Kalkofen – Kalkbrennen und Kohlenstoffkreislauf
NaturwissenschaftenChemische ReaktionenAlter 14–15
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Beschicken Sie den Ofen mit Kalkstein und stellen Sie die Ofentemperatur ein: Unter etwa 825 °C läuft die Reaktion kaum ab, ab 900 °C zerfällt CaCO₃ rasch zu CaO, während CO₂ durch den Schornstein entweicht. Die Massensäulen zeigen genau das Verhältnis 100 kg Kalkstein : 56 kg Branntkalk : 44 kg CO₂; beim Löschen reagiert CaO unter Wärmeabgabe mit Wasser zu Ca(OH)₂. Das Diagramm des Kohlenstoffkreislaufs daneben addiert das CO₂ aus Atmung, Verbrennung fossiler Brennstoffe und Kalköfen, zieht die bei der Fotosynthese aufgenommene Menge ab und zeigt die resultierende CO₂-Konzentration der Atmosphäre in ppm.
Lektion: Kalksteinabbau und Kohlenstoffkreislauf
Was sie zeigt
Die thermische Zersetzung von Kalkstein, CaCO₃ → CaO + CO₂, ist die Grundlage der Kalk- und Zementherstellung. Im Modell ist sie bei 825 °C und darunter vernachlässigbar und wird mit steigender Ofentemperatur schneller. Die Masse bleibt erhalten: 100 kg CaCO₃ liefern 56 kg Branntkalk und 44 kg CO₂, entsprechend dem Verhältnis der molaren Massen. Beim Löschen reagiert CaO anschließend exotherm zu Ca(OH)₂. Ein Feld zum Kohlenstoffkreislauf zeigt, wie der CO₂-Gehalt der Atmosphäre in ppm durch Ofenemissionen und die Verbrennung fossiler Brennstoffe steigt, während Fotosynthese und Ozean Kohlenstoff speichern.
So funktioniert es
Stellen Sie den Regler Ofentemperatur unter 825 °C und beobachten Sie, dass sich die CaCO₃-Säule kaum ändert; erhöhen Sie dann über 900 °C und sehen Sie die CaO- und CO₂-Säulen wachsen. Ändern Sie die Masse Kalkstein und prüfen Sie, dass das Verhältnis 100 : 56 : 44 erhalten bleibt. Klicken Sie auf Löschen: aus, um das Löschen einzuschalten, und auf Neu beschicken für einen Neustart. Vergleichen Sie den ppm-Wert bei geringer und hoher Verbrennung fossiler Brennstoffe in der Region.
Einstellbare Parameter
- Ofentemperatur 600–1200 °C
- Masse des eingefüllten Kalksteins 10–200 kg
- Löschen: CaO mit Wasser reagieren lassen
- Verbrennung fossiler Brennstoffe in der Region Gering, Mittel, Hoch
- Simulationsgeschwindigkeit 0,5–4 ×
Fragen zum Erkunden
- Wie viel Branntkalk und CO₂ entstehen höchstens, wenn man 150 kg reinen Kalkstein erhitzt?
- Warum muss ein Kalkofen deutlich über 825 °C gehalten werden, damit die Zersetzung brauchbar abläuft?
- Welche Vorgänge im Kohlenstoffkreislauf-Feld geben CO₂ an die Atmosphäre ab, und welche entziehen es ihr?
