Inkohlung

Als Inkohlung wird der natürliche Prozess der Entstehung von Kohle bezeichnet.

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.

Inkohlung

Inkohlung ist die Umwandlung von Pflanzenresten in Kohle. Entsprechend der Dauer der Inkohlung steigt der Anteil an Kohlenstoff. Der Prozess der Inkohlung verläuft über die Bildung von Torf, Braunkohle, Steinkohle und Anthrazit und endet mit der Bildung von Graphit. Braunkohle und Steinkohle können dabei noch weiter differenziert werden. Während für den Prozess der Inkohlung bis zur Braunkohle vor allem die biochemischen Bedingungen im Vordergrund stehen, besonders Sauerstoffverarmung aufgrund Luftabschlusses, gewinnen mit der Umwandlung in Steinkohle, Anthrazit und Graphit vor allem geochemische Faktoren (höherer Druck und höhere Temperatur) an Bedeutung. Durch den Prozess der Inkohlung entstanden die großen Braun- und Steinkohlelagerstätten der Erde.

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.

Biochemische Phase

Nach Absterben der Pflanzenteile beginnt deren Abbau. Mikroorganismen bauen zuerst Kohlenhydrate und Proteine, schließlich auch Zellulose und Lignin ab. Insbesondere 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 rasch von ca. 40 % auf über 60 % zu. Durch das kontinuierliche Ablagern neuer Pflanzenteile wird der Torf zusammengepresst und entwässert. Mit zunehmender Tiefe wird die weitere Inkohlung abiotisch fortgesetzt.

Geochemische Phase

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 TorfPP.JPG
Weichbraunkohle dichter und fester als Torf, häufig eingeregelte Pflanzenteile, die eine Schichtung verursachen, hell- bis dunkelbraune Farbe.
Mattbraunkohle fest, dunkelbraun bis schwarze Farbe. Lignite Klingenberg.jpg
Glanzbraunkohle festes Gefüge mit muscheligem Bruch und Pechglanz an Bruchkanten, schwarze Farbe, jedoch brauner Strich. DBM Deutsches Bergbau-Museum Bochum, Glanzkohle.JPG
Steinkohlen festes Gefüge, Wechsel von matten und glänzenden Lagen, schwarze Farbe und schwarzer Strich. Coal.jpg

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

Weblinks

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