Schwelerei (Kohle)

Eine Schwelerei (auch Schwelwerk) ist eine industrielle Anlage zur Kohleveredlung, in der bei Temperaturen von 400 bis 650 °C unter Luftabschluss die Umwandlung von Braunkohle oder Steinkohle zu Schwelteer, Mittel- und Leichtöl, Schwelgas und Grudekoks erfolgt. Der Vorgang der Verschwelung wird auch Tieftemperaturverkokung, allgemein Pyrolyse genannt.

Technologie

Schwelung ist die thermische Veredlung von Kohle, in deren Ergebnis Gase (Kohlenoxide, Wasserstoff, Methan), flüssige Produkte (Teer) und Koks entstehen. Diese thermische Umwandlung wird zur Abgrenzung von der üblichen Verkokung auch Tieftemperaturverkokung genannt. Wie bei der Verkokung fallen bei der Schwelung Koks, Teer, wässrige Kondensate und Gase an. Verschwelung findet bei Temperaturen von 400 bis 650 °C, Verkokung bei Temperaturen von 800 bis 1100 °C statt. Zwar unterscheiden sich Verkokung und Schwelung nicht grundsätzlich voneinander; infolge der unterschiedlichen Prozesstemperaturen führen sie jedoch zu verschiedenen Produkten. So enthält Teer aus der Verkokung hauptsächlich Aromaten, während Schwelteer sehr reich an Aliphaten ist.

Produkte

Der in Schwelereien gewonnene Teer wird Schwelteer, Urteer, Primärteer, auch Braunkohlenteer beziehungsweise Steinkohlenteer genannt. Dieser Teer kann durch direkte oder indirekte Hydrierung oder Destillation zu Benzin, Dieselöl, Heizöl, Paraffin, Teerpech, Phenolen und Pyridinbasen weiterverarbeitet werden. Als Rückstandsprodukte können in Schwelereien auch Mittelöle, die direkt als Dieselkraftstoffe Verwendung finden, und/oder Leichtöle zur Herstellung von Motorenbenzin erzeugt werden. Schwelgas ist ein weiteres mögliches Produkt, welches als Stadtgas und im eigenen Schwelwerk als Heizgas genutzt werden kann. Bei der Verschwelung bleibt nach dem Abtrieb des Teers in den Schwelöfen Schwelkoks (auch Halbkoks oder Grudekoks genannt) zurück, der als Brennstoff dient oder in Generatoren zu Synthesegas umwandelbar ist.

Geschichte

Während sich die Hochtemperaturverkokung aus den Bedürfnissen der Eisen- und Stahlindustrie, des Hochofenbetriebs, entwickelte, war insbesondere in Deutschland das primäre Ziel der Verschwelung, aus Stein- und Braunkohlen möglichst viel flüssige Produkte zu erhalten. Die Anfänge der Schwelerei gehen bis ins 17. Jahrhundert zurück. Zu dieser Zeit wurden in Erdmeilern für die Pyrolyse überwiegend Holz, aber auch schon Steinkohle zur Erzeugung von Teer und Koks verwendet. Die Erträge waren gering, sodass von einer so weit zurückliegenden Schwelindustrie keine Rede sein kann.

In England führte 1851 der Chemiker James Young die Schwelerei von Bogheadkohle in einem eigens errichteten Werk ein. Sein Verfahren zur trockenen Destillation von Steinkohle und Ölschiefer bei tiefen Temperaturen wurde in England und den Vereinigten Staaten patentiert. In den nächsten zehn Jahren entstanden in nordamerikanischen Hafenorten Schwelereien und Ölraffinerien, die importierte Bogheadkohle nach dem Young-Verfahren verarbeiteten. Diese Industrie fand in den 1870er Jahren einen frühen Abschluss, als die Verwendung von texanischen Erdöl einsetzte.

In Deutschland starteten ab den 1820er Jahren verschiedene Schwelereien, die teils mit bituminösem Schiefer, teils mit Blätterkohle oder Bogheadkohle sowie Braun- und Steinkohle betrieben wurden. Allerdings verlief die Entwicklung in Deutschland vollkommen unabhängig von England und den USA.

1855 eröffnete die Sächsisch-thüringische AG für Braunkohlenverwertung im Zeitz-Weißenfelser Braunkohlerevier die erste deutsche industrielle Schwelerei nebst Paraffin- und Mineralölfabrik in Gerstewitz. Dem folgte die Schwelerei Anna-Antonie bei Deuben (1857–1931), die Berlin-Wildschützer Paraffin- und Mineralölfabrik (1857–1884) in Wildschütz (heute ein Ortsteil von Teuchern) und zahlreiche weitere Unternehmen, womit sich das Zeitz-Weißenfelser Braunkohlerevier zur „Wiege der deutschen Carbochemie“ und zu einem Pyrolysezentrum entwickelte. Die Hauptprodukte waren Leuchtöl, Paraffine, Teer und Mineralöle.

Zwischen 1822 und 1940 gingen allein im Raum Weißenfels-Zeitz 43 Schwelereien in Betrieb. 1909 wurden hier 16,3 Millionen Hektoliter Kohle zu 62.363 Tonnen Teer verschwelt. Doch ein Großteil dieser Anlagen wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts schon wieder stillgelegt, da Aktiengesellschaften kleinere Unternehmen verdrängten. Im Jahr 1919 liefen in Deutschland 31 Braunkohlenschwelereien, die zusammen 79.000 Tonnen Teer und 435.000 Tonnen Grudekoks herstellten.

Ab dem Jahr 1914 arbeitete das neu gegründete Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung intensiv auf dem Gebiet der Steinkohlenschwelung. Während des Ersten Weltkriegs wurden infolge des Erdölmangels innerhalb kürzester Zeit mit staatlichen Mitteln fünf Steinkohleschwelanlagen errichtet, vier im Ruhrgebiet, eine in Hamburg. Auch diese Werke lehnten sich in keiner Weise an englische oder US-amerikanische Vorbilder an: Ziel war nicht wie in England oder in den USA die Gewinnung von Schwelkoks, sondern die Gewinnung von Urteer, der zu Marinedieselöl und anderen Kraftstoffen verarbeitet werden konnte.

Die fünf Steinkohleschwelwerke arbeiteten mangels ausgereifter Technologie unwirtschaftlich, weshalb kurz nach dem Ersten Weltkrieg ihr Abbruch erfolgte. Infolge der Autarkiebestrebungen in der Weimarer Republik wurde ab Beginn der 1920er Jahre die Forschung und Entwicklung der Kohleveredlung erheblich intensiviert. Den Durchbruch zu Großleistungs-Schwelanlagen bei der Verarbeitung von Braunkohle brachte der Lurgi-Spülgas-Schwelofen, dessen Entwicklung 1925 aufgenommen wurde. Moderne Schwelwerke entstanden zu dieser Zeit in verschiedenen deutschen Braunkohlerevieren; 1929 existierten 21 Braunkohleschwelereien in der Provinz Sachsen, drei in Hessen, drei in Anhalt und je eine in Sachsen, Thüringen, Oldenburg und Württemberg.

Auch Steinkohleschwelanlagen waren 1929 in Deutschland in Betrieb; sie arbeiteten unter Bewegung des Schwelguts, hauptsächlich in Drehöfen der Firmen Fellner & Ziegler und Thyssen, befanden sich aber insbesondere im Ruhrgebiet bei Krupp und auf Zeche Mathias Stinnes in einem neuen Abschnitt der Entwicklung. Die Grundlagenforschung der Steinkohlenschwelerei war eng mit den Chemikern Franz Fischer, Hans Tropsch und Fritz Müller verknüpft, die in der Verbindung von Schwelung und Kohlenwasserstoff-Synthese beziehungsweise Hydrierverfahren eine optimale Ausnutzung des Chemierohstoffes Kohle sahen. So ergaben die späteren Hydrier- und Synthesewerke weit höhere Ausbeute als herkömmliche Schwelverfahren, wobei einige der Werke mit den eigentlichen Prozess der Kunstölerzeugung gekoppelt waren.

Von den deutschen Steinkohlen eigneten sich die Kohlearten aus dem Saarrevier und dem Oberschlesischen Revier nicht für die Hochtemperaturverkokung, wohl aber für die Verschwelung. Im Ruhrgebiet fanden sich besonders gute Steinkohlevorkommen für die Verschwelung im nördlichen Teil der Emscher und der Lippe. Die Verschwelung von Steinkohle gelangte erstmals 1937 auf den Anlagen der Krupp Treibstoffwerke in Wanne-Eickel zur großindustriellen Durchführung. In Kombination mit einer Fischer-Tropsch-Anlage gingen hier 67 Otto-Hoffmann-Regenerativ-Koksöfen und eine großtechnische Schwelanlage mit sechs Krupp-Lurgi-Schwelöfen (Durchsatz 200.000 t/a) in Betrieb. Der Otto-Hoffmann-Regenerativofen konnte mit eigenem Gas beheizt werden und erzeugte noch Überschussgas, das weiterverkauft als Leuchtgas hohe Zusatzgewinne versprach. In der Folge nahmen verschiedene Unternehmen den Betrieb von leistungsstarken Steinkohlenschwelereien auf, unter anderem Hoesch-Benzin in Dortmund, Schaffgotsch-Benzin in Schlesien und Zeche Heinitz bei Neunkirchen (Saar).

In den deutschen Braunkohleschwelwerken wurden ab 1935 nur noch Schwelöfen von Lurgi verbaut. Im gleichen Jahr ging in Böhlen bei Leipzig eines der größten deutschen Schwelwerke in Betrieb. Mit einem Durchsatz von 1,5 Millionen Tonnen Briketts konnte diese Schwelerei jährlich 200.000 Tonnen Braunkohlenteer erzeugen, während der Großteil des Grudekokses zur Staubkohlenfeuerung in das gleichzeitig errichtete Böhlener Großkohlekraftwerk und zur Vergasung in Winkler-Generatoren zur Synthesegasherstellung gelangte. In unmittelbarer Nähe errichtete die Brabag eine große Bergius-Pier-Anlage zur Weiterverarbeitung des gewonnenen Schwelteers.

Während beim Bergius-Pier-Verfahren alle in Frage kommenden festen, flüssigen, wasserstoffarmen und wasserstoffreichen Rohstoffe (Stein- und Braunkohle, Teere, Koks, Schwelkoks, Schieferöle etc.) verarbeitet werden konnten, basierte das Fischer-Tropsch-Verfahren damals in erster Linie auf der Umwandlung fester Brennstoffe (vor allem Schwelkoks) in Synthesegas. Neben Hydrier- und Synthesewerken entstanden zwischen 1935 und 1945 in Deutschland noch weitere Großschwelereien, die Tagesleistungen von mehreren Tausend Tonnen Schwelkohle besaßen. Allein in deutschen Braunkohleschwelwerken arbeiteten 96 Lurgi-Schwelöfen, die zusammen jährlich 1,1 Millionen Tonnen Teer erzeugen konnten. 1938 wurde in Espenhain der Grundstein für einen der damals größten Industriekomplexe Deutschlands gelegt. In kurzer Zeit realisierte die ASW das gigantische Bauvorhaben und errichtete zwischen 1938 und 1944 die bis dahin größte Brikettschwelerei der Welt und das modernste Kraftwerk Deutschlands.

Nach 1945 fand die Verschwelung von Kohle in den Westzonen zunehmend keine Anwendung mehr, da jener erfolgreiche Verdrängungsprozess durch Erdöl und Erdgas einsetzte, dem im Westen Deutschlands bis auf die Hochtemperatur-Kokereien alle thermisch-chemischen Kohleveredlungsanlagen innerhalb kurzer Zeit zum Opfer fielen.

In der DDR wurden Schwelwerke mangels Erdöl zur Treibstoffgewinnung bis 1990 betrieben. Die giftigen und übelriechenden Schwelerei-Abwässer waren eine Hauptursache der Umweltbelastung, insbesondere in den Flüssen. Beim Rückbau der ehemaligen Kohleindustrieanlagen der DDR im Zuge der deutschen Wiedervereinigung gehörten die Schwelwerke zu den an erster Stelle stillgelegten Betriebsteilen. Zu den größten Schwelereien zählten bis 1990 das Kombinat Espenhain, das Industriekraftwerk Deuben sowie die Werke in Böhlen und Rositz.

Gegenwart

Auch in der Gegenwart sind Schwelwerke in verschiedenen Ländern in Betrieb oder befinden sich im Aufbau. Sie dienen heute primär der Herstellung von Schwelkoks, international Semi-Coke (Halbkoks) oder Char genannt, der überwiegend in der Metall- und Stahlindustrie eingesetzt wird. Die bestehenden Anlagen zur thermischen Verarbeitung konzentrieren sich dabei vor allem auf Regionen mit umfangreichen Kohlevorkommen und einer entsprechenden industriellen Infrastruktur. Neben der Versorgung der heimischen Industrie spielt der internationale Handel mit den erzeugten Produkten eine wichtige Rolle. Gleichzeitig werden an verschiedenen Standorten bestehende Anlagen erweitert und neue Produktionskapazitäten geschaffen.

China ist derzeit das Land mit der größten Zahl und der höchsten Produktionskapazität an industriellen Kohleschwelwerken. Die Anlagen befinden sich vor allem in den kohlenreichen Regionen Shaanxi, Yunnan und der Inneren Mongolei. Dort wird in großem Umfang Halbkoks produziert. Die chinesische Produktion ist sowohl für den heimischen Markt als auch für den Export zur industriellen Weiterverarbeitung von Bedeutung. Zudem werden in China seit Beginn der 2020er Jahre mehrere neue Anlagen errichtet und bestehende Produktionskapazitäten erweitert.

In Russland befinden sich Kohleschwelwerke hauptsächlich in Sibirien im Kusnezker Becken (Kusbass). Dort wird Steinkohle zu Schwelkoks verarbeitet, der im Inland für die Metallurgie eingesetzt und teilweise in asiatische Länder exportiert wird. In der Region Krasnojarsk wird die thermische Veredlung von Braunkohle zu Halbkoks angewendet und weiterentwickelt. Die Sibirische Föderale Universität beschäftigt sich unter anderem mit Verfahren zur thermischen Druckbehandlung von Braunkohle, bei denen neben Halbkoks brennbares Gas gewonnen wird. Weitere Untersuchungen befassen sich mit der „Termokoks-KS“-Technologie zur Kohleverarbeitung im Wirbelschichtverfahren sowie mit der kombinierten Erzeugung von Wärmeenergie und kohlenstoffhaltigen Produkten. Russland betreibt damit eine aktive technologische Weiterentwicklung der Kohleschwelung.

In der Mongolei fand Anfang Juli 2026 die Grundsteinlegung für ein großindustrielles Kohlepyrolysewerk in Baganuur statt. Die Anlage soll ab 2028 jährlich 1,8 Millionen Tonnen Braunkohle verarbeiten und daraus rund 600.000 Tonnen Schwelkoks sowie weitere Produkte erzeugen. Zusätzlich ist vorgesehen, einen Teil der entstehenden Gase zur Stromerzeugung zu nutzen. Angestrebt wird eine Stromerzeugung von circa 40 MW. Davon fließen rund 26 MW in das mongolische Stromnetz, während der verbleibende Teil dem werkseigenen Bedarf dient. Mit diesem kostenintensiven Industrieprojekt verfolgt die mongolische Regierung das Ziel, die Versorgung des Landes mit Halbkoks stärker aus heimischer Produktion zu decken und die Abhängigkeit von Importen zu verringern.

Indonesien hat sich in den letzten Jahren zu einem bedeutenden Standort für die Herstellung und den Handel mit Koks und Halbkoks entwickelt. Die Produktionskapazitäten wurden insbesondere im Zuge des starken Ausbaus der Nickel- und Ferrolegierungsindustrie erweitert. Ein großer Teil der Anlagen befindet sich auf Sulawesi. Dort wird Schwelkoks unter anderem für die metallurgische Verarbeitung von Nickel eingesetzt. Indonesien ist dabei sowohl Importeur als auch Exporteur. Neben der eigenen Produktion werden große Mengen an Koks und Halbkoks importiert, vor allem aus China, während gleichzeitig erhebliche Mengen auf den internationalen Markt exportiert werden. Der Ausbau der Anlagen erfolgt vielfach durch Kooperationen zwischen indonesischen und chinesischen Unternehmen.

In Simbabwe konzentrieren sich die gegenwärtigen Anlagen zur Herstellung von Koks und Halbkoks vor allem auf die Kohleregion Hwange im Nordwesten des Landes. Neben mehreren Kokereien für metallurgischen Koks bestehen dort Anlagen und Projekte zur Herstellung von Semi-Coke. So wurde unter anderem in der Provinz Matabeleland North von dem chinesischen Ferrochrom-Konzern Jin An Corporation eine Semi-Coke-Anlage errichtet beziehungsweise deren Aufbau vorangetrieben. Die Produktion von Koks und Halbkoks steht in engem Zusammenhang mit der wachsenden Eisen-, Stahl- und Metallindustrie des Landes. Unternehmen aus Hwange treten zudem als Exporteure von Koks und Semi-Coke insbesondere nach Südafrika, Sambia und DR Kongo auf.

Weiterentwicklung

Unter den Bezeichnungen Pyrolysis plant oder Hydrothermal carbonization plant (HTC) erleben Schwelwerke weltweit eine technologische Renaissance, wobei der Fokus von fossilen Energieträgern auf den Einsatz von Biomasse übergegangen ist. Anstelle von Kohle werden in diesen Anlagen organische Abfälle, Klärschlamm oder Holzreste bei niedrigen Temperaturen thermochemisch umgewandelt (verschwelt).

Das primäre Ziel dieses Prozesses ist die Gewinnung von Pflanzenkohle (auch Biochar oder Hydrochar genannt), welche zur Bodenverbesserung sowie zur langfristigen CO₂-Speicherung eingesetzt wird. Zudem dient das Endprodukt als sogenannter grüner Koks (Biokohle) als nachhaltiger Kohleersatz in industriellen Feuerungs- und Produktionsprozessen.

China nimmt derzeit eine weltweite Vorreiterrolle bei der großtechnischen Nutzung der hydrothermalen Karbonisierung ein. Mit Stand von August 2026 sind dort mehr als 20 HTC-Großanlagen in Betrieb, die täglich jeweils mehrere hundert Tonnen Klärschlamm und Biomasse verwerten.

Umweltemission

Nicht wenige alte Schwelwerke hinterließen im 20. Jahrhundert gravierende ökologische Schäden. Aufgrund mangelnder Filtertechniken und fehlender Automatisierung führten diese Anlagen zu katastrophalen Umweltschäden, da hochgiftige Nebenprodukte wie Schwelteer und phenolreiche Abwässer oft ungefiltert in Gewässer und ungesicherte Erdgruben abgeleitet wurden. Die dadurch entstandenen sogenannten Teerseen verursachten eine extreme Grundwasserverseuchung mit krebserregenden Kohlenwasserstoffen (PAK) sowie massive Luftbelastungen und müssen bis heute für Milliardenbeträge aufwendig saniert werden.

Moderne Großanlagen können heute deutlich umweltschonender betrieben werden als in der Vergangenheit, indem sie eine vollständige (100-prozentige) Gaskonversion nutzen. Sogenannte Ultra-Low-Emission-Standards erfordern dabei die Installation mehrstufiger Rauchgasreinigungen zur Entstickung, Entschwefelung und Dioxinentfernung. Zudem setzen moderne Reaktoren automatisierte Entkokungsvorrichtungen (Decoking Devices) ein. Diese verhindern, dass sich Kohleteerrückstände im Reaktorinneren festsetzen, wodurch der Pyrolyseprozess konstanter, energieeffizienter und mit reduziertem Schadstoffauswurf verläuft.

Vorreiter auf diesem Gebiet ist China, das seit 2024 strikte Richtlinien für industrielle Großanlagen vorschreibt, um den Schadstoffausstoß im Zuge seiner nationalen Dekarbonisierungsstrategie zu senken. Diese Vorschriften zwingen Betreiber dazu, bestehende Pyrolyse- und Konversionsanlagen landesweit bis 2028 mit klimaneutralen Filter- und Automatisierungstechnologien nachzurüsten.

Literatur

• Waldemar Scheithauer: Die Schwelteere. Ihre Gewinnung und Verarbeitung. Springer-Verlag, 1922.
• Oskar Simmersbach, Gustav Schneider: Grundlagen der Koks-Chemie. Springer-Verlag, 1930.
• Hans-Joachim von Alberti: Böhlener Schwelfibel. Der Braunkohlenschweler. Ein Handbuch für Schwelerei – Maschinisten und Praktikanten. Verlag Wilhelm Knapp, 1951.

Einzelnachweise