Definition: Was ist Steinkohle?
Steinkohle ist ein fossiler Brennstoff, der über Millionen Jahre aus abgestorbenem pflanzlichem Material entstanden ist. Unter hohem Druck und erhöhten Temperaturen wurde organische Substanz schrittweise umgewandelt und mit Kohlenstoff angereichert. Steinkohle besitzt einen höheren Kohlenstoffgehalt und Heizwert als Braunkohle.
Über lange Zeit war Steinkohle ein zentraler Energieträger für Industrie, Stromerzeugung und Wärmeversorgung. Besonders bei der Stahlproduktion besitzt sie weiterhin technische Bedeutung. Ihre Verbrennung verursacht jedoch große Mengen Kohlendioxid sowie weitere Luftschadstoffe und trägt damit wesentlich zum Klimawandel bei.
Entstehung von Steinkohle
Die Entstehung von Steinkohle begann mit großen Mengen abgestorbener Pflanzen, die sich in Mooren und sumpfigen Landschaften ansammelten. Unter sauerstoffarmen Bedingungen wurde das organische Material nur unvollständig zersetzt.
Durch Ablagerung weiterer Sedimente gerieten diese Schichten zunehmend unter Druck und wurden über geologische Zeiträume erhitzt.
Inkohlung
Der Prozess der Umwandlung pflanzlicher Substanz in Kohle wird als Inkohlung bezeichnet. Dabei nimmt der Wasser- und Sauerstoffgehalt des Materials ab, während der relative Kohlenstoffgehalt steigt.
Aus Torf können zunächst Braunkohle und bei weiterer Inkohlung verschiedene Formen von Steinkohle entstehen.
Eigenschaften von Steinkohle
Steinkohle ist meist schwarz, fest und besitzt einen hohen Energiegehalt. Je nach Lagerstätte unterscheiden sich Kohlenstoffgehalt, Schwefelgehalt, Ascheanteil und andere Eigenschaften.
Diese Unterschiede beeinflussen sowohl die technische Nutzung als auch die bei der Verbrennung entstehenden Emissionen.
Heizwert
Der Heizwert beschreibt die nutzbare Energiemenge, die bei der Verbrennung eines Brennstoffs freigesetzt wird.
Steinkohle besitzt einen höheren Heizwert als Braunkohle und benötigt deshalb für dieselbe Energiemenge weniger Masse.
Steinkohleabbau
Steinkohle kann im Tagebau oder unter Tage gewonnen werden. Welche Methode eingesetzt wird, hängt vor allem von der Tiefe der Lagerstätte ab.
In vielen traditionellen europäischen Bergbauregionen lag Steinkohle tief im Untergrund und wurde über Schächte und Stollen abgebaut.
Untertagebergbau
Beim Untertagebergbau werden Schächte bis zu den Kohleflözen angelegt. Von dort aus erschließen Stollen die Lagerstätte.
Der Abbau erfordert umfangreiche Belüftung, Wasserhaltung, Transporttechnik und Sicherheitsmaßnahmen.
Tagebau
Liegt Steinkohle vergleichsweise nah an der Oberfläche, kann sie im Tagebau gewonnen werden. Dabei werden große Mengen Boden und Deckgestein entfernt.
Tagebau führt zu erheblichen Landschaftsveränderungen und beansprucht große Flächen.
Rekultivierung
Nach Ende eines Tagebaus müssen Flächen gesichert und neu gestaltet werden. Böden können wieder aufgebracht und neue Wälder, Felder oder Gewässer angelegt werden.
Die ursprünglichen Ökosysteme lassen sich jedoch nicht immer vollständig wiederherstellen.
Bergbaufolgen
Steinkohlebergbau kann Landschaften, Böden und Wasserhaushalte langfristig beeinflussen. Im Untertagebergbau können sich an der Erdoberfläche Senkungen bilden.
Auch nach Schließung eines Bergwerks können technische Maßnahmen notwendig bleiben.
Bergsenkungen
Werden unterirdische Hohlräume durch den Abbau geschaffen, kann sich das darüberliegende Gestein langsam absenken.
Dadurch können Gebäude, Straßen und Gewässer beeinflusst werden.
Grubenwasser
In unterirdische Bergwerke dringt Grundwasser ein, das während des Betriebs abgepumpt werden muss. Nach Ende des Abbaus kann der Wasserstand wieder ansteigen.
Das Wasser kann mit Mineralien und Metallen aus dem Gestein reagieren.
Ewigkeitsaufgaben
In bestimmten Bergbauregionen müssen Wasserhaltung und andere Sicherungsmaßnahmen auch nach Ende des aktiven Bergbaus langfristig fortgeführt werden.
Solche Aufgaben können über viele Jahrzehnte bestehen bleiben.
Saures Grubenwasser
Schwefelhaltige Mineralien können bei Kontakt mit Sauerstoff und Wasser chemisch reagieren. Dabei können saure Wässer entstehen.
Diese Wässer können Metalle aus dem Gestein lösen und dadurch Gewässer belasten.
Wasserbehandlung
Belastetes Grubenwasser kann neutralisiert und von Metallen gereinigt werden, bevor es in natürliche Gewässer eingeleitet wird.
Der technische Aufwand hängt stark von der chemischen Zusammensetzung ab.
Steinkohle in Kraftwerken
Steinkohle wurde über lange Zeit in großen Mengen zur Stromerzeugung eingesetzt. In Kohlekraftwerken wird sie verbrannt und erzeugt dabei Wärme.
Die Wärme verwandelt Wasser in Dampf, der Turbinen und Generatoren antreibt.
Wirkungsgrad
Nur ein Teil der chemischen Energie der Kohle wird in elektrische Energie umgewandelt. Der Rest fällt überwiegend als Wärme an.
Moderne Kraftwerkstechnik kann den Wirkungsgrad erhöhen, verhindert aber nicht die grundsätzlich hohen Kohlendioxidemissionen der Kohleverbrennung.
Kohlendioxidemissionen
Steinkohle enthält große Mengen Kohlenstoff. Bei der Verbrennung reagiert dieser mit Sauerstoff und bildet Kohlendioxid.
Da der Kohlenstoff über Millionen Jahre im Untergrund gespeichert war, erhöht seine Freisetzung die Kohlendioxidmenge im kurzfristigen Kohlenstoffkreislauf.
Klimawirkung
Kohlendioxid ist ein langlebiges Treibhausgas und trägt zur Erwärmung der Erde bei.
Die Verringerung der Kohleverstromung gehört deshalb zu den zentralen Maßnahmen zur Reduzierung energiebedingter Treibhausgasemissionen.
Schwefeldioxid
Steinkohle kann Schwefelverbindungen enthalten. Bei der Verbrennung entsteht daraus unter anderem Schwefeldioxid.
Schwefeldioxid kann Atemwege belasten und zur Bildung saurer Niederschläge sowie sekundären Feinstaubs beitragen.
Rauchgasentschwefelung
Moderne Kraftwerke können Schwefeldioxid mit technischen Verfahren aus dem Rauchgas entfernen.
Dabei werden Schwefelverbindungen chemisch gebunden und anschließend als feste Produkte abgeschieden.
Stickoxide
Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen Stickoxide. Sie tragen zur Luftverschmutzung und zur Bildung bodennahen Ozons bei.
Kraftwerke verfügen deshalb über Verfahren zur Verringerung dieser Emissionen.
Entstickung
Bei der Rauchgasentstickung werden Stickoxide chemisch zu weniger problematischen Verbindungen umgewandelt.
Technische Verfahren können die Emissionen deutlich reduzieren, aber nicht vollständig vermeiden.
Feinstaub und Asche
Bei der Verbrennung bleiben mineralische Bestandteile der Kohle als Asche zurück. Ein Teil kann als feiner Staub im Rauchgas mitgeführt werden.
Filteranlagen entfernen einen großen Anteil dieser Partikel.
Flugasche
Feine Aschepartikel, die mit dem Rauchgas transportiert werden, werden als Flugasche bezeichnet.
Sie können je nach Zusammensetzung teilweise als Rohstoff verwendet oder müssen sicher entsorgt werden.
Quecksilber
Kohle enthält natürlicherweise geringe Mengen verschiedener Metalle, darunter Quecksilber. Bei der Verbrennung kann ein Teil davon freigesetzt werden.
Abgasreinigungsverfahren können die Emission reduzieren.
Globale Bedeutung
Quecksilber kann in der Atmosphäre über große Entfernungen transportiert werden.
Die Verringerung der Kohleverbrennung reduziert daher auch diese Schadstoffquelle.
Steinkohle und Stahlproduktion
Neben der Stromerzeugung ist Steinkohle insbesondere für die traditionelle Stahlherstellung wichtig. Speziell geeignete Kohle wird zu Koks verarbeitet.
Koks dient im Hochofen sowohl als Energieträger als auch als Reduktionsmittel.
Koks
Bei der Verkokung wird Kohle unter weitgehendem Sauerstoffausschluss erhitzt. Flüchtige Bestandteile werden entfernt und ein kohlenstoffreicher Feststoff bleibt zurück.
Dieser Koks wird anschließend bei der Herstellung von Roheisen eingesetzt.
Stahl und Kohlendioxid
Bei der klassischen Hochofenroute wird Kohlenstoff benötigt, um Sauerstoff aus Eisenerz zu entfernen. Dabei entsteht Kohlendioxid.
Die Stahlindustrie gehört deshalb zu den großen industriellen Emissionsquellen.
Alternative Stahlherstellung
Neue Verfahren versuchen, Kohlenstoff teilweise durch Wasserstoff zu ersetzen. Dabei kann Eisenerz ohne den klassischen Kokseinsatz reduziert werden.
Wird der benötigte Wasserstoff mit erneuerbarer Energie hergestellt, können die Treibhausgasemissionen deutlich sinken.
Steinkohle und Landschaft
Kohleabbau verändert Landschaften nicht nur während des aktiven Betriebs. Halden, Bergsenkungen und ehemalige Industrieflächen prägen viele Regionen langfristig.
Ein Teil dieser Flächen wird später rekultiviert oder für neue Nutzungen umgestaltet.
Halden
Beim Bergbau fallen große Mengen Gestein an, das keine wirtschaftlich nutzbare Kohle enthält. Dieses Material wurde häufig auf Halden abgelagert.
Viele ehemalige Halden werden heute begrünt oder für Freizeit, Naturschutz und erneuerbare Energien genutzt.
Steinkohle und Wasserverbrauch
Kohlekraftwerke benötigen Wasser, insbesondere für Kühlung und Dampferzeugung. Große Anlagen können dadurch erhebliche Wassermengen beanspruchen.
In Hitze- und Trockenperioden kann die Verfügbarkeit ausreichend kühlen Wassers begrenzt sein.
Erwärmung von Gewässern
Wird Kühlwasser wieder in Flüsse eingeleitet, kann es deren Temperatur erhöhen.
Zu hohe Wassertemperaturen können die Sauerstoffverhältnisse und Lebensbedingungen für Wasserorganismen beeinflussen.
Steinkohle und Energiewende
Die Umstellung auf erneuerbare Energien zielt darauf ab, die Nutzung fossiler Energieträger wie Steinkohle deutlich zu reduzieren.
Windenergie, Solarenergie, Speicher und flexible Stromnetze können die Stromerzeugung zunehmend ohne Kohle ermöglichen.
Strukturwandel
Der Rückgang des Kohlebergbaus und der Kohleverstromung betrifft auch Arbeitsplätze, Infrastruktur und regionale Wirtschaft.
Ein langfristiger Strukturwandel versucht, neue wirtschaftliche Perspektiven für ehemalige Kohleregionen zu schaffen.
Steinkohle als endliche Ressource
Steinkohle entstand über geologische Zeiträume und kann sich innerhalb menschlicher Maßstäbe nicht erneuern.
Sie gehört deshalb zu den nicht erneuerbaren Rohstoffen.
Ressourcenverbrauch
Auch unabhängig von ihrer Klimawirkung bedeutet Kohlenutzung die fortlaufende Entnahme eines endlichen Rohstoffs.
Eine langfristig nachhaltige Energieversorgung ist deshalb auf erneuerbare Energiequellen angewiesen.
Zusammenfassung
Steinkohle ist ein kohlenstoffreicher fossiler Brennstoff, der über Millionen Jahre aus pflanzlichem Material entstanden ist. Sie wurde vor allem für Stromerzeugung, Industrie und Stahlproduktion genutzt.
Abbau und Verbrennung verursachen erhebliche Umweltbelastungen. Dazu gehören Landschaftseingriffe, Grubenwasser, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickoxide, Feinstaub und Schwermetalle. Aufgrund ihrer hohen Klimawirkung spielt die Verringerung der Steinkohlenutzung eine zentrale Rolle bei Energiewende und Dekarbonisierung.
