Eine der am weitesten verbreiteten Annahmen über fossile Brennstoffe – Erdöl, Erdgas und Kohle – ist, dass diese Stoffe ursprünglich von Dinosauriern abstammen. Es gibt sogar eine Ölgesellschaft, Sinclair, die einen Apatosaurus als Symbol verwendet. Diese Dino-Ursprungsgeschichte ist jedoch ein Mythos. Wahr ist, dass diese Kraftstoffe vor langer, langer Zeit entstanden sind – zu einer Zeit, als diese „schrecklichen Echsen“ noch auf der Erde lebten.
Fossile Kraftstoffe speichern Energie in den Bindungen zwischen den Atomen, aus denen ihre Moleküle bestehen. Bei der Verbrennung der Brennstoffe werden diese Bindungen aufgebrochen. Dadurch wird die Energie freigesetzt, die ursprünglich von der Sonne kam. Grüne Pflanzen hatten diese Sonnenenergie vor Millionen von Jahren durch Photosynthese in ihren Blättern gespeichert. Einige dieser Pflanzen wurden von Tieren gefressen, die diese Energie im Nahrungsnetz weiterverarbeiteten. Andere Pflanzen starben einfach ab und verrotteten.
Alle diese Organismen können nach ihrem Tod in fossile Brennstoffe umgewandelt werden, erklärt Azra Tutuncu. Sie ist Geowissenschaftlerin und Erdölingenieurin an der Colorado School of Mines in Golden. Aber dazu braucht es die richtigen Bedingungen, einschließlich einer sauerstofffreien (anoxischen) Umgebung. Und Zeit. Eine ganze Menge Zeit.
Die Kohle, die wir heute verbrennen, entstand vor etwa 300 Millionen Jahren. Damals lebten noch Dinosaurier auf der Erde. Aber sie wurden nicht in die Kohle eingebaut. Stattdessen starben Pflanzen in Mooren und Sümpfen ab. Als dieses Grün auf den Boden dieser Feuchtgebiete sank, verrottete es teilweise und verwandelte sich in Torf. Diese Feuchtgebiete trockneten aus. Dann setzten sich andere Materialien ab und bedeckten den Torf. Durch Hitze, Druck und Zeit verwandelte sich der Torf in Kohle. Um Kohle zu gewinnen, müssen die Menschen heute tief in der Erde graben.
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Petroleum – Erdöl und Erdgas – stammt aus einem Prozess, der in alten Meeren begann. Kleine Organismen, genannt Plankton, lebten, starben und sanken auf den Grund der Ozeane. Als sich die Ablagerungen im Wasser absetzten, bedeckten sie das tote Plankton. Mikroben ernährten sich von einigen der Toten. Chemische Reaktionen wandelten diese vergrabenen Materialien weiter um. Schließlich bildeten sich zwei Substanzen: wachsartiges Kerogen und ein schwarzer Teer namens Bitumen (einer der Bestandteile von Erdöl).
Das Kerogen kann sich weiter verändern. Wenn die Ablagerungen es immer tiefer eingraben, wird die Chemikalie immer heißer und ist einem höheren Druck ausgesetzt. Wenn die Bedingungen genau richtig sind, verwandelt sich das Kerogen in die Kohlenwasserstoffe (Moleküle aus Wasserstoff und Kohlenstoff), die wir als Rohöl kennen. Wenn die Temperaturen noch heißer werden, verwandelt sich das Kerogen in die noch kleineren Kohlenwasserstoffe, die wir als Erdgas kennen.
Die Kohlenwasserstoffe in Öl und Gas haben eine geringere Dichte als das Gestein und Wasser in der Erdkruste. Das veranlasst sie dazu, nach oben zu wandern, zumindest solange, bis sie in einer Bodenschicht gefangen sind, die sie nicht passieren können. Wenn das passiert, sammeln sie sich allmählich an. So bildet sich ein Reservoir von ihnen. Und darin bleiben sie, bis man nach ihnen bohrt, um sie freizusetzen.
Wie viel gibt es?
Es gibt keine Möglichkeit zu wissen, wie viel Kohle, Erdöl und Erdgas in der Erde vergraben sind. Selbst wenn man diese Menge beziffern würde, wäre das nicht sehr hilfreich. Einige dieser fossilen Brennstoffe befinden sich einfach an Orten, an denen sie weder sicher noch erschwinglich abgebaut werden können.
Und selbst das kann sich im Laufe der Zeit ändern, merkt Tutuncu an.
Vor etwa 20 Jahren, sagt sie, wussten Wissenschaftler, wo sie so genannte „unkonventionelle Ressourcen“ finden konnten. Dabei handelte es sich um Öl- und Gasvorkommen, die mit herkömmlichen Bohrtechniken nicht erschlossen werden konnten. Doch dann fanden die Unternehmen neue und weniger kostspielige Wege, um diese Ressourcen zu fördern.
Eine dieser Methoden ist das Hydraulic Fracturing. Besser bekannt als Fracking, bei dem Bohrer eine Mischung aus Wasser, Sand und Chemikalien tief in den Boden einbringen, um das Öl und Gas herauszupressen. In absehbarer Zukunft, so Tutuncu, „glaube ich nicht, dass uns das Öl ausgeht. Es ist nur eine Frage der Verbesserung der Technologie.“
Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen Kohlendioxid und andere Treibhausgase. Diese können zum Klimawandel und zur globalen Erwärmung beitragen. Aus diesem Grund haben viele Wissenschaftler davor gewarnt, die Nutzung fossiler Brennstoffe einzustellen. Alternativen wie Wind- und Solarenergie erzeugen keine Treibhausgase.
Der vollständige Verzicht auf fossile Brennstoffe wird jedoch nicht einfach sein, zumindest nicht in naher Zukunft, sagt Tutuncu. Diese Stoffe werden nicht nur für die Energieerzeugung verwendet. Kunststoffe und viele andere Produkte enthalten fossile Brennstoffe in ihren Rezepturen. Wissenschaftler und Ingenieure müssen umweltfreundliche Ersatzstoffe für all diese Produkte entwickeln, wenn die Gesellschaft sich von ihrer derzeitigen Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen lösen will.