Seitdem Wöhler gezeigt hat, dass organische Stoffe auch im Labor herstellbar sind (ohne das ein lebender Organismus dafür benötigt wird), waren Forscher immer auf der Suche nach “Ausgangsstoffen” zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen.
“Die Verkokung von Kohle”
Der erste (in großen Mengen) verwendete Ausgangsstoff zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen war die Kohle. Bis etwa Mitte des 20. Jahrhunderts war die Kohle einer der wichtigsten Ausgangsstoffe für die Organische Chemie. Dabei wurde durch die sogenannte “Verkokung von Steinkohle” Aromaten und weitere Kohlenwasserstoffe gewonnen. Bei diesem Verfahren wurde unter Ausschluss von Luft bei Temperaturen bis ca.1000 °C die Ausgangsstoffe (diverse Kohlearten) zersetzt.
“Calciumcardbid-Verfahren”
Ebenfalls zu dieser Zeit wurde bereits Ethin großtechnisch hergestellt. Dabei wurde das Ethin durch die Reaktion von Calciumcarbid mit Wasser als Reaktionsprodukt erhalten. Das hierfür benötigte Calciumcarbid stellte man aus Kohle und Kalkstein in Elektroöfen her.
Aufgrund des hohen Energieaufwands zur Erzeugung von Calciumcarbid bzw. der Verkokung von Kohle haben sich ab der Mitte des 20. Jahrhaunderts andere Synthesemöglichlichkeiten für Kohlenwasserstoffe durchgesetzt.
“Bergius-Verfahren”
Eines der Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen ist das sogenannte “Bergius-Verfahren”. Dabei lässt man Wasserstoff mit Kohlepulver (ein Gemisch aus Kohlepulver und einem Katalysator) bei hohen Temperaturen und Drücken reagieren (bis zu 400 bar und 500°C). Dabei entstehen verschiedene (gesättigte) Kohlenwasserstoffe, die nach der Reaktion durch Destillation voneinander getrennt werden. Da bei dieser Synthesemethode (Hydrierung von Kohlenstoff) hauptsächlich langkettige, flüssige Kohlenwasserstoffe gebildet werden, wird das Bergius-Verfahren auch als Kohleverflüssigung bezeichnet.
“Fischer-Tropsch-Verfahren”
Ähnlich wie beim Bergius-Verfahren wird als Ausgangsstoff Wasserstoff verwendet. Als “Kohlenstoffausgangsmaterial” wird sogenanntes Wassergas (eine Mischung aus Kohlenstoffmonooxid und Wasserstoff) verwendet. Das Wassergas wird bei dem Fischer-Tropsch-Verfahren durch die Umsetzung von Wasserdampf mit Kohle (bei hohen Temperaturen und Drücken) erzeugt. Dieses Wassergas wird nun über Katalysatoren (Eisen- oder Cobalt-Katalysatoren) geleitet, wobei sich unterschiedliche (ungesättigte) Kohlenwasserstoff bilden. Diese Kohlenwasserstoff werden anschließend (wie bei dem Bergius-Verfahren destillativ getrennt). Da man bei diesem Verfahren Wasserdampf als Ausgangsstoff verwendet (und die anschließenden Ausgangsstoffe [Wassergas] gasförmig vorliegen, wird das Fischer-Trposch-Verfahren auch als Kohlevergasung bezeichnet.
Das Fischer-Tropsch-Verfahren ist eine eher wenig selektive Darstellungsmöglichkeit von Kohlenwasserstoffen, so entstehen neben den gesättigten Kohlenwasserstoffen auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe (und in Folge dessen auch Alkohole)
Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die ausschließlich aus den Elementen Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) bestehen.
Zu den Aromaten, einer Kategorie von Kohlenwasserstoffen, gehören beispielsweise Benzol, Toluol und Xylol. Ein Beispiel für Benzol könnte sein: C6H6, Toluol: C7H8 und Xylol: C8H10.
Aliphaten sind eine andere Kategorie von Kohlenwasserstoffen. Dazu gehören Verbindungen mit offenen Ketten wie Alkane (z.B. Methan: CH4), Alkene (z.B. Ethylen: C2H4) und Alkine (z.B. Acetylen: C2H2).
Kohlenwasserstoffe werden hauptsächlich in der Öl- und Gasindustrie hergestellt und die Hauptbestandteile sind Erdöl und Erdgas.
Der Hauptprozess zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl ist die Destillation, bei der das Rohöl in verschiedene Komponenten (Fraktionen) aufgeteilt wird.
Kohlenwasserstoffe aus Erdgas werden hauptsächlich durch den Prozess der Cracken gewonnen.
Kohlenwasserstoffe sind die Grundlage für viele Produkte wie Kraftstoffe, Lösungsmittel, Kunststoffe und andere chemische Verbindungen.
Die Herstellung von Kohlenwasserstoffen hat signifikante Umweltauswirkungen, einschließlich der Freisetzung von Treibhausgasen, der Erschöpfung von natürlichen Ressourcen und möglicher Schäden an Ökosystemen durch Bohr- und Förderaktivitäten.
Cracking ist ein Prozess, bei dem große Kohlenwasserstoffmoleküle in kleinere Moleküle aufgeteilt (gebrochen) werden. Dies wird typischerweise durch das Erhitzen der großen Moleküle in Gegenwart eines Katalysators erreicht, wodurch kleinere, nützlichere Kohlenwasserstoffe entstehen.
Kohlenwasserstoffe bestehen aus einer Verbindung von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. In aliphatischen Kohlenwasserstoffen bilden sie offene Ketten, während sie in aromatischen Kohlenwasserstoffen ringförmige Strukturen bilden.