(ENT2 02) – Wichtige Schadstofffreisetzungsreaktionen [Arten, Reaktionen, Lösungen]

In diesem Kurstext befassen wir uns mit dem Thema Schadstofffreisetzung. Diese findet in der Energiewirtschaft täglich statt und nimmt unterschiedlichste Formen an.

Für ein optimales Verständnis helfen dir zahlreiche, ausführliche Videoclips und viele anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Energietechnik findest du im Kurs: ENT1-Energieversorgung

Schadstofffreisetzungsreaktionen – Ausgangslage

Denn trotz umfangreicher Optimierungen hinsichtlich Energieeinsparungen sowie Verfahrensoptimierungen ist es nicht gelungen die Freisetzung von Schadstoffen gänzlich einzuschränken.

Zu Beginn dieses Abschnitts schauen wir uns zuerst die wichtigsten Reaktion innerhalb der Energiewirtschaft an, bei denen Schadstoffe freigesetzt werden.

Schadstofffreisetzung auch in der Stahlindustrie [Nebenprodukte der Stahlerzeugung]

Am Anfang jeder Betrachtung zur Schadstofffreisetzung steht eine Bilanzierung der zugrunde legenden Prozesse.

Schadstoffe – Ursprung

“Schadstofffreisetzungsreaktionen” bezieht sich auf chemische Reaktionen oder Prozesse, bei denen Schadstoffe in die Umwelt freigesetzt werden. Diese Reaktionen können in verschiedenen Kontexten auftreten, zum Beispiel:

Industrielle Prozesse: In vielen industriellen Anlagen werden Chemikalien verwendet oder erzeugt, die potenziell schädlich für die Umwelt sein können. Wenn diese Chemikalien nicht ordnungsgemäß behandelt oder entsorgt werden, können sie in die Umwelt freigesetzt werden, sei es durch Leckagen, Abfallentsorgung oder versehentliche Freisetzung während des Produktionsprozesses.
Verbrennung: Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl und Gas oder bei der Abfallverbrennung werden Schadstoffe wie Kohlendioxid, Stickoxide, Schwefeldioxid, Rußpartikel und andere Schadstoffe in die Atmosphäre freigesetzt.
Chemische Reaktionen: Chemische Reaktionen in der Umwelt können ebenfalls zu Schadstofffreisetzungen führen. Zum Beispiel können bestimmte industrielle oder landwirtschaftliche Chemikalien in Gewässer gelangen und dort mit anderen Substanzen reagieren, um neue schädliche Verbindungen zu bilden.
Natürliche Prozesse: Auch natürliche Prozesse können zur Freisetzung von Schadstoffen führen, zum Beispiel bei Vulkanausbrüchen oder durch den biologischen Abbau von organischen Materialien, der Gase wie Methan oder Schwefelwasserstoff freisetzen kann.

Die Überwachung und Kontrolle von Schadstofffreisetzungsreaktionen ist wichtig, um Umweltverschmutzung zu verhindern oder zu minimieren und die Gesundheit von Menschen und Ökosystemen zu schützen. Dies umfasst die Einhaltung von Umweltvorschriften, die Entwicklung und Implementierung von Technologien zur Emissionskontrolle sowie die Förderung nachhaltiger Produktions- und Verbrauchspraktiken.

Schadstofffreisetzung – Beispiel eines Steinkohlekraftwerk

Beispiel: Kraftwerkskessel!

Gerade Kohlekraftwerke haben in der Öffentlichkeit das Image eines Umweltverschmutzers. Denn hier wird besonders viel emittiert. Damit du dir davon auch ein mal selber ein Bild machen kannst, nehmen wir ein Steinkohlekraftwerk aus exemplarisches Beispiel.

Der Betrieb eines steinkohlegefeuerten Kraftwerkskessels und der darin stattfindenden Reaktionen soll uns als Beispiel zur Vorgehensweise dienen.

Folgende Reaktionen treten im Normalfall auf:

$C + O_2 \rightarrow CO2$

sowie

$C + 0,5 O_2 \rightarrow CO$

sowie

$S + O_2 \rightarrow SO2$

sowie

$N_2 + O_2 \rightarrow 2 NO$

sowie

$N_2 + 2 O_2 \rightarrow 2 NO2$

sowie

$Cl_2 + H_2 \rightarrow 2 HCl$

sowie

$F_2 + H_2 \rightarrow 2 HF$

Geht’s noch ein bisschen komplizierter?…

In unserem Fall? Leider ja!

Bei der Verbrennung von Energieträgern treten zwangsläufig Schadstofffreisetzungsreaktionen auf. So ergeben sich die spezifischen Emissionen

$sSO_2$ (Angabe in $\frac{mg SO_2}{m3}$ Rauchgas),

sowie

$sNO_x$ ,

sowie

sStaub,

sowie

$sCO_2$ usw.

teils über die stöchiometrischen Betrachtungen.

Merk’s dir!

So ergibt sich z. B. bei 1 Gew.-% Schwefel in der Kohle eine spezifische SO2 Emission von rd. $2.000 mg \frac{SO_2}{m3}$ Rauchgas.

Industrieanlage [Verrußte Wände zeugen von Schadstofffreisetzungen]

Dabei geht man davon aus, dass bei der Verbrennung von

1 kg Kohle rd. = $10 m^3$ Rauchgase

entstehen.

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir im ersten Schritt die relevantesten Reaktionsgleichungen vorgestellt haben, werden wir dir im nächsten Kurstext erläutern wie die ausführliche Bilanz eines Steinkohlekraftwerks aussieht.

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