Report: Alles über Benzin Teil 1 Förderung, Aufbereitung und Raffination von Erdöl/Benzin

Den Tank randvoll gefüllt? Dann ist es Zeit, dem kostbaren Sprit darin etwas Aufmerksamkeit zu widmen.

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Die Geschichte des Verbrennungsmotors ist eng verknüpft mit der Geschichte der Benzinversorgung. Schon Bertha Benz blieb im August 1888 ohne Benzin liegen. Sie fuhr damals im Patent-Motorwagen ihres Mannes Carl in zehn Stunden 100 Kilometer von Mannheim nach Pforzheim. Während dieser ersten Langstreckenfahrt eines Kraftfahrzeugs musste sie mehrfach den Fünf-Liter-Tank auffüllen. Bei der Stadtapotheke in Wiesloch kaufte sie sämtliche Vorräte an Wasch-, Wund- und Fleckbenzin auf - fast drei Liter. Es wurde unter dem Handelsnamen "Ligroin" in Gebinden zu 0,1 und 0,2 Litern verkauft. Eine badische Apotheke war die erste Tankstelle der Welt. Noch bis ins 20. Jahrhundert konnte man Benzin nur in Apotheken kaufen.

Heute sprudelt es reichlich aus den Zapfpistolen - noch. Benzin stammt zu fast 100 Prozent aus Erdöl, einem Gemisch aus Tausenden organischen Stoffen. "Organisch" steht zum einen für Umwandlungsprodukte fossiler Überreste von Pflanzen und Tieren. Erdöl bildete sich hauptsächlich aus prähistorischen Meeresorganismen wie Algen. Der andere fossile Energieträger, die Kohle, entstand vor allem aus großen vorzeitlichen Landpflanzen, etwa Baumfarnen.

Andererseits meint "organisch" im chemischen Sinne Verbindungen des Kohlenstoffs (C) hauptsächlich mit Wasserstoff (H); daneben auch mit Sauerstoff (O), Schwefel (S) und Stickstoff (N). Am wichtigsten sind die Kohlenwasserstoffe (KW), sie bestehen ausschließlich aus C- und H-Atomen.

Weil Erdöl leichter ist als Wasser, trat es in manchen Gesteinsschichten von allein an die Erdoberfläche. Auch parallel entstandenes Erdgas kann Rohöl sprudeln lassen. Ansonsten pumpt man es in einem ersten Schritt mit einer Ausbeute von zehn bis 30 Prozent nach oben. Um danach nochmals die etwa gleiche Menge zu gewinnen, presst man im zweiten Schritt Wasser oder Gas in die Lagerstätte. Eine nach heutigen Maßstäben erschöpfte Quelle enthält also noch 40 bis 80 Prozent des ursprünglichen Erdöls. Dieses mit weiteren Schritten zu fördern, lohnt jedoch erst bei steigenden Preisen und weiter schwindenden Vorräten.

Derzeit decken rund vier Milliarden Tonnen Rohöl jährlich rund ein Drittel des globalen Primärenergieverbrauchs. Rund 80 Prozent des weltweit geförderten Rohöls dienen zur Verbrennung - für Produktion von Wärme oder Strom und in Fahrzeugen.

Für den Betrieb der weltweit knapp einer Milliarde Kraftfahrzeuge dienen etwa 40 Prozent des gewonnenen Erdöls in Form von Diesel und Motorenbenzin. Der Begriff "Ottokraftstoff" als Abgrenzung zum Diesel ist nicht korrekt, da Benzin auch die meisten Wankelmotoren antreibt. Der Name Benzin kommt übrigens nicht vom Motorenbauer Carl Benz, sondern bezeichnete einst den Stoff, der heute Benzol heißt und ebenfalls Bestandteil von Benzin ist. Aber wie wird aus Erdöl nun Benzin?

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Erdöl besteht aus einem Kohlenwasserstoffgemisch. Am häufigsten vertreten sind darin kettenförmige oder verzweigte Alkane (Paraffine) sowie Alkene, ringförmige Cycloalkane (siehe Kasten unten) und sogenannte Aromaten. Je nach Fundort hat Erdöl eine spezielle chemische Zusammensetzung, die auch die physikalischen Eigenschaften wie Farbe und Viskosität bestimmt. So wie das Rohöl aus dem Bohrloch kommt, ist es noch nicht einsetzbar und wird deshalb von Raffinerien weiterverarbeitet. Es durchläuft verschiedene Verfahren wie die Destillation, Cracken (Konversion), Entschwefelung und Veredelung.

Bei der Destillation, dem ersten Schritt, werden die Kohlenwasserstoffmoleküle nach ihren Siedetemperaturen getrennt. Man nutzt dabei aus, dass Stoffe mit kleinen Molekülen bei niedrigeren Temperaturen sieden als solche mit großen. Das Rohöl wird erhitzt und in den unteren Teil einer Destillationskolonne eingeleitet. Dies sind bis zu 50 Meter hohe, turmähnliche Behälter. Destillationsböden unterteilen sie in verschiedene Etagen oder Segmente. Oben ist es am kühlsten, am Boden am heißesten, etwa 370° bis 570° Celsius.

Schwer siedende Kohlenwasserstoffe sammeln sich unten in der Kolonne. Hierzu zählen Schweröl und nicht verdampfbare Rückstände. Leichter siedende Kohlenwasserstoffe steigen gasförmig in der Kolonne auf und kühlen nach und nach ab. Beim Aufstieg passieren sie die vielen Durchlässe in den Destillationsböden. Sie sind geformt wie kleine Schornsteine mit Glocken darüber. An ihnen kondensiert ein Teil des Gases, wird also wieder flüssig, und sammelt sich als Destillat auf jenem Destillationsboden. Gase, die bei geringeren Temperaturen kondensieren, steigen weiter zu den höheren Destillationsböden in den kühleren Bereichen der Kolonne.

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Über dem Schweröl kondensiert das Mitteldestillat (Heizöl, Diesel) bei 370° bis 170° Celsius, darüber Rohbenzin bei 170° bis 65° Celsius. Die leichtesten Teile steigen bis in den Kolonnenkopf auf. Dort verlassen bei 65° bis 30° Celsius Gase wie Methan, Ethan, Propan und Butan die Anlage. Rohrleitungen führen die Stoffgemische (Fraktionen) zur Weiterverarbeitung ab.

Gewöhnliches Erdöl ergibt bei einfacher Destillation nur etwa 15 bis 20 Prozent Motorenbenzin, sogenanntes "Straight-Run-Benzin". Erst Cracking-Verfahren können die Benzinausbeute auf 40 bis 60 Prozent erhöhen (komplexe Raffinerie). Dazu werden die Raffinerierückstände in Umwandlern, den Konversionsanlagen, in Gegenwart eines Katalysators auf rund 500° Celsius erhitzt. Dabei zerbrechen große, langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle in kürzere, leichtere Bruchstücke (englisch "to crack" = spalten, zerbrechen).

Zudem fallen neben Alkanen stets auch Alkene (ungesättigte Kohlenwasserstoffe) an. Dies sind Moleküle mit mindestens einer Doppelbindung. Für den Einsatz in Otto-motoren sind sie hochwillkommen: Alkene sind deutlich klopffester als die Alkane mit der gleichen Anzahl von C-Atomen.

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