ERDÖL

Erdöl,

 

englisch Petroleum [pə'trəʊlɪəm], flüssiges, natürlich vorkommendes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Kohlenwasserstoffderivaten, das unter dem Eigendruck der Lagerstätte oder mittels mechanischer Hilfen gefördert werden kann. Erdöl hat eine Doppelfunktion: Es ist weltweit der wichtigste Primärenergieträger (Energiewirtschaft) und zugleich der Rohstoff für die Petrochemie. Rohes Erdöl (Rohöl) ist dünn- bis zähflüssig, strohfarbig bis schwarzbraun gefärbt und hat eine Dichte meist zwischen 0,78 und 1,0 g/cm³. Man spricht von schweren Rohölen bei Dichten zwischen 0,93 und 1,0 g/cm³ und von extraschweren bei Dichten über 1,0 g/cm³. Je höher die Dichte ist, umso niedriger ist in der Regel der Anteil an leichtflüchtigen Benzinkomponenten. Die genauere Zusammensetzung ergibt sich aus dem Siedeverlauf. International gebräuchlich ist die Angabe der Dichte in API-Graden. Eine wichtige Größe zur Beurteilung des Kälteverhaltens von Erdöl ist der Pourpoint. Erdöl ist je nach Herkunft unterschiedlich zusammengesetzt. Es enthält flüssige, aber auch gelöste gasförmige und feste Kohlenwasserstoffe, darunter v. a. Alkane, Cycloalkane und Aromaten, aber kaum Alkene. Darüber hinaus enthält Erdöl 0,1-7 % Schwefel in Form von Thiolen, Thioäthern und heterozyklischen Verbindungen, ferner Stickstoffverbindungen, Naphthensäuren sowie komplizierte kolloide Stoffe (Asphaltene, Erdölharze), in denen Spuren von Nickel, Vanadium u. a. Metallen gebunden sein können.

 

Je nachdem, ob Erdöl überwiegend aus Alkanen (Paraffinen) oder Cycloalkanen (Naphthenen) aufgebaut ist, unterscheidet man paraffinbasisches und naphtenbasisches Erdöl; asphaltisches Erdöl enthält über 60 % Asphaltene. Paraffinbasische Erdöle haben in der Regel einen niedrigeren Schwefelgehalt und liefern Dieselkraftstoffe mit besserer Zündwilligkeit und Schmieröle mit höherem Viskositätsindex. Naphtenbasische Erdöle haben ein besseres Kälteverhalten und liefern Ottokraftstoffe mit höherer Klopffestigkeit.

 

 Entstehung

 

Die ältesten Erdöllagerstätten stammen aus dem Perm. Der Ursprung des Erdöls ist noch nicht restlos geklärt. Wegen der chemischen Zusammensetzung des Erdöls gilt jedoch seine Herkunft aus organischen Stoffen und deren Bildung im Meer (Salz- oder Brackwasser) als ziemlich sicher. Früher glaubte man, dass nur in Randmeeren mit behinderter Bodenwasserzirkulation, also dort, wo Faulschlamm entsteht (d. h. unter anaeroben Verhältnissen), die Voraussetzungen für die Bildung von Erdöl gegeben sind. Hier ist das Wasser am Meeresboden so arm an (oder sogar frei von) Sauerstoff und so reich an Schwefelwasserstoff, dass die abgestorbenen, zum Boden abgesunkenen Lebewesen nicht oder kaum verwesen. Spätere Untersuchungen zeigten, dass auch in gut durchlüftetem Wasser bei starker, rascher Sedimentation am Meeresboden bereits wenige Millimeter bis Zentimeter unter der Oberfläche feinklastischer Sedimente solche anaeroben Verhältnisse herrschen können, v. a. im Bereich des Kontinentalschelfs, aus dem auch die weitaus meisten Sedimentgesteine stammen. Hier ist auch die anfallende Menge an Lebewesen am höchsten; dabei handelt es sich überwiegend um tierischen und pflanzlichen Plankton, besonders um Einzeller, aber auch um Hohltiere und Krebse. Die Kohlenhydrate, Eiweißstoffe und Fette der Lebewesen werden dann unter der Einwirkung von anaeroben Bakterien zersetzt und reduziert, wobei v. a. »trockenes Erdgas« (v. a. Methan), Wasser, Kohlendioxid und Kerogen (auch im Ölschiefer enthalten) gebildet werden. Bei höheren Temperaturen (50-80 ºC) und stärkerem Druck (durchschnittliche Tiefe von 2 000-3 500 m) entstehen dann mithilfe mineralischer Katalysatoren (Tonminerale) Erdölkohlenwasserstoffe und »nasse Erdgase« (reich an Äthan, Propan, Butan u. a.); schließlich wird nur noch Erdgas (Methan) abgespalten. Das im ursprünglichen Sediment, dem Muttergestein, in fein verteilten Tröpfchen vorhandene Erdöl wird unter dem Überlagerungsdruck nachfolgender Sedimente mit dem Erdgas und Porenwasser ausgepresst, weicht durch Wanderung (Migration) nach oben und zur Seite in Deckschichten aus; diese müssen porös sein oder andere Hohlräume, wie Klüfte, enthalten und permeabel (Permeabilität) sein. Werden diese Speichergesteine (v. a. Sande und Sandsteine sowie Kalke und Dolomite) wiederum von undurchlässigen Schichten abgedeckt, kann sich das Erdöl zu wirtschaftlich nutzbaren Lagerstätten anreichern.

 

Vielfach erfolgt dabei eine Aufspaltung des unter Druck stehenden Gemisches nach der Dichte in Wasser, Erdöl und Erdgas; das Erdgas kann auch unter bestimmten Umständen allein weiterwandern, wodurch reine Erdgasvorkommen entstehen können.

 

Bei natürlichem Austritt von Erdöl an die Erdoberfläche bilden sich Asphalt oder Erdgewächs, durch Erdgasaustritt Schlammvulkane. Noch kaum genutzt sind die Lösende.

 

Unter den Erdöllagerstätten (Erdölfallen) unterscheidet man die sedimentär bedingten stratigraphischen Fallen (z. B. in Riffen, an Diskordanzflächen oder durch Fazieswechsel verursacht) und die strukturell-tektonisch bedingten Fallen (Antiklinalen, Beulen, Verwerfungen, Salzstöcke).

 

Der Anteil des aus untermeerischen Lagerstätten (Schelfbereich) gewonnenen Erdöls an der gesamten Weltförderung hat heute fast 30 % erreicht (1960: 10 %).

 

 Gewinnung

 

Bei der Suche nach Erdöllagerstätten (Erdölexploration) werden geologische und geophysikalische Methoden (Aufschlussverfahren) angewandt. Bohrproben von Aufschlussbohrungen werden auf die chemische Zusammensetzung, den paläontologischen Inhalt und die Gesteinszusammensetzung untersucht. Bohrungen zur Förderung des Erdöls (Produktionsbohrungen) werden meist durch Drehbohren (Bohren) abgeteuft. In das Bohrloch werden Rohre eingebracht und durch Zement mit der Bohrlochwand verbunden. Beim Richtbohren wird die Bohrung von einer bestimmten Tiefe an abgelenkt. Dadurch kann z. B. bei der Offshoretechnik von einer einzigen Plattform aus ein kreisförmiges Areal abgebohrt werden. Beim Öffnen der Lagerstätte durch die Bohrung treibt der Lagerstättendruck das Erdöl aus dem Speichergestein in das Bohrloch, in seltenen Fällen bis an die Erdoberfläche (eruptive Förderung). Meist muss das Erdöl durch Pumpen (Gestängetiefpumpen mit dem als »Pferdekopf« bekannten Balancierantrieb oder Tauchkreiselpumpen) oder durch Eindüsen von Erdgas (Gaslift) an die Oberfläche gefördert werden. - Primäre Gewinnungsmethoden nutzen den natürlichen Lagerstättendruck, der v. a. durch sich aus dem Erdöl lösende und ausdehnende Gase erzeugt wird. Der Ausbeutegrad der Lagerstätte (Entölungsgrad) liegt in diesem Fall zwischen 10 und 20 %, unter günstigen Bedingungen auch höher. Bei sekundären Gewinnungsmethoden wird der Lagerstättendruck durch Injektion von Wasser (Wasserfluten) oder Erdgas aufrechterhalten und damit der Entölungsgrad auf etwa 30 bis 40 % erhöht. Zunehmend wurden auch tertiäre Gewinnungsmethoden zur weiteren Verbesserung des Entölungsgrades erprobt und angewandt. Die größte Bedeutung hat das Dampffluten erlangt, bei dem bis zu 340 ºC heißer Dampf unter 150 bar in die Lagerstätte injiziert wird. Druckerhöhung und die durch Erwärmung erreichte Viskositätsminderung erhöhen die Mobilität des Erdöls. Beim Polymerfluten wird die Viskosität des Flutwassers mit Polyelektrolyten oder Xanthan erhöht und damit sein vorzeitiges Durchbrechen zur Produktionsbohrung verhindert. Andere Verfahren (z. B. Kohlendioxidfluten, Tensidfluten) haben geringere Bedeutung.

 

 Transport und Verarbeitung

 

Das geförderte Erdöl wird auf dem Erdölfeld in Separatoren von niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen (Erdölgas) und Wasser (eventuell nach Zusatz von Demulgatoren) befreit. Über See wird Erdöl in Tankern, über Land meist in Rohrleitungen (Pipelines) transportiert. Wichtige europäische Fernleitungen sind die Transalpine Ölleitung (TAL) von Triest über Ingolstadt nach Karlsruhe, die Rotterdam-Rhein-Pipeline (RRP) von Rotterdam nach Wesseling, die Nord-West-Ölleitung (NWO) von Wilhelmshaven nach Wesseling, die Mitteleuropäische Rohölleitung (MERO) von Ingolstadt über Kralupy nad Vltava nach Litvínov (Leutensdorf), die Norddeutsche Oelleitung (NDO) von Wilhelmshaven nach Hamburg und die Südeuropäische Ölleitung von Lavéra über Fos nach Karlsruhe.

 

Nach der Einlagerung in Tanks wird Erdöl in Raffinerien zu verkäuflichen Produkten verarbeitet, die bestimmten Spezifikationen, d. h. physikalischen (z. B. Siedeverlauf, Pourpoint) und chemischen (z. B. Schwefelgehalt) Anforderungen genügen müssen. In der Regel werden dabei keine chemischen Einzelsubstanzen isoliert.

 

Der erste Schritt der Erdölverarbeitung ist die Destillation, bei der das Erdöl in Fraktionen mit unterschiedlichem Siedebereich zerlegt wird. Die wichtigsten Fraktionen sind Raffineriegas, Flüssiggas, Benzin sowie Kerosin und Gasöl. Die letzten beiden werden als Mitteldestillate bezeichnet. Da sich Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen oberhalb von etwa 350-400 ºC zersetzen, können hochsiedende Fraktionen durch Destillation unter Atmosphärendruck nicht mehr abgetrennt werden. Sie verbleiben als atmosphärischer Rückstand, der entweder als Heizöl verwendet oder in der Vakuumdestillation in weitere Fraktionen zerlegt wird. Schwefelverbindungen können als Katalysatorgifte wirken oder bei der Verbrennung in umweltbelastendes Schwefeldioxid umgewandelt werden. Erdölfraktionen werden deshalb durch Hydrotreating oder Süßverfahren entschwefelt. Destillatbenzin hat wegen seiner niedrigen Oktanzahl schlechte Eigenschaften als Ottokraftstoff. Es wird deshalb durch Reformieren in seiner Klopffestigkeit verbessert. Die Erdölverarbeitung ist eine Kuppelproduktion, d. h., neben begehrtem Benzin fallen stets auch weniger begehrte Destillationsrückstände und Vakuumdestillate an. Durch Konversionsverfahren (Cracken, Hydrocracken) können diese in Benzin und Mitteldestillate umgewandelt werden, wobei katalytische Crackanlagen und Visbreaker die größte Bedeutung haben. - Die wichtigsten Erdölprodukte sind Heizöle, Ottokraftstoffe, Dieselkraftstoff, Flugturbinenkraftstoffe und Bitumen. Benzin ist auch wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie (Petrochemie). Die Schmieröle werden aus Vakuumdestillaten in besonders ausgerüsteten Schmierölraffinerien gewonnen.

 

 Wirtschaft

 

1945-94 ist der Erdölverbrauch auf der Erde fast ohne Unterbrechung gestiegen. Dieses kontinuierliche Nachfragewachstum ist auf die Doppelfunktion des Erdöls als Energieträger und als Rohstoff sowie auf seinen lange Zeit niedrigen und stabilen Preis zurückzuführen. Neben den traditionell wichtigen Produzenten USA und Russland kamen als bedeutende Förderländer hinzu: ab 1900 Indonesien und Mexiko, nach 1914 Irak, Iran, Venezuela und nach dem Zweiten Weltkrieg Saudi-Arabien, Kuwait, Kanada, Katar (1950), Algerien (1952), Nigeria (1958), Oman (1963), China (60er-Jahre), Norwegen und Großbritannien (70er-Jahre). Der Anteil der Organisation Erdöl exportierender Staaten (OPEC) an der Weltförderung schwankte seit 1974 zwischen rd. 55 % und weniger als 30 % (1985). Nach Rückgewinnung von Marktanteilen stagniert er seit 1994 bei rd. 40 %.

 

1999 wurden in der Welt rd. 3,512 Mrd. t Erdöl gefördert. Davon entfielen etwa 38 % auf die OPEC. Die langfristigen Aussichten für die OPEC sind günstiger, denn etwa drei Viertel der sicher gewinnbaren Erdölreserven der Welt entfallen auf die OPEC-Mitgliedsländer, über die Hälfte davon auf Saudi-Arabien, den Irak, Kuwait und Iran. Rd. 8 % der Weltreserven entfallen auf die GUS und Osteuropa, 6 % auf die Länder der OECD.

 

Während der Erdölpreis von (1990) 20,5 US-$ auf (1998) 13,4 US-$ sank, blieben die Produktion (3 518,1 Mio. t) und der Verbrauch (3 550,1 Mio. t) von Erdöl relativ konstant (1998). Die weltweiten Erdölreserven wurden 1998 auf rd. 141 000 Mio. t beziffert. Die größten Reserven (in Mio. t) entfallen auf Saudi-Arabien (35 800), Irak (15 100), Kuwait (13 300), Iran (12 700), die Vereinigten Arabischen Emirate (12 600) sowie Venezuela (10 300). Größten Anteil an der Weltförderung von (1998) 3 518,9 Mio. t haben (jeweils in Mio. t) Saudi-Arabien (443,2), USA (367,9), Russland (304,3), Iran (187,7), Mexiko (174,4), Venezuela (171,8), China (159,9), Norwegen (150,0), Großbritannien und Nordirland (132,6), Kanada (124,7) und die Vereinigten Arabischen Emirate (121,4).

 

Erdölprodukte werden besonders in den Industrieländern der westlichen Hemisphäre verbraucht. Die meisten Industrie- und Entwicklungsländer sind auf die Einfuhr von Erdöl (oder Erdölprodukten) angewiesen; infolgedessen ist Erdöl eines der wichtigsten Welthandelsgüter; rd. 60-70 % des Exports werden dabei von den OPEC-Ländern bestritten. Daneben sind auch die GUS-Staaten ein bedeutender Erdölexporteur.

 

Betriebswirtschaftlich gesehen ist die Erdölverarbeitung eine relativ starre Kuppelproduktion, die nur durch die verwendete Erdölsorte und den Einsatz von Weiterverarbeitungsanlagen begrenzt flexibel ist. Bei den einzelnen Erdölprodukten entwickelte sich der Absatz sehr unterschiedlich. Die v. a. im Verkehrssektor verwendeten Vergaser- und Dieselkraftstoffe wurden vermehrt nachgefragt, wohingegen das auf dem Wärmemarkt bedeutsame Heizöl stark von Erdgas und Kernenergie verdrängt wurde. Außerdem wurden durch den Bau eigener Anlagen der OPEC-Länder die Raffineriekapazitäten im Nahen Osten vermehrt. Daraus ergab sich in vielen Industrieländern eine Überkapazität bei den Raffinerien; ihre Zahl musste daher dort beträchtlich reduziert werden.

 

Der hohe Finanzbedarf und die technischen Besonderheiten des Erdölmarktes hatten bereits vor 1914 die Bildung großer, kapitalkräftiger Konzerne gefördert. War vor dem Ersten Weltkrieg der Kampf um die Absatzgebiete entscheidend, so wurde dieser immer mehr zu einem Kampf der Erdölkonzerne um die Lagerstätten, besonders durch die steigende Bedeutung des Erdöls für die Kriegswirtschaft. Mit der wirtschaftlichen Macht wuchs den Erdölkonzernen auch bedeutende politische Macht zu. So spielte beim Sturz des iranischen Ministerpräsidenten Mossadegh 1953 eine große Rolle, dass die von ihm betriebene Nationalisierung der iranischen Erdölquellen durch die Erdölkonzerne mit Boykottmaßnahmen beantwortet wurde. Mit der Gründung der OPEC (1960) versuchten die wichtigsten Förderländer (mit Ausnahme der USA und der UdSSR), ein Rohstoffkartell zu errichten, um Preiserhöhungen und auch Absprachen über die Fördermengen durchsetzen zu können. Bereits in den 1960er-Jahren begann in vielen OPEC-Ländern die Nationalisierung der Erdölförderung, wobei jedoch meist den Erdölkonzernen die Verarbeitung und der Vertrieb weiter überlassen wurde. Während des 4. Israelisch-Arabischen Krieges (1973) wurde das Erdöl als politische Waffe eingesetzt, indem Lieferungen eingeschränkt und die Preise erhöht wurden; außerdem wurden die Verstaatlichungen forciert, was Verluste bei der Förderung zur Folge hatte. Dennoch verfügen die Erdölkonzerne mit einem Marktanteil auf der Produktvertriebstufe von etwa 50 % über einen großen Einfluss. Allein 90 % des weltweiten Umsatzes entfallen auf die sieben größten Erdölkonzerne: Exxon Corporation, Royal Dutch/Shell-Gruppe, Mobil Oil Corporation, British Petroleum Comp., Texaco Inc., Standard Oil Company of California und Gulf Oil Corporation.

 

Die OPEC hat den Erdölmarkt durch ihre Preispolitik nachhaltig beeinflusst. Die drastischen Preiserhöhungen von 1973/74 fielen in eine Phase einer weltweiten Wirtschaftskrise und verschärften deren Auswirkungen. Die Verteuerung des Erdöls führte in den Verbrauchsländern zu einem starken Preisanstieg, auch auf anderen Märkten, und rief vielfach starke Zahlungsbilanzungleichgewichte hervor. Diese als »erste Ölkrise« (zweite 1979/80 durch erneute starke Preiserhöhung) bezeichnete Phase der Trendwende auf dem Erdölmarkt führte zu energischen Einsparungen beim Erdölverbrauch und zog gesetzliche Vorschriften über die Vorratshaltung (Erdölbevorratung) sowie zum Energiesparen (z. B. »Sonntagsfahrverbot«) nach sich. Mit steigendem Erdölpreis wurde die Aufmerksamkeit auf bislang nicht wirtschaftlich nutzbare Energieformen (erneuerbare Energien) gerichtet. Außerdem wurden immer mehr Erdölfelder erschlossen, deren Ausbeutung bisher mit zu hohen Förderkosten verbunden war (diese betragen je Barrel im Nahen Osten 1-2 US-$, in Nordamerika 3-15 US-$). Die mit dem Erdölexport in die Förderländer fließenden Devisen ermöglichten es diesen, große Geldmengen in die eigene Wirtschaftsentwicklung zu investieren. Mit der damit einhergehenden Nachfrage nach Gütern und Dienstleistungen (z. B. der Banken) in den Industriestaaten kam es zu einem teilweisen Rückfluss dieser Gelder (Recycling). Daneben wurden die Exporterlöse aber auch spekulativ auf den internationalen Geld- und Kapitalmärkten angelegt, mit zum Teil negativen Folgen für die nationale Geld- und Währungspolitik.

 

Erschließung, Förderung, Transport, Lagerung, Verarbeitung und energetische Nutzung des Erdöls tragen zur Umweltbelastung bei. Neben der Meeresverschmutzung kann es an Land zur Gefährdung des Grundwassers kommen. Der Erdöltransport unterliegt den Gefahrgutverordnungen.

 

 Geschichtliches

 

Natürlich an der Erdoberfläche austretendes Erdöl und das beim Verdampfen der flüchtigen Anteile zurückbleibende Bitumen wurden schon vor etwa 4 000 Jahren genutzt. Die alten Chinesen z. B. bohrten nach Erdöl und verwendeten es für Beleuchtungszwecke. In Mesopotamien diente Bitumen u. a. als Bindemittel für Mörtel und zum Abdichten von Schiffen. Als erstes genutztes mitteleuropäisches Erdölvorkommen gilt das Quirinöl, das von den Mönchen am Tegernsee von etwa 1430 an als Heilmittel vertrieben wurde. Bukarest war die erste europäische Großstadt, in der Straßenlaternen mit Petroleum betrieben wurden. Das dafür erforderliche Erdöl wurde überwiegend in gegrabenen Schächten gesammelt und in einem 1857 errichteten Destillierbetrieb verarbeitet. Die erste wirtschaftlich bedeutende Bohrung durch den amerikanischen Industriellen Edwin Laurentine Drake (* 1819, ✝ 1880) bei Titusville in Pennsylvania im Jahre 1859 führte in den USA zu einem regelrechten Ölfieber und leitete die industrielle Nutzung des Erdöls ein. - Gleichzeitig, wenn auch weltwirtschaftlich unbedeutend, wurde in Deutschland (Wietze, Kreis Celle) die erste Erdölbohrung niedergebracht. - Zunächst wurden Erdöldestillate bevorzugt für Beleuchtungszwecke verwendet. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts führte die Verbreitung der Elektrizität zu einer Abnahme des Petroleumbedarfs, und die zunehmende Motorisierung ließ Benzin zum wichtigsten Erdölprodukt werden. Um 1900 waren die USA und Russland die wichtigsten Erdölförderländer. Der sprunghafte Anstieg des Erdölverbrauchs der Industrieländer nach dem Zweiten Weltkrieg wurde v. a. durch die Erdölförderung im Nahen Osten und, ab etwa 1965, in Afrika getragen. Neben der Gewinnung von Motorkraftstoffen und Heizölen für Industrie und Haushaltungen gewann in Europa ab Mitte der 50er-Jahre die Herstellung von chemischen Produkten (z. B. für Kunststoffe) aus Erdöl an Bedeutung. Die Preisschübe für Rohöl von 1973 und 1979 und die u. a. in der Bundesrepublik Deutschland propagierte Politik »Weg vom Erdöl« führten zu einem starken Rückgang des Heizölverbrauches.

 

Literatur:

 

B. Riediger: Die Verarbeitung des E. (1971);

 

Geology of petroleum, hg. v. H. Beckmann, 8 Bde. (Stuttgart ^1-21976-95);

 Ferdinand Mayer: Petro-Atlas E. u. Erdgas (³1982);

 J. C. McCaslin: Petroleum exploration worldwide (Tulsa, Okla., 1983);

 

Angewandte Geowiss.en, hg. v. F. Bender, Bd. 3 (1984);

 B. P. Tissot u. D. H. Welte: Petroleum formation and occurrence (Berlin ²1984);

 

Das Buch vom E., hg. v. K. P. Harms (⁵1989);

 P. J. Tettinger: E.-Förderung im Wattenmeer, (1993);

 

Regional petroleum geology of the world. Regionale E.- u. Erdgasgeologie der Erde, hg. v. H. Kulke, 2 Tle. (Berlin 1994-95, Beitrr. tlw. dt., tlw. engl.);

 

Die Energierohstoffe E. u. Erdgas. Vorkommen, Erschließung, Förderung, bearb. v. G. Pusch u. a. (1995).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

fossile Rohstoffe und Uran

 

Erdöl: Das Ölzeitalter im Nahen und Mittleren Osten