl
beim Untertage- als auch beim Tagebau
bedeutend verbessert werden (siehe
Diagramm auf Seite 11 zum Vergleich der
Sicherheitsstandards in Bergwerken in den
USA und in anderen Industrien).
Innerhalb der Industrie gibt es immer noch
Probleme. Die Mehrheit der Unfälle und Todesfälle
in Bergwerken ereignen sich in China. Die meisten
Unfälle passieren in Bergwerken in kleinen
Ortschaften und Dörfern, die oft illegal betrieben
werden und wo mit sehr einfachen Geräten sehr
viel von Hand gearbeitet wird. Die chinesische
Regierung ergreift momentan Maßnahmen zur
Verbesserung der Sicherheitsstandards. In diesem
Abraumhalde
Schaufelbagger
kippt Erde aus
Bulldozer
ebnen
Aufschüttung vom
Schaufelbagger
Obere Erdschicht
von Stößen
wird
ausgekippt
Unterboden und
Ackerboden werden
ersetzt und geformt
Gras und
Bäume
Nachdem die Böden in der richtigen Reihenfolge ersetzt
worden sind, werden sie aufgelockert und anschließend
mit dem Kultivator bearbeitet, gekalkt und gedüngt.
Arbeitsunfälle in ausgewählten Industrien in den USA, 2003
Rahmen sollen auch kleine Bergwerke und Zechen,
die die Sicherheitsstandards nicht erfüllen,
zwangsweise geschlossen werden.
Kohleabbau und die breitere Bevölkerung
Kohle wird in der Regel in ländlichen Gegenden
abgebaut, in denen die Bergwerke und damit
verbundene Industrien in der Regel einer der, wenn
nicht sogar der größte Arbeitgeber in der Gegend
sind. Schätzungen zufolge beschäftigt Kohle
weltweit über 7 Millionen Menschen, von denen
sich 90% in Entwicklungsländern befinden.
Kohlezechen beschäftigen nicht nur weltweit
Millionen von Menschen, sondern generieren auch
Einkommen und Arbeitsplätze in anderen
regionalen Industrien, die vom Kohleabbau
abhängig sind. Diese Industrien bieten entweder
Güter und Leistungen an, für die Kohle als Rohstoff
benötigt wird, wie z. B. Brennstoffe, Strom und
Anlagen, oder sind von Ausgaben von Arbeitern in
Kohlezechen abhängig.
Große Kohlezechen liefern eine bedeutende
örtliche Einkommensquelle in Form von Löhnen,
Gemeinschaftsprogrammen und Rohstoffe für die
Produktion von Gütern in der lokalen Wirtschaft.
(pro 100 Mitarbeitern in Vollzeitbeschäftigung)
Quelle: Bundesamt für Arbeitsstatistik, US-Arbeitsministerium
Dienstleistungsindustrie
Freizeit- und Hotelindustrie
Handel, Transport und
Gas, Wasser, Strom
Schul- und
Gesundheitswesen
Kohleabbau
Landwirtschaft, Forstwirtschaft,
Fischerei und Jagdwirtschaft
Fertigung
Bauwesen
0
1
2
3
4
5
6
7
Kohleabbau und die Gewinnung von Energie kann
aber manchmal auch zu Streitigkeiten zwischen
Nachbarn und der lokalen Bevölkerung über die
Nutzung von Land führen. Viele Streitigkeiten über
die Nutzung von Land können gelöst werden, indem
betont wird, dass das Land nur zeitweilig für den
Kohleabbau genutzt wird. Durch die Sanierung
des Landes kann das Land nach dem Schließen
der Kohlezeche wieder für andere Zwecke
genutzt werden.
ENDE ABSCHNITT 2
8
11
12
Weltkohleinstitut
Kohle wird international gehandelt und über große Entfernungen
verschifft, um Märkte zu erreichen. Foto mit freundlicher
Genehmigung der Ports Corporation, Queensland (Australien)
13
ABSCHNITT 3
DER INTERNATIONALE
KOHLEMARKT
>> Kohle ist eine internationale Industrie. Kohle wird
kommerziell in über 50 Ländern abgebaut und in
über 70 Ländern genutzt. >>
Die größten Importeure von
Kohle, 2003 (Millionen Tonnen)
Japan
Republik Korea
Taipeh (China)
Deutschland
Großbritannien
Russland
Indien
USA
Niederlande
Spanien
162
72
54
35
32
24
24
23
22
22
Quelle: IEA Coal Information 2004
Weltweit werden momentan 4050 Millionen Tonnen
Kohle verbraucht. Kohle wird von einer Vielzahl von
Industrien zur Stromerzeugung, Eisen- und
Stahlproduktion, Zementherstellung und als
flüssiger Treibstoff verwendet. Kohle wird
hauptsächlich zur Stromerzeugung (Kesselkohle
oder Lignit) oder zur Eisen- und Stahlproduktion
(Kokskohle) genutzt.
Kohleproduktion
Momentan werden über 4030 Millionen Tonnen
Kohle produziert – ein Anstieg von 38% über die
letzten 20 Jahre. Die Kohleproduktion ist am
schnellsten in Asien gewachsen, während sie in
Europa gesunken ist.
Die größten kohleproduzierenden Länder sind
nicht auf eine Region beschränkt. Die fünf größten
Produzenten sind China, die USA, Indien, Australien
und Südafrika. Ein Großteil der internationalen
Kohleproduktion wird in dem Land verwendet, in
dem es produziert wurde. Nur rund 18% der
Magerkohleproduktion ist für den internationalen
Kohlemarkt bestimmt.
Erwartungen zufolge wird die internationale
Kohleproduktion im Jahr 2030 7 Milliarden Tonnen
erreichen, von denen China rund die Hälfte des
erwarteten Anstiegs über diesen Zeitraum
beitragen wird. Für Kesselkohle werden für den
gleichen Zeitraum rund 5,2 Milliarden Tonnen, für
Kokskohle 624 Millionen Tonnen und für
Braunkohle 1,2 Milliarden Tonnen erwartet.
Kohleverbrauch
Kohle spielt und wird auch in Zukunft eine wichtige
Rolle bei der Stromerzeugung spielen. Kohle wird
momentan als Brennstoff für 39% des Stroms auf
der ganzen Welt eingesetzt und Erwartungen
zufolge wird sich dieser Prozentsatz über die
nächsten 30 Jahre kaum verändern.
Bei Kesselkohle wird der Verbrauch zwischen 2002
und 2030 erwartungsgemäß um 1,5% pro Jahr
ansteigen. Lignit, das ebenfalls zur
Stromerzeugung verwendet wird, wird um 1% pro
Jahr ansteigen. Die Nachfrage nach Kokskohle für
die Eisen- und Stahlproduktion wird in diesem
Zeitraum wahrscheinlich um 0,9% ansteigen.
Der größte Markt für Kohle ist Asien (54% des
globalen Kohleverbrauchs), wobei ein bedeutender
Prozentsatz hiervon von China verbraucht wird.
Viele Länder haben nicht genügend eigene
Energieressourcen, um ihren Energiebedarf zu
decken, und müssen deshalb Energie importieren.
Japan, Taipeh (China) und Korea importieren zum
Beispiel große Mengen an Kesselkohle für die
Stromerzeugung und Kokskohle für die
Stahlproduktion.
Ob Länder Kohle importieren, hängt jedoch nicht
nur davon ab, ob das Land eigene Reserven hat,
sondern auch davon, ob bestimmte Kohlesorten
benötigt werden. Große Kohleproduzenten wie z. B.
China, die USA und Indien importieren auch große
Mengen an Kohle, und zwar aus Qualitäts- und
logistischen Gründen.
Weltkohleinstitut
Die zehn größten kohleproduzierenden Länder der Welt, 2003
(Millionen Tonnen)
Quelle: IEA 2004
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
ne
ra
i
Uk
n
ta
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Po
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In
di
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Au
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na
Ch
i
US
A
0
Kohle wird weiterhin eine Schlüsselrolle für das
weltweite Energiemix spielen und die Nachfrage in
bestimmten Regionen wird Erwartungen zufolge
schnell ansteigen. Der größte Anstieg im
Kesselkohle- und Kokskohlemarkt wird sich in den
Entwicklungsländern in Asien zeigen, in denen die
Nachfrage nach Strom und der Bedarf für Stahl im
Baugewerbe, bei der Autoproduktion und die
Nachfrage nach Haushaltsgeräten mit höheren
Einkommen der Bevölkerung steigen wird.
Kohlehandel
Kohle wird auf der ganzen Welt gehandelt und über
riesige Entfernungen verschifft, um Märkte zu
erreichen.
Die zehn größten Verbraucher von Kohle weltweit, 2003
In den letzten 20 Jahren ist der Handel mit
Kesselkohle auf dem Seeweg im Durchschnitt um
ca. 8% pro Jahr angestiegen. Der Kokskohlehandel
auf dem Seeweg ist um 2% pro Jahr gestiegen. Der
internationale Kohlehandel erreichte 718 Millionen
Tonnen im Jahr 2003. Das ist zwar eine bedeutende
Menge an Kohle, entspricht aber nur etwa 18% der
Kohle, die insgesamt verbraucht wurde.
(Millionen Tonnen)
Quelle: IEA 2004
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14
Definition
Die OECD (Organisation für
wirtschaftliche
Zusammenarbeit und
Entwicklung) ist eine Gruppe
aus 30 Mitgliedsländern, die
sich für eine demokratische
Regierung und
Marktwirtschaft einsetzen.
Ein großer Teil des Lieferpreises von Kohle sind die
Transportkosten. Deshalb ist der internationale
Handel mit Kesselkohle in zwei regionale Märkte
aufgeteilt: den Atlantik und den Pazifik. Der
Atlantikmarkt setzt sich aus Importländern in
Westeuropa, zu denen im Wesentlichen
Großbritannien, Deutschland und Spanien gehören,
zusammen. Der Pazifikmarkt besteht aus
Entwicklungsländern und OECD-Ländern in Asien,
die Kohle importieren. Hierzu gehören im
Wesentlichen Japan, Korea und Taipeh (China). 60%
des internationalen Kesselkohlehandels findet
zurzeit im Pazifikmarkt statt. Märkte tendieren
dazu, sich zu überlappen, wenn Kohlepreise hoch
sind und viele Ressourcen vorhanden sind.
Südafrika ist ein natürlicher Konvergenzpunkt
zwischen den beiden Märkten.
Australien hat im Jahr 2003 über 207 Millionen
Tonnen Magerkohle exportiert (von einer
Gesamtproduktion von 274 Millionen Tonnen)
und ist damit der weltweit größte Exporteur
von Kohle. Kohle ist eines der wertvollsten
Große interregionale Handelsrouten für Kohle, 2002-2030 (Millionen Tonnen)
29
16
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2002
51
2030
Quelle: IEA 2004
Exportgüter Australiens. Obwohl fast drei Viertel
der australischen Kohle nach Asien exportiert
werden, wird australische Kohle auf der ganzen
Welt, also auch in Europa, Nord- und Südamerika
und Afrika, verwendet.
Der internationale Handel mit Kokskohle ist
beschränkt. Australien ist auch der größte
Exporteur von Kokskohle (51% des Weltexports).
Die USA und Kanada sind bedeutende Exporteure
und China entwickelt sich momentan zu einem
weiteren wichtigen Lieferanten. Kokskohle ist
teurer als Kesselkohle, und aus diesem Grund kann
sich Australien die hohen Frachtkosten leisten,
die mit dem weltweiten Export von Kokskohle
verbunden sind.
19
13
15
16
Weltkohleinstitut
Energiesicherheit
Stromerzeugung weltweit (% nach Brennstoff, 2002)
■ Kohle
39%
■ Erdgas
19%
■ Kernenergie
17%
■ Wasserkraft
16%
■ Öl
7%
■ Sonstige*
2%
* Sonstige = Solarenergie, Windkraft, Biomasse, Erdwärme und Abfall
Quelle: IEA 2004
Gerade in der heutigen Zeit ist es wichtig, das
Risiko einer Stromversorgung – sei es durch ein
Versehen, einen politischen Eingriff, Terrorismus
oder Gewerkschaftsstreiks – so gut es geht zu
minimieren. Kohle spielt in einer Zeit, in der wir uns
immer mehr Sorgen um Energiesicherheit machen,
eine wichtige Rolle.
Der internationale Kohlemarkt ist mit vielen
verschiedenen Produzenten und Verbrauchern auf
jedem Kontinent groß und divers. Kohle wird nicht
von einem bestimmten Gebiet geliefert, wodurch
Verbraucher nicht von der Lieferbarkeit und der
Stabilität von nur einer Region abhängig sind. Kohle
ist weltweit verteilt und international gehandelt.
Stromerzeugung weltweit (% nach Brennstoff, 2030 (Schätzung))
■ Kohle
38%
■ Erdgas
30%
■ Wasserkraft
13%
■ Kernenergie
9%
■ Sonstige*
6%
■ Öl
4%
* Sonstige = Solarenergie, Windkraft, Biomasse, Erdwärme und Abfall
Quelle: IEA 2004
Viele Länder nutzen ihre eigenen Kohlevorräte, um
ihren Energiebedarf abzudecken. Zu diesen
Ländern gehören z. B. China, die USA, Indien,
Australien und Südafrika. Andere Länder
importieren Kohle aus verschiedensten Ländern:
Großbritannien importierte im Jahr 2003
beispielsweise Kohle aus Australien, Kolumbien,
Polen, Russland, Südafrika und den USA sowie
kleinere Mengen aus einer Reihe anderer Länder
und nutzte außerdem auch eigene Ressourcen.
Kohle spielt daher eine wichtige Rolle für die
Sicherheit des globalen Energiemixes.
>> Kohlereserven sind sehr groß und werden für
die vorhersehbare Zukunft verfügbar sein,
ohne geopolitische oder Sicherheitskrisen
zu verursachen.
>> Kohle ist weltweit problemlos über eine Vielzahl
von Quellen erhältlich.
>> Kohle kann problemlos in Kraftwerken gelagert
werden, um in Notfällen darauf zurückgreifen
zu können.
>> Aus Kohle erzeugte Energie ist nicht
wetterabhängig und kann als Reserve für
Windkraft und Wasserkraft eingesetzt werden.
>> Für Kohle sind keine Hochdruck-Pipelines oder
spezielle Lieferrouten erforderlich.
>> Lieferrouten für Kohle brauchen nicht geschützt
werden (es sind also keine speziellen Gelder
hierfür erforderlich).
Diese Punkte zeigen, dass Kohle wirtschaftliche
und wettbewerbsfähige Energiemärkte ermöglicht
und durch den Wettbewerb zwischen
verschiedenen Brennstoffen Energiepreise
stabilisiert werden können.
Die größten Exporteure von Kohle, 2003 (Millionen Tonnen)
■ Kesselkohle
■ Kokskohle
Quelle: IEA 2004
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20
ENDE ABSCHNITT 3
Gerade in der heutigen Zeit
ist es wichtig, das Risiko
einer Stromversorgung so
gut es geht zu minimieren.
Lieferrouten für Kohle
brauchen nicht geschützt
werden (es sind also keine
speziellen Gelder hierfür
erforderlich) Foto mit
freundlicher Genehmigung
von CN.
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Weltkohleinstitut
39% des Weltstroms wird momentan durch Kohle erzeugt. Dank niedriger
Kohlepreise sind heute viele Länder der Erde mit Strom versorgt.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Vattenfall.
19
ABSCHNITT 4
EINSATZBEREICHE VON KOHLE
>> Kohle hat weltweit viele wichtige Einsatzbereiche.
Die bedeutendsten Einsatzbereiche sind in der
Stromerzeugung, der Stahlproduktion, der
Zementherstellung und anderen Industrieverfahren
und als flüssiger Brennstoff. >>
Definition
Mit Primärenergie wird
Energie bezeichnet, die von
Endnutzern verbraucht wird.
Hierzu gehört auch die
Energie, die zur Erzeugung von
Strom verwendet wird, aber
nicht der Strom selbst.
Kohlenutzung – ein historischer Rückblick
Kohle hat eine sehr lange und schillernde
Geschichte. Einigen Geschichtswissenschaftlern
zufolge wurde Kohle kommerziell zum ersten Mal in
China verwendet. Es gibt Berichte, nach denen ein
Bergwerk im Nordosten Chinas um 1000 v. Chr.
Kohle zum Schmelzen von Kupfer und zum Gießen
von Münzen lieferte. Eine der frühesten bekannte
Verweise auf Kohle stammte von dem griechischen
Philosophen und Wissenschaftler Aristoteles, der
Holzkohle als Stein beschrieb. Ausgeglühte Kohle,
die in römischen Ruinen in England gefunden
wurde, weist darauf hin, dass die Römer vor 400 n.
Chr. aus Kohle erzeugte Energie nutzten. Chroniken
aus dem Mittelalter liefern den ersten Nachweis
des Kohleabbaus in Europa und sogar eines
internationalen Handels, als Kohlenstaub von frei
liegenden Kohleflözen an der englischen Küste
gesammelt und nach Belgien exportiert wurde.
Die Nachfrage nach Kohle stieg plötzlich
während der industriellen Revolution im 18. und
19. Jahrhundert an. Die erhebliche Verbesserung
des Dampfmotors durch James Watt, der 1769
patentiert wurde, war wesentlich für die vermehrte
Nutzung von Kohle verantwortlich. Die Geschichte
des Kohleabbaus und der Kohlenutzung ist eng mit
der der industriellen Revolution verwoben –
Eisen- und Stahlproduktion, Schienentransport
und Dampfschiffe.
Kohle wurde auch zur Produktion von Gas für
Gaslampen in vielen Städten verwendet, in denen
es als Stadtgas bezeichnet wurde. Mit der
Erzeugung von Leuchtgas wurden Anfang des
19. Jahrhunderts in Großstädten, insbesondere in
London, immer mehr Gaslampen eingesetzt.
Straßenlaternen mit Leuchtgas wurden schließlich
mit dem Beginn der modernen Elektrizität durch
Strom ersetzt.
Als im 19. Jahrhundert mit der Entwicklung von
Energie begonnen wurde, wurde die Zukunft der
Kohle eng mit der Stromerzeugung verbunden. Das
erste funktionsfähige kohlebetriebene Kraftwerk,
das von Thomas Edison entwickelt wurde, wurde
1882 in New York in Betrieb genommen und
erzeugte Strom für Haushaltslampen.
In den sechziger Jahren, bedingt durch das enorme
Wachstum im Transportsektor, überholte Öl
schließlich Kohle als größte Quelle für
Primärenergie. Kohle spielt auch heute noch eine
wichtige Rolle im weltweiten Primärenergiemix. Im
Jahr 2002 deckte sie 23,5% des globalen Bedarfs
an Primärenergie, 39% des Weltstroms. Kohle ist
mehr als doppelt so viel wie die nächstgrößte
Ressource vorhanden und wesentlicher Bestandteil
(64%) der weltweiten Stahlproduktion.
Weltkohleinstitut
Prozentsatz des Stroms in ausgewählten Ländern, der aus Kohle
Quelle: IEA 2004
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Wie wird Kohle in Strom umgewandelt?
Ein Leben ohne Strom ist heutzutage undenkbar.
Strom beleuchtet Häuser, Gebäude, Straßen,
liefert Wärme in Privathaushalten und in der
Industrie und betreibt die meisten Geräte im Haus
und Büro sowie Maschinen in Fabriken. Strom ist
ein Schlüsselfaktor zur Bekämpfung der Armut.
1,6 Milliarden Menschen auf der ganzen Welt oder
27% der Weltbevölkerung haben keinen Strom –
eine erschreckende Erkenntnis.
erzeugt wird (Daten von 2002 und 2003)
Elektrifizierung in ausgewählten Entwicklungsländern,
2002 (in Prozent)
Quelle: IEA 2004
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Weltdurchschnitt
73,7%
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Zur Erzeugung von Strom in Kraftwerken
wird Kesselkohle eingesetzt. In den ersten
konventionellen kohlebetriebenen Kraftwerken
wurde Stückkohle verwendet, die auf einem
Rost in Kesseln verbrannt wurde, damit Dampf
aufstieg. Heutzutage wird die Kohle zuerst zu
einem feinen Staub zermahlen, wodurch die
Oberfläche vergrößert wird und die Kohle
schneller verbrennen kann. In diesen
Kohlenstaubbrennern wird der Kohlenstaub
in die Verbrennungskammer eines Kessels
geblasen und dort bei hoher Temperatur
verbrannt. Die erzeugten heißen Gase und die
Wärmeenergie wandeln Wasser – in Rohren an
den Wänden des Kessels – in Dampf um.
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Der unter hohem Druck stehende Dampf wird in
eine Turbine geleitet, in der sich Tausende
propellerähnlicher Schaufeln befinden. Der Dampf
schiebt diese Schaufeln an, wodurch sich die
Turbinenwelle mit hoher Geschwindigkeit dreht.
An einem Ende der Turbinenwelle ist ein Generator
montiert, der aus sorgfältig gewickelten
Drahtspulen besteht. Wenn diese Drahtspulen
schnell in einem starken Magnetfeld gedreht
werden, wird Strom erzeugt. Nachdem der Dampf
die Turbine durchlaufen hat, wird er kondensiert
und wieder in den Kessel zurückgeführt, wo er
erneut aufgeheizt wird (siehe Diagramm auf
Seite 21).
Der erzeugte Strom wird auf höhere Spannungen
(bis zu 400.000 Volt) transformiert und dann über
das Hochspannungsnetz wirtschaftlich und
effizient genutzt. Wenn sich der Strom dem
Verbrauchsort, z. B. unseren Häusern, nähert,
wird er auf die sicheren 100-250 Voltsysteme
heruntertransformiert, die im Haushaltsmarkt
verwendet werden.
Die moderne Kohlenstaubverbrennungstechnologie
ist weit entwickelt und wird in über 90% aller
kohlebetriebenen Kraftwerke weltweit eingesetzt.
Konventionelle Kohlenstaubverbrennungskraftwerke
werden kontinuierlich verbessert und neue
Verbrennungstechniken werden entwickelt. Durch
diese Entwicklungen kann aus weniger Kohle mehr
Strom erzeugt werden. Dies wird als Verbesserung
des thermischen Wirkungsgrads des Kraftwerks
bezeichnet. Weitere Einzelheiten zu diesen
Technologien und dazu, wie sie die Umweltleistung
kohlebetriebener Kraftwerke verbessern, finden
Sie in Abschnitt 5.
Weltweite Bedeutung von Strom
Der Zugang zu Energie und insbesondere zu
Strom ist eine wesentliche Triebkraft für die
wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung
eines Landes. Die Gesundheit eines Landes, der
Zugang zu aktuellen Informationen, Schulen und
die Verbesserung der Lebensqualität einer
Bevölkerung hängen u. U. davon ab, ob Strom
vorhanden und erschwinglich ist. Rund
2,4 Milliarden Menschen müssen mit primitiven
Biomassebrennstoffen (Holz, Kuhdung und
Erntereste) kochen und heizen. Wenn mehr
Menschen mit Strom versorgt und damit nicht
mehr den schädlichen Verbrennungsdämpfen
ausgesetzt werden würden, würde sich dies in
erheblichem Ausmaß positiv auf die Gesundheit
dieser Menschen auswirken. Die
Weltgesundheitsorganisation hat geschätzt, dass
Rauch von brennenden Festbrennstoffen jedes
Jahr für 1,6 Millionen Todesfälle in den ärmsten
Ländern der Welt verantwortlich ist.
>> Menschen, die bisher ihre Zeit damit verbracht
haben, Brennholz zu sammeln, können ihre
Zeit jetzt produktiver nutzen, z. B. in der
landwirtschaftlichen und der Fertigungsindustrie.
Hierdurch steigt das Haushaltseinkommen,
es stehen mehr Arbeitskräfte zur Verfügung
und die Produktionskapazität der
Entwicklungsländer steigt.
Die fünf größten
Produzenten von Kokskohle
(Millionen Tonnen)
China
Australien
Russland
USA
Kanada
159
112
55
40
23
Quelle: IEA 2004
Weltweite
Rohstahlproduktion
(Millionen Tonnen)
1970
1975
1980
1985
1990
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
21
>> Durch das Sammeln von Biomasse als Brennstoff
für Haushalte verringert sich in vielen Länden
die Produktivität des Ackerlands – durch die
Versandung von Kulturboden (weil Bäume gefällt
werden) oder durch den Entzug von Nährstoffen
für den Boden (weil Tierdung eingesammelt wird).
595
644
717
719
770
752
750
799
777
789
848
850
902
965
>> Die ineffiziente Verbrennung unkonventioneller
Brennstoffe, insbesondere in Haushalten
ohne Schornsteine, führt zu gesundheitlichen
Problemen. Wenn Haushalte auf moderne
Energiequelle wie Strom umgestellt
werden, wird dadurch die Gesundheit
und Produktivität verbessert.
Quelle: IISI
>> Durch Haushaltsstrom können moderne Geräte
wie Waschmaschinen genutzt werden. Außerdem
können Häuser beleuchtet werden, wodurch sich
die Produktivität von Heimarbeit verbessert und
Zeit gespart wird.
Umwandlung von Kohle in Strom
Schacht
Strom
Kohlebeschickung
Förderband
Energie unterstützt auch die wirtschaftliche
Entwicklung eines Landes.
Kessel
Dampfturbine
Generator
Mahlanlage
Speisetransformator
Kondenser
Aschesysteme
Wasserreinigung
22
Weltkohleinstitut
Verwendung von Kohle in der Stahlproduktion
Klassierter Koks
Kalkstein
Flussmittel
Wassergekühlte
feuerfeste Auskleidung
Eisenerz
Sinter +
Pellets oder
Stücke
Heißluftstrom
Schlackenabstich
Schlackenpfanne
Düse
Abstichloch
Eisenpfanne
39% des Weltstroms wird momentan durch Kohle
erzeugt. In vielen Ländern ist diese Rolle viel höher.
Ein wesentlicher Faktor zur weitreichenden
Elektrifizierung ist die Verfügbarkeit von
kostengünstiger Kohle in entwickelten und in
Entwicklungsländern. In China wurden
beispielsweise in den letzten 15 Jahren
700 Millionen Menschen an das Stromnetz
angeschlossen. 99% des Landes wird jetzt mit
Strom versorgt, der zu rund 77% in
kohlebetriebenen Kraftwerken erzeugt wird.
Kohle in der Eisen- und Stahlproduktion
Stahl ist aus dem täglichen Leben nicht mehr
wegzudenken: Autos, Züge, Gebäude, Schiffe,
Brücken, Kühlschränke, medizinische Geräte
werden zum Beispiel alle mit Stahl hergestellt.
Stahl ist auch für die Maschinen, mit denen wir fast
alle Produkte herstellen, die wir heutzutage
benutzen, erforderlich.
Für die Eisen- und Stahlproduktion spielt Kohle
eine wesentliche Rolle. Rund 64% der weltweiten
Stahlproduktion kommt von Eisen, das in Hochöfen
hergestellt wurde, die Kohle verwenden. Im Jahr
2003 wurden weltweit 965 Millionen Rohstahl
produziert, wofür rund 543 Millionen Tonnen Kohle
verwendet wurde.
Rohstoffe
Ein Hochofen verwendet Eisenerz, Koks (das aus
spezieller Kokskohle hergestellt wird) und kleine
Mengen an Kalkstein. Bei einigen Öfen (die
Einblaskohle (PCI) verwenden) wird billigere
Kesselkohle verwendet, um Kosten einzusparen.
Eisenerz ist ein Mineral, das Eisenoxide enthält.
Kommerziell genutzte Erze haben in der Regel
einen Eisengehalt von mindestens 58%. Eisenerz
wird in rund 50 Ländern abgebaut. 75% der
Weltproduktion stammt von den sieben größten
Produzenten. Rund 98% des Eisenerzes wird in der
Stahlproduktion verwendet.
Koks wird durch das Verkoken von Kohle
hergestellt, die bestimmte physikalische
Eigenschaften haben, durch die sie weich gemacht,
verflüssigt und dann wieder zu harten, aber
porösen Brocken verfestigt werden, wenn sie in
Abwesenheit von Luft erhitzt werden. Kokskohle
muss auch einen niedrigen Schwefel- und
Phosphorgehalt haben und ist, da es relativ selten
vorkommt, teurer als Kesselkohle, die zur
Erzeugung von Strom verwendet wird.
Das Eisen wird zu einem Sauerstoff-AufblasKonverter geleitet, wo Stahlschrott und mehr
Kalkstein hinzugegeben werden und 99% reiner
Sauerstoff auf das Gemisch geblasen wird. Durch
die Reaktion mit dem Sauerstoff steigt die
Temperatur auf bis zu 1700°C an, die
Verunreinigungen oxidieren und es bleibt fast
reiner flüssiger Stahl zurück. Für 1 Tonne (1000 kg)
Stahl sind rund 630 kg (0,63 Tonnen) Koks
erforderlich.
Sauerstoff-Aufblas-Konverter produzieren
momentan ca. 64% des weltweiten Stahls. Weitere
33% des Stahls werden in Lichtbogenöfen
produziert. Lichtbogenöfen werden zur Herstellung
von neuem Stahl aus Altmetall verwendet. Wenn
Altmetall zur Verfügung steht, ist dieses Verfahren
preiswerter als der traditionelle Hochofen. Der
Lichtbogenofen wird mit Stahlschrott und Eisen
gefüllt. Elektroden werden in den Ofen gesetzt und
wenn eine Spannung angelegt wird, entsteht ein
Lichtbogen. Durch die Energie des Lichtbogens
steigt die Temperatur auf 1600°C an, wodurch der
Schrott schmilzt und geschmolzener Stahl
entsteht. Ein Großteil des in Lichtbogenöfen
verwendeten Stroms wird durch Kohle produziert.
2003 (Millionen Tonnen)
Quelle: IISI
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200
150
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Hochofen
Die Rohstoffe (Eisenerz, Koks und Flussmittel
[Mineralien wie z. B. Kalkstein, die zum Sammeln
von Verunreinigungen dienen]) werden oben in den
Hochofen zugegeben. Luft wird auf etwa 1200°C
erhitzt und durch Düsen im unteren Teil in den Ofen
geblasen. Durch die Luft verbrennt der Koks
entstehendes Kohlenstoffmonoxid, das die
chemische Reaktion einleitet. Das Eisenerz wird
durch den Entzug des Sauerstoffs auf
geschmolzenes Eisen reduziert. Eine Klappe unten
am Ofen wird in regelmäßigen Abständen geöffnet,
um geschmolzenes Eisen und Schlacke abzulassen.
Die zehn größten stahlproduzierenden Länder,
Ja
pa
Die Kokskohle wird zerkleinert und gewaschen.
Anschließend wird sie in mehreren Koksöfen
gereinigt und verkokt. Bei diesem Verfahren
werden Nebenprodukte entfernt und Koks
produziert.
Durch Entwicklungen in der Stahlindustrie kann
auch Einblaskohle (PCI) verwendet werden. Hiermit
kann Kohle direkt in den Hochofen eingeblasen
werden. Als Einblaskohle können die
verschiedensten Kohlesorten, darunter auch
Kesselkohle, verwendet werden.
Stahl kann zu 100% wiederverwertet werden. Im
Jahr 2003 wurden ca. 383 Millionen Tonnen
Rücklaufschrott und im Jahr 2004 rund
400 Millionen Tonnen Rücklaufschrott verwendet.
Beim Sauerstoff-Aufblas-Konverter werden bis zu
30% Rücklaufschrott und bei Lichtbogenöfen rund
90-100% Rücklaufschrott verwendet.
Nebenprodukte aus der Eisen- und Stahlproduktion
können ebenfalls zurückgeführt werden. Schlacke
kann zum Beispiel erstarrt, zerkleinert und in
Sandgemischen, Straßenbelägen und Zement
verwendet werden.
23
24
Weltkohleinstitut
Kohleverflüssigung
In einer Reihe von Ländern wird Kohle in einen
flüssigen Brennstoff umgewandelt. Dieses
Verfahren wird als Verflüssigung bezeichnet. Der
flüssige Brennstoff kann dann raffiniert werden,
um Transportkraftstoffe und andere Ölprodukte
wie z. B. Kunststoffe und Lösungsmittel zu
produzieren. Für die Verflüssigung stehen zwei
Hauptverfahren zur Verfügung:
>> direkte Kohleverflüssigung: Kohle wird in einem
einzigen Verfahren in flüssigen Brennstoff
umgewandelt;
>> indirekte Kohleverflüssigung: Kohle wird
zuerst vergast und dann in eine Flüssigkeit
umgewandelt.
Auf diese Weise kann Kohle als Ersatz für
Rohöl verwendet werden, eine wichtige Rolle in
einer Welt, in der die Sorgen in Bezug auf
Energiesicherheit ständig wachsen. Ob sich
Kohleverflüssigung wirtschaftlich lohnt, hängt
zum Großteil vom Weltölpreis ab, mit dem
dieses Verfahren in einer freien Marktwirtschaft
konkurrieren muss. Je höher der Ölpreis,
umso wirtschaftlicher sinnvoll ist die
Kohleverflüssigung.
Es hat in der Geschichte Situationen gegeben, in
denen Länder in großem Maßstab flüssige
Brennstoffe aus Kohle produzieren mussten, weil
sie von Rohölquellen abgeschnitten worden waren.
Deutschland hat während des Zweiten Weltkriegs
erhebliche Mengen an Brennstoff aus
Kohlederivaten produziert, genau wie Südafrika in
der Mitte der fünfziger und in den achtziger Jahren,
als das Land mit einem Embargo belegt war.
Südafrika produziert auch heute noch flüssigen
Brennstoff in großem Maßstab.
Das einzige Kohleverflüssigungsverfahren im
Industriemaßstab, das momentan weltweit
eingesetzt wird, in das indirekte Sasol (FischerTropsch)-Verfahren. Südafrika ist weltweit führend
in Kohleverflüssigungstechnologien. Das Land hat
die meiste Forschungs- und Entwicklungsarbeit in
der indirekten Kohleverflüssigung geleistet und
rund ein Drittel seines eigenen Bedarfs an
flüssigem Brennstoff wird momentan durch Kohle
gedeckt. Auch China erlebt momentan ein
Wachstum in der Kohleverflüssigung. Ziel ist es, die
enormen Kohlereserven des Landes zu nutzen und
weniger abhängig von importiertem Öl zu sein.
Kohle und Zement
Zement ist ein wichtiger Baustoff für die
Bauindustrie – mit Wasser und Kies vermischt wird
daraus Beton, dem Grundbaustoff in der modernen
Gesellschaft. Weltweit werden jährlich mehr als
1350 Millionen Tonnen Zement verwendet.
Zement wird aus einem Gemisch aus
Calciumcarbonat (in der Regel in Form von
Kalkstein), Siliziumoxid, Eisenoxid und
Aluminiumoxid hergestellt. Die Rohstoffe werden in
einem Hochtemperaturofen, der oft mit Kohle
betrieben wird, bei 1450°C teilweise geschmolzen
und so chemisch und physikalisch in eine Substanz
umgewandelt, die als Schlacke bezeichnet wird.
Diese graue, kieselähnliche Substanz setzt sich aus
einem speziellen Gemisch zusammen, das Zement
seine bindenden Eigenschaften verleiht, Die
Schlacke wird mit Gips vermischt und zu einem
feinen Pulver zermahlen, um Zement zu produzieren.
Kohle wird bei der Zementherstellung als
Energiequelle eingesetzt. Für die Herstellung von
Zement werden große Mengen an Energie
benötigt. Öfen verbrennen Kohle in der Regel in
Form von Pulver und verbrauchen rund 450 g Kohle
für jeweils 900 g produzierten Zement. Kohle wird
mit hoher Wahrscheinlichkeit noch viele Jahre lang
eine wichtige Rolle in der globalen
Zementindustrie spielen.
Auch Kohleverbrennungsprodukte können eine
wichtige Rolle in der Betonherstellung spielen.
Kohleverbrennungsprodukte entstehen als
Abfallprodukte bei der Verbrennung von Kohle in
kohlebetriebenen Kraftwerken. Zu diesen
Abfallprodukten gehören Flugasche, Bodenasche,
Kesselschlacke und Rauchgasentschwefelungsgips.
Flugasche kann zum Beispiel als Ersatz oder
Ergänzung zu Zement in Beton verwendet
werden. Die Wiederverwertung von
Kohleverbrennungsprodukten auf dieser Art
ist gut für die Umwelt, da hierdurch primäre
Rohstoffe ersetzt werden.
Andere Einsatzbereiche von Kohle
Andere große Nutzer von Kohle sind
Aluminiumoxidraffinerien, Papierhersteller und die
chemische und pharmazeutische Industrie. Aus den
Nebenprodukten von Kohle können mehrere
chemische Produkte produziert werden.
Raffinierter Steinkohlenteer wird zur Herstellung
von Chemikalien wie Teeröl, Naphthalin, Phenol und
Benzen verwendet. Aus Koksöfen gewonnenes
Ammoniakgas wird zur Herstellung von
Ammoniaksalzen, Salpetersäure und
landwirtschaftlichen Düngemitteln eingesetzt.
Tausende verschiedener Produkte enthalten Kohle
oder Nebenprodukte von Kohle: Seife, Aspirin,
Lösungsmittel, Färbemittel, Kunststoffe und
Kunstfasern wie Viskose und Nylon.
Kohle ist auch ein wesentlicher Bestandteil bei der
Produktion von Spezialprodukten:
>> Aktivkohle – in Filtern zur Reinigung von Wasser
und Luft und in Nierendialysegeräten verwendet.
>> Kohlenstofffaser – ein extrem festes und
dennoch leichtes Verstärkungsmaterial, das in
der Bauindustrie, bei Mountain-Bikes und in
Tennisschlägern verwendet wird.
>> Siliziummetall – wird zur Produktion von
Silikonen und Silanen verwendet, die wiederum
zur Herstellung von Schmiermitteln,
wasserabweisenden Mitteln, Harzen, Kosmetik,
Haarshampoos und Zahnpasta verwendet wird.
ENDE ABSCHNITT 4
Technologien für kohlebetriebene Kraftwerke werden laufend
weiterentwickelt, um die Umwelt zu schonen. Das kohlebetriebene
Kraftwerk Nordjyllandsværket in Dänemark hat einen Wirkungsgrad
von 47%. Foto mit freundlicher Genehmigung von Elsam.
Fotograf: Gert Jensen.
25
26
Weltkohleinstitut
Im Kohlebergwerk Ulan in Australien wird das innovative Bobadeen-Irrigationssystem eingesetzt, um
überschüssiges Wasser aus dem Bergwerk zur Bewässerung der 242 ha großen Landfläche zu nutzen, die
extra mit mehrjähriger Weide bepflanzt wurde und von Rindern auf einer optimalen Länge gehalten wird.
Foto mit freundlicher Genehmigung von Xstrata Coal
27
ABSCHNITT 5
KOHLE UND DIE UMWELT
>> Unser Energieverbrauch kann erhebliche Folgen für
die Umwelt haben. Die Minimierung der negativen
Folgen auf die Natur durch das, was der Mensch tut
(und hierzu gehört auch die Nutzung von Energie) ist
ein Faktor, der weltweit an höchster Stelle steht. >>
Wenn man an Umweltschutz denkt, sollte man auch
Prioritäten der wirtschaftlichen und
gesellschaftlichen Entwicklung nicht aus dem Auge
verlieren. „Nachhaltige Entwicklung“ umfasst alle
drei Bereiche und ist definiert als „…Entwicklung,
die den Bedarf der momentanen Generation
abdeckt, ohne die Fähigkeit zukünftiger
Generationen zu gefährden, ihren eigenen Bedarf
abzudecken“.
Kohle leistet zwar einen wichtigen Beitrag zur
wirtschaftlichen und gesellschaftlichen
Entwicklung auf der ganzen Welt, aber die Folgen
für die Umwelt sind problematisch.
Kohleabbau und die Umwelt
Für den Kohleabbau – insbesondere den Tagebau –
müssen große Landflächen vorübergehend gestört
werden. Hierdurch entstehen eine Reihe von
Umweltproblemen wie z. B. Bodenerosion, Staub-,
Lärm- und Wasserverschmutzung und Folgen für
die biologische Vielfalt an einem Ort. In modernen
Bergbaubetrieben werden Maßnahmen ergriffen,
um diese Folgen so weit es geht zu minimieren.
Eine gute Planung und ein gutes
Umweltmanagement minimieren die Folgen des
Bergbaus auf die Umwelt und helfen dabei, die
biologische Vielfalt zu erhalten.
Landzerstörung
Im besten Fall werden mehrere Jahre, bevor ein
Kohlebergwerk eröffnet wird, Studien der direkten
Umgebung durchgeführt, um vorhandene
Bedingungen zu definieren und empfindliche
Bereiche bzw. mögliche Probleme zu identifizieren.
In den Studien geht es um Folgen des Bergbaus für
Oberflächen- und Grundwasser, den Boden, die
Landnutzung am jeweiligen Ort sowie um die Fauna
und Flora des Landes (siehe Koala-Fallstudie auf
Seite 30). Mit dem Computer können mögliche
Folgen auf die Umwelt simuliert werden. Die
Ergebnisse werden dann im Rahmen des
Bewilligungsverfahrens für ein neues Bergwerk von
den jeweils zuständigen Behörden geprüft und in
die letztendliche Entscheidung einbezogen.
Bodensenkung
Ein Problem im Zusammenhang mit dem
Untertagebau besteht darin, dass sich durch den
Abbau der Kohle im Untertagebau eventuell der
Boden absenkt. Wenn Land in einer Weise genutzt
wird, dass dadurch öffentliches oder privates
Eigentum oder wertvolle Landschaften gefährdet
werden, ergibt sich hierdurch natürlich ein
Problem.
Je mehr über Bodensenkungen in einer bestimmten
Region bekannt ist, desto besser können die Folgen
des Untertagebaus auf die Oberfläche quantifiziert
werden. Hierdurch wird gewährleistet, dass
Kohlevorräte maximal abgebaut werden und dass
Land im Anschluss daran weiterhin nutzbar ist.
Wasserverschmutzung
Acid Mine Drainage (AMD) ist metallreiches
Wasser, das durch die chemische Reaktion
28
Weltkohleinstitut
Staub- und Lärmverschmutzung
Eine Luft- und Lärmverschmutzung während des
Bergbaubetriebs, von der nicht nur die Arbeiter,
sondern auch die Bevölkerung im Umkreis
betroffen ist, kann durch moderne
Bergbauplanungstechniken und Spezialgeräte
minimiert werden. Staub in Bergbaubetrieben kann
durch Lkws verursacht werden, die auf sandigen
Straßen fahren, bei der Zerkleinerung der Kohle,
bei Bohrarbeiten und durch Wind entstehen, der
über Bereiche weht, in denen Kohle abgebaut wird.
Das Bergwerk Moura war der
erste Betrieb in Australien,
der neben seinem
Kohleabbaubetrieb ein
gewerbliches KohlezechenMethangeschäft gründete.
Durch das Projekt können
jährlich potenziell GHGEmissionen von 2,8 Millionen
Tonnen CO2 eingespart
werden. Foto mit freundlicher
Genehmigung von Anglo Coal
Australien.
zwischen Wasser und Gestein mit schwefelhaltigen
Mineralien entsteht. Der so entstandene Ablauf ist
in der Regel sauer und kommt häufig aus
Gegenden, in denen Gestein mit Pyrit, einem
schwefelhaltigen Mineral, durch einen Erz- oder
Kohleabbau freigelegt wurden. Metallreiches
Wasser kann aber auch in mineralisierten
Bereichen auftreten, in denen kein Bergbau
betrieben wurde.
AMD entsteht, wenn der Pyrit mit Luft und Wasser
reagiert und Schwefelsäure und gelöstes Eisen
bildet. Diese Säure löst Schwermetalle wie Kupfer,
Blei und Quecksilber auf, wodurch sie in das Grundund Oberflächenwasser gelangen.
Es gibt Bergbaumanagementverfahren, mit denen
das AMD-Problem minimiert werden kann, und
durch eine gute Minenkonstruktion kann Wasser
von säureerzeugenden Materialien ferngehalten
und so verhindert werden, dass AMD auftritt.
AMD kann aktiv oder passiv behandelt werden.
Bei der aktiven Behandlung wird eine
Wasseraufbereitungsanlage installiert, in der das
AMD zunächst mit Kalkstein dosiert wird, um die
Säure zu neutralisieren. Anschließend wird das
AMD durch Setztanks geleitet, um das Sediment
und Metallpartikel zu entfernen. Bei der passiven
Behandlung geht man mit dem Ziel vor, ein
automatisches System zu entwickeln, das das
Abwasser ohne einen konstanten Eingriff durch
den Menschen behandeln kann.
Staub kann durch das Besprühen der Straßen mit
Wasser, durch Halden und durch Förderbänder
unter Kontrolle gehalten werden. Es können aber
auch andere Maßnahmen ergriffen werden.
Beispielsweise können Bohrer mit
Staubabfangsystemen versehen werden und es
kann zusätzliches Land um die Zeche herum
gekauft werden, das als Pufferzone zwischen der
Zeche und den Nachbarn dient. Wenn in diesen
Pufferzonen Bäume gepflanzt werden, kann
außerdem die Ästhetik für die lokale Bevölkerung
wiederhergestellt werden, da sie nun die Zeche
nicht mehr direkt sehen kann. Lärm kann durch die
sorgfältige Auswahl von Geräten und durch
Isolierungen und Schallwänden um Maschinen
eingedämmt werden. Im besten Fall werden an
jedem Standort Lärm- und Vibrationsmessgeräte
installiert, damit Lärmpegel gemessen werden und
so sichergestellt werden kann, dass sich die Zeche
innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte befindet.
Sanierung
Beim Kohleabbau wird das Land nur vorübergehend
genutzt. Darum spielt die Sanierung des Landes
nach der Schließung des Bergwerks eine sehr
wichtige Rolle. Im besten Fall wird ein detaillierter
Sanierungs- oder Rückgewinnungsplan für jedes
Bergwerk aufgestellt und genehmigt, der den
Zeitraum vom Beginn des Betriebs bis weit nach
dem Abschluss der Arbeiten abdeckt.
Landrückgewinnung ist ein integraler Bestandteil
des modernen Bergbaubetriebs auf der ganzen
Welt und Kosten für die Sanierung des Landes nach
der Schließung des Bergwerks werden bei den
Betriebskosten für die Zeche mit einkalkuliert.
Die Rückgewinnung des Landes nach der
Schließung des Bergwerks erfolgt in mehreren
Phasen: Abraumhalden werden geformt und
konturiert, Ackerboden wird ersetzt, Gras wird
gesät und Bäume werden gepflanzt. Flüsse, Fauna
und Flora und andere wertvolle Schätze der
Natur werden mit größter Sorgfalt umgeleitet
bzw. umgesetzt.
Zurückgewonnenes Land kann zu vielen Zwecken
genutzt werden, z. B. zur Landwirtschaft,
Forstwirtschaft, als Habitat für Tiere und Pflanzen
und als Erholungsgebiet.
Verwendung von Methan aus Kohlebergwerken
Methan (CH4) ist ein Gas, das sich bei der
Entstehung von Kohle bildet. Es wird während des
Kohleabbaus aus dem Kohleflöz und den darum
liegenden gestörten Schichten freigesetzt.
Methan ist ein starkes Treibhausgas. Schätzungen
zufolge ist es für 18% des globalen
Treibhauseffekts verantwortlich, der durch
menschliche Aktivitäten verursacht wird (CO2 trägt
nach Schätzungen 50% zum Treibhauseffekt bei).
Kohle ist zwar nicht die einzige Quelle für
Methanemissionen – beim Reisanbau in nassen
Reisfeldern und bei anderen landwirtschaftlichen
Tätigkeiten wird sehr viel Methan freigesetzt –
aber Methan aus Kohleflözen kann mit erheblichen
Vorteilen für die Umwelt genutzt werden, anstatt
es einfach an die Atmosphäre abzugeben.
Grubengas (CMM) ist Methan, das beim
Kohleabbau aus Kohleflözen freigesetzt wird.
Kohleflöz-Methan (CBM) ist Methan, das in
Kohleflözen eingeschlossen ist, die nicht
abgebaut werden.
Methan ist hochexplosiv und muss bei
Bergbauarbeiten abgelassen werden, um ein
sicheres Arbeitsumfeld zu gewährleisten. Im
aktiven Untertagebau blasen industrielle
Ventilationssysteme riesige Luftmengen durch die
Zeche, um für ein sicheres Arbeitsumfeld zu
sorgen. Hierbei wird aber auch Methan in sehr
geringen Konzentrationen an die Atmosphäre
freigegeben. Einige aktive und stillgelegte Zechen
Hauptquellen für Methanemissionen
■ Vieh
32%
■ Öl und Erdgas
16%
■ Feststoffabfall
13%
■ Reis
11%
■ Abwasser
10%
■ Sonstige
10%
■ Kohle
8%
Quelle: US EPA
produzieren Methan aus Entgasungs- oder
Gasabzugssystemen, bei denen Methan in Behälter
aufgefangen wird.
Durch die Verwendung von CMM wird nicht nur die
Sicherheit in Kohlebergwerken erhöht, sondern
auch die Umweltleistung eines Kohlebergwerks
verbessert, was einen kommerziellen Vorteil bieten
kann. Grubengas kann für verschiedene Zwecke
genutzt werden. Mit Grubengas kann
beispielsweise vor Ort oder an anderen Orten
Strom erzeugt werden. Grubengas kann auch aber
in industriellen Prozessen und als Brennstoff für
Cofiring-Systeme, bei denen verschiedene
Biomassearten mit herkömmlicher Kohle
verbrannt werden.
Kohleflöz-Methan kann extrahiert werden, indem
in unbearbeitete Kohleflöze gebohrt und die Kohle
mechanisch zerbrochen wird. In diesem Fall wird
nur das Kohleflöz-Methan genutzt, die Kohle selbst
wird nicht abgebaut.
Kohlenutzung und die Umwelt
Der weltweite Energieverbrauch wirft eine Reihe
von Umweltfragen auf. Bei Kohle werden
Schadstoffe wie z. B. Oxide des Schwefels und
Stickstoffs (SOx und NOx) sowie Partikel und
Spurenelemente wie z. B. Quecksilber freigesetzt,
was schon seit längerer Zeit ein Problem ist. Zur
Minimierung dieser Emissionen wurden neue
Technologien entwickelt und implementiert.
29
30
Weltkohleinstitut
ERHALTUNG DES ÖKOSYSTEMS
DAS KOALA-PROJEKT
Bei der Erhaltung des Ökosystems
und der Sanierung des Landes, auf
dem Kohle abgebaut wurde, geht es nicht
nur um den Schutz der Flora. Auch die
Fauna rund um die Zeche muss geschützt
werden. Für den Kohletagebau Blair
Athol in Queensland (Australien)
bedeutet das, sich um die einheimische
Koalabevölkerung kümmern zu müssen.
Blair Athol-Zeche und benachbartem
Land. Im Rahmen des Projekts werden
die Fress- und Schlafgewohnheiten der
Koalas beobachtet, damit das Land nach
der Schließung der Zeche optimal
saniert werden kann. Außerdem wird die
Gesundheit und Reproduktion der Tiere
überwacht, um sicherzugehen, dass sich
die Koalabevölkerung nicht verringert.
Das Koala-Projekt von Rio Tinto Coal
Australia, dem Betreiber der Zeche, und
der Universität Queensland begann, als
der Betreiber des Kohlebergwerks die
Universität darum bat, das Unternehmen
dabei zu unterstützen, Folgen des
Bergbaubetriebs auf die Koalakolonie
auf dem Land zu minimieren.
Um den Kohleabbau im Tagebau
voranzutreiben, muss Flora entfernt
werden, in der sich auch ein Habitat für
Koalas befindet. Damit die Koalas so
wenig wie möglich gestört werden,
werden Bäume in zwei Phasen gefällt.
Hierbei werden zunächst nur einige
Bäume gefällt und erst nach ein paar
Monaten die restlichen Bäume. Studien
zufolge wandern Koalas in diesem Fall
freiwillig entweder in die sanierten
Ziel des Projekts ist der Schutz der
Koalabevölkerung auf dem Gebiet der
Bereiche ab, in denen sich ihre
bevorzugten Bäume befinden, oder aber
in benachbarte ungestörte Gebiete ab.
Das Koala-Projekt ist die weltweit erste
Studie zur Brutökologie von frei
lebenden Koalas, bei der DNS-Tests
verwendet wurden. Im Rahmen der
Studie wurden einige wichtige
Durchbrüche beim Brutverhalten von
Koalas erzielt.
Die an der Blair Athol-Zeche
gesammelten Informationen sind in die
nationale Strategie für die Erhaltung des
Koalas in Australien eingeflossen.
Weitere Informationen zum
Koala-Projekt befinden sich unter
www.koalaventure.com
Ein neueres Problem sind Kohlendioxidemissionen
(CO2). CO2-Gase, die durch anthropogenetische
(menschliche) Aktivitäten in die Atmosphäre
freigesetzt werden, wurden mit der globalen
Erwärmung in Verbindung gesetzt. Die Verbrennung
fossiler Brennstoffe stellt eine Hauptquelle für
anthropogenetische Emissionen auf der ganzen
Welt dar. Energiebezogene CO2-Emissionen sind
zwar hauptsächlich auf die Verwendung von Öl im
Transportsektor zurückzuführen, aber Kohle trägt
auch zu einem erheblichen Teil zu diesen
Emissionen bei. Vor diesem Hintergrund und um
dieses neue Umweltproblem zu meistern, hat die
Industrie technologische Möglichkeiten erforscht
und entwickelt.
Technologische Antwort
Saubere Kohletechnologien bieten eine Reihe
technologischer Möglichkeiten, um die
Umweltleistung von Kohle zu verbessern. Diese
Technologien verringern Emissionen, reduzieren
Abfall und erhöhen die Energiemenge, die aus jeder
Tonne Kohle gewonnen werden kann.
Je nach Kohleart und Umweltproblem eignen sich
bestimmte Technologien besser als andere. Welche
Technologie letztendlich gewählt wird, hängt unter
Umständen auch vom Entwicklungsstand des
jeweiligen Landes ab. In Entwicklungsländern sind
teurere, sehr fortschrittliche Technologien
beispielsweise nicht unbedingt am besten geeignet
und günstigere, bereits vorhandene Technologien
können einen größeren Effekt auf die Umwelt
haben, der für das Land außerdem nicht zu teuer ist.
Reduzierung von Schadstoffemissionen
Die Emission von Schadstoffen, insbesondere
Asche, war in der Vergangenheit einer der
sichtbareren Nebeneffekte der Kohleverbrennung.
Schadstoffe in der Luft können zur Einschränkung
der Sicht über das Land, zu Staubproblemen und
auch zu Atembeschwerden bei Menschen führen. Es
gibt Technologien, mit denen Schadstoffemissionen
verringert und in einigen Fällen sogar fast komplett
beseitigt werden können.
31
Kohlereinigung
Durch die Reinigung von Kohle (Kohlewäsche oder
Kohleaufbereitung) wird der Schwefel- und
Mineralanteil der Kohle verringert (Techniken zur
Kohleaufbereitung wurden in Abschnitt 2
beschrieben), wodurch sich der Heizwert und die
Qualität der Kohle erhöht. Der Aschegehalt von
Kohle kann um über 50% reduziert werden,
wodurch bei der Verbrennung von Kohle weniger
Abfall anfällt. Dies ist besonders in Ländern
wichtig, in denen Kohle vor dem Gebrauch über
große Entfernungen transportiert wird, da durch
den Wegfall der meisten nichtbrennbaren
Substanzen das Bruttogewicht der Kohle
verringert wird und Transportkosten für die Kohle
somit niedriger sind. Mit gereinigter Kohle kann
auch der Wirkungsgrad kohlebetriebener
Kraftwerke verbessert und
Kohlendioxidemissionen reduziert werden.
Elektrostatische Staubabscheider und Faserfilter
Bei der Kohleverbrennung entstehende Partikel
können durch elektrostatische Staubabscheider
und Faserfilter abgefangen werden. Beide können
über 99,5% der Partikelemissionen abfangen und
werden sowohl in entwickelten als auch in
Entwicklungsländern häufig eingesetzt. Bei
elektrostatischen Staubabscheidern werden mit
Partikeln durchsetzte Rauchgase zwischen Platten
durchgeleitet, in denen die Partikel durch ein
elektrisches Feld aufgeladen werden. Hierdurch
werden die Partikel zu den Platten hingezogen, auf
denen sie sich dann ablagern und anschließend
entfernt werden können.
Einen alternativen Ansatz bieten Faserfilter, bei
denen Partikel aus dem Rauchgas ausgesiebt
werden und in einem engmaschigen Gewebe
hängen bleiben.
Definition
Kohlebetriebene Kraftwerke, in denen Systeme
zum Abscheiden von Partikeln zum Einsatz
kommen, sind erheblich umweltfreundlicher als
Kraftwerke ohne diese Systeme. Im Kraftwerk
Lethabo in Südafrika wird durch elektrostatische
Staubabscheider 99,8% der Flugasche entfernt,
Kohlendioxid ist ein farbloses,
geruchloses, nicht brennbares
Gas, das sich während der
Zersetzung, Verbrennung und
beim Atmen bildet.
32
Weltkohleinstitut
Ein IGCC-Kraftwerk (Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung)
Stickstoff zu
Gasturbine
Luftseparationsanlage
Dampf
Kühle Festkörper setzen Gas
frei zum Abschrecken
Luftzufuhr von
Gasturbine
und/oder
separatem
Luftkompressor
Dampfturbine
Generator
Strom
SyngasKühler
Entfernung
von
Festkörpern
Sauerstoff
V
E
R
G
A
S
E
R
Stickstoff
Rohkohle
Mahlen
Trocknen
Druckbeaufschlagung
Wasser Abgas
für
Kessel
Kondenser
Vermeidung von saurem Regen
Dampfgenerator
für Wärmerückgewinnung
Flugschlacke
Gasbehandlung
Gasturbine
Generator
Strom
Sauberes
Syngas
Schwefel
Luft
Zu
Stickstoff für
NOx-Kontrolle Luftseparationsanlage
Bei der Verbrennung fossiler Energieträger werden
Oxide des Schwefels (SOx) und des Stickstoffs
(NOx) in verschieden hohem Grad emittiert. Diese
Gase reagieren chemisch mit Wasserdampf und
anderen Substanzen in der Luft und bilden Säuren,
die dann als Regen wieder auf die Erde fallen.
Eine Rauchgasentschwefelungsanlage
Zum Schacht
Rauchgasentschwefelungsanlage
Dampfgenerator
Strom
Dampfturbine
Abscheider
Generator
Saurem Regen wurde weltweit in der zweiten
Hälfte des letzten Jahrhunderts zu einem viel
diskutierten Thema, als in Teilen Europas und
Nordamerika versauerte Seen und geschädigte
Bäume entdeckt wurden.
Als Gründe für den sauren Regen wurden
mehrere Faktoren zitiert, z. B. das Waldsterben
und Emissionen, die bei der Verbrennung fossiler
Energieträger im Verkehr und in Kraftwerken
entstehen.
Combustor
Wasser Schlacke Wasser
für
für
Kessel
Kessel
die zum Teil an die Zementindustrie weiterverkauft
wird. Bei Eskom, dem Betreiber des Kraftwerks,
hat der Einsatz elektrostatischer Staubabscheider
sehr positive Auswirkungen auf die Umweltleistung
seiner Kraftwerke gehabt. Zwischen 1988 und
2003 wurden Partikelemissionen um fast 85%
verringert, während über 56% mehr Strom
erzeugt werden konnte.
Zermahlene
Kohle
Heißlufterzeuger
Saugzuggebläse
Kondenser
Asche
Asche
Druckgebläse
Kalkstein
und Wasser
Luft
Gips
Es wurden Maßnahmen getroffen, um SOxund NOx-Emissionen aus kohlebetriebenen
Kraftwerken erheblich zu reduzieren. Bei einigen
Methoden werden zusätzlich sogar noch andere
Emissionen, wie z. B. Quecksilber, reduziert.
Schwefel ist als Verunreinigung in Kohle
enthalten und reagiert bei der Verbrennung von
Kohle mit Luft und bildet SOx. NOx bildet sich
dagegen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe.
In vielen Fällen kann Schwefeldioxid am
wirtschaftlichsten durch den Einsatz
schwefelarmer Kohle kontrolliert werden. Ein
alternativer Ansatz ist die Entwicklung von
Rauchgasentschwefelungsanlagen für den
Einsatz in kohlebetriebenen Kraftwerken.
Rauchgasentschwefelungsanlagen werden
manchmal als Skrubber bezeichnet und können bis
zu 99% der SOx-Emissionen entfernen. In den USA
zum Beispiel sind Schwefelemissionen von
kohlebetriebenen Kraftwerken zwischen 1980 und
2000 um 61% gesunken, obwohl in Anlagen 74%
mehr Kohle verwendet wurde.
Oxide des Stickstoffs können zur Entwicklung
von SMOG und saurem Regen beitragen. NOxEmissionen, die durch die Verbrennung von Kohle
entstehen, können durch den Einsatz
stickstoffoxidarmer Brenner, verbesserter
Brennerkonstruktionen und die Anwendung von
Technologien verringert werden, die NOx im
Abgasstrom behandeln. Mit SCR- (selektive
katalytische Reduktion) und SNCR- (selektive
nichtkatalytische. Reduktion) Techniken können
NOx-Emissionen durch Nachbehandlung des
NOx um rund 80-90% verringert werden.
Die Wirbelschichtverbrennung ist eine sehr
effiziente, fortschrittliche Technik zur Reduzierung
von NOx- und SOx-Emissionen. Mit dieser Technik
können Emissionen um 90% oder mehr reduziert
werden. Bei der Wirbelschichtverbrennung wird
Kohle in einem Bett aus erwärmten Partikeln
verbrannt, das sich in einem Luftstrom befindet.
Bei hoher Luftgeschwindigkeit verhält sich das
Bett wie eine Flüssigkeit, wodurch sich die Partikel
schnell vermischen. Durch dieses Wirbelbettprinzip
lässt sich Kohle vollständig bei relativ niedrigen
Temperaturen verbrennen.
Reduzierung von
Kohlenstoffdioxidemissionen
Eines der größten Umweltrisiken, mit dem die Welt
heute konfrontiert ist, ist die globale Erwärmung.
Die Erdtemperatur wird u. A. durch natürlich
vorkommende Gase reguliert, die andere
Strahlungen abfangen. Dies ist der so genannte
Treibhauseffekt (siehe Diagramm auf Seite 36).
Durch menschliche Aktivitäten, wie z. B. die
Verbrennung fossiler Brennstoffe, entstehen
zusätzliche Treibhausgase, die sich in der
Atmosphäre ansammeln. Wissenschaftlern zufolge
verstärken diese Gase den Treibhauseffekt, was zu
einer globalen Erwärmung und Klimaänderungen
führen könnte.
CO2-Emissionen von fossilen Brennstoffen
41%
■ Öl
■ Kohle
■ Erdgas
38%
21%
co2 emissions
Quelle: IEA 2004
Zu den Haupttreibhausgasen gehören
Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan,
Lachgas, Fluorkohlenwasserstoffe, perfluorierte
Kohlenwasserstoffe und Schwefelhexafluorid.
methane emissions
Kohle ist eine von vielen Ursachen für
Treibhausgasemissionen, die durch menschliche
Aktivitäten entstehen, und die Industrie ist
bestrebt, Emissionen zu verringern.
Treibhausgase, die in Verbindung mit Kohle
entstehen, sind Methan, Kohlenstoffdioxid (CO2)
und Lachgas (N2O). Methan wird durch den
Untertagebau freigesetzt (siehe Abschnitt weiter
oben). CO2 und N2O werden freigesetzt, wenn
Kohle zur Stromerzeugung oder in industriellen
Prozessen wie der Stahlproduktion und der
Zementherstellung eingesetzt wird.
Wirkungsgrad der Verbrennung
Ein wichtiger Schritt zur Reduzierung von CO2Emissionen, die durch die Verbrennung von Kohle
entstehen, ist die Optimierung des thermischen
Wirkungsgrads von kohlebetriebenen Kraftwerken.
Mit dem thermischen Wirkungsgrad wird
angegeben, wie effizient Brennstoffe in Strom
umgewandelt werden. Je höher der Wirkungsgrad,
desto mehr Energie wird aus dem Brennstoff
gewonnen.
Der durchschnittliche thermische Wirkungsgrad
von kohlebetriebenen Kraftwerken weltweit liegt
bei rund 30%, wobei der OECD-Durchschnitt bei
rund 38% liegt. Der durchschnittliche thermische
33
34
Weltkohleinstitut
Wirkungsgrad aller installierten kohlebetriebenen
Kraftwerke in China liegt im Vergleich hierzu bei
rund 27% (wobei momentan aber immer mehr
neuere Kraftwerke mit erheblich besseren
Wirkungsgraden installiert werden).
Durch neue superkritische Techniken können
kohlebetriebene Kraftwerke thermische
Gesamtwirkungsgrade von 43-45% erzielen. Diese
höheren Wirkungsgrade sind möglich, weil
superkritische Anlagen mit höheren
Dampftemperaturen und -drücken als
konventionelle Anlagen arbeiten.
Ultrasuperkritische Kraftwerke können
Wirkungsgrade von bis zu 50% erzielen, da sie bei
noch höheren Temperaturen und Drücken arbeiten.
Weltweit sind mehr als 400 superkritische Anlagen
im Betrieb, darunter auch einige in
Entwicklungsländern.
Eine alternative Methode besteht darin, aus Kohle
Gase zu erzeugen. Zu diesem Zweck werden IGCCKraftwerke (Kombikraftwerk mit integrierter
Kohlevergasung) genutzt. In IGCC-Kraftwerken
wird Kohle nicht direkt verbrannt, sondern reagiert
mit Sauerstoff und Dampf, um ein Syngas zu
bilden, das hauptsächlich aus Wasserstoff und
Kohlenstoffmonoxid besteht. Dieses Syngas wird
anschließend gereinigt und dann in einer
Gasturbine verbrannt, um Strom und Dampf für
einen Dampfkraftzyklus zu erzeugen.
IGCC-Kraftwerke haben hohe Wirkungsgrade, die
typischerweise um 40% liegen, aber es gibt auch
IGCC-Kraftwerke mit Wirkungsgraden von fast
50%. Die Kraftwerke entfernen außerdem 95-99%
der NOx- und SOx-Emissionen. Momentan wird an
einer weiteren Verbesserung der Wirkungsgrade
gearbeitet, die in der Zukunft potenziell bei 56%
liegen können. Weltweit gibt es ca. 160 IGCCKraftwerke.
IGCC-Kraftwerke bieten auch Möglichkeiten zur
Erzeugung von Wasserstoff in Verbindung mit CCSTechniken (diese Techniken werden im nächsten
Abschnitt ausführlicher beschrieben).
CCS
Ob Kohle auch in Zukunft weiterhin verwendet
wird, wird u. A. davon abhängen, inwieweit CO2Emissionen verringert werden können. In diesem
Bereich wurde bereits viel getan. Ein Beispiel
hierfür ist die Optimierung der Wirkungsgrade.
Eine der vielversprechendsten Techniken für die
Zukunft ist „CCS – Carbon Capture and Storage“
(CO2-Abscheidung und -Speicherung).
Mit CCS-Techniken können
Kohlenstoffdioxidemissionen, die bei der
Verbrennung oder Vergasung von Kohle entstehen,
aus dem Abgasstrom extrahiert und so entsorgt
werden, dass sie nicht in die Atmosphäre gelangen.
Reduzierung von CO2 in kohlebetriebenen Kraftwerken
CO2-Reduzierung um bis zu 5%
Kohleveredelung
Hierzu gehört Kohlenwäsche/-trocknung,
Brikettierung. Weit verbreitete Nutzung
in der ganzen Welt.
Optimierung des Wirkungsgrads des
vorhandenen Kraftwerks
Der Wirkungsgrad bei der konventionellen
kohlebetriebenen subkritischen
Produktion wurde erheblich verbessert
(38-40%), wodurch Emissionen verringert
worden sind. Superkritische und
ultrasuperkritische Kraftwerke bieten
sogar noch höhere Wirkungsgrade
(bereits bis zu 45%). Subkritische
Kraftwerke mit höheren Wirkungsgraden
sind weltweit im Betrieb. Superkritische
und ultrasuperkritische Kraftwerke
werden erfolgreich in Japan, in den USA,
in Europa, Russland und China betrieben.
Fortschrittliche Technologien
Sehr hohe Wirkungsgrade und
niedrige Emissionen durch den Einsatz
innovativer Technologien wie z. B.
IGCC-Kraftwerke, PFBC-Kraftwerke und
in Zukunft IGFC-Kraftwerke. IGCC- und
PFBC-Kraftwerke sind bereits in den USA,
in Japan und in Europa im Einsatz.
IGFC-Kraftwerke befinden sich momentan
noch in der Entwicklungsphase.
TECHNOLOGISCHE INNOVATION
Keine Emissionen
CO2-Abscheidung und
-Speicherung. Erhebliche
internationale Forschungsund Entwicklungsarbeiten
im Gange. FutureGen-Projekt
plant betriebsfähiges
Demonstrationskraftwerk
innerhalb der nächsten 10 Jahre.
Technologien zur Abscheidung von CO2 aus
Emissionsströmen werden bereits seit vielen
Jahren eingesetzt, um reines CO2 für die
lebensmittelverarbeitende und die chemische
Industrie zu produzieren. Erdölunternehmen
trennen CO2 oft vom Erdgas, bevor es über
Pipelines zum jeweiligen Markt transportiert wird.
Einige Unternehmen haben sogar damit begonnen,
CO2 dauerhaft in salinen Aquiferen tief im
Erdboden zu speichern.
Für eine wirtschaftliche Abtrennung von CO2
aus hochvolumigen Rauchgasen mit niedriger
CO2-Konzentration, die in kohlebetriebenen
Kraftwerken entstehen, wirtschaftlich ist, sind
zwar noch weitere Entwicklungen notwendig,
aber CCS-Techniken sind eine realistische
Option für die Zukunft.
Sobald das CO2 abgeschieden wurde, muss es
sicher und dauerhaft gespeichert werden. Es gibt
eine Reihe von Speichermöglichkeiten, die sich in
verschiedenen Phasen der Entwicklung und
Anwendung befinden.
Kohlenstoffdioxid kann in die Schicht unter der
Erdoberfläche eingepresst werden. Diese Technik
wird als geologische Speicherung bezeichnet. Mit
dieser Technik können großen Mengen an CO2
dauerhaft gespeichert werden. Die geologische
Speicherung wurde bisher am gründlichsten
erforscht. Solange der Standort sorgfältig
ausgewählt wird, kann das CO2 über sehr lange
Zeiträume gespeichert und überwacht werden,
um sicherzustellen, dass es keine undichten
Stellen gibt.
Erschöpfte Erdöl- und Erdgasreservoirs sind ein
guter Ausgangspunkt für die geologische
Speicherung. Jüngsten Schätzungen zufolge haben
erschöpfte Ölfelder eine Gesamtkapazität von
rund 126 Gigatonnen CO2. Erschöpfte
Erdgasreservoirs haben eine erheblich größere
Speicherkapazität von rund 800 Gt CO2. Nicht
abbaubare Kohleflöze haben laut Schätzungen eine
Speicherkapazität von rund 150 Gt CO2.
Untertagespeichermöglichkeiten für CO2
Kraftwerk
mit CO2-Abscheidung
Nicht abbaubare
Kohleflöze
Pipeline
Erschöpfte Erdöloder Erdgasreservoirs
Saline
Aquifere im Erdboden
Diagramm mit freundlicher Genehmigung des Forschungsund Entwicklungsprogramms der IEA GHG
Große Mengen CO2 können auch in tiefem, mit
salinem Wasser gesättigten Reservoirgestein
gespeichert werden, wodurch Länder ihre CO2Emissionen viele hundert Jahre lang speichern
können. Zuverlässige Schätzungen der CO2Speicherkapazität in tiefen salinen
Gesteinsformationen gibt es zwar noch nicht, aber
es wird vermutet, dass die Speicherkapazität
zwischen 400 und 10.000 Gt liegen könnte.
Momentan laufen eine Reihe von Projekten, die die
Effektivität der CO2-Speicherung in salinen
Aquiferen demonstrieren. Das norwegische
Unternehmen Statoil führt momentan ein Projekt
im Sleipner-Feld durch, das im norwegischen Teil
der Nordsee liegt. Das Nagaoka-Projekt, das 2002
in Japan begonnen wurde, ist ein kleineres, über
fünf Jahre laufendes Projekt, in dessen Rahmen
das Potential der CO2-Speicherung in Aquiferen
auf dem Festland und in Küstennähe erforscht und
demonstriert werden soll.
35
36
Weltkohleinstitut
Der Treibhauseffekt
ATMOSPHÄRE
Sonnenstrahlen gelangen durch
die klare Atmosphäre
Ein Teil der Sonnenstrahlung wird von der
Atmosphäre und der Erdoberfläche abgelenkt
Ein Teil der Infrarotstrahlung gelangt
durch die Atmosphäre und entweicht
in das Weltall
TREIBHAUSGASE
Ein Teil der Infrarotstrahlung wird von
den Treibhausgasmolekülen absorbiert und wieder emittiert.
Hierdurch erwärmen sich die Erdoberfläche und
die Troposphäre.
Die Oberfläche wird wärmer
und Infrarotstrahlung wird
wieder emittiert
Die Sonnenenergie wird von der
Erdoberfläche absorbiert und erwärmt sie
Die Energie wird in Wärme umgewandelt,
wodurch die langwellige (Infrarot-)Strahlung
wieder in die Atmosphäre emittiert wird
Diagramm mit freundlicher Genehmigung des IPCC
Die Speicherung von CO2 hat auch einen
wirtschaftlichen Vorteil, da hierdurch eine höhere
Produktion von Öl und Kohleflöz-Methan ermöglicht
wird. Diese Techniken werden als EOR (Enhanced Oil
Recovery, verbesserte Erdölgewinnung) und ECBM
(Enhanced Coalbed Methane Recovery, verbesserte
Gewinnung von Kohleflöz-Methan) bezeichnet. Das
CO2 kann verwendet werden, um Erdöl aus
unterirdischen Schichten herauszupressen, und
wird bereits viel in der Ölindustrie eingesetzt. Beim
Weyburn Enhanced Oil Recovery-Projekt wird CO2
aus einem lignitbetriebenen Kraftwerk in den USA
über eine 330 m lange Pipeline zum Weyburn-Ölfeld
in Kanada transportiert, um dort die Ölproduktion
zu steigern. Rund 5000 Tonnen oder 2,7 m3 CO2
werden täglich in das Ölfeld eingepresst, die
andernfalls in die Atmosphäre freigesetzt
werden würden.
Durch die ECBM-Technik kann CO2 in nichtabbaubaren Kohleflözen gespeichert und dadurch
die Produktion von Kohleflöz-Methan als
wertvolles Nebenprodukt verbessert werden.
Die CCS-Technik bietet das Potential für große
CO2-Reduzierungen, die erforderlich sind, um
CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre
zu stabilisieren.
Kohle und erneuerbare Energie
Die laufende Entwicklung und Nutzung
erneuerbarer Energie wird bei der Verbesserung der
Umweltleistung der zukünftigen Energieerzeugung
eine wichtige Rolle spielen. Es gibt jedoch eine
Reihe größerer praktischer und wirtschaftlicher
Barrieren, die die erwartete Wachstumsrate von
erneuerbarer Energie beschränken.
Erneuerbare Energie kann nur zeitweise vorhanden
sein oder unvorhersehbar sein und ortsabhängig
sein, also nur an bestimmten Orten zur Verfügung
stehen. Windenergie hängt zum Beispiel davon ab,
ob und wie stark der Wind bläst, und selbst die
besten Windfarmen laufen in der Regel nicht mehr
als ein Drittel der Zeit. Viele Biomassearten sind
saisonal und lassen sich zum Teil nur mit
Schwierigkeiten transportieren. Kohlebetriebener
Strom kann das Wachstum erneuerbarer Energien
unterstützen, indem er dann einspringt, wenn kein
Strom von erneuerbaren Energien zur Verfügung
steht. Kohle kann als praktische, günstige
Grundladung verwendet werden, während
erneuerbare Energien für den Spitzenbedarf
genutzt werden. Wirtschaftlichkeit und Effizienz
erneuerbarer Biomassen kann auch durch CofiringTechniken mit Kohle verbessert werden.
Die UNFCCC und Treibhausgasemissionen
Reine Kohletechnologien verbessern die
Umweltleistung von kohlebetriebenen
Kraftwerken, aber ihre Rolle als erschwingliche
und ständig verfügbare Energiequelle bietet
darüber hinaus weitere Umweltvorteile, da
die Entwicklung von erneuerbaren Energien
unterstützt wird.
>> Informationen zu Treibhausemissionen,
nationalen Vorschriften und besten Praktiken
zu sammeln und mit anderen zu teilen.
>> nationale Strategien für Treibhausemissionen
aufzustellen und entsprechend der erwarteten
Folgen anzupassen. Hierzu gehört auch die
finanzielle und technologische Unterstützung
von Entwicklungsländern.
>> miteinander zu kooperieren, um entsprechende
Anpassungen hinsichtlich der Folgen des
Klimawandels vorzunehmen.
Minimierung von Umweltfolgen
Die negativen Folgen, die unser Energieverbrauch
auf unsere Umwelt hat, sind für uns alle ein
Grund zur Besorgnis. Die Minimierung der
negativen Effekte der Kohleproduktion und nutzung ist eine Priorität für die Kohleindustrie
sowie Mittelpunkt von Forschung, Entwicklung und
Investitionen. Es ist bereits viel erreicht worden:
neue Technologien wurden entwickelt und werden
weit verbreitet eingesetzt, um Partikelemissionen,
NOx und SOx und Spurenelemente zu beschränken.
Durch Verbesserungen beim Wirkungsgrad
der Kohleverbrennung konnten
Kohlenstoffdioxidemissionen bereits erheblich
verringert werden. Um die Umweltleistung von
Kohle zu verbessern, müssen Technologien noch
weit verbreiteter eingesetzt werden, insbesondere
in Entwicklungsländern, in denen in Zukunft weit
mehr Kohle verwendet werden wird.
Die Klimarahmenkonvention der Vereinten
Nationen (UNFCCC) legt einen Gesamtrahmen
für zwischenstaatliche Bemühungen zum
Umgang mit dem Klimawandel fest. Die
Konvention wurde beim Erdgipfel in Rio de
Janeiro im Jahr 1992 zur Unterschrift aufgelegt
und trat 1994 in Kraft. Im Rahmen der
Konvention verpflichten sich Regierungen dazu,
UNFCCC-Mitgliedsländer treffen sich einmal pro
Jahr auf der Konferenz der Vertragspartner
(COP). Auf der COP3, die 1997 in Kyoto
stattfand, verhandelten die Länder das KyotoProtokoll, das rechtlich bindende Ziele für
Emissionsreduzierungen festlegte.
Das Kyoto-Protokoll trat im Februar 2005 in
Kraft. Zu diesem Zeitpunkt waren 128 Länder
Vertragsparteien des Protokolls. 30 davon
sind entwickelte Länder mit Emissionszielen.
Sowohl Australien als auch die USA haben
sich geweigert, das Protokoll zu ratifizieren,
ergreifen aber eigene Maßnahmen im
eigenen Land, um Treibhausgasemissionen
zu stabilisieren.
Kyoto setzt Ziele für industrialisierte Länder
„mit dem Ziel, die Gesamtemissionen dieser
Gase im Verpflichtungszeitraum von 2008 bis
2012 um mindestens 5% der Menge im Jahr
1990 zu verringern“.
Kyoto deckt Emissionen der sechs
Haupttreibhausgase ab: Kohlenstoffdioxid
(CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O),
Fluorkohlenwasserstoffe (FCKWs), perfluorierte
Kohlenwasserstoffe (PFCs) und
Schwefelhexafluorid (SF6). Statt ein
bestimmtes Ziel für jedes einzelne Gas
festzusetzen, wurden die Emissionsziele für alle
sechs Gase kombiniert und in „CO2-Äquivalente“
übersetzt, um nur eine Zahl zu erhalten.
Emissionsziele des Kyoto-Protokolls (1990* bis 2008/2012)
+10%
Island
+8%
Australien**
+1%
+0%
Norwegen Neuseeland
Russische
Föderation
Ukraine
-5%
-6%
-7%
-8%
Kroatien
Kanada
Ungarn
Japan
Polen
USA**
EU15
Bulgarien
Tschechische Republik
Estland
Lettland
Liechtenstein
Litauen
Monaco
Rumänien
Slowakei
Slowenien
Schweiz
Technologische Innovationen und Fortschritte wie
z. B. CCS-Techniken bieten viele Möglichkeiten zur
Verringerung von CO2-Emissionen in der Zukunft,
die durch die Nutzung von Kohle entstehen.
* Bei Übergangswirtschaften ist das Grundjahr flexibel
** Länder, die ihre Absicht erklärt haben, das Protokoll nicht zu ratifizieren
ENDE ABSCHNITT 5
37
38
Weltkohleinstitut
Der Zugang zu Energie und insbesondere zu Strom ist eine
wesentliche Triebkraft für die wirtschaftliche und gesellschaftliche
Entwicklung eines Landes. Foto mit freundlicher Genehmigung von
Anglo Coal.
39
ABSCHNITT 6
ABDECKUNG DES ZUKÜNFTIGEN
ENERGIEBEDARFS
>> Das globale Energiesystem ist in diesem Jahrhundert
mit vielen Problemen konfrontiert. Es muss weiterhin
trotz des wachsenden Bedarfs ständig günstige
Energie liefern. Gleichzeitig wird von der Gesellschaft
saubere Energie und weniger Umweltverschmutzung
und eine stärkere Betonung auf ökologische
Nachhaltigkeit gelegt. >>
Schätzungen zufolge wird der weltweite
Energiebedarf in den nächsten Jahren um fast
60% ansteigen. Zwei Drittel des Anstiegs ist
Entwicklungsländern zuzuschreiben – im Jahr 2030
werden sie für fast die Hälfte des gesamten
Energiebedarfs verantwortlich sein.
Trotzdem werden jedoch viele der ärmsten
Bevölkerungen der Welt auch in 30 Jahren immer
noch keine moderne Energie nutzen können.
Elektrifizierungsraten in Entwicklungsländern
werden zwar von 66% im Jahr 2002 auf 78% im
Jahr 2030 ansteigen, aber die Gesamtzahl von
Personen ohne Strom wird aufgrund des
Bevölkerungswachstums (siehe Karte auf Seite 40)
nur leicht von 1,6 Milliarden auf gerade mal unter
1,4 Milliarden im Jahr 2030 fallen.
Energie ist für die menschliche Entwicklung
lebenswichtig. Ohne Energie ist es zum Beispiel
nicht möglich, eine Fabrik oder ein Geschäft zu
bringen, Waren zu Verbrauchern zu bringen oder
Getreide anzubauen. Der Zugang zu modernen
Energiequellen trägt nicht nur zum
Wirtschaftswachstum und zu höheren
Haushaltseinkommen bei, sondern auch zu einer
verbesserten Lebensqualität durch eine bessere
Ausbildung und ein besseres Gesundheitssystem.
Wenn der Zugang zu Energie nicht verbessert wird,
werden viele der ärmsten Länder der Welt in einem
Kreislauf der Armut, gesellschaftlichen Instabilität
und Unterentwicklung gefangen bleiben.
Um weltweit Energie zugänglicher zu machen und
dabei ein sicheres Energiesystem behalten wollen,
werden alle Formen der Energie benötigt. Hierzu
gehören Kohle, Erdgas, Öl, Kernenergie,
Wasserkraft und Biomasse.
Die Rolle der Kohle
Als wichtigster Brennstoff für die Stromerzeugung
und als wichtiger Zusatzstoff bei der Stahlproduktion
wird Kohle eine wichtige Rolle bei der Abdeckung des
zukünftigen Energiebedarfs spielen.
In den letzten zwei Jahren ist die Nutzung von
Kohle um fast 7% im Jahr 2003 angestiegen. Kein
anderer Brennstoff hat einen so schnellen Anstieg
verzeichnet. Die Nachfrage in China stieg um 15%,
in Russland um 7%, in Japan um 5% und in den
USA um 2,6%.
Die Nachfrage nach Kohle und seine wichtige Rolle
im Energiesystem der Welt werden sich auch in
Zukunft nicht ändern. Den größten Anstieg in der
Kohlenutzung werden Länder in Asien verzeichnen,
wobei China und Indien allein für 68% des Anstiegs
verantwortlich sind.
Kohle wird auch weiterhin eine wichtige Rolle bei
der weltweiten Stromerzeugung spielen. Momentan
liefert Kohle 39% des Weltstroms und diese Zahl
wird in den nächsten drei Jahrzehnten nur um einen
Prozentpunkt fallen.
40
Weltkohleinstitut
Da Kohle in großen Mengen vorrätig, preisgünstig
und in geografisch verstreuten Reserven verfügbar
ist, wird es eine wichtige Rolle in einer Welt
spielen, in der die ständige Verfügbarkeit
erschwinglicher Energie wesentlich für die globale
Entwicklung sein wird.
Menschen ohne Strom in der Dritten Welt (Millionen)
2002
2030
221
23
6
798
98
Zukünftige Entwicklungen
Dank technischer Innovationen wird der
Kohlebedarf mit minimalen Umweltfolgen
abgedeckt werden können.
683
526
46
Der weit verbreitete Einsatz sauberer
Kohletechnologien wird sich in erheblichem
Umfang auf die Umweltleistung von Kohle in
entwickelten und Entwicklungsländern auswirken.
Wenn beispielsweise der Wirkungsgrad der
kohlebetriebenen Kraftwerke der Welt auf ein
Niveau verbessert werden würde, das dem der
kohlebetriebenen Kraftwerke in Deutschland
entspricht, würden CO2-Emissionen stärker als
unter dem Kyoto-Protokoll verringert.
584
21
Langfristig bieten CCS-Techniken das Potential für
erhebliche Reduzierungen von CO2-Emissionen, die
durch den Verbrauch von Kohle entstehen, bzw.
sogar fast einen Wegfall von Emissionen.
Quelle: IEA 2004
Weltweiter Kohlebedarf nach Industriesektor – 2002
■ Stromerzeugung
■ Industrie
■ Sonstige
■ Privathaushalte
69%
16% - 2002
coal by demand
12%
coal by demand - 2002
3%
Quelle: IEA 2004
Weltweiter Kohlebedarf nach Industriesektor – 2030
■ Stromerzeugung
79%
■ Industrie
12%
■ Sonstige
8%
■ Privathaushalte
Quelle: IEA 2004
1% - 2030
coal by demand
coal by demand - 2030
In der Forschung und Entwicklung konzentriert man
sich auf immer innovativere Möglichkeiten zur
Erzeugung von Energie. Ein wichtiger Schritt ist
langfristig gesehen der Umstieg auf
wasserstoffbasierte Energiesysteme, in denen zur
Stromerzeugung in Gasturbinen und ultimativ
Brennstoffzellen Wasserstoff eingesetzt wird. Bei
Brennstoffzellen wird Strom statt in einem
Verbrennungsprozess durch elektrochemische
Reaktionen zwischen Wasserstoff und Sauerstoff
erzeugt.
Wasserstoff tritt nicht natürlich in verwendbaren
Mengen auf und müsste also hergestellt werden.
Fossile Brennstoffe sind eine wahrscheinliche
Quelle. Kohle, mit den größten und am weitesten
verbreiteten Reserven jedes fossilen Brennstoffs,
ist ein hervorragender Kandidat, um Wasserstoff –
über Kohlevergasung – in den benötigten Mengen
bereitzustellen.
41
Weltweiter Kohlebedarf (Millionen Tonnen)
2002
2030
Millionen
Kohleanteil
Millionen
Kohleanteil
Tonnen
bei Strom-
Tonnen
bei Strom-
erzeugung (%)
erzeugung (%)
OECD Nordamerika
1051
46
1222
40
OECD Europa
822
29
816
24
OECD Pazifik
364
36
423
29
OECD
2237
38
2461
33
Russland
220
19
244
15
Andere Übergangswirtschaften
249
27
340
18
Übergangswirtschaften
469
22
584
16
China
1308
77
2402
72
Ostasien
160
28
456
49
Südasien
396
60
773
54
Lateinamerika
30
4
66
5
Naher Osten
15
6
23
5
Afrika
174
47
264
29
Entwicklungsländer
2085
45
3984
47
Welt
4791
39
7029
38
Quelle: IEA 2004
Bis vor kurzem war die Entwicklung dieser
Technologie aufgrund der energiereichen Prozesse,
die hierfür erforderlich sind, der hohen Kosten und
der CO2-Nebenprodukte unwahrscheinlich. Große
technologische Fortschritte und
Kohlenstoffspeicherung haben jedoch neue Wege
für eine umweltfreundlichere Produktion von
Wasserstoff in großem Maßstab eröffnet. Kohle
eignet sich gut als Quelle für die benötigten
Mengen an Wasserstoff, mit denen wir uns zu einer
neuen und anderen Energiewirtschaft hinbewegen
können. Europa, Japan, die USA und Neuseeland
haben alle aktive Wasserstoffprogramme und
ziehen Kohle als Möglichkeit zur Erzeugung von
Wasserstoff heran.
Kohle und die Zukunft unserer Energie
Die Linderung der Armut, die ständige
Verfügbarkeit von Energie und der Schutz der
Natur sind einige der größten Herausforderungen,
denen unsere Welt heute gegenübersteht. Die
Produktion und Nutzung von Kohle ist mit jeder
dieser Herausforderungen verbunden.
ENDE ABSCHNITT 6
42
Weltkohleinstitut
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43
44
Weltkohleinstitut
WELTKOHLEINSTITUT
>> Das Weltkohleinstitut (WCI) ist ein gemeinnütziger
und unabhängiger Verband der Kohleunternehmen. >>
Das WCI ist eine von der UN akkreditierte
Organisation und die einzige internationale
Gruppe, die weltweit im Auftrag der Kohleindustrie
arbeitet, Der Sitz des WCI befindet sich in London.
Mitgliedsunternehmen des WCI stammen aus aller
Welt. Das WCI fördert:
>> Kohle als strategische Ressource, die wesentlich
für eine moderne Lebensqualität, eine
Schlüsselkomponente für nachhaltige
Entwicklung und ein wesentlicher Bestandteil
der verbesserten Energiesicherheit ist.
>> eine progressive Industrie, die nach
technologischer Innovation und verbesserten
Umweltergebnissen im Kontext eines
ausgeglichenen und verantwortungsvollen
Energiemixes strebt.
Ziele des Weltkohleinstituts:
>> Mit einer Stimme für Kohle bei internationalen
Politikdebatten zu sprechen;
>> Die Öffentlichkeit über Vorteile und die
Bedeutung von Kohle als größte Brennstoffquelle
für die Stromerzeugung zu informieren;
>> Über die wichtige Rolle zu informieren,
die metallurgische Kohle bei der weltweiten
Produktion von Stahl spielt, von der die ganze
Industrie abhängt;
>> Dafür zu sorgen, dass Entscheidungsträger und
die Öffentlichkeit generell über alle Fortschritte
bei modernen sauberen Kohletechnologien
informiert sind; Fortschritte, mit denen
Kohle noch effizienter genutzt und die
Auswirkungen von Kohle auf die Umwelt
erheblich verringert werden;
>> Andere Sektoren der weltweiten Kohleindustrie
zu unterstützen, indem die Bedeutung von Kohle
und ihrer Qualitäten als reichhaltig vorhandene,
saubere, sichere und wirtschaftliche
Energieressource betont wird;
>> Die Vorteile von Kohle in den Vordergrund zu
rücken und das Image von Kohle als sauberer,
effizienter Brennstoff zu fördern, das sowohl
zur Erzeugung des Weltstroms als auch zur
Herstellung des weltweiten Stahls benötigt wird.
Die Mitgliedschaft steht Kohleunternehmen auf der
ganzen Welt offen. Mitgliedsunternehmen müssen
auf Geschäftsführungsebene vertreten sein.
Weitere Informationen zu den Aktivitäten des
Weltkohleinstituts finden Sie auf unserer Website
unter www.worldcoal.org
Bei Fragen zur Mitgliedschaft beim WCI wenden
Sie sich bitte an das Sekretariat:
World Coal Institute
Cambridge House, 180 Upper Richmond Road,
Putney, London SW15 2SH, Großbritannien
T: +44 (0) 20 8246 6611
F: +44 (0) 20 8246 6622
E-Mail: [email protected]
www.worldcoal.org
Diese Publikation darf auszugsweise ohne besondere Genehmigung des Copyright-Inhabers
zu Lehr- oder gemeinnützigen Zwecken reproduziert werden, solange die Quelle angegeben
wird. Das Weltkohleinstitut würde sich über ein Exemplar jeder Publikation freuen, in der
diese Publikation als Quelle verwendet wird. Diese Publikation darf ohne die vorherige
schriftliche Genehmigung des Weltkohleinstituts nicht zum Zwecke des Weiterverkaufs oder
für jegliche andere gewerbliche Zwecke genutzt werden.
Erstpublikation in Großbritannien im Mai 2005
Copyright © 2005 World Coal Institute
Diese Publikation hieß früher „Coal – Power for Progress“ (Kohle – Energie für den Fortschritt)
World Coal Institute
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Putney, London SW15 2SH, Großbritannien
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F: +44 (0) 20 8246 6622
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