Fragen und Antworten

Raffiniert! Wie Erdöl zu Benzin wird

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Dieser Artikel ist Teil eines Recherche-Projekts mit dem Westdeutschen Rundfunkt (WDR) zu den Fabriken in unserer Nachbarschaft. Dafür konzentriere ich mich auf eine störanfällige Raffinerie im Kölner Süden. Das geschah bisher:


In einer chemischen Anlage geht es zu wie im Görlitzer Park in Berlin. Es geht immer nur um den guten Stoff. (Hey, wenn alle ständig von der „Abhängigkeit vom Öl“ reden, sind Drogenmetaphern in diesem Bereich völlig okay). Es wird sehr viel Aufwand betrieben, um am Ende einen Tanklaster voll oder eine Kiste voll oder eine Dose voll des einen Produkts zu erhalten, das sie wirklich wollen.

Deswegen fangen wir auch von hinten an.

1. Ich tue Erdöl in eine Raffinerie hinein. Was kommt hinten bei raus?

Erdöl kann sich mit etwas Hilfe in gut ein Dutzend andere Stoffe verwandeln - wobei “verwandeln” nicht ganz das richtige Wort ist. Auftrennen trifft es besser, aber dazu mehr bei Punkt drei. Grob lassen sich die Produkte einer Erdöl-Raffinerie in zwei Gruppen einteilen: Diejenigen, die jeder kennt und benutzt, und diejenigen, die jeder benutzt, aber nur wenige kennen. Zur Gruppe eins gehören die Treibstoffe und Heizmittel: Benzin und Diesel für unsere Autos, Kerosin für unsere Flugzeuge. Hausbesitzer wissen etwas mit Heizöl anzufangen. Auch die Schmierstoffe, die für die Motoren unablässig sind, werden aus Erdöl gewonnen.

Zur zweiten Gruppe, zu den Produkten, die viele benutzen, aber nur wenige kennen, gehören:

Alkylat - früher kam es in Motoren häufiger zu Hunderten kleinen Spontanzündungen, die sich als “Klopfen” bemerkbar machten. Dank Alkylat ist das vorbei.

Aromaten - zu dieser Gruppe gehört eine Vielzahl von Stoffen, zum Beispiel Benzol, das früher einmal als Lösungsmittel eingesetzt wurde, heute aber als krebserregend bekannt ist und deswegen nicht mehr eingesetzt wird. Oder auch Toluol, das Benzol als Lösungsmittel abgelöst hat.

Alkene - In ihren Depeschen nannten die US-Diplomaten Bundeskanzlerin Angela Merkel die “Teflon-Kanzlerin”, weil an ihr ebenso wenig haften bleiben soll wie an den Beschichtungen der gleichnamigen Pfannen. Wären die Diplomaten Hobby-Chemiker gewesen, hätten sie sie korrekt auch die Polytetrafluorethylen-Kanzlerin genannt. Der Stoff wird mit Hilfe der Alkene aus der Raffinerie hergestellt. Aber wer könnte sich so einen Namen schon merken? Weitere wichtige Alkene sind Ethylen und ...

Propen - das wiederum der Grundstoff für eine ganze Reihe anderer Produkte ist, die wiederum der Grundstoff für eine ganze Reihe noch anderer Produkte sind. Vergleichsweise berühmt ist “Polypropylen”. Ihr Joghurtbecher ist wahrscheinlich aus diesem Material.

Bitumen - Aber richtig überraschend ist das andere Raffinerie-Produkt, das jeder kennt. Denn würden Sie 100 Menschen fragen, woher der Grundstoff unserer Straßen kommt, würden wohl nur wenige antworten: aus Erdöl. Experten bezeichnen ihn als “Bitumen”, alle anderen nennen den Stoff fälschlicherweise Teer. In einem gewissen Sinne fahren unsere Autos also nicht nur mit Erdöl, sondern auch auf Erdöl.

Um sich das Wort “Bitumen” zu merken, hilft ein englischer Witz: A piece of concrete and a piece of metal are sitting at a bar when a piece of bitumen walks in. The piece of concrete turns to the piece of metal and says: “Be aware of this dude, he is a psychopath."

Es gibt sogar noch mehr Produkte und Stoffe, aber belassen wir es dabei. Interessant ist noch eine Frage: Wenn wir für so viele Stoffe unseres täglichen Lebens Erdöl benötigen, könnte das Erdöl-Zeitalter nicht noch länger dauern als wir denken?

2. Woher kommt das Erdöl für die Kölner Raffinerie?

(c) mapz.com – Map Data: OpenStreetMap ODbL.

Zwei Pipelines liefern Rohöl an die Rheinland-Raffinerie in Köln-Wesseling. Die eine beginnt in Rotterdam, die andere beginnt in Wilhelmshaven, in der Nähe des dortigen Tiefseehafens.

3. Was passiert nachdem es angeliefert wurde?

Wenn wir Wasser in einem Topf kochen, dampft es. Wenn sie über diesen Dampf etwas halten, einen Deckel etwa, sammeln sich die Tropfen an dessen Unterseite und perlen irgendwann ab. So ähnlich funktioniert auch der erste Schritt in einer Raffinerie.

Das angelieferte Rohöl wird in den Fuß eines hohen Turms eingeführt, in dem es verschiedene Abteilungen gibt. Jede Abteilung soll dabei einen spezifischen Stoff aus dem Rohöl gewinnen („Fraktionen“). Das gelingt, weil jede Abteilung unterschiedlich heiß ist und die verschiedenen Stoffe im Rohöl entsprechend unterschiedliche Temperaturen benötigen, um - wie das Wasser im Topf - zu verdampfen. Bei Wasser sind es 100 Grad Celsius, bei Benzinen bis zu 140 Grad Celsius und bei Dieselöl bis zu 360 Grad Celsius.

In einem Wassertopf auf dem Herd ist die heißeste Stelle am Boden, so ist es auch in dieser Anlage. Wenn das Rohöl ganz nach unten gelangt, verdampft es schnell. Nur die Stoffe mit den höchsten sogenannten Siedepunkten sind dort flüssig und können abtransportiert werden. Allerdings verdampft nicht alles. Das Rohöl enthält auch Stoffe, die nach unten sinken, dieser Rückstand wird ebenfalls abtransportiert. Die anderen Bestandteile steigen weiter auf, werden flüssig (“kondensieren”) und werden abtransportiert. So geht es immer weiter, bis wir bei lauen 30 Grad Celsius angekommen sind. Der Aufstieg in einem Fraktionierturm dürfte sich ähnlich anfühlen wie der Aufstieg aus der Hölle zu einem schönen Obsthain.

Wie genau der Übergang von einer Stufe zur nächsten aussieht, verdeutlicht diese Grafik. Glockenförmige Abdeckungen verhindern, dass die Flüssigkeit von unten durch die Öffnungen tritt.

Allerdings hat die Raffinerie nach dieser ersten “Destillation” noch nicht alle Stoffe aus dem Rohöl gewonnen. Es gibt einen Rückstand, den die Experten “Sumpf” nennen. Um ihn zu verarbeiten, benutzt die Raffinerie einen Trick: Sie verändert die Umgebung, in dem sie ein Vakuum erzeugt, also die Luft aus dem Raum saugt. Damit sinkt auch der Druck, den die Luft auf die Stoffe ausübt. Und jeder, der schon einmal Wasser auf einem Alpengipfel gekocht hat, weiß: Das hat Folgen für den Siedepunkt. Er sinkt. Plötzlich können viel mehr Stoffe verarbeitet werden.

4. Boah, puuhhhhh. Ist das wirklich alles nötig? Chemie war ja eher nie so mein Ding.

Chemie war auch nie mein Ding. Aber du solltest trotzdem besser aufpassen. Nicht, dass du den falschen Stoff vorgesetzt bekommst, etwa wie dieser leicht reizbare Drogendealer:

https://www.youtube.com/watch?v=O47UY80VKfo

5. Entschwefelung

Nach der Destillation werden die Produkte weiter verarbeitet. Zunächst ist es am wichtigsten, Schwefel und Schwefelverbindungen zu entfernen. Warum? Weil bei der Verbrennung sonst Stoffe entstehen, die zusammen mit Sauerstoff Schwefelsäure und schweflige Säure ergeben. Die Gefahr ist real. Wenn wir vom “Sauren Regen” sprechen, dann meinen wir praktisch verdünnte Säure, die durch Industrieabgase entstanden ist. Zudem schadet Schwefelsäure den Motoren. Saurer Regen wird auch durch Stickoxide verursacht, die zu Salpeter und salpetriger Säure führen.

In der Raffinerie wird mit einem speziellen Verfahren Schwefelwasserstoff produziert, der wiederum in einer Vorrichtung, die den schönen Namen “Claus-Anlage” trägt, in seine Bestandteile zerlegt werden kann. Dabei entsteht elementarer Schwefel, der verkauft werden kann.

6. Reformation

Nun also haben wir Produkte ohne Schwefel. Der Teufel riecht nicht mehr. (Yeah!) Bevor die Benzine aber tatsächlich in einen Motor gepumpt werden können, müssen jene Stoffe bearbeitet werden, die die Spontanzündungen verursachen, die ich bereits angesprochen hatte - das „Klopfen“ im Motor. Ob es zu diesen Zündungen kommt, hängt von der Struktur der Kohlenwasserstoffe ab: Bei der Reformation werden lange Ketten zu Ketten mit Verzweigungen umgebaut. Außerdem werden verschiedene andere Stoffe wie die Alkylate hinzugefügt. Heraus kommt ein Treibstoff, der weniger zum Klopfen neigt.

Das Ergebnis wird dann mit den Verbrennungseigenschaften eines Iso-Oktan-Gemisches verglichen. Deswegen spricht man auch von Oktanzahl. Je höher die Oktanzahl, desto geringer ist die Klopfwahrscheinlichkeit.

7. Cracken

Nein, dieses Mal geht es nicht um eine Droge, sondern um einen bestimmten Vorgang, der am Ende des Raffinerieprozesses durchgeführt wird, um noch mehr von den uns bereits bekannten Produkten herzustellen: Ethlyen, Propylen, Benzin. Beim Cracken werden langkettige Kohlenwasserstoffe zum Beispiel mit Hilfe von großer Hitze in ihre kürzeren Companions aufgespalten (“to crack”). Dabei gibt es wiederum verschiedene Verfahren und Tricks, aber belassen wir es dabei.

8. Wie werden die Endprodukte abtransportiert?

Laut Shell:

„Die Produkte der Rheinland Raffinerie werden zu 38 Prozent über Schiffe vertrieben, 28 Prozent werden mit Tanklastwagen befördert und 22 Prozent verlassen über eine Pipeline das Werk. Weitere elf Prozent der hergestellten Produkte werden über eine Rohrleitung direkt zu Lyondell Basell, einem Unternehmen der petrochemischen Industrie, befördert. Ein Prozent der Produkte verlässt das Werk per Schiene.“


Illustrationen: Veronika Neubauer

Aufmacher: flickr/widnr/CC BY-ND 2.0