(ENT2 04) – Luftschadstoffe – Übersicht [Stickstoffoxide, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe]

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurstext erklären wir dir als angehenden Techniker ausführlich, dass bei der Erzeugung von Nutzenergie sehr viele Luftschadstoffe freigesetzt werden. 

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: ENT2-Kraftwerkstechnik

 

Luftschadstoffe – Grundwissen

Luftschadstoffe sind Stoffe oder Partikel, die in der Atmosphäre vorkommen und die Luftqualität beeinträchtigen können. Diese Schadstoffe können aus verschiedenen Quellen stammen, darunter Industrieanlagen, Verkehr, Verbrennungsprozesse, Landwirtschaft und natürliche Quellen. Luftschadstoffe sind von besonderer Bedeutung, da sie sowohl die Umwelt als auch die Gesundheit von Menschen erheblich beeinflussen können.

Hier sind einige wichtige Luftschadstoffe und deren Auswirkungen:

  1. Stickstoffoxide (NOx): Diese Verbindungen entstehen bei hohen Temperaturen während der Verbrennung von fossilen Brennstoffen in Autos, Kraftwerken und Industrieanlagen. Sie tragen zur Bildung von bodennahem Ozon und saurem Regen bei und können Atemwegserkrankungen verursachen.

  2. Schwefeldioxid (SO2): Schwefeldioxid entsteht hauptsächlich bei der Verbrennung von Schwefel enthaltenden Brennstoffen wie Kohle und Erdöl. Es kann zu saurem Regen führen und Atemwegsprobleme verursachen.

  3. Kohlenmonoxid (CO): Kohlenmonoxid ist ein farb- und geruchloses Gas, das bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenstoff entsteht. Hohe Konzentrationen können tödlich sein, da es den Sauerstofftransport im Blut beeinträchtigt.

  4. Feinstaub (PM2.5 und PM10): Feinstaubpartikel sind winzige Partikel in der Luft, die aus verschiedenen Quellen stammen, einschließlich Verkehrsemissionen, Industrie und natürlichen Quellen wie Waldbränden. Sie können Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursachen und sind mit vorzeitigen Todesfällen verbunden.

  5. Kohlenwasserstoffe (VOCs): Flüchtige organische Verbindungen sind Chemikalien, die leicht in die Luft verdampfen. Sie tragen zur Bildung von bodennahem Ozon und zur Luftverschmutzung bei.

  6. Blei (Pb): Blei war früher ein häufiger Bestandteil von Benzin, wurde aber aufgrund seiner schwerwiegenden gesundheitlichen Auswirkungen weitgehend entfernt. Blei kann das Nervensystem schädigen, insbesondere bei Kindern.

Die Kontrolle und Reduzierung von Luftschadstoffen sind entscheidend, um die Luftqualität zu verbessern und die Gesundheit der Bevölkerung zu schützen. Dies wird oft durch staatliche Vorschriften, Emissionsstandards und umweltfreundliche Technologien in verschiedenen Branchen erreicht.

Luftschadstoffe - Emissionen von Gasen und Partikeln
Luftschadstoffe – Emissionen von Gasen und Partikeln

 

Was muss ich im Vorfeld wissen?…

Die hauptsächlichen Schadstoffe findest du in der nachfolgenden Auflistung. Denn während der Stromgewinnung durch Verbrennung können viele dieser Schadstoffe auftreten. Diese können sowohl gemeinsam als auch einzeln auftreten. 

 

Luftschadstoff – Staub

Staub bezieht sich auf winzige feste Partikel, die in der Luft schweben. Diese Partikel können aus verschiedenen Quellen stammen, darunter Bodenabrieb, Industrieemissionen, Verbrennungsprozesse, landwirtschaftliche Aktivitäten und natürliche Ereignisse wie Vulkanausbrüche oder Waldbrände.

Staubpartikel können in ihrer Größe variieren, von weniger als einem Mikrometer bis zu einigen hundert Mikrometern. Die Zusammensetzung von Staub variiert je nach seiner Herkunft, kann aber mineralische Bestandteile wie Sand, Ton oder Schlamm, organische Materialien, Rußpartikel, chemische Verbindungen und andere Substanzen enthalten.

In der Luft können Staubpartikel gesundheitliche Probleme verursachen, insbesondere wenn sie klein genug sind, um eingeatmet zu werden. Sie können Atemwegsreizungen, Allergien und Atemwegserkrankungen wie Asthma auslösen oder verschlimmern. Darüber hinaus kann Staub die Sicht behindern, die Luftqualität verschlechtern und die Umweltverschmutzung verstärken.

Die Kontrolle von Staubemissionen ist daher in vielen Bereichen wichtig, um die Gesundheit von Menschen und die Umwelt zu schützen. Dies umfasst Maßnahmen wie Staubsammler und Filter in industriellen Anlagen, Bewässerung von Baustellen, Erosionskontrolle, Luftreinigungstechnologien und Maßnahmen zur Reduzierung von Verbrennungsprozessen.

 

Sehr gefährlich!!

Seine Wirkung auf die Atemwege ist negativ. Die Höhe der Schädigung hängt sowohl von der Korngröße als auch von der chemischen Zusammensetzung ab.  

Problematisch ist, dass auch Schwermetalle in Stäuben enthalten sein können.

 

Luftschadstoff – Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (VOCs)

Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (auch bekannt als VOCs, englisch für “volatile organic compounds”) sind organische Verbindungen, die bei unvollständiger Verbrennung von Kraftstoffen oder organischen Materialien entstehen. Diese Verbindungen können leicht verdampfen oder in die Luft gelangen und haben niedrige Siedepunkte und hohe Dampfdrücke bei Raumtemperatur.

VOCs umfassen eine Vielzahl von Verbindungen, darunter Kohlenwasserstoffe wie

  • Methan,
  • Ethan,
  • Propan,
  • Benzol,
  • Toluol,
  • Xylole
  • und viele andere.

Sie sind in einer Vielzahl von Produkten und Prozessen zu finden, darunter Kraftstoffe, Lösungsmittel, Farben, Lacke, Reinigungsmittel, Klebstoffe, Pestizide und viele mehr.

VOCs können eine Reihe von negativen Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben. Sie tragen zur Bildung von bodennahem Ozon und zur Smogbildung bei und sind Vorläufer von Luftschadstoffen wie Formaldehyd und Peroxyacetylnitrat. Darüber hinaus können sie toxisch sein und gesundheitliche Probleme wie Reizungen der Augen, der Nase und des Rachens, Kopfschmerzen, Schwindel, Übelkeit und langfristige gesundheitliche Probleme verursachen.

Die Kontrolle von VOC-Emissionen ist daher in vielen Branchen und Anwendungen wichtig, um die Luftqualität zu verbessern und die Exposition von Menschen und der Umwelt zu reduzieren. Dies umfasst Maßnahmen wie die Verwendung von emissionsarmen Produkten und Prozessen, die Implementierung von VOC-Abscheidungstechnologien und die Einhaltung von Umweltvorschriften und -standards.

Merk’s dir!

Das chemische Zeichen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen ist  CnHm.

 

Sehr gefährlich!!

Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden als krebserregend eingeschätzt.

 

Luftschadstoff – Schwefeldioxid

Schwefeldioxid (SO2) ist eine chemische Verbindung, die aus einem Schwefelatom und zwei Sauerstoffatomen besteht. Es entsteht hauptsächlich bei der Verbrennung von Schwefelhaltigen Brennstoffen wie Kohle und Erdöl, insbesondere in Kraftwerken und Industrieanlagen. Schwefeldioxid ist auch ein Nebenprodukt bei der metallurgischen Verarbeitung von Schwefelmineralien wie Pyrit.

Schwefeldioxid ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, das in der Luft gut löslich ist. Es kann reizend auf die Atemwege wirken und bei hoher Konzentration Atemwegsbeschwerden wie Husten, Atemnot und Reizungen der Augen verursachen. Langfristige Exposition gegenüber Schwefeldioxid kann zu chronischen Atemwegserkrankungen wie Asthma führen.

Darüber hinaus kann Schwefeldioxid in der Atmosphäre zu saurem Regen beitragen, wenn es mit Wasser und anderen Substanzen reagiert, um Schwefelsäure zu bilden. Dies kann Boden und Gewässer versauern und ökologische Schäden an Pflanzen, Tieren und Gewässern verursachen.

Die Kontrolle von Schwefeldioxidemissionen ist daher in vielen Ländern durch Umweltschutzvorschriften und -standards geregelt. Technologien wie Rauchgasentschwefelung (FGD) werden in Kraftwerken und Industrieanlagen eingesetzt, um Schwefeldioxidemissionen zu reduzieren, und es gibt Bestrebungen, saubere Energietechnologien zu entwickeln, die die Verbrennung von schwefelhaltigen Brennstoffen minimieren oder eliminieren.

Schwefeldioxid bildet sich als Verbrennungsprodukt. Denn in den meisten Brennstoffen ist Schwefels enthalten.

Merk’s dir!

Das chemische Zeichen von Schwefeldioxid ist  SO_2.

 

 

Das Schwefeldioxid ist ein farbloses stechend riechendes Gas. Dass es auf vielfältige Weise schädigt, zeigt die nächste Liste.

Sehr gefährlich!!

  • Es wirkt besonders als Reizgas auf die Schleimhäute der Atemwege.

sowie

  • Auch Pflanzen werden durch das Gas geschädigt.

sowie

  • Nach Bildung von Schwefelsäure treten Versäuerungen von Gewässern und Böden auf.

sowie

  • Ebenso werden Schäden an Gebäuden und Industrieanlagen beobachtet.

 

 

Luftschadstoff – Stickoxide

Stickoxide kennzeichnet, dass sie sowohl durch Reaktion mit dem Brennstoffstickstoff als auch mit Luftstickstoff bei Verbrennungsprozessen mit hohen Temperaturen auftreten. Auch sie verursachen Reizungen der Atemwege.

Merk’s dir!

Das chemische Zeichen von Stickoxiden ist  NO_x.

 

 

Sehr gefährlich!!

Bei höheren Konzentrationen können schwere Erkrankungen der Atemwege auftreten.  

 

 

Es ist weiterhin bekannt, dass infolge von photochemischen Reaktionen mit Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre Smog sowie saure Niederschläge auftreten können.

 

Luftschadstoff – Kohlenmonoxid

Kohlenmonoxid (CO) ist ein farbloses, geruchloses Gas, das entsteht, wenn Kohlenstoff bei unvollständiger Verbrennung von Brennstoffen wie Holz, Erdgas, Benzin oder Öl freigesetzt wird.

Es ist giftig und kann schwerwiegende Gesundheitsprobleme verursachen, wenn es eingeatmet wird, da es die Fähigkeit des Bluts, Sauerstoff zu transportieren, beeinträchtigt.

Kohlenmonoxidvergiftungen können Symptome wie Kopfschmerzen, Schwindel, Übelkeit, Verwirrung und Bewusstlosigkeit verursachen und in schweren Fällen tödlich sein. 

Merk’s dir!

Das chemische Zeichen von Kohlenmonoxid ist  CO.

 

 

Sehr gefährlich!!

Durch CO wird der Sauerstofftransport im Blut beeinträchtigt. Weshalb hier besondere Vorsicht geboten ist, denn die gesundheitlichen Folgen von Sauerstoffmangel können bis zur Atemlähmung reichen.

 

 

Luftschadstoff – Chlorwasserstoff

Chlorwasserstoff (HCl) ist eine ätzende, farblose und stark riechende chemische Verbindung. Es bildet sich, wenn Chlor mit Wasserstoff reagiert. Chlorwasserstoff ist ätzend und kann bei Einatmen oder Hautkontakt Reizungen und Verätzungen verursachen.

Es wird häufig in der chemischen Industrie verwendet, unter anderem zur Herstellung von Kunststoffen, Reinigungsmitteln und Pharmazeutika.

Es ist auch ein Bestandteil von Salzsäure. In hohen Konzentrationen kann Chlorwasserstoff giftig sein und ernsthafte Gesundheitsschäden verursachen.

Merk’s dir!

Das chemische Zeichen von Chlorwasserstoff ist  HCl.

 

 

Sehr gefährlich!!

Chlorwasserstoff (CO) reizt die Atemwege massig.

 

 

Es entsteht durch Chloridspaltung der in der Kohle enthaltenen Chlorverbindungen.

 

Luftschadstoff – Fluorwasserstoff

Fluorwasserstoff (HF) (Flusssäure) ist eine ätzende, stechend riechende und farblose chemische Verbindung, die aus den Elementen Fluor und Wasserstoff besteht. Es ist bekannt für seine starke ätzende Wirkung auf Haut, Augen und Atemwege.

Fluorwasserstoff wird in der Industrie für verschiedene Zwecke verwendet, einschließlich der Herstellung von Fluorverbindungen, Glasätzung, Metallätzung und als Katalysator in einigen chemischen Reaktionen. Aufgrund seiner Gefährlichkeit erfordert der Umgang mit Fluorwasserstoff strenge Sicherheitsvorkehrungen und Schutzmaßnahmen.

Merk’s dir!

Das chemische Zeichen von Fluorwasserstoff ist  HF.

 

 

Sehr gefährlich!!

Fluorwasserstoff hat eine ähnliche Wirkung auf lebende Organismen wie Salzsäure.

 

 

Neben Fluorwasserstoff können während des Verbrennungsvorgangs auch andere Fluoride entstehen.

Luftschadstoffe - Fluorwasserstoffe besonders gefährlich für den menschlichen Organismus
Luftschadstoffe – Fluorwasserstoffe besonders gefährlich für den menschlichen Organismus

 

Das Ziel der kommenden Jahre muss sein, dass Kraftwerksbetreiber viele Anstrengungen unternehmen, die oben aufgeführten Schadstoffe aus der Luft zu verbannen. Der Einsatz von modernen Filtersystemen hilft bei der Umsetzung.

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir jetzt die Luftschadstoffe aufgeführt haben, ist es sinnvoll, dass wir im kommenden Kurstext die Reststoffe, die im Betrieb von Kraftwerken anfallen, behandeln.

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