Schwefeldioxid-Emissionen,Abgasreinigung

Als Emission bezeichnet man den Ausstoß (Abgabe) von Luftschadstoffen in die Atmosphäre. Hauptquellen der durch den Menschen verursachten Luftverschmutzung sind Industrie, Verkehr, Hausbrand und Landwirtschaft.

Schwefeldioxid, Zwischenprodukt bei der Herstellung von Schwefelsäure, fällt auch bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie Erdöl und Kohle, als Bestandteil des Abgases an. Als solches wurde es zu einem der gefährlichsten Luftschadstoffe.

Das Schwefeldioxid selbst führt zu Schädigungen der Atmungsorgane des Menschen. Es reagiert aber auch mit der Luftfeuchtigkeit unter Bildung von schwefliger Säure.
Ein Teil bildet über das Schwefeltrioxid Schwefelsäure. Beide Säuren des Schwefels sind Bestandteil des sauren Regens. Saurer Regen führt zur Versauerung des Bodens, stört das Pflanzenleben in vielfältiger Weise und verursacht an den Bauwerken der Städte und Dörfer Schäden.

Durch die Tätigkeit des Menschen wird der natürliche saure Regen verstärkt, er erreichte in Deutschland zeitweilig zu Beginn der 90er-Jahre einen pH-Wert von 4,1-4,2. Mittlerweile nähern sich die Messungen aber wieder Werten von 5,0 und kommen damit in den Bereich, der ohne menschliche Beeinflussung mit pH-Werten von 5,0 bis 5,6 beobachtet wird. Das ist hauptsächlich der Reduzierung der Schwefeldioxid- und Stickoxid-Emissionen der Kraftwerke durch die Rauchgasreinigung zu verdanken.

Zur Verminderung des sauren Regens gibt es mehrere Möglichkeiten. Durch sparsamen Energieverbrauch sinkt die Menge der für Verbrennungsvorgänge eingesetzten fossilen Brennstoffe und damit auch die Menge des Schwefeldioxids, das in die Atmosphäre abgegeben wird.

Da aber der Energiebedarf ansteigt, bleibt nur der Umstieg auf alternative Energiequellen, z.B. Wind, Wasser, Sonne, Gezeiten, Nutzung nachwachsender Rohstoffe oder die Atomenergie, die aber ihrerseits wieder andere Probleme und Gefahren für die Menschheit bringt. Oder es werden Verfahren gefunden, um z.B. das Schwefeldioxid aus den Abgasen der Kohlekraftwerke zu entfernen.

Das sind Verfahren der Rauchgasentschwefelung.
Durch diese Verfahren wird die Schwefeldioxid-Emission in Rauchgasen der Kohlekraftwerke vermindert. Die Entfernung des Schwefels aus Heizölen erfolgt durch Hydroraffination des Heizöls.

Verfahren der Rauchgasentschwefelung in Kohlekraftwerken

Additiv-Verfahren
Beim Additiv-Verfahren (Direktentschwefelung) wird das Schwefeldioxid am Entstehungsort, der Kohlebrennkammer, gebunden.

Trockenes Kalksteinmehl oder trockenes Calciumhydroxidpulver wird entweder der Kohle beigemischt oder mit der Verbrennungsluft in die Brennkammer eingeblasen.

Bei den hohen Temperaturen in der Brennkammer werden der Kalkstein bzw. das Kalkhydrat (Calciumhydroxid) thermisch gespalten:

$CaC{O}_3\to CaO+C{O}_2$

oder

$Ca{(OH)}_2\to CaO+H_{2}O$

Das entstehende Calciumoxid reagiert mit dem Schwefeldioxid, das bei der Verbrennung der Kohle entsteht, und bildet Calciumsulfit.

$CaO+S{O}_2\to CaS{O}_3$

Dieses wird durch den Luftsauerstoff teilweise zu Calciumsulfat umgesetzt:

$2CaS{O}_3+O_2\to 2CaS{O}_4$

Die Reaktionsprodukte gelangen dann zusammen mit der Asche auf die Deponie.

Kalkwaschverfahren

Im Unterschied zum Additiv-Verfahren arbeitet das Kalkwaschverfahren mit einer Calciumcarbonataufschlämmung. Das entstehende Calciumsulfit wird durch Luftzufuhr zum Calciumsulfat oxidiert und als Gips für die Baustoffindustrie genutzt.

$Ca{(OH)}_2+S{O}_2\to CaS{O}_3+H_{2}O$
$2CaS{O}_3+O_2\to 2CaS{O}_4$ (Calciumsulfat mit 2 mol gebundenem Wasser)

Regenerative Waschverfahren

Anstelle der Calciumhydroxidaufschlämmung wird bei diesen Verfahren, wie z. B. beim Wellmann-Lord-Verfahren, eine Natriumsulfitlösung als Absorptionsmittel eingesetzt. Es bildet sich Natriumhydrogensulfit. Diese Lösung wird dann in einem zweiten Reaktor erwärmt. Dabei verlagert sich das Gleichgewicht wieder zu Natriumsulfit und Schwefeldioxid. Dieses entweicht aus der Lösung und kann weiter genutzt werden. Die zurückgewonnene  Natriumsulfitlösung wird wieder zur Absorption verwendet.

SO₃ ^2-  +  SO₂  +  H₂O   $\stackrel{}{\rightleftarrows }$  2 HSO^3-

Ammoniak-Verfahren

Schwefeldioxid kann auch durch eine wässrige Ammoniaklösung aus dem Gasgemisch herausgewaschen werden. Es entsteht Ammoniumsulfit, das zu Ammoniumsulfat oxidiert wird. Dieses ist ein wertvoller Dünger für die Landwirtschaft.

Durch die geschilderten Waschverfahren werden die Abgase von Kraftwerken wirkungsvoll entschwefelt.