Luftschadstoffe

Wichtige Emissionen

Auswirkungen der Emissionen

Diese emittierten Stoffe reagieren mit den Stoffen aus der Umwelt beispielsweise dem Sauerstoff in der Luft. Dabei entstehen komplexe und oft unerforschte Umwandlungsketten. Diese entstandenen Stoffe sind schädlich für:

Immissionen

Wenn die Emissionen wieder Menschen, Tiere und Pflanzen sowie Sachgüter befallen, nennt man diesen Prozess Immissionen.
Immissionen haben oft weit entfernt von da wo die Emissionen geschehen einen Effekt. Dies ist oft vom Wetter abhängig.
Die Immissionen werden oft in $\frac{mg}{m^3}$ gemessen.

Zusammensetzung der Naturressourcen

Da in der Natur ein Energieträger nie rein ist, somit also auch andere Stoffe enthält, geschehen auch weitere unerwartete Reaktionen. Hier die erwarteten Reaktionen:

Beispiele

Die vollständige Verbrennung von Kohlenstoff.

$$ \ce{C + O2 -> CO2} $$

Die vollständige Verbrennung von Methan.

$$ \ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + H2O} $$

Emissionen bei der Verbrennung

Die fossilen Energieträger enthalten oft zusätzliche Stoffe, eben so wie die Reaktionspartner der Energieträger auch nicht immer beispielsweise reiner Sauerstoff ist.
Welche und wie viel Emissionen bei der Verbrennung auftreten ist abhängig von:

Ebenfalls sind folgende Luftschadstoffe bei Verbrennungen möglich:

Wobei oft bei Kohlekraftwerken folgendes entsteht: Staub; Schwefeldioxid: $\ce{SO2}$, und bei Verbrennungsmotoren: Kohlenmonoxid: $\ce{CO}$; Stickoxide: $\ce{NO_x}$; Unverbrannte Kohlenwasserstoffe: $\ce{C_mH_n}$

Emittenten

Die Emittenten sind die Verursacher der Emissionen.

Maβnahmen zur Luftreinhaltung

Die Politik gibt Grenzwerte der Emissionen an welche dann durch Maschinen eingehalten müssen werden.

Rauchgasentschwefelungsanlage, REA

Da die Luft frei von Luftschadstoffen sein sollte, ist in fast jedem Kohlekraftwerk eine Rauchgasentschwefelungsanlage installiert.
Die Rauchgasentschwefelungsanlage hat das Ziel de Abgase in Kohlekraftwerken von Schwefeldioxidemissionen zu befreien. Sie senkt die Schwefeldioxidemissionen um etwa 85%.
Hier beschrieben wird nun die Rauchgasentschwefelungsanlage mit Nassverfahren auf Kalksteinbasis.

Funktionsweise

Der Schwefelgehalt in der Steinkohle, etwa 1% bis 2% wird bei dem Verbrennen der Kohle ebenfalls Oxidiert er ist nun also unter der Form: $\ce{SO2}$, enthalten.
Der $\ce{SO2}$ ist also nun mit in dem Rauchgas, was das Kohlekraftwerk ausstoβt vorhanden. Das Rauchgas flieβt also nun zum Elektrofilter. Der Elektrofilter entstaubt das Rauchgas. Das Rauchgas flieβt dann zu einem Wärmetauscher. Im Wärmetauscher wird die Temperatur von etwa 140$^{\circ}C$ auf 50$^{\circ}C$ abgekühlt. Das Rauchgas flieβt dann in den Absorberturm.
Während dem das Rauchgas diesen Prozess erfährt, wird Kalkstein $\ce{CaCO3}$, gemahlen und mit Wasser aufgeschlämmt, also in Wasser gegeben. Diesen Prozess nennt man Kalkaufschlämmung
Das Aufgeschlämmte Wasser wird dann im Absorberturm auf das Rauchgas gesprüht. Dabei geschieht folgende Reaktion:

$$ \ce{CaCO3 + SO2 -> CaSO3 + CO2} $$

Das entstandenen Calciumsulfit wird danach zu Calciumsulfat oxidiert, was Gips ist.
Das übrige Rauchgas wird dann im Wärmetauscher wieder erhitzt und verlässt die Anlage über den Schornstein in die Umwelt.

Bemerkung

Da die Rauchgasentschwefelungsanlage eine chemische Fabrik ist, sie auch damit sehr teuer.

Abgaskatalysatoren

Abgaskatalysatoren sind dafür zuständig die Luftschadstoffe der Verbrennungsmotoren zu reduzieren.
In Verbrennungsmotoren entstehen die Luftschadstoffe: $\ce{CO}$, $\ce{NO_x}$, $\ce{C_mH_n}$.
Die Entstehung dieser Schadstoffe ist vorallem von dem Luftverhältnis $\lambda$ abhängig.

Luftverhältnis

Definition

Das Luftverhältnis $\lambda$ gibt an wie viel Luft vohanden ist im bezug auf wie viel Luft benötigt ist. Das Luftverhältnis ist folgendermaβen definiert:

Formel

$$ \lambda = \frac{vorhandene\ Luftmasse}{benötigte\ Luftmasse} $$

Luftverhältniswerte

Aus der Definition ergibt sich:

Geregelter Dreiwegkatalysator

Der Dreiwegkatalysator erhält seinen Namen dadurch, dass er folgende Reaktion beschleunigt:

  1. Stickoxide $\ce{NO_x}$ werden zu Stickstoff $\ce{N2}$ reduziert. Hierbei wird Sauerstoff freigesetzt.

  2. Sauerstoff der durch die Reduktion von Stickoxiden freigesetzt wurde wird nun benutzt um Kohlenmonoxid $\ce{CO}$ zu Kohlenmonoxid $\ce{CO2}$ oxidieren.

  3. Sauerstoff der durch die Reduktion von Stickoxiden freigesetzt wurde, wird nun benutzt um unverbrannte Kohlenwasserstoffe $\ce{C_mH_n}$ zu Wasser $\ce{H2O}$ und Kohlendioxid $\ce{CO2}$ reagieren zu lassen.

Funktionsweise

Der Dreiwegkatalysator ist ein Katalysator der aus wabenförmigen Keramikkörpern besteht. Diese Keramikkörper bilden lange Kanäle welche mit den Katalysatorsubstanzen: Platin $\ce{Pt}$, Rhodium $\ce{Rh}$ beschichtet sind. Zusammen ergeben sie eine Masse von 1$g$ bis 2$g$.
Um die Konversionsgrad zu erhöhen muss eine gröβt mögliche Fläche vorhanden sein.

Konversionsgrad

Definition

Der Konversionsgrad gibt an wie viel der giftigen Schadstoffe im Katalysator um zu ungiftigen Schadstoffen gewandelt werden.

Bemerkung

Durch die entgiftende Eigenschaft, spricht man auch von Abgasentgiftung.

Lambda-Reglung

Die Lambda-Reglung regelt das Luftverhältnis $\lambda$. Dieses Luftverhältnis wird mit der $\lambda$-Sonde gemessen.