Benzin wurde vor etwa 160 Jahren als Nebenprodukt der Erdölraffination zur Herstellung von Kerosin entdeckt. Damals wurde Benzin nicht genutzt, sondern in den Raffinerien verbrannt, in Brenngas für Gaslampen umgewandelt oder einfach entsorgt. Vor etwa 125 Jahren, in den frühen 1890er Jahren, begannen die Erfinder des Automobils zu erkennen, dass Benzin als Kraftstoff wertvoll ist. 1911 übertraf Benzin erstmals Kerosin, und bis 1920 fuhren in den USA etwa 9 Millionen Benzinautos, wobei landesweit Tankstellen eröffnet wurden, um die wachsende Zahl von Autos und Lastwagen zu versorgen.1
Heute ist Benzin der Hauptkraftstoff für leichte Fahrzeuge und verbraucht etwa 90 % der in den USA verkauften Produkte.2 Benzin wird auch in Motorrädern, Freizeitfahrzeugen, Booten, kleinen Flugzeugen, Baumaschinen, Elektrowerkzeugen und tragbaren Generatoren verwendet. Die Amerikaner verbrauchen durchschnittlich mehr als eine Gallone Benzin pro Person und Tag, wobei der Verbrauch in den USA am 31. Dezember 2016 bei etwa 392 Millionen Gallonen pro Tag lag.3
Woher kommt also all dieses Benzin und wie gelangt es in den Kraftstofftank eines Autos? Lesen Sie weiter, um mehr über die Herstellung und Verteilung von Benzin zu erfahren.
Benzin wird aus Rohöl hergestellt, das Kohlenwasserstoffe (organische Verbindungen, die nur aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen bestehen) enthält. Rohöl wurde immer durch vertikale Bohrlöcher gewonnen, die aus unterirdischen und unter dem Meeresboden liegenden Lagerstätten gebohrt wurden. Ein Bohrloch ist im Grunde ein rundes Loch, das mit Metallrohren, sogenannten Verrohrungen, ausgekleidet ist. Am unteren Ende der Verrohrung befinden sich Löcher, durch die Öl aus der Lagerstätte einströmt. Viele Ölquellen produzieren auch Erdgas, das hauptsächlich für stationäre Anwendungen wie die Hausheizung verwendet wird, aber mit geeigneten Fahrzeugumrüstungen auch als Kraftstoff dienen kann.
Moderne Ölquellen beginnen immer mit einem vertikalen Bohrloch, können sich aber von dort aus in mehrere Richtungen und verschiedene Tiefen verzweigen. Diese Sekundärbohrungen ermöglichen den Zugang zu zusätzlichem Öl und steigern die Produktion, während die Oberflächenstörung minimiert wird. Horizontales Bohren ist eine gängige Technik beim Hydraulic Fracturing, bei dem Flüssigkeitsinjektionen und Sprengstoffe verwendet werden, um das Gestein um das Bohrloch zu brechen und zusätzliches Öl und Erdgas freizusetzen. Horizontale Bohrlöcher können sich über mehrere Kilometer vom Hauptbohrloch erstrecken.
Es gibt einige wenige Bohrlöcher, in denen der innere natürliche Druck das Öl an die Oberfläche drückt, aber die meisten Bohrlöcher benötigen eine Form von Unterwasser- oder Oberflächenpumpen. Um so viel Öl wie möglich während der Lebensdauer eines Bohrlochs zu extrahieren, können mehrere zusätzliche Prozesse eingesetzt werden. Gängige Sekundärförderverfahren umfassen das Einpressen von Wasser, Gas oder Dampf in das Bohrloch. Wenn die Rohölpreise fallen, können Bohrungen mit geringer Produktion stillgelegt und bei steigenden Preisen wieder in Betrieb genommen werden.
Entgegen der landläufigen Meinung variiert die Farbe von Rohöl von fast klar bis tiefschwarz, und die Viskosität reicht von wasserähnlich bis fast fest. Auch die Qualität von Rohöl variiert stark, wobei Öle aus derselben allgemeinen Region tendenziell ähnliche Eigenschaften aufweisen. Die Ölqualität basiert auf chemischen Analysen, wobei die beiden wichtigsten Werte die Molekulardichte und der Schwefelgehalt sind.
Öl mit kurzen Kohlenwasserstoffketten und einer Dichte nach dem American Petroleum Institute (API) von 34 oder höher gilt als „leicht“, zwischen 31 und 33 als „mittel“ und 30 oder weniger als „schwer“. Öl mit einem Schwefelgehalt von weniger als 0,5 Gewichtsprozent wird als „süß“ bezeichnet, höhere Werte als „sauer“. Leichtes, nicht korrosives Rohöl ist die wertvollste Art, da es einfacher und kostengünstiger zu raffinieren ist und mehr Endprodukte liefert.
Es gibt 46 große ölexportierende Länder, aber die Rohölpreise werden in der Regel auf der Grundlage eines von drei Hauptprodukten angegeben: West Texas Intermediate, North Sea Brent oder UAE Dubai. Die Preisbildung für diese Produkte dient als Barometer für die gesamte Erdölindustrie. Die Ölpreise basieren auf den Kosten für einen „Barrel“ Rohöl von 42 Gallonen, eine Maßeinheit, die auf die Anfänge der Erdölförderung zurückgeht.
In der Vergangenheit importierten die USA große Mengen an Rohöl und anderen Erdölprodukten. Der Höhepunkt wurde 2005 erreicht, als die Nettoimporte (Importe abzüglich Exporte) 12,6 Millionen Barrel pro Tag betrugen. In jüngerer Zeit haben kontinuierliche Exploration und fortschrittliche Extraktionsverfahren die inländische Ölproduktion erhöht und die Ölimporte verringert. 2016 betrugen die Nettoimporte nur 4,9 Millionen Barrel pro Tag, was etwa 25 % des gesamten US-Erdölverbrauchs entspricht. Dies ist ein leichter Anstieg gegenüber 24 % im Jahr 2015, dem niedrigsten Stand seit 1970.4
Sobald Rohöl aus einer Quelle gewonnen wird, wird es in großen Tanks gelagert, bevor es zu Raffinerien transportiert wird. Pipelines, Schiffe und Schuten sind häufig verwendete Methoden zum Transport von Rohöl. In den letzten Jahren hat die steigende Produktion in Gebieten ohne Pipeline- oder Wasserstraßenzugang jedoch dazu geführt, dass mehr Rohöl in Tankwagen per Bahn transportiert wird. Sehr dicke, schwere Formen von Rohöl wie Ölsande müssen mit Lösungsmitteln verdünnt werden, bevor sie durch Pipelines gepumpt oder auf andere Weise transportiert werden können.
Alle Methoden zum Transport von Rohöl bergen potenzielle Umweltrisiken. Allerdings bringen entgleiste Ölzüge zusätzliche Risiken mit sich, da Züge regelmäßig durch Städte und Dörfer fahren und Ölverschmutzungen und potenzielle Brände erhebliche Sachschäden und den Verlust von Menschenleben verursachen können.
Um diesen Bedenken zu begegnen, veröffentlichte das Verkehrsministerium im Mai 2015 eine endgültige Regelung, die verbesserte Standards für Tankwagen, neue Betriebsrichtlinien für den Transport großer Mengen entflammbarer Flüssigkeiten per Bahn sowie verbesserte Notfallpläne und Schulungen umfasst. Die Bahnindustrie hat sich für einen beschleunigten Austausch älterer Tankwagen ausgesprochen, die Gleisinspektionen zur Minimierung des Entgleisungsrisikos erhöht und spezielle Technologien eingeführt, um bei der Bestimmung der sichersten Bahnstrecken für den Öltransport zu helfen.5
Raffinerien sind große Industrieanlagen, die aus Rohöl und manchmal auch anderen Rohstoffen wie Biomasse kommerzielle Produkte herstellen. Mehr als die Hälfte der US-Erdölraffinationskapazität befindet sich am Golf von Mexiko, der Rest ist über das ganze Land verteilt – in der Regel in der Nähe von Ölquellen oder Transportpipelines und Wasserstraßen.
Erdölraffinerien arbeiten rund um die Uhr, müssen aber regelmäßig für Wartung und Reparaturen geschlossen werden. Normalerweise geschieht dies im Frühjahr und Herbst, wenn Raffinerien Änderungen für den Wechsel von der Sommer- zur Winterbenzinproduktion oder umgekehrt vornehmen müssen. Die Unterschiede zwischen beiden werden später erläutert.
Raffineriestillstände wirken sich auf die regionale Benzinnachfrage aus und werden in der Regel im Voraus geplant und sorgfältig überwacht. Dies ermöglicht es den Vertriebsnetzwerken, die notwendigen Anpassungen vorzunehmen, um eine unterbrechungsfreie Kraftstoffversorgung sicherzustellen. Unerwartete Raffineriestillstände aufgrund technischer Probleme oder extremer Wetterbedingungen können zu kurzfristigen regionalen Benzinknappheiten und steigenden Kraftstoffpreisen führen.
Fast das gesamte in den USA verkaufte Benzin wird hier raffiniert, und die USA exportieren auch große Mengen Benzin in andere Länder – im Jahr 2016 über 230 Millionen Barrel.6 Die Raffination von Rohöl zu Endprodukten ist ein äußerst komplexes Unterfangen. Die folgende Beschreibung gibt einen Überblick über den Raffinationsprozess mit Schwerpunkt auf der Benzinproduktion.
Alle Raffinerien verwenden einen primären Prozess namens fraktionierte Destillation, um Rohöl in verschiedene Komponenten aufzutrennen. Die fraktionierte Destillation beinhaltet das Erhitzen von Rohöl auf seinen Siedepunkt (etwa 600°C) und das Einleiten des Dampfes in einen Destillationsturm. Während der heiße Dampf im Turm aufsteigt, kühlt er ab, und verschiedene „Fraktionen“ des Rohöls kondensieren und werden auf verschiedenen Höhen und Temperaturen gesammelt. Schwere Fraktionen wie Schmieröle haben hohe Siedepunkte und kondensieren nahe dem Boden des Turms. Leichte Fraktionen wie Propan und Butan haben niedrige Siedepunkte und steigen nach oben. Benzin, Kerosin, Heizöl und Dieselkraftstoff werden im mittleren Teil des Turms gesammelt.
Nur sehr wenige Erdölprodukte, darunter Benzin, sind gebrauchsfertig, wenn sie den Destillationsturm verlassen. Viele sekundäre Raffinationsprozesse sind erforderlich, um die Fraktionen zu veredeln und in marktfähige Produkte umzuwandeln.
„Cracking“ umfasst Verfahren, bei denen schwere Fraktionen in leichtere Fraktionen aufgespalten werden. Dies wird häufig verwendet, um Benzinbestandteile aus Schweröl herzustellen. Es gibt viele Formen des Crackings, wie Fluid Catalytic Cracking, Hydrocracking und Coking/Pyrolyse. Jede führt zu eigenen Kohlenwasserstoffketten,