15. Energietechnik

Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten.

Archaeen stellen neben Bakterien und Eukaryoten (Pilze, Pflanzen, Tiere) die dritte Domäne der Lebewesen dar.

Power-to-Gas: Elekrische Hydrolyse von Wasser und Herstellung von Wasserstoff.

Ausnahme im Eichgesetz für Brenngase < 6,5 kWh/m³.

Referenzbedingungen variieren je nach Branche und Land.

Brennwert Kombination I nach DIN 51857.

Fourier Transformed Thermal Conductivity.

CO_e: Das CO-Equivalent ist die Summe aller unverbrannten Bestandteile im Abgas, z. B. CO, H₂, C_xH_y, etc.

Mechanischer Verbund: Stellglieder (z. B. Klappen) für Gas und Luft sind über Stangen mechanisch gekoppelt.

Elektronischer Verbund: Stellglieder (z. B. Ventile) für Gas und Luft sind unabhängig voneinander elektrisch zu betätigen.

Das Boudouard-Gleichgewicht spielt bei mehreren großtechnischen Prozessen wie z. B. dem Hochofenprozess oder der Erzeugung von Generatorgas eine wichtige Rolle. Als endotherme, volumenvergrößernde Reaktion liegt das Gleichgewicht bei Temperaturen über 1000 ^∘C und Drücken um 0,1 MPa vollständig auf der Seite von CO.

Betroffen sind generell sowohl die Eisen- als auch die Nichteisenmetalle (Jordan, Eckman 1925).

XRF: (engl.: X-Ray Fluorescence), Röntgen Fluoreszenz Spektrometrie.

S-OES: (engl.: Spark Optical Emission Spektrometrie), optische Emissionsspektrometrie mit Anregung durch elektr. Lichtbogenanregung (Anmerkung: „Spark“: Anregung in Ar Atmosphäre, „Arc“: Anregung in Luft).

Wasserstoff ist das leichteste bekannte Element mit dem kleinsten kovalenten Radius (r_c = 37 pm) aller bekannten Elemente. Der nackte Atomkern des H-Atoms besteht aus einem einzelnen Proton (r = 0,00087 pm), das H₂ Molekül besitzt einen kovalenten Radius von 276 pm. Zum Vergleich: Fe (r_c = 125 pm), Fe³⁺ (r_c = 68 pm), Abstand der Fe³⁺ Atomrümpfe im Eisengitter (bbc-Gitter): ∼ 287 pm. Alle Angaben aus (Huheey 1983) und (TK Steel Research 2013).

Ein vereinfachtes Modell der metallischen Bindung beruht auf der Vorstellung, dass nicht die neutralen Metallatome das Kristallgitter bilden sondern die Atomrümpfe (Kationen wie z. B. Fe³⁺), die ihre Valenzelektronen dem gesamten Kristallverbund frei beweglich zur Verfügung stellen. Diese freien, beweglichen Valenzelektronen durchdringen quasi als Wolke den gesamten Materialverbund und werden auch Elektronengas genannt. Das frei bewegliche Elektronengas erklärt die gute elektrische Leitfähigkeit der Metalle im Vergleich zu kovalent oder ionisch gebundenen Verbindungen.

Zugegebenermaßen wurde für die ab initio Berechnungen ein perfekter Einkristall zu Grunde gelegt und es stellt sich die Frage in welchem Ausmaß solche Bedingungen in dem sehr inhomogenen Werkstoff Stahl tatsächlich vorliegen.

D. h. reiner Sauerstoff fungiert als Trägergas (Transportmedium der Analysengase) als auch als Reaktionspartner während der Verbrennung (Oxidation).

Es ist bekannt, dass SO₂ in Verbindung mit Feuchtigkeit nicht nur hochkorrosive Verbindungen bildet, sondern dass diese auch leicht an der Wandung von Leitungen adsorbiert werden. Die Folgen sind eine verzögerte Ausspülung bis hin zu Minderbefunden durch teilweise adsorbiertes SO₂ sowie erhöhte Korrosion. Dieses Phänomen lässt sich durch eine Temperierung der Leitungen nur abschwächen. Abhilfe schafft die sofortige Trocknung der Analysengase. Weiterhin sollte auf die kompatible Auswahl aller medienberührten Teile hinsichtlich Inertheit gegenüber den korrosiven Analysengasen geachtet werden. So sind z. B. Edelstahlleitungen (hoher Mn-Gehalt) in der petrochemischen Industrie dafür bekannt diverse Schwefelkomponenten wie SO₂, COS und Thiophene zu absorbieren. MnO wird sogar zur SO₂ Absorption bei RT eingesetzt (vgl. Tab. 15.15). Abhilfe beim Einsatz von Edelstahlleitungen schaffen inerte Beschichtungen wie Sulfinert^® oder Silicosteel^® oder vollfluorierte, diffusionsdichte Polymere wie PFA, PVDF.

In Fällen in denen Mineralien oder Naturstoffe unbekannter Zusammensetzung analysiert werden, kann es durch enthaltene organische Bestandteile oder durch Kristallwasser während der Verbrennung zur Freisetzung größerer Mengen an Wasser kommen. In diesen Fällen ist der Einsatz eines vorgeschalteten inline-Membrantrockners (z. B. aus Nafion^®) empfehlenswert. Falls die Probe Halogene enthält, wird dem Mg(ClO₄)₂ Feuchteabsorber in der Regel eine Halogenfalle (vgl. Tab. 15.15) vorgeschaltet.

Obwohl die Wahrscheinlichkeit einer partiellen CO Bildung unter den vorhandenen Bedingungen als gering eingestuft werden kann, schreibt die ASTM E 1019 die Verwendung eines Oxidationskatalysators vor. Der ebenfalls mögliche Ansatz CO und CO₂ durch geeignete NDIR Detektoren parallel zu bestimmen und die beiden Signale zu einem gemeinsamen Kohlenstoffwert zu „verrechnen“ wäre damit nicht Normkonform.

Steigt ein Signal langsamer an als es nach dem Maximum abfällt, nennt man das Peak „Fronting“.

Die Verwendung des Wortes hot ist in diesem Zusammenhang unglücklich. Da die Probe für die Gesamtbestimmung in jedem Fall vollständig aufgeschmolzen werden muss, wäre carrier gas melt extraction die treffendere Bezeichnung.

O, N in Stahl: ∼ 2100–2200^∘C; O, N in Ti und refraktären Metallen: ∼ 2800–3000^∘C (mit Ni-Flussmittel im Verhältnis 10 : 1); H in allen Materialien: 1600–1650 ^∘C (1800 ^∘C bei Verwendung von Ar als Trägergas).

Bei Temperaturen oberhalb von 1650 ^∘C kommt es zu Wasserstoffminderbefunden, wahrscheinlich durch Bildung von Methan (CH₄) durch Reaktion von H₂ mit dem Graphit des Tiegels.