luft - luftschadstoffe

Luft - Luftschadstoffe
	© stu 2004/05/05

Die Luft besteht aus

78,1 % Stickstoff (N₂)
20,9 % Sauerstoff (O₂)
0,93 % Argon (Edelgas)
Spuren von Kohlendioxid (CO₂) und verschiedenen anderen Stoffen.

Die Atmosphäre hat im Laufe der Erdgeschichte unterschiedliche Zusammensetzungen gehabt - Sauerstoff gibt es erst, seit die Pflanzen Photosynthese machen. Auch auf Grund der unterschiedlichen Zusammensetzung der Luft waren Klima und durchschnittliche Temperatur auf der Erde nicht immer gleich. Derzeit scheint der Mensch die Atmosphäre nicht nur mit giftigen Stoffen zu belasten, sondern auch mit Stoffen, die wahrscheinlich Einfluss auf das Klima haben ("Treibhauseffekt") und die Ozon-Schicht am Rande der Atmosphäre schädigen (sie schützt uns vor den gefährlichen UV-Strahlen der Sonne).

Zur Luftverschmutzung tragen nicht nur Industrie, Verkehr und Kraftwerke bei, sondern auch der Einzelne bei der Verwendung von verschiedenen Produkten des täglichen Bedarfes und bei alltäglichen Tätigkeiten (Rasenmähen, Verbrennen von Gartenabfällen, Heizen, Kleben, Lackieren, etc.).
Bei modernen Kraftwerken und Müllverbrennungsanlagen nimmt heute die Abgasreinigung mehr Raum ein, als der Brenner und die Generatoren. Zudem wird die Abwärme zumeist als Energie für Fernwärme verwendet.
Gerade bei kalorischen Kraftwerken, grossen Industrieanlagen und modernen Autos ist der Schadstoffausstoss (Emission) in den letzten Jahren in den großen (reichen) Industriestaaten stark vermindert worden.

Kraftwerke und Müllverbrennungsanlagen

Kalorische Kraftwerke verbrennen	Kohle (hauptsächlich C, enthält S) Heizöl (hauptsächlich C und H, enthält weniger S) Erdgas (hauptsächlich CH₄, enthält am wenigsten S)
Bei der Verbrennung mit Luft bilden sich	CO, CO₂, H₂O, NO_x (N₂O, NO und NO₂), SO₂ und Staub

1) Reaktionsgleichungen für die Bildung von

(siehe Lösungsseite)

CO und H₂O aus CH₄ und O₂
CO₂ und H₂O aus CH₄ und O₂
NO aus N₂ und O₂
NO₂ aus N₂ und O₂
N₂O aus N₂ und O₂

Staub	wird mit einem Elektrofilter abgeschieden
CO	entsteht bei niedrigeren Temperaturen sehr wenig
CO₂ und H₂O	lassen sich nicht vermeiden
NO_x	werden an einem Katalysator mit NH₃ zu N₂ und H₂O
SO₂ wird zu SO₃ oxidiert und	mit Ca(OH)₂ oder CaCO₃ zu CaSO₄

Elektrofilter: Die Staubteilchen werden elektrisch aufgeladen und setzen sich dann an geladenen Metallplatten ab. Von dort werden sie automatisch (mit Riesenhämmern) abgeschlagen und entsorgt.

Katalysator: Da die Luft ca. 4/5 Stickstoff enthält, reagieren bei allen Verbrennungen auch Sauerstoff und Stickstoff miteinander zu Stickoxiden. An einem Katalysator aus Keramik reagieren die Stickoxide mit Ammoniak (NH₃) zu Stickstoff und Wasser.

2) Reaktionsgleichungen für die Bildung von

N₂ und H₂O aus NO und NH₃

Entschwefelung: SO₂ wird zuerst zu SO₃ oxidiert, mit Wasser zu Schwefelsäure und dann mit Ca(OH)₂ oder NaOH neutralisiert oder mit CaCO₃ zur Reaktion gebracht. Bei uns verwendet man vor allem Ca(OH)₂ oder CaCO₃, dabei entsteht Gips, den man entweder als Baustoff verwenden oder deponieren kann.

3) Reaktionsgleichungen für die Reaktion von

(siehe Lösungsseite)

SO₂ mit O₂ zu SO₃
SO₃ mit Wasser zu Schwefelsäure
Schwefelsäure mit NaOH
Schwefelsäure mit Ca(OH)₂
Schwefelsäure mit CaCO₃

Müllverbrennungsanlagen reduzieren das Volumen des Mülls um ca. 90%, die Masse um ca. 70%.
Neben der Schlacke (unverbrennbarer Anteil des Mülls) bleiben Filterstäube und Rückstände von der Neutralisation saurer Bestandteile der Abgase übrig.

Rückstände:
Schlacke
Filterrückstand (Staub)
Gips aus der Entschwefelung
Salze von HCl (Salzsäure), HF (Flußsäure), etc.

Neutralisation: Bei der Verbrennung von PVC entsteht HCl und bei der Verbrennung Fluor-haltiger Substanzen (spezielle Kunststoffe) entsteht HF. Diese Säuren werden mit Wasser aus den Rauchgasen ausgewaschen (gelöst) und mit NaOH neutralisiert. Dabei entstehen wasserlösliche Salze, die gesondert entsorgt werden.

4) Reaktionsgleichungen für die Reaktion von

(siehe Lösungsseite)

NaOH mit HCl
NaOH mit HF

Altmetall braucht nicht aus dem Müll aussortiert zu werden, da es nicht verbrennt und aus der Schlacke mit kräftigen Magneten ausgesondert wird. Es wird als Schrott recycled.

Abgase von Benzin-Motoren

Benzin enthält relativ wenig Schwefel, bei seiner Verbrennung entstehen folgende Abgase:

CO, CO₂ und H₂O
NO_x (N₂O, NO und NO₂)
unverbranntes Benzin ("Kohlenwasserstoffe")

CO und NO_x reagieren im Katalysator (Keramik mit Platinbeschichtung) zu N₂ und CO₂

5) Reaktionsgleichungen für die Reaktion von

(siehe Lösungsseite)

CO und NO zu N₂ und CO₂
C₈H₁₈ + O₂ zu CO₂ und H₂O

Eine neue Technik bei Benzinmotoren wurde in Japan entwickelt: Die Motoren verbrauchen ca. 20% weniger Treibstoff, allerdings produzieren sie mehr Stickoxide. Das Benzin für diese Motoren darf allerdings nicht so viel Schwefel enthalten, wie es in Europa üblich ist.

Abgase von Diesel-Motoren

Dieseltreibstoff enthält mehr Schwefel als Benzin und seine Abgase enthalten gesundheitsschädlichen (krebserregenden) Ruß. Allerdings brauchen Diesel-Fahrzeuge weniger Treibstoff als Benzin-Fahrzeuge. Der SO₂-Ausstoß lässt sich nur durch Entschwefelung des Treibstoffes in der Raffinerie vermindern. Bisher gab es kein brauchbares Mittel gegen die schädlichen Abgase, wie den Katalysator beim Benzin-PKW. Durch Änderungen am Motor wurden die Schadstoffe in den Abgasen allerdings vermindert.

Besonders gefährlich sind die Ruß-Partikel in den Abgasen von Dieselmotoren. Auf den Rußteilchen lagern sich Giftstoffe ab die vor allem mit ganz kleinen Rußteilchen beim Einatmen so tief in die Lunge gelangen, dass sie nicht mehr ausgehustet werden können.

Der Partikel-Filter für Diesel-PKW ist eine ganz neue Entwicklung von Peugeot/Citroen: Seit 2001 wird in Diesel-PKW dieser beiden Firmen ein Ruß-Filter eingebaut. Das Problem, dass ein Filter durch Filterrückstände voll wird und schließlich den Auspuff verstopft, wurde folgendermaßen gelöst: Alle paar hundert Kilometer wird durch eine Additiv (Zusatz) zu den Abgasen der Ruß im Filter verbrannt. Der Fahrer merkt davon gar nichts.
Ab 2005 werden wahrscheinlich alle neuen Diesel-PKW einen Rußfilter haben.

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