„Inkohlung" – Versionsunterschied
Version vom 1. Juli 2019, 11:24 Uhr
Die Inkohlung ist der natürliche Prozess der Entstehung von Kohle.
Die Inkohlung führt in Zeiträumen von Jahrmillionen von frischem Pflanzenmaterial zu Huminsäuren und Torf, dann über Braunkohle und Steinkohle zum Anthrazit, in einzelnen Fällen sogar zum Graphit. Der Anteil an Wasser und flüchtigen Bestandteilen nimmt dabei laufend ab, so dass der relative Anteil an Kohlenstoff zunimmt, der im Graphit nahezu 100 % beträgt. Bisher ist es nicht gelungen, diesen Prozess restlos zu verstehen.
Phasen der Inkohlung
Die Inkohlung findet in zwei Phasen statt. Direkt nach dem Absterben der Pflanze setzt die biochemische Phase ein, die Vertorfung, in der Pilze und Bakterien Zellulose und Lignin in Huminstoffe umwandeln. Durch zunehmenden Einfluss der Erdwärme beginnt danach die geochemische Phase der Inkohlung, die hauptsächlich durch die Temperatur- und Druckverhältnisse beeinflusst wird. Während für den Prozess der Inkohlung bis zur Braunkohle die biochemischen Bedingungen im Vordergrund stehen (besonders Sauerstoffverarmung aufgrund Luftabschlusses), gewinnen mit der Umwandlung in Steinkohle, Anthrazit und Graphit geochemische Faktoren an Bedeutung.
Biochemische Inkohlungsphase
Nach Absterben der Pflanzenteile beginnt deren Abbau. Mikroorganismen bauen zuerst Kohlenhydrate und Proteine, schließlich auch Zellulose und Lignin ab und es bildet sich Torf. Durch das kontinuierliche Ablagern neuer Pflanzenteile wird der Torf zusammengepresst und entwässert. Die Torfschicht wird bei Absenkung der Bildungsgebiete immer mächtiger. Mit zunehmender Tiefe wird die weitere Inkohlung abiotisch fortgesetzt. Bei weiterer Absenkung werden die Moore durch Meeres- und Flusssedimente überlagert. Verringert sich dann die Absenkung, kann sich eine weitere Torfschicht ausbilden. Diese Vorgänge können sich mehrfach wiederholen, sodass mehrere Torfschichten entstehen.
Durch die komplexe und teilweise unbekannte chemische Struktur der Lignine und Huminstoffe, die an diesen Prozessen beteiligt sind, ist eine genaue chemische Darstellung der Prozesse nicht bekannt. Während dieser ersten Phase nimmt der Kohlenstoffgehalt der Trockenmasse rasch von ca. 40 % auf über 60 % zu.
Geochemische Inkohlungsphase
In der zweiten Phase nimmt der Wassergehalt weiter ab: Von 75 % am Übergang Torf/Braunkohle bis auf 10 % an der Grenze Braunkohle/Steinkohle. Der Kohlenstoffanteil nimmt durch Abgabe von Wasser, Kohlenstoffdioxid und Methan weiter zu. Während in junger Braunkohle noch Zellulose und Lignin zu finden sind, verschwindet mit weiterem Fortschreiten des Prozesses zuerst die Zellulose und am Übergang zur Steinkohle auch das Lignin. Im Steinkohlestadium ist die Abspaltung von Methan bestimmend, es werden aber auch zunehmend Hydroxy-, Carboxy-, Methoxy- und Carbonylgruppen abgespalten. Auf diese Weise bilden sich die gesteinsbildenden Elemente der Kohle, die Mazerale.
Sichtbare petrographische Veränderungen
Der Prozess der Inkohlung führt zu sichtbaren petrographischen Veränderungen der Kohlegesteine:
| Kohlegestein | Beschreibung | Bild |
|---|---|---|
| Torf | locker, bröckelig, viele eingelagerte Pflanzenreste | |
| Weichbraunkohle | dichter und fester als Torf, häufig eingeregelte Pflanzenteile, die eine Schichtung verursachen, hell- bis dunkelbraune Farbe. | |
| Mattbraunkohle | fest, dunkelbraun bis schwarze Farbe. | |
| Glanzbraunkohle | festes Gefüge mit muscheligem Bruch und Pechglanz an Bruchkanten, schwarze Farbe, jedoch brauner Strich. | |
| Steinkohlen | festes Gefüge, Wechsel von matten und glänzenden Lagen, schwarze Farbe und schwarzer Strich. |
Inkohlung durch technische Verfahren
Der Prozess der Inkohlung kann durch Erhitzen von Biomasse in Druckbehältern nachgeahmt werden (Hydrothermale Karbonisierung) und vollzieht sich dort innerhalb von Stunden.
Literatur
- K. H. Schmidt, I. Romey, F. Mensch: Kohle, Erdöl, Erdgas: Chemie und Technik. Vogel Verlag, 1981, ISBN 3-8023-0684-8, ISBN 978-3-8023-0684-6
- Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 14, Seiten 288–292, 1977, Verlag Chemie, Weinheim