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Luftschadstoffe aus Brennstoffen – Katalysator und Rauchgasentschwefelung

ChemieAngewandte und praktische ChemieAlter 16–17

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Ein Modell aus Motor, Kraftwerk und Atmosphäre. Wählen Sie Benzin, Diesel oder schwefelhaltige Kohle, stellen Sie die Sauerstoffzufuhr λ und die Flammentemperatur ein und lesen Sie Kohlenstoffmonoxid, Ruß, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, NOₓ und SO₂ pro Kilogramm Brennstoff ab. Schalten Sie einen Pt/Pd/Rh-Katalysator, schwefelarmen Brennstoff oder die Rauchgasentschwefelung zu und sehen Sie, wie die Emissionen sinken – mit ausgeglichenen Reaktionsgleichungen, Wirkungen (Giftgas, saurer Regen, globale Verdunkelung, Atemwegserkrankungen) und einer Ergebnistabelle.

Lektion: Luftschadstoffe aus Brennstoffen: unvollständige Verbrennung, NOₓ, SO₂, saurer Regen, Katalysator und Rauchgasentschwefelung

Was sie zeigt

Beim Verbrennen von Brennstoffen entstehen nicht nur Kohlenstoffdioxid und Wasser. Bei Sauerstoffmangel ist die Verbrennung unvollständig und liefert giftiges Kohlenstoffmonoxid, Ruß und unverbrannte Kohlenwasserstoffe. Bei den hohen Temperaturen in Motoren und Feuerungen verbinden sich Stickstoff und Sauerstoff der Luft zu Stickoxiden, und der Schwefel im Brennstoff verbrennt zu Schwefeldioxid; beide lösen sich im Regen und verursachen sauren Regen. Ein Dreiwegekatalysator oxidiert CO und Kohlenwasserstoffe und reduziert NO, arbeitet aber nur bei nahezu stöchiometrischem Gemisch (λ ≈ 1) gut. Schwefelarmer Brennstoff und die Entschwefelung mit Kalkstein entfernen den größten Teil des SO₂.

So funktioniert es

Wählen Sie einen Brennstoff und ziehen Sie Sauerstoffzufuhr λ und Flammentemperatur (λ = 1), während Sie das Balkendiagramm der Emissionen pro Kilogramm Brennstoff beobachten. Aktivieren Sie Katalysator für Benzin oder Diesel, Schwefelarmer Brennstoff oder Rauchgasentschwefelung (REA) für Kohle und vergleichen Sie die blassen Balken vor der Reinigung mit den vollen Balken. Klicken Sie auf Ergebnis notieren, um eine Vergleichstabelle anzulegen, und lesen Sie die Wirkungskarten und Gleichungen.

Einstellbare Parameter

  • Brennstoff Benzin (modelliert als Octan, C₈H₁₈), Diesel (modelliert als Dodecan, C₁₂H₂₆), Schwefelhaltige Kohle (Kraftwerk)
  • Sauerstoffzufuhr λ (bezogen auf den Bedarf für vollständige Verbrennung) 0,6–2
  • Flammentemperatur bei λ = 1 1000–2400 °C
  • Schwefelarmen Brennstoff verwenden
  • Katalysator einbauen (Benzin- und Dieselfahrzeuge)
  • Rauchgasentschwefelung einschalten, REA (Kohlekraftwerk)

Fragen zum Erkunden

  1. Warum steigen CO und Ruß, wenn die Sauerstoffzufuhr sinkt, während NOₓ abnimmt?
  2. Warum entfernt ein Dreiwegekatalysator NOₓ nur, wenn λ sehr nahe bei 1 liegt?
  3. Wie viel Gramm SO₂ entstehen beim Verbrennen von 1 kg Kohle mit 2,5 % Schwefel?

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