Bildung + Gesellschaft

Redoxflussbatterien können elektrische Energie aus Windkraft- und Solaranlagen speichern. Zurzeit werden als Redoxpaare Materialien wie Lignin aus Fichtenholz anstelle der etablierten Vanadiumverbindungen erforscht. Mit einfachen Versuchsaufbauten lassen sich solche Systeme auch in Schulen und Hochschulpraktika untersuchen.
Die Menge an elektrischem Strom, den Windkraft- und Solaranlagen liefern, hängt vom Wetter ab: An windreichen, sonnigen Tagen fließt Strom ins Ausland. Zu Zeiten von Dunkelflauten, insbesondere im Winter, wenn weder Wind weht noch Sonne scheint, muss elektrischer Strom aus dem Ausland importiert werden. Es ist also sinnvoll, wenn viel Strom anfällt, die elektrische Energie in anderen Energieformen zu speichern und diese bei Bedarf wieder in elektrische Energie zu transformieren.Pumpspeicherwerke sind eine Möglichkeit, Energie zu speichern. Sie haben einen Wirkungsgrad von etwa 85 Prozent.1,2) Allerdings sind große Wassermassen, also Speicherseen erforderlich und eine Höhendifferenz von etwa 200 Metern. In Deutschland sind zusätzliche Speicherwerke nicht mehr zu realisieren.Derzeit werden in Deutschland die Wasserelektrolyse und die Speicherung des Wasserstoffs diskutiert. Dieser könnte in Brennstoffzellen elektrische Energie liefern, unter anderem für den Antrieb von Brennstoffzellenautos. Der Wirkungsgrad eines solchen Systems liegt allerdings bei höchstens 40 Prozent.3,4) Die Wasserstoffspeicherung bei vermindertem Druck zwischen 5 und 50 bar durch Bindung an Trägermaterialien funktioniert noch nicht zufriedenstellend.Eine Alternative, um Strom aus erneuerbaren Quellen zu speichern, könnten Redoxflussbatterien sein (Kasten).2) So nutzt der Stromspeicher eines 18-MW-Bürgerwindparks an der Westküste Schleswig-Holsteins, der seit dem Jahr 2014 in Betrieb ist, neben Lithiumionenbatterien einen Vanadium-Redoxfluss-Speicher.5)<h2>INFO: Arbeitsweise von Redoxflussbatterien</h2>Redoxflussbatterien haben für jede Halbzelle einen Kreislauf, in dem ein Elektrolyt mit einem Redoxpaar zirkuliert (Abbildung). Aus einem Reservoir gelangt der Elektrolyt in die Halbzelle, wird dort über die Elektrodenfläche geleitet, wo die elektrochemisch wirksamen Stoffe umgesetzt werden, und schließlich fließt der Elektrolyt wieder in das Reservoir. Beim Ladevorgang werden durch Oxidation und Reduktion die elektrochemischen Substanzen in den Elektrolyten angereichert, die dann beim Entladen wieder an den Elektroden reagieren, wodurch elektrischer Strom frei wird.Wesentlich für die Wirksamkeit einer solchen Batterie sind die Redoxpaare.7–9) Gut erprobt sind Redoxpaare mit Vanadium-Ionenpaaren in verschiedenen Oxidationsstufen und Oxidationspotenzialen (Abbildung).<div>Redoxflussbatterie mit Vanadiumsalzen als Redoxpaare.<img src="https://media.graphcms.com/z8i9dAUaRrOyuio32xU3">

</div><h2>Neue Redoxsysteme</h2>Allerdings haben vanadiumbasierte Systeme Nachteile: Die Vanadiumverbindungen sind teuer und giftig. Darüber hinaus kommt es bei den relativ kleinen Ionen in der Membran zu Cross-over-Effekten, die die Wirksamkeit der Zelle beeinträchtigen.6,7) Daher sucht die Forschung nach anderen Redoxsystemen.Arbeitsgruppen um Michael Aziz von der Harvard University und Sri Narayanan von der University of Southern California haben Systeme mit den Redoxpaaren Anthrachinon sowie Anthrahydrochinon und ortho-Benzochinon sowie Brenzcatechin entwickelt, die eine hohe Zyklenstabilität besitzen.7–9)Ulrich Schubert und Team haben Systeme entwickelt, bei denen sich kurzkettige, wasserlösliche Polymere sowohl für die Kathodenseite als auch die Anodenseite eignen. Diese Polymere sind in Kochsalzlösungen gelöst, und an die Membran gibt es keine besonderen Anforderungen; Cross-over-Effekte sind so ausgeschlossen.10)Das Energieunternehmen EWE wollte bis zum Jahr 2022 ein Großprojekt umsetzen, und zwar einen 700-MW-Speicher mit dem von Schubert und Team entwickelten Redoxpaaren. Alte Erdgasspeicher in Salzstöcken sollten dabei als Tanks für die Elektrolyte dienen. Dieses Projekt hat EWE ohne Angabe von Gründen vor zwei Jahren aufgegeben.<h2>Naturstoffe in Redoxpaaren</h2>Mehrere Arbeitsgruppen verfolgen die Idee, Naturstoffe in Redoxflusszellen zu verwenden. So berichtete die Arbeitsgruppe um Mukhopadhyay über erfolgreiche Versuche mit „Novel Ultrafiltered Lignin“ als Redoxsystem.11) Hier sollen phenolische Ringe im Lignin mit zwei OH-Gruppen in ortho-Stellung wie Brenzcatechin leicht oxidiert werden können.Auch das deutsche Start-up CM Blu Energy in Alzenau, Bayern, möchte bis zum Jahr 2022 Redoxflussbatterien auf Basis von Lignin zur Marktreife entwickeln.12) Die Ausgangssubstanz ist dabei Ligninsulfonsäure, die als Nebenprodukt der Cellulosegewinnung mit dem Sulfitverfahren anfällt. In diesem Verfahren wird fast ausschließlich Fichtenholz eingesetzt und mit Calciumhydrogensulfitlösung bei erhöhtem Druck erhitzt. Nach 7 bis 15 Stunden Behandlungsdauer haben sich eine helle, hochwertige Cellulose und eine Lösung von Ligninsulfonsäure gebildet (Abbildung 1). Die Ligninsulfonsäure hat nach Angaben des Unternehmens eine mittlere molare Masse von etwa 20 000 und wird bisher kaum verwendet.<figure><img src="https://media.graphcms.com/YTktBZrrQLaqYxwdJPBj"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Fichtenzweig. Fichtenholz ist der Hauptrohstoff für Ligninsulfonsäure. Rechts: Ligninsulfonsäure als Pulver.</figcaption></figure>
Fichtenholzlignin besteht zu etwa 90 Prozent aus polymerem Coniferylalkohol (Abbildung 2). Die Struktur weist keine für eine Oxidation geeigneten Merkmale auf, da im Coniferylalkohol eine Hydroxy- und eine Methoxy-Gruppe in ortho-Stellung sitzen. Für eine Oxidation zu einem Chinon wären aber zwei Hydroxygruppen erforderlich. CM Blu Energy gibt an, die Ligninstruktur zu modifizieren, ohne diese Modifikation genauer zu beschreiben.12)<figure><img src="https://media.graphcms.com/cPbMfNeRguXWh9ESuG9g"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Lignin (Ausschnitt) und Coniferylalkohol.</figcaption></figure>
<h2>Redoxflussbatterien mit Lignin: Versuche</h2>Großtechnische Redoxflusszellen brauchen Apparate mit Pumpen, Tanks und Spezialanfertigungen für die Zelle.14,15) Für den Chemieunterricht haben wir einen einfacheren Versuchsaufbau entwickelt (Abbildung 3): Die eine Halbzelle besteht aus einem Becherglas mit 400 mL Volumen, ein Tontopf dient als Membran und zweite Halbzelle. Der Ton verhindert, dass sich die Flüssigkeiten vermischen, und weist dennoch gute Ionenleitfähigkeit auf. Das Rühren der Flüssigkeiten mit einem Magnetrührer stellt die Flusssituation im Becherglas wie im Tontopf nach, und die elektrochemischen Substanzen zirkulieren an den Elektroden. Als Elektrodenmaterial dient Graphitfolie: Sie liegt großflächig an der Wand des Becherglases an und steht als Rolle im Tontopf. Die Elektrodenpotenziale werden mit einer Silber/Silberchlorid-Elektrode als Referenzelektrode gemessen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/nqy9m56qR7STuWVdBruL"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Versuchsaufbau einer Redoxflussbatterie.</figcaption></figure>
<h2>Versuche mit Lignin: Batterie</h2>Zunächst lässt sich mit dem beschriebenen Versuchsaufbau eine Lignin/Eisen(III)sulfat-Batterie demonstrieren. Eine saure Eisen(III)sulfat-Lösung hat sich wegen der konstanten Potenziale als Kathodensystem bewährt.Für ein Experiment mit einer Lignin/Eisen(III)sulfat-Batterie werden 20 g Ligninsulfonsäure in 100 mL Natronlauge (1 mol·L–1) unter Erhitzen gelöst. Die Lösung wird in ein Becherglas gegeben, das mit Graphitfolie ausgekleidet ist. Der Tontopf wird in das Becherglas gestellt, und etwa 60 mL einer Lösung von 280 g Eisen(III)sulfat und 5 g Eisen(II)sulfat in 300 mL Wasser und 100 mL 1-molare Schwefelsäure werden in den Tontopf gegeben. Die Rolle aus Graphitfolie wird in den Tontopf gestellt, die Rührkerne kommen hinzu, und das Ganze wird elektrisch verschaltet (Abbildung 4). Der Magnetrührer wird gestartet und die Lösung auf etwa 50 bis 70 °C erwärmt.<figure><img src="https://media.graphcms.com/qVIWmhLSvilA7SJkt9Oh"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Verlauf von Spannung, Stromstärke und Potenzialen der Lignin-Eisen(III)sulfat-Batterie.</figcaption></figure>
Nach etwa 15 Minuten beginnt die Messung. Die Ruheklemmenspannung der Zelle beträgt 0,79 V, die Potenziale der Eisen(III)sulfat-Halbzelle 0,75 V und die der Ligninsulfon-Halbzelle –0,04 V. Nach 5 Minuten kann ein leistungsschwacher Elektromotor (2,3 mA) betrieben werden.Das System ist aufladbar. Allerdings darf sich dabei kein Wasserstoff- oder Sauerstoff an den Elektroden entwickeln.<h2>Versuche mit Lignin: Akku</h2>Für einen Ligninsulfon-/Ligninsulfon-Akkumulator wird anstelle der Eisen(III)sulfatlösung eine Lösung von 20 g Ligninsulfonsäure in 100 mL 1-molarer Schwefelsäure in den Tontopf gegeben. Dieser Akkumulator erreicht eine Ruheklemmenspannung von 0,74 V, das Potenzial in der sauren Ligninsulfon-Halbzelle beträgt +0,45 V und in der alkalischen –0,05 V. Der gesamte Zellenaufbau kann einen leistungsschwachen Elektromotor bei einer Stromaufnahme von 2,2 mA betreiben.Das Ligninmolekül enthält keine Strukturelemente, die sich zu einem Chinon oxidieren lassen. Dies lässt sich ändern, indem Methoxy- in Hydroxygruppen umgesetzt werden, und zwar mit Bromwasserstoffsäure. Dieses Experiment eignet sich allerdings nur für Hochschulpraktika.16) Dafür werden 20 g Ligninsulfonsäure mit 25 mL Wasser auf etwa 70 °C erhitzt. Dabei löst sich ein Teil der Substanz. Anschließend werden 25 mL Bromwasserstoffsäure mit einer Massenkonzentration von 48 Prozent hinzugegeben. Sofort zeigen sich Gasbläschen; sie bestehen aus dem Brommethan, das bei der Reaktion frei wird. Bei weiterem Erwärmen auf 70 °C löst sich der Rest der Ligninsulfonsäure unter reichlich Gasentwicklung. Die Lösung wird 45 Minuten bei 70 °C gehalten, wobei die Gasentwicklung allmählich abnimmt. Nach dem Abkühlen der Lösung wird diese mit 50 mL konzentrierter Natronlauge alkalisch eingestellt.Mit der so präparierten Ligninlösung verbessert sich in einem Lignin-Eisen(III)sulfat-Akku die elektrochemische Umsetzung. So liegt das Ligninsulfonsäure-Halbzellenpotenzial in der alkalischen Lösung nun bei –0,36 V, und die Batterie kann einen leistungsstarken Elektromotor mit einer Stromaufnahme von 11,3 mA betreiben, und das System lässt sich wieder aufladen.<h2>Versuche mit Huminsäuren</h2>Huminsäuren (Abbildung 5) sind wie Lignin polymere Naturstoffe und kommen in Humusböden, Torf und Braunkohle vor. Sie entstehen durch Abbau pflanzlichen Materials wie Lignin oder Cellulose. Die molaren Massen der Huminsäuren liegen zwischen 2000 und 300 000.<figure><img src="https://media.graphcms.com/c9nTOQBIRiuHwwIJR9nj"><figcaption><label>Abb. 5: </label>Huminsäurestruktur und das Huminsäurepulver Humocarb aus der Veterinärmedizin.</figcaption></figure>
Huminsäuren enthalten Strukturelemente, die sich oxidieren wie reduzieren lassen.Die folgende Versuchsreihe verwendet eine Huminsäure, die in der Tiermedizin genutzt wird und die nach Angaben des Herstellers Pharmawerk Weinböhla aus Braunkohle stammt (Abbildung 5).Die Ruheklemmenspannung dieser Huminsäurezelle mit Eisen(III)sulfat als Gegenzelle beträgt 1,23 V. Das Potenzial der Huminsäure-Halbzelle liegt bei etwa –0,45 V. Mit dieser Batterie lässt sich ein leistungsstarker Elektromotor bei einer Stromaufnahme von etwa 11 mA betreiben (Abbildung 6). Auch Aufladen bei einer Ladespannung von 1,67 V ist möglich.<figure><img src="https://media.graphcms.com/pO8YirM8QqCXDMqH2THm"><figcaption><label>Abb. 6: </label>Verlauf von Spannung, Stromstärke und Potenzialen der Huminsäure-Eisen(III)sulfat-Batterie.</figcaption></figure>
Da das Huminsäuremolekül zwei Hydroxygruppen in ortho- oder para-Stellung aufweist (Abbildung 5, S. 17) , eignet es sich womöglich als Redoxpaar in einem Huminsäure-Huminsäure-Akkumulator.Anstelle der Eisen(III)sulfat-Lösung wird nun eine Suspension von 30 g Huminsäuren in 200 mL einmolarer Schwefelsäure in das Becherglas gegeben. Die Ruheklemmenspannung des Akkumulators mit einem Redoxpaar beträgt 1,26 V. Das Potenzial der Huminsäure-Halbzelle in saurer Lösung liegt bei +0,71 V und das in der alkalischen Lösung bei –0,47 V. Damit läuft ein leistungsstarker Elektromotor bei einer Stromaufnahme von 11,4 mA problemlos. Auch Aufladen bei einer Ladespannung von 1,67 V funktioniert (Abbildung 7).<figure><img src="https://media.graphcms.com/dJC269uOSGG6LgYrzGot"><figcaption><label>Abb. 7: </label>Verlauf von Spannung, Stromstärke und Potenzialen der Huminsäure-Huminsäure-Batterie.</figcaption></figure>
Die Wiederaufladbarkeit der Batterien lässt sich unter anderem anhand der Cyclovoltammogramme (CV) beurteilen. Mit Eisen(III)sulfat-Lösung zeigen die Messungen quasireversibles Verhalten. Für die hochmolekularen Naturstoffe Lignin und Huminsäuren in alkalischer Lösung sind keine deutlichen CV zu erwarten, lassen aber Wiederaufladbarkeit vermuten. Die vereinfachte Reaktionsgleichung zeigt Abbildung 8.<figure><img src="https://media.graphcms.com/xU03EBsFR1efaBoqrQQL"><figcaption><label>Abb. 8: </label>Vereinfachte Reaktionsgleichung der Lignin- und Huminsäure-Batterie.</figcaption></figure>
Wir danken Ursula Fittschen und Sven Hampel von der Technischen Universität Clausthal für Literaturrecherchen und die Möglichkeit, Ligninsulfonsäure mit Bromwasserstoffsäure in einem Labor der TU umsetzen zu können.<h2>Die Autoren</h2>Diesen Beitrag haben Dominique Rosenberg und Walter Jansen verfasst. Rosenberg ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Arbeitskreis der Chemiedidaktik der Universität Flensburg. Sie hat den Bachelor in Vermittlungswissenschaften und den Master of Education in Chemie sowie Wirtschaft und Politik. Im Jahr 2017 hat sie über Redoxflussbatterien als Thema des Chemieunterrichts promoviert. Jansen ist emeritierter Professor für Didaktik der Chemie an der Universität Oldenburg. Er ist Ehrenmitglied der GDCh-Fachgruppe Chemieunterricht und Träger des Heinz-Schmidkunz-Preises der GDCh.<div><img src="https://media.graphcms.com/cPoVmumRSS1sxlTNhgjz">

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</div><h2>AUF EINEN BLICK</h2>Redoxflussbatterien mit Vanadiumverbindungen eignen sich nicht für Versuche in der Schule, da die Substanzen teuer und giftig sind.Forschungsgruppen suchen auch für großtechnische Anwendungen nach neuen Redoxsystemen.Vielversprechend sind Systeme mit Lignin, das als Abfallstoff bei der Zellstoffherstellung anfällt.Mit Huminsäuren lassen sich ebenfalls einfache Redoxflussbatterien aufbauen.
<ul class="references"><li>
1 M. Sterner, Stadler, Energiespeicherung – Bedarf, Technologien, Integration, Berlin-Heidelberg, 2014</li><li>
2 P. Kurzweil, O. K. Dietlmeier, Elektrochemische Speicher – Superkondensatoren, Batterien, Elektrolyse-Wasserstoff, Rechtliche Grundlagen, Wiesbaden, 2015</li><li>
3 V. Crastan, Elektrische Energieversorgung 2 – Energie- und Elektrizitätswirtschaft, Kraftwerketechnik und alternative Stromversorgung, Berlin-Heidelberg, 2012</li><li>
4 S. Babrowski, Bedarf und Verteilung elektrischer Tagesspeicher im zukünftigen Deutschen Energiesystem, Scientific Publishing, Karlsruhe 2015</li><li>
5 A. Gillhuber, Eine Woche Strom für 40 Häuser?, 2014, <a href="https://www.elektroniknet.de/elektronik/power/eine-woche-strom-fuer-40-haeuser-111844.html" target="_blank">www.elektroniknet.de/elektronik/power/eine-woche-strom-fuer-40-haeuser-111844.html</a></li><li>
6 C. Lutz, S. Hampel, X. Ke et al., J. Power Sources, 2021, 483, 229176</li><li>
7 B. Huskinson, S. Nawar, M. R. Gerhardt, M. Aziz, ECS Transactions 2013, 57, 101–105</li><li>
8 B. Huskinson, M. P. Marshak, S. Changwon et al. Nature 2014, 505, 195–198</li><li>
9 B. Yang, L. Hoober-Burkhardt, F. Wang, G. K. S.Prakash, S. R. Narayanan, ESC 2014, 161, A1371-A1380</li><li>
10 T. Janoschka, N. Martin, U. Martin et al., Nature 2015, 527, 78–93</li><li>
11 A. Mukhopadhyay, J. Hamel, R. Katahira, H. Zhu, ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 5394–5400</li><li>
12 <a href="https://www.cmblu.de//#technologie" target="_blank">www.cmblu.de//#technologie</a></li><li>
13 I. Parchmann, S. Schwarzer, T. Wilke, M. Tausch, T. Waitz, ChemKon 2017, 24/4, 161–164</li><li>
14 D. Rosenberg, S. Pansegrau, M. Busker, W. Jansen, Nachr. Chem. 2017, 65, 167–171</li><li>
15 D. Rosenberg, M. Busker, W. Jansen, Nachr. Chem. 2019, 67, 10–13</li><li>
16 S. B. Waghmode, G. Mahole. V. P. Patel, K. Renalsen, D. Singh, Synthetic Communications 2013, 43, 3272–3280</li></ul>

Artikel

Strom mit polymeren Naturstoffen

Redoxflussbatterien können elektrische Energie aus Windkraft- und Solaranlagen speichern. Zurzeit werden als Redoxpaare Materialien wie Lignin aus Fichtenholz anstelle der etablierten Vanadiumverbindungen erforscht. Mit einfachen Versuchsaufbauten lassen sich solche Systeme auch in Schulen und Ho...

Begann das Erdölzeitalter wirklich mit der erfolgreichen Bohrung Edwin Drakes im Jahr 1859 in Pennsylvania und mit der Errichtung des Rockefellerschen Ölimperiums? Ja, auch – doch es gibt eine Reihe anderer weniger bekannter Persönlichkeiten, die dem Erdöl zum Durchbruch verhalfen.
Die moderne Erdölförderung hat eine lange Vorgeschichte. Die Vorläufer des Erdöls waren Lampenöle zur Beleuchtung oder auch Öle für medizinische Anwendungen etwa aus dem „Pechbrunnen“ am Monte Zibio bei Modena, aus Pechelbronn im Elsass (Pechelbronner Schichten) sowie oberbayerisches „Petroleum“, das von Tegernseer Benediktinern als „Heiliges Quirin-Öl“ verkauft wurde, und später die Walöle. Flüssige Bestandteile aus Sickergruben wurden als neuartiger Rohstoff für Lampenöle diskutiert. Der Gedanke, Fraktionen des Erdöls mit seinem Siedepunkt zwischen 175 und 325 °C zu verwenden, lag in der Luft. Bereits um 900 n. Chr. hatte der persische Arzt Ar-Razi (Rhases) eine Art Destillation beschrieben. Und um das Jahr 1823 betrieben die russischen Brüder Dubinin nahe der Stadt Mosdok im Nordkaukasus eine primitive Destille für Erdöl aus Baku. Aber im zaristischen Reich war die Zeit noch nicht reif für einen technischen Durchbruch.1–6)<h2>Ein neues Zeitalter</h2>Wenn man heute über den Beginn des Erdölzeitalters spricht, fallen zuerst die Namen Edwin „Colonel“ Drake und John D. Rockefeller. Drake tat sich bei Erdölbohrungen hervor und Rockefeller bei der Verwertung.7,8)Drake bohrte im Auftrag des amerikanischen Industriellen George Henry Bissell und stieß nahe Titusville im US-Bundesstaat Pennsylvania am 27. August 1859 in nur 21,2 Metern Tiefe auf die erste amerikanische Ölquelle. Die Nachricht vom Erfolg verbreitete sich in Windeseile. Es setzte ein Boom an Bohrungen am Oil Creek ein, einem Nebenfluss des Allegheny River in Pennsylvania.Zeiten des Umbruchs bieten Chancen für mutige Unternehmer, und ein solcher war John D. Rockefeller. Gemeinsam mit einem Partner war er in den 1860er Jahren in das neue Gebiet eingestiegen und investierte in Verarbeitung und Transport des schwarzen Goldes in Fässern, Pipelines und Schiffen. Am 10. Januar 1870 gründete Rockefeller in Cleveland, Ohio, die Standard Oil Company. (Der im Jahr 1999 durch Zusammenschluss von Exxon und Mobil Oil entstandene Ölkonzern Exxonmobil ist der heutige Nachkomme.)Rockefeller schuf in den folgenden Jahren ein kaum zu überschauendes Geflecht von Firmen und Scheinfirmen – eines der größten wirtschaftlichen Imperien der Geschichte. Die Standard Oil Company schluckte nach und nach fast alle Konkurrenten und beherrschte zirka 90 Prozent des US-Ölmarkts.9,10)<h2>Die russischen Rockefellers</h2>Bereits im Jahr 1844 – also 15 Jahre vor Drake – erbohrte der russische Ingenieur F. N. Semjonow im Ölfeld Bibi Eibat bei Baku am Kaspischen Meer eine reichhaltige Ölquelle in 21 Meter Tiefe. Er nutzte dazu ein neuartiges Schlagbohrsystem. Doch der technische Bericht über diese erfolgreiche Bohrung war mehrere Jahre in der Bürokratie verschollen und gelangte erst 1848 an den Zarenhof und somit an die Öffentlichkeit – immer noch elf Jahre vor der Bohrung in Titusville. Im Jahr 1871 begann die Erschließung der Ölvorkommen in großem Maßstab, und bald war die Gegend für ihre Ölfontänen berühmt. 1873 kamen Robert Hjalmar Nobel und Ludvig Immanuel Nobel, schwedische Industrielle und Brüder des Dynamit-Erfinders Alfred Nobel, nach Baku, eigentlich um spezielle Hölzer für Gewehrkolben für ihre Waffenfabrik zu kaufen. Sie erkannten das Potenzial des flüssigen Goldes. Mit der 1876 gegründeten Branobel errichteten sie ein Öl-Imperium und schufen eines der größten Unternehmen in Russland.Etwa zur gleichen Zeit erschienen Berichte über Erdölbohrungen in Ploiești, Große Walachei (Rumänien), und die Errichtung einer ersten Raffinerie im Jahr 1855.11–14)<h2>Öl aus Wietze</h2>Auch die Lüneburger Heide gehört zu den ersten Erdölfundorten. Schon um das Jahr 1650 wurde in Wietze in der Lüneburger Heide über ölhaltige Sande aus „Theerkuhlen“ berichtet, welche von den Bauern als Schmiermittel „Satansspeck“ genutzt wurden. Als „Schwarze Salbe“ diente es zur Wundbehandlung bei Mensch und Tier. Im Jahr 1856 erhielt der Markscheider und Geologie-Professor Georg Christian Konrad Hunaeus im damaligen Königreich Hannover den Auftrag, systematisch nach abbauwürdigen Braunkohle- und Schiefer-Lagerstätten im osthannoverschen Flachland zu suchen. Dabei stieß Hunaeus in Wietze im Kreis Celle sowie in Hänigsen im Kreis Burgdorf statt auf das Gesuchte auf ein Rohöl, das sowohl flüssiger als auch reiner war als der Teer aus den bis dahin bekannten Kuhlen. Hunaeus war sich der Bedeutung seiner Funde bewusst. Seine erste Erdöl-Tiefbohrung auf deutschem Boden in Wietze im Jahr 1858 leitete die Erschließung der niedersächsischen Ölfelder ein., die um 1876 begann.Wenige Jahre später begab sich Friedrich Hasenbein auf die Suche nach Erdöl. Hasenbein hatte im Ruhrpott als Bergmann gearbeitet und später ein Tiefbohrunternehmen gegründet. 1899 stieß er in Wietze auf freifließendes Erdöl, und ab da brach endgültig das Ölfieber aus: Fortan strömten zahlreiche Firmen her, um sich an der Suche nach dem Wietzer Teer zu beteiligen.Der Ölboom veränderte Wietze innerhalb weniger Jahre; die gesamte Infrastruktur richtete sich auf die Erdölförderung aus. Neben einer Raffinerie entstanden ein Ölhafen und eine Bahnlinie nach Celle. Die Ölvorkommen in Wietze waren so reichhaltig, dass zwischen 1908 und 1910 etwa 80 Prozent der gesamten Inlandsnachfrage in Deutschland durch Wietzer Erdöl gedeckt wurde. Auf alten Fotografien im Erdölmuseum ist ein Teil der ehemals über 2000 Bohrtürme zu erkennen, sodass man glauben konnte, man stünde in Texas.Erst im Jahr 1963 wurde das Wietzer Ölfeld stillgelegt.<h2>Verkaufsschlager Lampenöl</h2>Die erste Raffinerie für Erdöl der Welt stand nicht in Cleveland bei der Standard Oil Company, auch nicht in Baku bei den „russischen Rockefellers“. Sie stand im polnischen Ulaszowice; eingerichtet hatte sie im Jahr 1856 der Erfinder der Petroleumlampe Ignacy Łukasiewicz.15) Dieser polnische Chemiker und Apotheker, der aus den nördlichen Karpaten stammte, untersuchte um 1852 die pharmazeutischen Eigenschaften von Ölen aus Sickergruben. Er kam auf die Idee, diese Sickeröle als Quelle für Lampenöle und damit als Alternative für die knappen und teuren Walöle zu nutzen.Ab 1852 führte Łukasiewicz zahlreiche pharmazeutische Untersuchungen am Erdöl durch, das in der Region aus Sickergruben bezogen wurde. Um einen sauberen Brennstoff zu erhalten, suchte er gemeinsam mit seinem Kollegen Jan Zeh in Lemberg nach einem Verfahren, um dünnflüssiges Petroleum zu gewinnen. Er nutzte dabei ein vom Kanadier Abraham Gesner entwickeltes Destillationsverfahren. Nach vielen wenig erfolgreichen Versuchen erhielt er ein Destillat, das er als Lampenöl in einem mit dem Blechschmied Adam Bratkowski 1853 gebauten Prototypen einer Petroleumlampe erprobte. Die neuartige Petroleumlampe wurde im Lemberger Krankenhaus bei einer Blinddarmoperation eingesetzt. Daraufhin orderte das Krankenhaus etliche Lampen und das Petroleum. Im Oktober 1853 zog Łukasiewicz nach Gorlice und pachtete eine Apotheke. Er setzte zusammen mit Jakub Kozik seine Entwicklungsarbeiten für verbesserte Petroleumlampen fort. 1854 brannte die ersten Straßenbeleuchtung mit Petroleumlampen in dem Städtchen.Ebenfalls im Jahr 1854 trafen sich zufällig Łukasiewicz und Tytus Trzecieski, der Philosoph und zugleich Chemiker war sowie Landwirt und Landgutsbesitzer in Polanka in der Nähe von Krosno. Im Gegensatz zu den meisten lokalen Landwirten verwendete er das in dem Bobrzecki-Wald gesammelte Erdöl nicht nur zur Behandlung seiner Schafe. Er hatte das weitergehende Potenzial der schwarzen Schmiere erkannt und ermunterte Łukasiewicz, seine Arbeiten zu intensivieren: „Diese Flüssigkeit ist ein zukünftiger Reichtum des Landes, das Wohlergehen und der Wohlstand für die Menschen, ist eine neue Einkommensquelle für die armen Menschen und ein neuer Industriezweig, der reichlich Früchte bringt.“Tatsächlich entwickelten sich die neuen Petroleumlampen zu einem Verkaufsschlager, und das Lampenöl aus den seichten Sickergruben wurde knapp. Ignacy Łukasiewicz und Tytus Trzecieski schlossen sich mit Mikołaj Klobassa zusammen, um in der Nähe von Bóbrka, etwa 10 km südwestlich von Krosno, das weltweit erste Ölbergwerk zu errichten. Das Öl wurde dabei aus 30 bis 50 Meter Tiefe in per Hand gegrabenen Schächten geschöpft. Später grub man die Schächte bis in eine Tiefe von 150 m.Łukasiewicz gilt als wichtiger Pionier der Erdölgewinnung in Europa. In der Folge seiner Tätigkeit entwickelte sich das Karpatenvorland Galiziens in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zur drittgrößten Erdölregion der Erde, wobei neben den Ölfeldern in der Region Gorlice jene bei Borysław und Kołomyja am bedeutendsten waren.<h2>Die älteste noch produzierende Raffinerie</h2>Ein bis heute unbekannter Pionier des Erdölzeitalters ist Wilhelm Lepenau.16,17) Dieser deutsche Pionier der Erdölraffination gründete die Raffinerie Salzbergen, die älteste noch produzierende Spezialraffinerie der Welt. Wilhelm Lepenau wurde als Wilhelm Levinau als Sohn eines reichen jüdischen Bankiers in Hanau geboren. Mit 19 Jahren wurde er an der Universität Gießen beim Liebig-Nachfolger Heinrich Will promoviert. Levinau änderte seinen Namen und konvertierte in der Folge zum evangelisch-lutherischen Christentum.Im Jahr 1861 wurde er mit 23 Jahren Mitinhaber – neben fünf weiteren Geschäftspartnern – der Paraffin- und Photogenfabrik in Salzbergen nördliche von Rheine im Emsland.18) Die erhielt vom Königlichen Amt in Lingen die Erlaubnis, aus dem in Salzbergen vorkommenden bituminösen Schiefergestein Öl zu gewinnen. Die Technik dazu war aufwendig: Täglich wurden 100 Tonnen Schiefergestein zerkleinert, aus dem dann in gusseisernen Retorten das Öl abdestilliert wurde. So kam man auf 200 Liter pro Tag. Zu wenig, und die Ölgewinnung wurde eingestellt. Wilhelm Lepenau sprang danach auf den fahrenden Zug der aufkeimenden Erdölindustrie in Amerika auf. Er importierte Rohöl aus Pennsylvania und arbeitete es in der Raffinerie Salzbergen per Blasendestillation zu Benzin, Lampenöl und Schmieröl auf. In dem Werk, das nun als „Dr. H. W. Lepenau-Fabrik“ firmierte – mit Lepenau als Alleininhaber –, waren 15 Arbeiter beschäftigt. Später verarbeitete die Raffinerie auch Rohöl aus Baku, Wietze und Texas. Das Unternehmen expandierende rasch; 1880 schloss Lepenau einen lukrativem Vertrag mit der Reichsbahn zur Versorgung mit Schmierölen.Wilhelm Lepenau starb im Oktober 1901. Schon als er zwei Jahre zuvor schwer erkrankt war, wurde das Unternehmen in eine GmbH umgewandelt. In der Folge kam es zu mehrfachen Wechseln der Anteilseigner, 1933 erwarb die Wintershall AG die Raffinerie. Im Zweiten Weltkrieg fast komplett zerstört, wurde die Raffinerie danach zu einer der modernsten und erfolgreichsten Raffinerien Europas wieder aufgebaut. Nach weiteren Eigentümerwechseln firmiert das „Ölwerk“, wie die Salzbergener es nennen, heute unter dem Namen H&amp;R Chem-Pharm-Gruppe als Tochterunternehmen der H&amp;R Wasag AG.Im Jahr 2010 beging die weltweit älteste noch produzierende Raffinerie mit ihren heute etwa 360 Mitarbeitern das 150. Jubiläum. Weit gehend vergessen ist der Gründer, Wilhelm Lepenau, lediglich in Salzbergen wird an ihn erinnert.<figure><img src="https://media.graphcms.com/re8QuSRgyCao72Uzj72g"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Mit seinen erfolgreichen Erdölbohrungen startete Edwin Drake (links oben) ab 1859 das Erdölzeitalter in den USA: Im Bild zu sehen sind Ölfelder in Pennsylvania in den 1860er Jahren. John Rockefeller (rechts oben) machte ein Vermögen als „Ölbaron“ und gilt als Begründer der Petroindustrie. Fotos: Wikimedia Commons</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/DO546mpEQGiJIAgOVlvu"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Ein Pionier der Erdölindustrie war auch Ignacy Łukasiewicz (1822 – 1882), der Erfinder der Petroleumlampe. Er bezog Erdöl aus dem Karpatenvorland Galiziens, das Ende des 19. Jahrhunderts zur drittgrößten Erdölregion der Erde aufstieg. Fotos: Wikimedia Commons</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/ZYRVksQROyUtN0lwdWRA"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Das Wietzer Ölfeld in der Lüneburger Heide, Anfang des 20. Jahrhunderts. Georg Hunaeus (oben links) leitete mit der ersten Erdöl-Tiefbohrung auf deutschem Boden in Wietze im Jahr 1858 die Erschließung der niedersächsischen Ölfelder ein. Die Bohrungen von Friedrich Hasenbein (rechts) lösten ab 1899 einen Erdölboom in Wietzen aus. Fotos: Deutsches Erdölmuseum, <a href="https://wietze-infos.de" target="_blank">wietze-infos.de</a></figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/3ic92M5pS6dAvTpQtzTp"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Wilhelm Lepenau (1838 – 1901) gründete die älteste heute noch produzierende Spezialraffinerie der Welt im niedersäschsischen Salzbergen. Foto: Heimatverein Salzbergen</figcaption></figure>
<h2>AUF EINEN BLICK</h2>Als Startschuss für das Erdölzeitalter gelten Edward Drakes erfolgreiche Bohrungen in Pennsylvania im Jahr 1859 und der Aufbau der petrochemischen Großindustrie durch John Rockefeller.Zu den unbekannteren Pionieren gehören der Erfinder der Petroleumlampe Ignacy Łukasiewicz und Friedrich Hasenbein, der 1898 die deutsche Erdölförderung begründete.Die älteste heute noch produzierende Spezialraffinerie der Welt steht im niedersächsischen Salzbergen. Ihr Gründer ist Wilhelm Lepenau.<h2>Der Autor</h2>Heribert Offermanns, Jahrgang 1937, ist Chemiker und war fast 25 Jahre lang Mitglied des Vorstands von Degussa bis zum Jahr 2000. Für die Nachrichten aus der Chemie verfasst er regelmäßig unter anderem chemiehistorische Beiträge.<div><img src="https://media.graphcms.com/lcD7gcPqQiurOD5QvspV">

</div>
<ul class="references"><h2>Allgemeine Literatur:</h2><li>
1 Erdöl – Lexikon der Chemie – Spektrum der Wissenschaft, <a href="https://www.spektrum.de/" target="_blank">www.spektrum.de/</a> lexikon/chemie/erdoel/3023</li><li>
2 Erdöl, in: Energierohstoffe 2009 – Reserven, Ressourcen, Verfügbarkeit – Erdöl, Erdgas, Kohle, Kernbrennstoffe, Geothermische Energie [Hrsg.: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe], Hannover 2009, S. 31–70</li><li>
3 G. Barudio, Tränen des Teufels, Klett-Kotta, Stuttgart, 2001</li><li>
4 W. Rühl, Energiefaktor Erdöl, Edition Interfrom (Texte und Thesen), Zürich 1989</li><li>
5 F. Werner, Erdöl- der wertvollste Rohstoff unserer Zeit, Gloria-Verlag, Spreitenbach 1971</li><li>
6 H. Offermanns, M. Salesch, Das Erdölzeitalter: Kurze Episode in der Menschheitsgeschichte, Chem. Unserer Zeit 2014, 364.</li>Spezielle Literatur:<li>
7 Edwin Drake: American Oil Driller; Encyclopædia Britannica (Last Updated: Nov 4, 2020); <a href="https://www.britannica.com/biography/Edwin-Laurentine-Drake" target="_blank">www.britannica.com/biography/Edwin-Laurentine-Drake</a></li><li>
8 John D. Rockefeller: American industrialist; Encyclopædia Britannica (Last Updated: Juli 20,2020, <a href="https://www.britannica.com/biography/John-D-Rockefeller" target="_blank">www.britannica.com/biography/John-D-Rockefeller</a></li><li>
9 M. Kunz, Die russischen Rockefeller; FOCUS Online (9.9.2015); <a href="https://www.focus.de/wissen/mensch/geschichte/biografien/tid-12785/biografie-die-russischen-rockefellers_aid_353712.html" target="_blank">www.focus.de/wissen/mensch/geschichte/biografien/tid-12785/biografie-die-russischen-rockefellers_aid_353712.html</a></li><li>
10 Juri Semjonow: Erdöl aus dem Osten. Die Geschichte der Erdöl- und Erdgasindustrie in der Sowjetunion, Econ Verlag Düsseldorf/Wien 1973</li><li>
11 Deutsches Erdölmuseum Wietze bei Celle (eröffnet 1970), Publikationen</li><li>
12 Klein Texas in der Heide – Das Ölfeld Wietze und Deutschland bis 1945, Begleitheft zur Sonderausstellung 1.5. bis 30.11.1998</li><li>
13 M. Salesch, Die vorindustrielle Erdölförderung in Deutschland bis 1918, Deutsches Erdölmuseum Wietze – Ölpost (Ausgabe 009, Oktober 2010</li><li>
14 W. Rühl, 125 Jahre Erdöl in Wietze: [Festvortrag … anläßlich der Jubiläumsveranstaltung auf dem Gelände des Erdölmuseums in Wietze am 17. September 1983]</li><li>
15 Ignazy Lukasiewicz – Kurzbiographie in „Lexikon bedeutender Chemiker“, Herausgeber W. R. Pötsch, VEB Bibliographisches Institut Leipzig (1988), siehe auch: <a href="https://www.encyclopedia.com/history/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/lukasiewicz-ignacy" target="_blank">www.encyclopedia.com/history/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/lukasiewicz-ignacy</a></li><li>
16 W. Lepenau Kurzbiographie in <a href="https://dewiki.de/Lexikon/Wilhelm_Lepenau" target="_blank">https://dewiki.de/Lexikon/Wilhelm_Lepenau</a>;</li><li>
17 K. Geerdes, Artikel Lepenau, Dr. Wilhelm Heinrich, in: Emsländische Geschichte [Hrsg.: Studiengesellschaft für Emsländische Regionalgeschichte], Band 14. Haselünne 2007, S. 275–283.</li><li>
18 K. Geerdes, Das Ölwerk in Salzbergen – 150 Jahre lebendige Industriegeschichte, in: Jahrbuch des Emsländischen Heimatbundes, Band 56/2010, Sögel 2009, S. 99–114.</li></ul>

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