Brennstoffe [2]

[108] Brennstoffe. – Das in Bd. 2 der 2. Aufl. auf S. 277 u. ff. Mitgeteilte ist durch Nachstehendes zu ergänzen:

a) Feste Brennstoffe.

Fossile Brennstoffe. Die Steinkohlen des Karbons sind saß allgemein auf die obere aus terrestrischen Bildungen, glimmerreichen Schiefertonen und Sandsteinen bestehende produktive Abteilung beschränkt, während die untere Abteilung aus marinen Ablagerungen, Kalk, Kieselschiefern u.s.w. bestehend, selten Flöze führt. Ausgenommen von dieser Regelmäßigkeit der westeuropäischen Entwicklung sind die ausgedehnten Ablagerungen Rußlands, Chinas und des mittleren Teiles von Nordamerika, in denen sowohl unteres wie oberes Karbon aus vorwiegend marinen, Flöze führenden Schichten besteht. Der größte Teil der auf der südlichen Erdhälfte, in Südamerika, Südafrika, Madagaskar und den Ländern des Indischen Ozeans befindlichen Steinkohlenlager gehört nicht dem Karbon, sondern einer besonderen Bildung, der Gondwanaformation an, die zwischen Oberkarbon und Jura liegt.

Die Entstehung der Kohlen hat nach Potonié mit der Flachmoorbildung unserer Tage große Aehnlichkeit und ist auf zwei Hauptvorgänge zurückzuführen, nämlich 1. die Faulschlammbildung, die durch Absterben und Zubodensinken der stets sich erneuernden Algenvegetation zusammen mit den Kleinlebewesen des Wassers vor sich geht, und 2. die Humusbildung, welche vom Ufer her vordringende Sumpf- und Wasserpflanzen sowie Baumgewächse verursachen. Als Faktoren der Kohlewerdung kommen in Betracht: Einflüsse der Atmosphäre und Tätigkeit von Bakterien; d.h. Vermoderung und Verwesung; ferner nach Ueberschüttung durch Sand und Gesteinsmassen hoher Druck und lange Zeiträume. Der Umwandlungsprozeß geht hauptsächlich unter Abspaltung von Wasser, Kohlensäure und schließlich Grubengas vor sich und ist auch heute keineswegs beendet, wie die ständige Entwicklung von Kohlendioxyd (schwere Wetter) in den Braunkohlengruben und jüngeren Steinkohlenlagern, von Methan (schlagende Wetter) in den älteren Steinkohlenlagern von den Fettkohlen an zeigt. Da im Wasser auf 2 Gewichtsteile H 16 Gewichtsteile O, im Kohlendioxyd auf 12 Gewichtsteile C 32 Gewichtsteile O kommen, so muß der C-Gehalt der Kohlen mit wachsender Zersetzung und wachsendem Alter höher werden. Wie die folgende Tabelle zeigt, ist das in der Tat der Fall. Hand in Hand damit geht eine Zunahme des disponiblen Wasserstoffs, die ihren Höhepunkt beim Uebergang von der Fettkohle zur Magerkohle erreicht.


Brennstoffe [2]

Während die kohlebildenden Vorgänge bei humusreichen Stoffen zunächst zur Torfbildung, dann zu Braunkohle und bei den Steinkohlen zur Glanzkohle führte, gestaltete sich die Kohlewerdung des Faulschlamms infolge seines hohen Gehaltes an Wachs-, Fett- und Proteinsubstanzen insofern abweichend, als der vorhandene Wasserstoff fast ganz erhalten blieb. Daher ist die Mattkohle (Faulschlammkohle), welche den Dysodil der Braunkohlenformation und die [108] Cannelkohle des Karbons bildet, reich an disponiblem Wasserstoff bezw. Bitumen und liefert bei der Destillation viel Gas und Teer.

So nahe es liegt, die Kohlen vom Torf bis zum Anthrazit als eine genetische Reihe aufzufassen, so sprechen doch neuere Forschungen von Donath u.a. dagegen. Hier sei nur erwähnt, daß die Braunkohlen sich von den Steinkohlen insbesondere dadurch unterscheiden, daß sie die Methoxylgruppe enthalten und bei der Destillation Essigsäure geben, während das bei den Steinkohlen nicht der Fall ist. Folgende Reihen sind als unmittelbare Umwandlungsstufen anzusehen: 1. HolzLignit, 2. Torf–magere Braunkohle, 3. Gasflammkohle–Fettkohle–Magerkohle. Es ist nicht anzunehmen, daß sich Braunkohlen jemals in Steinkohlen verwandeln könnten. Die Art der ursprünglichen Vegetation und der geologischen Bedingungen muß als Ursache für diesen grundlegenden Unterschied der einzelnen Reihen angesehen werden.

Die Kohlenvorräte der Erde belaufen sich nach den Mitteilungen des Internationalen Geologischen Kongresses in Toronto 1913 auf folgende Mengen (in Milliarden Tonnen): Steinkohlen nachgewiesen 305 (95), wahrscheinlich und möglich 4000 (315); Braunkohle 411 (9) bezw. 2500 (4). Die Zahlen in Klammern bezeichnen den Anteil Deutschlands.

Torf. Seit Anfang dieses Jahrhunderts hat sich die Technik in größerem Maße der Verwertung der Moore als Brennstoffquelle unter gleichzeitiger Urbarmachung für die Landwirtschaft zugewandt. Viele Mißerfolge hatten ihren Grund in der unterschätzten Bedeutung des hohen Wassergehaltes und daher geringen Heizwertes des Torfes. Künstliche Trocknung von Rohtorf ist ausgeschlossen. Als wirtschaftlich hat sich die Herstellung von Maschinentorf erwiesen, den man bereitet, indem man durch die üblichen Reiß-, Knet- und Formmaschinen mit oder ohne Torfbagger und Sodenableger das pflanzliche, stark wasserzurückhaltende Gewebe in eine breiartige Masse verwandelt, die dann an der Luft um so besser trocknet, schrumpft und an Brennbarkeit zunimmt, je wirksamer die Maschine arbeitet.

Da die wirtschaftliche Verwendung des Torfes als Brennstoff seinen weiteren Transport ausschließt, hat man im Moore selbst Elektrizitätskraftwerke gebaut; in Deutschland im Schwegermoor bei Osnabrück und im Wiesmoor bei Aurich. Beide Werke vergasen den Torf. Ersteres verwendet das Gas in Gasmaschinen; es versorgt den Bezirk Osnabrück mit Elektrizität. Letzteres verbrennt es unter Dampfkesseln; sein Versorgungsbereich reicht von Wilhelmshaven bis Emden. Der Torf wird elektrisch gebaggert und geformt und lufttrocken auf automatisch gespeisten Treppenrosten verbrannt. Außer für häusliche Zwecke läßt Torf sich gut für die Beheizung von Kalköfen, Glashütten, Tonwarenfabriken und ähnlichen Anlagen verwenden, wobei jedoch stets eine seiner Eigenart angepaßte Feuerungsanlage erforderlich ist. Ost ist es zweckmäßig, ihn in Kraftgas überzuführen durch Verbrennen in schachtofenähnlichen Erzeugern unter Einblasen von Luft und Wasserdampf. Aus 1 kg Torf erhält man etwa 2,8 cbm Gas von je 1200 WE. – Bei der trockenen Destillation verhält sich der Torf dem Holz ähnlich. Aus trockenem, dichten, aschearmen Maschinentorf hergestellte Torfkohle (oder Torfkoks) ist der Holzkohle gleichwertig. 100 kg Torf mit 25% Wasser gaben 33 kg Torfkohle, 4 kg Teer, 0,6 kg Ammonsulfat, 0,5 kg essigsauren Kalk und 0,3 kg Holzgeist. Aehnlich wie beim Holz ist die chemische Zusammensetzung der reinen Torfmasse nur geringen Schwankungen unterworfen und beträgt durchschnittlich 58% C, 5,5% H, 36,5% O ohne Berücksichtigung des Stickstoffs, der bei Hochmoortorfen gegen 1%, bei Niederungstorfen 3–4% ausmacht. Lufttrockener und aschefreier Torf enthält etwa 44% C, 4% H, 27% O, 25% Wasser. Die Natur der organischen Bestandteile des Torfes ist bisher nicht aufgeklärt; ein Teil derselben ist in Alkali mit brauner Farbe löslich und wird als Huminsubstanz bezeichnet.

Braunkohle. Im letzten Jahrzehnt haben auch die Reviere in der Lausitz, in der Rheinprovinz, im Elsaß und in Südbayern eine reiche Entwicklung genommen. Die Förderung an Braunkohle betrug im Jahre 1913 im Deutschen Reiche 87,5 Millionen Tonnen, in Oesterreich-Ungarn 35,6 Millionen Tonnen; in den übrigen europäischen Ländern erreichte die Gewinnung die Höhe von kaum 1 Million Tonnen.

Nach ihrer Entstehung unterscheidet man im wesentlichen folgende Arten von Braunkohle:

1. Humuskohlen; Braunkohlen im engeren und eigentlichen Sinne. Lignit ist eine junge, Holzstruktur zeigende Kohle; Abarten sind Bast- und Nadelkohle. Zur Gattung der gemeinen oder erdigen Braunkohle gehören: Knorpelkohle, am Niederrhein Knabbenkohle, eine dichte Braunkohle mit undeutlicher Holzstruktur und unebenem Bruch, die sich in großen Stücken gewinnen läßt. Ferner Klarkohle, am Niederrhein Rieselkohle; sie zerfällt beim Anhauen in kleine Stücke oder Pulver. Hierher gehören auch Rußkohle, Moorkohle, Umbra. Pechkohle (Glanzkohle) hat glänzendschwarzes, steinkohlenähnliches Aussehen.

2. Faulschlammkohlen. Dysodil (Stinkkohle), lagenartig auftretende bitumenreiche zähe Kohle mit gelber bis brauner Farbe; beim Verbrennen entwickelt sie unangenehmen Geruch nach verdampfendem Paraffin und Petroleum. Andere Bezeichnungen sind Papierkohle, Schilfkohle, Blätterkohle u.s.w. Gagat ist eine schwarze, samtglänzende, politurfähige Kohle, die am Fuß der bayerischen Alpen vorkommt und zu Schmucksachen (Jet) verarbeitet wird.

3. Wachskohlen. Schwelkohle, in ihrer bitumenreichsten1 aber kaum noch vorkommenden Form Pyropissit (Bergkalk, Wachskohle), ist eine sehr harz- und wachsreiche erdige Braunkohle, die an der Luft schnell heller wird und gelb bis weiße Farbe annehmen kann. Sie ist der Rohstoff für die Braunkohlenschwelerei. Schmierkohle ist eine stark zerfetzte harzreiche Kohle von schmieriger Beschaffenheit.

An der Luft unterliegt die Braunkohle wahrscheinlich infolge ihres Gehaltes an Huminsäuren in stärkerem Maße als die Steinkohle einer langsamen Verbrennung, welche bei längerem Lagern der Kohle eine sehr merkliche Abnahme an C und H und Zunahme an O und Asche[109] bewirkt und sich unter geeigneten Bedingungen bis zur Entzündung steigert. Letztere wird, abgesehen von der chemischen Zusammensetzung, durch pulvrige Beschaffenheit und Feuchtigkeit der Kohle sowie Luftzutritt begünstigt.

Steinkohlen. Die gesamte Kohlengewinnung der Erde, größtenteils Steinkohle, betrug im Jahre 1913 1350 Millionen Tonnen; davon entfielen auf Vereinigte Staaten von Amerika 38%. Großbritannien 22%, Deutschland 21% (davon 191,4 Millionen Tonnen Steinkohlen).

Ein weiterer Einblick in das Wesen der Steinkohlen wird gewonnen auf folgender Grundlage: Die Rohkohle besteht in der Hauptmenge aus Reinkohle (C, H und O), ferner aus Wasser, Asche und anderen Nebenbestandteilen. So enthält z.B. lufttrockene Saar- und Ruhrkohle 1–4%, sächsische Steinkohle 6–15% Wasser, das man durch Erwärmen auf 100° entfernen kann. Nach dem Erkalten wird die hygroskopische Feuchtigkeit wieder aus der Luft aufgenommen. Aschereiche Teile der Kohle zerbröckeln im allgemeinen am leichtesten, so daß der Aschegehalt mit zunehmender Stückgröße abnimmt. Im Mittel besteht die Asche aus 56% SiO2, 36% Al2OS, 8% Fe2O3, 2% CaO, 1% MgO, 2% K2O, 1% SO3, während Karbonate, Phosphate und Chloride der Alkalimetalle fast ganz fehlen. Nach dem Aschegehalt bewertet man die Kohlen folgendermaßen: Weniger als 7% gut, 7–15% mittelmäßig, über 15% minderwertig. Aber es ist nicht nur wichtig, wieviel Asche vorhanden, sondern auch, wie hoch ihr Schmelzpunkt liegt (gewöhnlich 1100–1400°). Geschmolzene Asche (Schlacke) besitzt nämlich eine mehr oder weniger zähflüssige Beschaffenheit und bewirkt Verstopfung der Rostspalten. Durch geeignete Mischung der Kohlen kann man den Schmelzpunkt erhöhen. In anderen Fällen setzt man Kalk oder Hochofenschlacke zu und erzielt dadurch dünnflüssige Schlacken, was bei Generatorfeuerungen (Abstichgeneratoren) von Nutzen sein kann. In der Regel enthält die Asche unverbrannte Kohle bezw. Koksstückchen mechanisch eingeschlossen, von welchen sie gegebenenfalls durch Auslesen befreit wird, um dann als Isolier- oder geringwertiges Schottermaterial oder auch in Verbindung mit Zement als Baustein Verwendung zu finden.

Für die Charakterisierung und Verwertung der Kohlen sind im wesentlichen folgende Eigenschaften der Reinkohle maßgebend: Chemische Zusammensetzung, Heizwert, Gehalt an flüchtigen und nicht flüchtigen Bestandteilen und Beschaffenheit des Koks. Grundlage dieser Beurteilung bildet die Tatsache, daß Kohlen gleicher Herkunft, d.h. gleicher Altersstufe annähernd gleiche Eigenschaften zeigen. Der Gehalt der einzelnen Kohlenarten an C, H und O ist aus der weiter oben gegebenen Tabelle zu ersehen. Ueber die Verkettung der Elemente untereinander ist fast nichts bekannt. Nach Herkunft, Entstehung und Eigenschaften muß man die Kohlen als ein Gemenge von zum Teil hochkondensierten Verbindungen ansehen. So gut wie sicher ist es, daß sie keinen freien Kohlenstoff enthalten. Durch Lösungsmittel lassen sich einige Hundertstel fester und flüssiger Substanzen ausziehen. So z.B. aus Fettkohle durch flüssige schweflige Säure 1% petroleumartiges Oel, durch Benzol unter Druck bei 250° bis zu 6,5%. darin auch harzartige Stoffe. Durch Behandlung mit Wasserstoff unter Druck lassen sich die flüchtigen Bestandteile der Kohle vermehren, doch ist die technische Verwertung dieser Tatsache über das Versuchsstadium noch nicht hinaus. Frisch geförderte Kohle erleidet beim Lagern an der Luft einen Verwitterungsprozeß, der in einer langsamen Verbrennung besteht. Diese Sauerstoffbindung vermindert den Wert der Kohle, indem sie die Abnahme der Heizkraft, Koksausbeute, Backfähigkeit und des Gasgehaltes verursacht. Sie ist auch die Ursache der Selbstentzündung der Flöze, Halden und sonstigen Kohlenlager, die besonders leicht bei seiner Verteilung des Materials eintritt. Man begegnet ihr am sichersten dadurch, daß man, wenn angängig, die Kohlen unter Wasser lagert oder durch Kohlensäure die Luft verdrängt.

Wie die Tabelle zeigt, hat der Anthrazit als älteste Kohlenart den höchsten Kohlenstoffgehalt, nämlich 94–98% der reinen Kohle. Man verwendet ihn hauptsächlich zu Brennzwecken, z.B. für die Dauerbrandöfen der Haushaltung, zur Wassergasbereitung, in Amerika auch für sich oder mit Koks gemischt im Hochofen. Für die Koksgewinnung ist er nicht brauchbar, da er beim Verkoken ein loses Pulver liefert. Ihm nahe in Verhalten und Verwendung stehen die Magerkohlen. Die nun folgenden Kohlen sind geeignet zur Weiterverarbeitung auf wertvolle Produkte mittels der trockenen Destillation. Die Fettkohlen mit 84–90% C liefern guten, für den Hochofen brauchbaren Koks. Die gasärmeren Sorten, z.B. Eßkohlen des Ruhrgebiets, benutzt man als Schmiedekohlen, die gasreicheren auch zur Leuchtgasdarstellung. Für Heizzwecke sind sie trotz hohen Heizwertes nicht sehr geeignet, da sie stark rußen. Die Gaskohlen, 85 bis 82% C und Gasflammkohlen 82–79% C, dienen zweckmäßig zur Leuchtgasbereitung sowie zur Gewinnung von Urteer unter Vergasung oder Halbkokserzeugung.

Regelmäßige Nebenbestandteile der Kohlen sind Stickstoff und Schwefel. Ihre Menge ist unabhängig vom Alter des Materials. Der Stickstoffgehalt beträgt durchschnittlich 1,5%, zuweilen 2–3% der reinen Kohle. Wahrscheinlich ist er in Form eines Eiweißspaltstückes zugegen. Der Schwefel ist als Sulfat, z.B. Gips, als Schwefelkies in allen Mengenverhältnissen und endlich in organischer Bindung vorhanden. Deutsche und englische Steinkohle enthält im Durchschnitt 1,5–2% Schwefel, doch können bei derselben Kohlenart Schwankungen auf das Doppelte eintreten. Die Schädlichkeit des Schwefels für viele metallurgische Produkte sowie seiner Verbrennungsprodukte, der schwefligen und Schwefelsäure, für den Pflanzenwuchs ist bekannt. In untergeordneter Menge und nur unregelmäßig kommen Phosphor und Arsen in den Kohlen vor.

Die Prüfung des Verhaltens der Kohlen bei der Verkokung führt man aus, indem man eine bestimmte Menge der gepulverten Kohle im bedeckten Platintiegel erhitzt und die Flamme der entweichenden Gase, Beschaffenheit und Ausbeute des gebildeten Koks beobachtet. Je nachdem die Flamme lang oder kurz ist, liegt eine gasreiche, jüngere oder gasärmere ältere Kohle vor. Nach dem Aussehen des Koks teilt man die Kohlen ein in Sand-, Sinter- und Backkohlen; dazwischen die sinternden Sand- und die backenden Sinterkohlen. Nach der Koksausbeute, auf[110] Reinkohle umgerechnet, kann man an Hand der folgenden Tabelle das geologische Alter der Kohle schätzen. Die Verkokungsprobe stimmt zwar mit den Ergebnissen der Gasanstalten und Kokereien nur annähernd überein, liefert aber vergleichsweise doch sehr brauchbare Werte.

Koks. Die Verkokung der Steinkohlen bildet den erfolgreichsten Weg für ihre Verwertung. Im Jahre 1913 belief sich die Gesamtkoksdarstellung der Erde auf 113 Millionen Tonnen. Davon entfielen auf Deutschland 32, und hiervon wiederum 4/5 auf Hüttenkoks, 1/5 auf Gaskoks.


Brennstoffe [2]

Der Gaskoks steht dem Zechenkoks an Festigkeit und Heizwert im allgemeinen nach, ist daher auch billiger. Er wird hauptsächlich zu Generatorfeuerungen, zur Darstellung des Calciumkarbids und in großen Mengen für Sammelheizungen benutzt. 1 cbm wiegt 330–400 kg. Die Zusammensetzung ist fast die gleiche wie beim Hüttenkoks.

Halbkoks. Führt man die trockene Destillation der Steinkohle bei möglichst niedriger Temperatur, höchstens bis 500° aus (Tieftemperaturverkokung, Urdestillation), so erhält man einen Teer (Urteer) von ganz anderer Beschaffenheit und höherer Ausbeute als der gewöhnliche Steinkohlenteer (dessen Bestandteile ihre Entstehung der hohen Temperatur des Koksofens verdanken), ferner ein sehr heizkräftiges Gas (Urgas) in etwa 1/6 der Menge der Ausbeute bei hoher Temperatur; als Rückstand bleibt ein Koks (Halbkoks), der noch 10–18% flüchtige Stoffe, hauptsächlich Wasserstoff, ferner noch 3/4 des Kohlenstickstoffes enthält. Die Eigenschaften des Halbkoks sind je nach der Kohlenart recht verschieden. Häufig ist er schaumig und zerreiblich, läßt sich aber durch besondere Maßnahmen in dichteren Formen gewinnen. Seine scheinbare Dichte liegt zwischen 0,45–0,7. Er ist leicht entzündbar, brennt mit Flamme ohne Rauchentwicklung und eignet sich gut für Kohlenstaubfeuerungen. Sein Heizwert beträgt etwa 8000 WE.

Folgende Tabelle gibt seine Zusammensetzung im Vergleich zur Kohle, aus der er dargestellt wurde:


Brennstoffe [2]

Die Bedeutung dieser Form der Steinkohlen Destillation (ausgebildet durch Franz Fischer und seinem Mitarbeiter W. Gluud) liegt in der Beschaffenheit des Urteeres, der reich ist an Oelen, insbesondere Mineralölen.

Die wirtschaftliche Ausbeutung der Steinkohlen steht noch in den Anfängen. Die unmittelbare Verbrennung teerhaltiger Kohlen bedeutet eine Vergeudung wertvoller Stoffe und sollte einer rationellen Verwertung Platz machen. Kann doch der Wert der durch Koksöfen, Gasretorten und Generatoren erzeugten Produkte bedeutend höher sein als der Wert der Rohkohle. In dieser Hinsicht hat der Zwang des Krieges bereits beschleunigte Wandlung geschaffen und wird der Druck der nächsten Zukunft weiterwirken. Es steht zu hoffen, daß die wissenschaftliche Kohlenforschung im Verein mit der Technik bald die Wege zu diesen Zielen zeigen kann. Das 1914 in Mühlheim-Ruhr gegründete Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung, das seine Arbeit ausschließlich in den Dienst dieser Aufgabe gestellt hat, ist unter seinem Leiter Geheimrat Prof. Dr. Franz Fischer bereits während des Krieges theoretisch und praktisch erfolgreich in diesem Sinne tätig gewesen. Daß die Bedeutung dieser Bestrebungen richtig eingeschätzt wird, zeigen die Gründungen weiterer ähnlicher Forschungsstätten, die seitdem stattgefunden haben.

b) Flüssige Brennstoffe.

Ihre Verwendung als Heiz- und Treibmittel hat seit Anfang des Jahrhunderts besonders infolge der Erfindung des Dieselmotors, der Explosionsmotoren und der Entwicklung des Kraftfahr- und Flugwesens eine außerordentliche Steigerung erfahren. Die besonderen Vorzüge ihrer Verwendung als Brennstoff sind im wesentlichen folgende: bequeme Aufspeicherung, mühelose Zuführung zur Brennstelle durch Rohrleitung, hohe Betriebsbereitschaft, einfache Oefen, leichte Bedienung, vollkommene Verbrennung mit geringem Luftüberschuß bei hoher Temperatur, leichte Regelung, Geeignetheit als unmittelbare Betriebskraft für Kraftmaschinen, endlich Mitführbarkeit in Fahrzeugen.

Als Heizstoff, z.B. für Dampfkessel, Glüh-, Metallschmelz- und Glasöfen dienen hauptsächlich Roherdöle, die sich schwer zu Leuchtöl raffinieren lassen (kalifornische, Texas-, ostindische [111] Oele u.a.), Erdölrückstände, ferner hochsiedende Fraktionen des Erdöls und des Stein- und Braunkohlenteers. Man zerstäubt das Oel durch Luft, Wasserdampf oder bloßen Druck, oder führt es als Gas zu und verbrennt mit bemessener Luftmenge. 1 kg Oel erzeugt 11–13 kg Dampf gegen 6,5–7 kg durch 1 kg Kohle.

Im Oelmotor wird die Verbrennungswärme unmittelbar, ohne Vermittlung von Dampf, in Arbeit umgesetzt. Bei den Gleichdruckmotoren (Dieselmotor) wird das Oel in die durch den Kolben komprimierte, daher heiße Luft, eingespritzt, entzündet sich von selbst und treibt unter mäßig schneller Verbrennung den Kolben zurück. Man verwendet für den Dieselmotor hauptsächlich die gegen 300° siedenden Anteile des Erdöls und des Braun- und Steinkohlenteers, aber auch Rohöle und Teer. Bei den Explosionsmotoren wird der Brennstoff im vergalten Zustande mit Luft gemischt und künstlich gezündet. Hauptbrennstoff ist Benzin; als Ersatz dienen Benzol und in Mischungen Spiritus.

Erdöl. Die Höhe der Gewinnung der verschiedenen Länder ist aus folgender Tabelle zu ersehen. Die Gesamtförderung an rohem Erdöl betrug 1913 (Millionen Tonnen):


Brennstoffe [2]

Die deutschen Vorkommen in Wietze, Oelheim, Häningsen und Sehnde (Prov. Hannover) sind wenig ergiebig; sie stehen nicht in geologischem Zusammenhang untereinander. Ihr Oel hat im allgemeinen eine sehr hohe Dichte und ähnelt dem Bakuer Oel. 1913 führte Deutschland für 173 Millionen Mark Erdölprodukte ein, davon für 69,9 Millionen Mark Leuchtpetroleum = 745500 t.

Die Zusammensetzung schwankt in folgenden Grenzen: 79,5–88,7% C; 9,6–14,8% H; 0,1–6,9% O; 0,02–1,1% N; 0,01–2,2% S. Der Schwefel ist in Form schwefelhaltiger Kohlenwasserstoffe, manchmal auch als freier Schwefel in Lösung vorhanden; bei der Reinigung der Oele wird er durch besondere Verfahren möglichst entfernt. Beim Verbrennen scheiden sich stets geringe Mengen, meist weniger als 0,1%, Asche ab, die aus Eisen, Kalk, Magnesia, Tonerde u.s.w. besteht und wahrscheinlich durch die organischen Säuren aus dem Gestein herausgelöst wurde. Die Dichte der Rohöle liegt zwischen 0,8 und 1,0, die Verbrennungswärme zwischen 9500 und 11500 WE.; die spezifische Wärme zwischen 0,4 und 0,5.

Infolge des sinkenden Gehaltes der amerikanischen Erdöle an tiefsiedenden Anteilen, spaltet man vielfach weniger wertvolle hochsiedende Fraktionen durch Zersetzungsdestillation (Krackprozeß) in leichter siedende Produkte, indem man sie ohne Vakuum und Dampf langsam übertreibt. Ferner gewinnt man seit etwa 1909 in Amerika aus den »nassen« Erdgasen, die reich an Methanhomologen sind, durch Komprimieren und Abkühlen beträchtliche Mengen Gasolin (Butan, Pentan, Hexan und ähnliche Kohlenwasserstoffe). Die noch leichter flüchtigen Bestandteile, hauptsächlich Aethan und Propan, bringt man in Stahlflaschen verflüssigt als Gasol in den Handel und benutzt sie zur Beleuchtung und Heizung sowie als Motortreibstoff. Für 1913 wird die Erzeugung von diesen Kondensaten auf 1,5 Millionen Hektoliter geschätzt.

Das Gasöl (Motoröl, nach seiner Fluoreszenz Blauöl oder Grünöl), das sich bei höherer Temperatur in Oel- oder Fettgas zersetzt, ist ein wertvolles Treibmittel für den Dieselmotor. Sein Eingangszoll wurde daher bedeutend ermäßigt.

TeerUrteer. Die gewöhnlichen Braun- und Steinkohlenteere sind pyrogene Zersetzungsprodukte der bei vorsichtigem Erhitzen, höchstens bis 500°, aus den Kohlen entweichenden primären Destillate, der sogenannten Urteere. Die Erforschung dieses Gebietes ist neuen Datums. In England beschäftigte man sich bereits vor dem Kriege mit der Entgasung der Kohle bei niederer Temperatur (Coalite Co. u.a.), ohne daß jedoch Näheres über die Erfolge bekannt geworden wäre. In Deutschland verdanken wir seine technische Erschließung und deren wissenschaftliche Grundlagen fast ausschließlich den Arbeiten des 1914 eröffneten, von Franz Fischer geleiteten Kaiser-Wilhelm-Institutes für Kohlenforschung in Mülheim-Ruhr,2 welche zeigten, daß wir in den Urteeren einen ausgezeichneten Rohstoff für unsere Mineralölversorgung und Erdölindustrie besitzen. Die Urteergewinnung ist ein Schritt weiter zur vollständigen Ausnutzung unserer Kohlen; sie soll nicht etwa dort erfolgen, wo die gewöhnlichen Teere erzeugt werden, und dadurch eine Verminderung der letzteren und ihrer Industrie herbeiführen, sondern in den Generatoren oder besonderen Apparaten und aus Kohlen, deren Teer bisher zersetzt und verbrannt wurde. Den Bau solcher Generatoren bezw. einen entsprechenden Umbau führen Ehrhardt & Sehmer in Saarbrücken, Thyssen in Mülheim-Ruhr aus. S.a. Tieftemperaturteer.

Da das Verfahren der Braunkohlenschwelerei mit vorsichtiger Erhitzung, etwa 600–700°, arbeitet, ist der Unterschied zwischen dem Braunkohlenurteer und dem gewöhnlichen Schwelteer nicht sehr groß und mehr qualitativer Art, indem nämlich ersterer noch hochsiedende Produkte (harzartige Stoffe, Schmieröle, unzersetztes Montanwachs u.s.w.) enthält, und ferner[112] frei ist von Benzol und Naphthalin. Der Urteer aus Braunkohle ist infolge des hohen Gehaltes an Paraffin ein Produkt von salbenartiger Beschaffenheit; Stockpunkt über 30°. Im technischen Betrieb wurden aus rheinischer Preßkohle etwa 4%, aus mitteldeutscher Braunkohle 8% und mehr Urteer gewonnen, der bei der Aufarbeitung Treiböle für ortsbewegliche und Dieselmotoren, Schmieröle, Paraffin und gut verwendbares Pech ergibt.

Der Steinkohlenurteer ist ein dunkelbraunes Oel, dessen Dichte etwa 1,04 und darunter beträgt. Er enthält etwa 1% festes Paraffin, ferner bis zu 45–50% Phenole. Letztere enthalten keine Karbolsäure, dagegen reichliche Mengen ganz hochsiedender harzartiger Verbindungen. Eine geeignete Verwendung für die Phenole zu finden, ist eine der Hauptfragen auf diesem Gebiete. Die neutralen Anteile sind vorwiegend Paraffine, Olefine, hydroaromatische und aromatische Kohlenwasserstoffe. Charakteristisch ist das gänzliche Fehlen von Naphthalin. Die Menge der Basen ist etwa 1%. Die Ausbeute beträgt bei jüngeren Gasflammkohlen 8–12%. bei Fettkohle 1–5%. Durch gewöhnliche Destillation geht der Teer unter Hinterlassung von Pech in ein dünneres, an Leichtöl reicheres Produkt über; bei 700–800° verwandelt er sich in gewöhnlichen Steinkohlenteer.

Der auf der Zeche Mathias Stinnes im Trigasverfahren aus Gaskohle mit 1/4 Zusatz Kölner Rohbraunkohle erhaltene Urteer (5–6%) enthielt 26,7% Treib- und Spindelöle, 32,5% hochviskose Schmieröle, 3,3% festes Paraffin, 11,5% Harz, 26,0% Pech. Phenole und Harzsäuren machten 35–40% aus (Journ. s. Gasbel. 62, 261 [1919]).

Ueber Braunkohlen- und Steinkohlenteer, s.d. Art. Teer, Bd. 8, S. 425.

Seit 1907 wird Naphthalin für Motoren, die mit Schmelzvorrichtung ausgestattet sind, verwendet. Mitte 1914 waren rund 1000 solcher Maschinen von 4–20 PS. je Stunde in Betrieb. Naphthalin ist infolge seiner hohen Dampfspannung (Flüchtigkeit) für die Verbrennung im Motor sehr geeignet. Es wird aus den Mittel- und Schwerölen durch Fraktionieren und Abkühlen gewonnen. Seine Eigenschaften sind: Dichte 1,15, Schmelzp. 80°, Siedep. 218°, Flammp. 80°, Verbrennungswärme 9600 WE. Die Jahresproduktion beträgt über 50000 t.

Die Anteile des Teers vom Mittel- bis zum Anthrazenöl (etwa 35%) werden nach Abscheidung ihrer festen Bestandteile als Teeröle bezeichnet und als Treibmittel sowie zur Holzkonservierung gebraucht. Bezüglich seiner Menge steht das Teeröl an der Spitze der in Deutschland gewonnenen flüssigen Brennstoffe. Vor dem Kriege erfolgte der Verkauf der gesamten Teeröle durch die Verkaufsvereinigung für Teererzeugnisse G.m.b.H., Essen-Ruhr, die für Dieselmotoren ein Oel von bestimmten Eigenschaften lieferte. Das Teeröl ist eine grün- bis dunkelbraune Flüssigkeit von der Dichte 1,0–1,1. Sein Flammpunkt liegt über 65°. Bis 300° sollen mindestens 60 Vol.-Proz. überdestillieren; sein Heizwert beträgt 8800–9200 WE.

Zu erwähnen sind Wassergas- und Oelgasteer, die durch Zersetzung von Oelen entfliehen und in ölreichen Ländern Bedeutung besitzen. Ersterer entfällt beim Karburieren des Wassergases, das als Leuchtgas Verwendung finden soll, indem man das Gas mit verdampftem Oel (vorzugsweise aus Erdöl gewonnenes Gasöl) durch einen auf 800–850° gehaltenen Ueberhitzer leitet, wo sich das Oel in heizkräftige Gase, Teer und Kohlenstoff zersetzt. Je nach höherer oder tieferer Ueberhitzungstemperatur ähnelt der Teer mehr oder weniger dem Steinkohlenteer, ist aber reicher an Paraffinen. Vor dem Kriege wurden schätzungsweise 14000 t bei einer Ausbeute von 25–30% des angewandten Oeles erzeugt. – Der Oelgasteer entsteht als Nebenprodukt der Oelgasherstellung durch Ueberhitzen von Destillaten des Braunkohlen- und Schieferölteers. Seine Zusammensetzung schwankt ebenso wie die des Wassergasteers in weiten Grenzen. Bei einer Ausbeute von 25 bis 30% des Oeles betrug die Produktion vor dem Kriege schätzungsweise 3000–4000 t. Seit dem Kriege wurde aus Mangel an Oel das Oelgas durch Leuchtgas ersetzt.

Spiritus wird aus stärke- oder zuckerhaltigen Rohstoffen, bei uns in erster Linie aus Kartoffeln erzeugt. Für die Zukunft kommen noch andere Quellen in Betracht, z.B. die Cellulose in den verschiedenen Formen, wie Sägespäne, Torf u.s.w. Die Ablaugen der Sulfitzellstofffabriken enthalten einen Teil der ausgelaugten Cellulose, der durch die Säure in Zucker übergeführt wurde. Drei in Schweden arbeitende Fabriken erzeugen aus solchen Ablaugen bereits jährlich 22500 hl reinen Alkohol und wären in der Lage 320000 hl zu liefern. Die Spiritusproduktion in Deutschland betrug im Jahre 1913/14 3850000 hl; davon entfielen zur Verwendung zu steuerfreien Zwecken 1735000 hl. Als Brennstoff benutzt man Spiritus in Lampen (Spiritusglühlicht) und als Motorbetriebsstoff; als solchen besonders in Mischungen z.B. mit Benzol oder Benzol-Benzin, aber auch für sich hat er sich bei Verwendung geeigneter Maschinen als brauchbares Treibmittel gezeigt. Für seine Verwendung in Großstädten spricht die Geruchlosigkeit seiner Auspuffgase. gegenwärtig läßt jedoch sein hoher Preis von seiner Verwendung. absehen. Der Siedepunkt des reinen Spiritus liegt bei 78°. In Motoren verwendet man 95 prozentigen denaturierten Spiritus; Dichte 0,809, Heizwert 6014 WE., Entflammungspunkt +12°.

c) Gasförmige Brennstoffe.

Erdgas. Die bei weitem reichsten Vorkommen besitzen die Vereinigten Staaten von Nordamerika; Leitungen von mehr als 50000 km Gesamtlänge verteilen das Gas über das Land. Allmählich wild der bisherigen ungeheuren Verschwendung gesteuert. In den alten Naturgaszentren (Pennsylvanien) ist das Gas bereits im Abnehmen. Die Gewinnung wird für 1913 auf 161/2 Milliarden Kubikmeter geschätzt; davon wurden 1/3 für häusliche, 2/3 für industrielle Zwecke verwendet. Weitere Vorkommen finden sich insbesondere in Kanada, Persien, China, Japan, in der Umgebung von Baku, in Kissármás in Siebenbürgen, bei Wels in Oberösterreich und in Neuengamme bei Hamburg. Letztere Quelle, welche täglich 500000–600000 cbm lieferte, ist leider Ende 1918 versiegt.

Im Kampfe um ihre Wirtschaftlichkeit haben sich Kokereien und Gasanstalten im Laufe ihrer Entwicklung immer mehr einander genähert. Die Kokereien verbesserten ihre Gas-[113] und Nebenproduktenerzeugung, die Gaswerke ihren Koks. In dem Streben, die Leitungen zu steigern, als einem Wege zur Verbilligung des Betriebes, kam man zu Großraumöfen, Gruppengaswerken und Hochdruckfernleitungen. Für Deutschland gab H. Stinnes, Mülheim (Ruhr), die Anregung zu großzügiger Entwicklung der Kokereigasversorgung der Ortschaften. 1905 begann Essen mit Gas von der Zeche Viktoria Mathias, 1907 folgte Mülheim (Ruhr) durch Anschluß an die 13 km entfernte Kokerei der Gewerkschaft Deutscher Kaiser in Hamborn. Die ausgedehnteste Zechengasversorgung wurde von der größten elektrischen Ueberlandzentrale Deutschlands, dem Rheinisch-Westfälischen Elektrizitätswerk, durchgeführt. 1916 betrug die Abgabe von Kokereigas im rheinisch-westfälischen Industriegebiet 187 Millionen Kubikmeter. Außer zur Beleuchtung wird das Kokereigas in großen Mengen als Kraftgas für elektrische Zentralen benutzt.

In den letzten Jahren wurden Gaserzeuger gebaut, die auch gasreiche Kohlen nach dem Wassergasverfahren verarbeiten, indem die Entgasung und Vergasung in zwei übereinanderliegenden Schichten stattfindet (Doppelgas- und Trigasgeneratoren). Das Gas aus solchen Trigasgeneratoren, welche mit Gaskohle (Ruhr) mit 1/4 Zusatz Kölner Rohbraunkohle beschickt wurden und als Nebenprodukte Urteer und NHS lieferten, bestand aus 13,3% CO2, 23,9% CO, 5,5% CH4, 51,5% H2, 5,1% N2. Die Ausbeute betrug 1,8 cbm aus 1 kg Kohle, der Heizwert 2800 bis 3000 WE.

Mondgas. Ein Mischgas erzeugt Mond, in dem er Rohkohlen mit Luft und möglichst reichlicher Dampfzufuhr vergalt. Der Dampf bewirkt eine gesteigerte Ausbeute an NH3 aus der Kohle (etwa 3–4% Ammonsulfat).

Oelgas wird durch Zersetzung hochsiedender Mineralöle, der »Gasöle«, des Erdöles, Braunkohlenteers und Schieferölteers hergestellt, indem man das Oel in 700–800° heiße Retorten oder Oefen tropfen läßt. Aus 1 kg Oel erhält man 500–600 l Gas, 300–400 g Teer und 40–60 g Koks. Das Gas, dessen Heizwert über 10000 WE. beträgt, besteht vorwiegend aus Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff. Seine besondere Heiz- und Leuchtkraft, welche durch schwere Kohlenwasserstoffe verursacht wird, macht es zur Aufbesserung anderer Gase geeignet (Karburieren, z.B. von Wassergas). In Deutschland wurde es hauptsächlich für die Beleuchtung der Eisenbahnen verwendet, jedoch seit 1915 durch gewöhnliches Leuchtgas ersetzt. In ölreichen Ländern besitzt es infolge seiner einfachen Bereitung große Bedeutung.

Blaugas ist bei niederer Zersetzungstemperatur (550–600°) hergestelltes, durch Druck verflüssigtes Oelgas. 1 kg liefert bei der Verdampfung etwa 700–800 l Gas von hoher Leuchtkraft und einen Heizwert von rund 14000 WE. Die Dichte ist etwa 0,8. Das Gas ist auch zum Schweißen, Schneiden und Löten geeignet.

Luftgas (Aerogen- oder Pentärgas) wird erzeugt, indem man Luft mit den Dämpfen leicht flüchtiger Destillate des Erdöls oder Kondensate des Erdgases belädt. 1 cbm enthält etwa 250 g Benzin (Solin) und liefert etwa 2300–3000 WE. Das völlig ungefährliche Gas dient im Kleinbetriebe als Leucht-, Heiz- und Kraftgas.

Literatur: Fischer, Ferd., Chem.-technologisches Rechnen, 2. Aufl., Leipzig 1918. – G. de Grahl, Wirtschaftliche Verwertung der Brennstoffe, München und Berlin 1915. – P. Kukuk, Unsere Kohlen, Leipzig 1913. – Hinrichsen-Taczak, Chemie der Kohle, 3. Aufl., Leipzig 1916. – Fischer, Franz, Gesammelte Abhandlungen zur Kenntnis der Kohle, 3 Bde., Berlin 1915/16, 1917, 1918. – Ders., Ueber die Mineralölgewinnung bei der Destillation und Vergasung der Kohle, Berlin 1918. – Ders., Ueber den Stand der Kohlenforschung unter besonderer Berücksichtigung der Destillation bei niederer Temperatur, Halle a. S. 1918. – Gluud, W., Die Tieftemperaturverkokung der Steinkohle, Halle a. S. 1918. – Trenkler, H.R., Die Chemie der Brennstoffe, Leipzig 1919. – Schwackhöfer, Die Kohlen Oesterreich-Ungarns, Preußisch-Schlesiens und Russisch-Polens, 3. Aufl., Wien 1913. – Langbein, H., Die Auswahl der Kohlen für Mitteldeutschland, Leipzig 1905. – Der Bergbau auf der linken Seite des Niederrheins, Festschrift zum 11. Allgemeinen Deutschen Bergmannstage in Aachen, Berlin 1910. – Heise und Herbst, Bergbaukunde, 3. Aufl., Berlin 1914. – Hans, W., Rationeller Kohleneinkauf, Freiberg i. S. 1913. – Stutzer, O., Lagerstätten der Nichterze, 2. Teil (Kohle), Berlin 1914.

Holz: Harper-Linde, Destillation von Holzabfällen, Berlin 1909. – Schwalbe, C.G., Die Chemie der Cellulose, Berlin 1911.

Torf: Höring, Moornutzung und Torfverwertung, Berlin 1915, hier auch weitere Literatur. – Wolff, L.C., Stand der industriellen Verwertung von Torf als Brennstoff; Festschrift des Moorvereins, Berlin 1908. – Bartel, F., Torfkraft, Berlin 1913. – Zeitschrift für Moorkultur und Torfverwertung, Wien.

Braunkohle: G. Klein, Handbuch für den deutschen Braunkohlenbergbau, Halle a. S. 1915. – Richter und Horn, Mechanische Aufarbeitung der Braunkohle, Halle a. S. 1910. – Ed. Gräfe, Laboratoriumsbuch für die Braunkohlenteerindustrie, Halle a. S. 1908. – H. Erdmann, Chemie der Braunkohle, Halle 1907. – A. Eckardt, Trocknen der Braunkohle, Halle a. S. 1913. – Braunkohle, Zeitschr. f. Gewinnung und Verwertung der Braunkohle, Halle a. S.

Steinkohle: Der Bergbau im Osten des Königreichs Preußen, Festschrift zum XII. Allgemeinen deutschen Bergmannstag, Breslau 1913, 6 Bde. – Entwicklung des niederrhein.-westfäl. Steinkohlenbergbaus, Berlin 1903. – Ch. Demanet, Betrieb der Steinkohlenbergwerke, 2. Aufl., Braunschweig 1905. – F. Frech, Deutschlands Steinkohlenfelder und Steinkohlenvorräte, Stuttgart 1912. – H. Potonié, Entstehung der Steinkohle, 5. Aufl., Berlin 1910. – A. Dannenberg, Geologie der Steinkohlenlager, Berlin 1915. – C. Gaebler, Das oberschlesische Steinkohlenbecken, Kattowitz, O.-S. 1909. – G. Schultz, Chemie des Steinkohlenteers, 3. Aufl., Braunschweig 1900. – Lunge und Köhler, Industrie des Steinkohlenteers und Ammoniaks, 5. Aufl., Braunschweig 1912. – A. Spilker, Kokerei- und Teerprodukte der Steinkohle, 2. Aufl., Halle a. S. 1918. – Jahresber. des Vereins s.d. bergbaul. Interessen im Oberbergamtsbezirk Dortmund, Berlin 1903/04.

Briketts: Franke, G., Handbuch der Brikettbereitung, 2 Bde., Stuttgart 1909/10.[114]

Flüssige Brennstoffe: L. Schmitz, Die flüssigen Brennstoffe, 2. Aufl., Berlin 1919. – Donath und Gröger, Die flüssigen Brennstoffe, Braunschweig 1914. – Dies., Treibmittel der Kraftfahrzeuge, Berlin 1917. – D. Holde, Untersuchung der Kohlenwasserstofföle und Fette, 5. Aufl., Berlin 1918. – Engler-v. Höfer, Das Erdöl, 5 Bde., Leipzig 1913. – R. Kißling, Chem. Technologie des Erdöls, Braunschweig 1915. – H. v. Höfer, Erdöl und seine Verwandten, 3. Aufl., Braunschweig 1912. – L. Gurwitsch, Wissensch. Grundlagen der Erdölbearbeitung, Berlin 1913. – H. Offermann, Das nordwestdeutsche Erdölvorkommen, Braunschweig 1917. – W. Scheithauer, Die Schwelteere, Leipzig 1911. – Ders., Braunkohlenteerprodukte und Oelgas (Bibl. d. ges. Technik, Bd. 16), Hannover 1907. – Hägglund, Sulfitablauge und ihre Verarbeitung auf Alkohol, Braunschweig 1915.

Gasförmige Brennstoffe: Schilling und Bunte, Handbuch der Gastechnik, 10 Bde., München und Berlin 1917. – H. Strache, Gasbeleuchtung und Gasindustrie, Braunschweig 1913. – Ders., Jahrbuch der Gastechnik, München 1907 u. f. – F. Haber, Thermodynamik technischer Gasreaktionen, München 1905. – C. Kietaibel, Das Generatorgas, Wien 1909. – Ferd. Fischer, Kraftgas, Leipzig 1911. – Engler-Höfer, Das Erdöl, Bd. 1, Kap. 21: Erdgas von Hviid; Bd. 4, 1. Teil, Kap. 17 und 2. Teil, Kap. 2: Untersuchung bezw. Verwendung des Erdgases, von E. Czakó. – H.B. Brestcott, Handbook of natural Gas, Erie (Pennsylv.) 1913. – P. Fuchs, Wärmetechnik des Gasgenerator- und Dampfkesselbetriebes, 3. Aufl., Berlin 1913. – W. Bertelsmann, Erzeugung des Leuchtgases, Stuttgart 1911. – H. Th. Volkmann, Chem. Technologie des Leuchtgases, Leipzig 1915. – Northrop, Production of natural Gas in 1914, Washington 1915. – Blaugas: Engler-Höfer, Das Erdöl, IV, S. 664.; Lustgas: ebend., S. 494.; Oelgas: ebend., S. 654. – Caro, Ludwig und Vogel, Handbuch für Acetylen, Braunschweig 1904. – J.H. Vogel, Acetylen, Leipzig 1911.

Zeitschriften: Feuerungstechnik; Glückauf; Montanistische Rundschau; Zeitschr. f. Berg-, Hütten- und Salinenwesen im preußischen Staate; Petroleum; Journ. s. Gasbeleuchtung; Stahl und Eisen; Zeitschr. d. Oberschlesischen Berg- und Hüttenmännischen Vereins; Mitt. d. Inst. f. Kohlenvergasung und Nebenproduktengewinnung, Wien; Chemiker-Ztg.; Zeitschr. f. angewandte Chemie; Journ. of Gaslight and Watersupply, London.

H. Schrader.

1Mit Bitumen (pix tumens = aufwallendes Pech) bezeichnet man bei der Braunkohle im wesentlichen das rohe Montanwachs.
2Die betreffenden Arbeiten finden sich in den vom Institut herausgegebenen »Gesammelten Abhandlungen zur Kenntnis der Kohle« und stammen für das Gebiet der Braunkohle von Franz Fischer und W. Schneider, für das der Steinkohle von Franz Fischer und W. Gluud.
Quelle:
Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 1 Stuttgart, Leipzig 1920., S. 108-115.
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