CO2 Century Fox

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CO2 – The beauty and the beast

Houston, wir haben ein Problem! Wie im schlechten Film tragen wir selbst zur Veränderung des Klimas bei, da durch Verbrennungsprozesse von fossilen Kohlenstoffverbindungen Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen und dort ihre Wirkung entfalten. Den Klimawandel zu stoppen, ist deshalb zu einer der größten Herausforderungen in der Geschichte der Menschheit geworden. Doch um wen oder was müssen wir uns in der chemischen Industrie kümmern? Sein Name ist Dioxid, Kohlendioxid. Es ist das Gas, das in großen Mengen aus Schornsteinen emittiert wird und als Hauptproblem erachtet wird. Bis 2045 möchten wir daher nahezu keine CO2-Emissionen mehr verursachen und klimaneutral sein.

Doch CO2 könnte mit zu einem Happy End beitragen. Die chemische Industrie ist auf Kohlenstoff angewiesen. Aktuell stammt dieser aus Öl, Gas und einem kleinen Anteil Kohle – aus fossilen Rohstoffen also. Fossilen? Wo wir hinfahren, brauchen wir keine Fossilen! Zwar werden wir Zurück in der Zukunft auch keinen Müll tanken können, es besteht jedoch die Hoffnung, dass sich künftig viele organische Chemikalien, wie Kunststoffe und Treibstoffe, mit Hilfe des Kohlenstoffs aus CO2 herstellen lassen. Die folgenden Fragen drehen sich deshalb um das Thema CO2-Nutzung.

Frage (Klassenstufen 7-10, E und Q)

Catch me if you can

Um CO2 nutzen zu können, muss es zunächst eingefangen werden. Dafür stehen verschiedene Quellen zur Verfügung.

Was glaubt ihr? Woher könnte CO2 für die chemische Nutzung abgeschieden werden?

Aus der Luft
Aus den Kühltürmen von Kohlekraftwerken
Aus dem Abgas von Stahlwerken
Aus Wasser
Aus Biogasanlagen
Aus Müllverbrennungsanlagen
Aus Bauschrott

Lösung:

Richtig sind: - Aus der Luft - Aus dem Abgas von Stahlwerken - Aus Biogasanlagen - Aus Müllverbrennungsanlagen

Frage (Klassenstufen 8-10, E und Q)

CO2 allein zu Haus

Um die Eigenschaften des Moleküls auszunutzen, lässt sich CO2 am einfachsten direkt verwenden.

Wo wird bereits heute CO2 eingesetzt?

Als Kühlmittel
In Feuerlöschern
Brandbeschleuniger
COrdstoff
In Gewächshäusern
Als Kohlensäure
BitCOins

Lösung:

richtig sind die Antworten: - Als Kühlmittel - In Feuerlöschern - In Gewächshäusern - Als Kohlensäure

Frage (Klassenstufen 9-10, E und Q)

H2 und CO2 – Zwei Moleküle für ein Halleluja

Neben der physikalischen Nutzung spielt die Nutzung von CO2 als Rohstoff in der chemischen Industrie eine weitaus größere Rolle. Durch die Kombination der bekannten Prozesse Elektrolyse, der reversiblen Wassergas-Shift-Reaktion und der Fischer-Tropsch-Reaktion können mit Hilfe von erneuerbarer Energie, Wasser und CO2 synthetische Kraftstoffe und Plattformchemikalien hergestellt werden.

Vervollständige die Reaktionsgleichungen zu den oben genannten Prozessen. (Hoch- oder Tiefstellungen dürft ihr "normal" schreiben)

Lösung:

3 H2O + e- --> 3 H2 + 1,5 O2 (Elektrolyse)

Lösung:

CO2 + 3 H2 --> CO + 2 H2 + H2O (rWGS)

Lösung:

Vorab: Die Darstellung ist leider nicht korrekt (ein paar n's sind uns verloren gegangen) und hat daher zu einigen Nachfragen geführt. Aus dem Grund haben wir uns entschieden die Frage aus der Bewertung zu nehmen.
Richtig wäre:
nCO2 + 2n H2 --> (CH2)n + nH2O (FT-Reaktion)

Frage (Klassenstufen 10, E und Q)

Bei diesem Prozess wird z. B. ein synthetischer Diesel hergestellt, der sehr ähnliche Eigenschaften wie konventioneller Diesel hat. Bei der Verbrennung des synthetischen Diesels wird wiederum CO2 freigesetzt.

Warum lassen sich durch dieses Verfahren dennoch CO2-Emissionen reduzieren?

Lösung:

Durch den Herstellungsprozess. Das Produkt bleibt nahezu das Gleiche. Um das Produkt herzustellen wird CO2 bzw. der enthaltene Kohlenstoff im Grunde ein zweites Mal genutzt, ohne fossile Rohstoffe zu verwenden, durch deren Verbrennung neues CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Frage (Klassenstufen E und Q)

The fast and the furious

Noch eine Frage zu den Emissionen: Ein Auto verbraucht pro 100 km ca. 7 l Benzin. Wieviel Kilogramm CO2 werden bei der vollständigen Verbrennung frei?

Zusatzinformationen: Summenformel Benzin (vereinfacht) C8H18
ρ(Benzin)≈ 0,75 g/cm3

Lösung:

2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O
V(Benzin)= 7 l sind m(Benzin)=5,25 kg = 5250 g. Mit M(Benzin)= 114 g/mol Ergibt n(Benzin)= 46,05 mol.
n(CO2)/n( Benzin)=16 mol/2 mol = 8 * 46,05 mol
Ergibt n(CO2)=368,4 mol oder * 44 g CO2 = 16.209,6 g CO2 bzw. 16,21 kg CO2.

Frage (Klassenstufe Q)

Katalyse – Der CO2-Flüsterer

Die Katalyse spielt bei der Nutzung von CO2 eine wichtige Rolle. Erst durch geeignete Katalysatoren lässt sich die sogenannte Aktivierungsenergie erbringen, um Stoffe miteinander reagieren zu lassen.
Welche Katalysatoren helfen dabei, mit CO2 zu den folgenden Stoffen zu gelangen?

Verbinde die Katalysatoren mit den Zielprodukten:

Photokatalyse

Dabei erfolgt eine chemische Reaktion von Edukten mit einem Katalysator in Lösung.
Dabei liegt der Katalysator in einem anderen Aggregatszustand vor als die Edukte.
Dabei wird durch Licht eine chemische Reaktion ausgelöst.
Hier wird die Aktivierungsenergie elektrochemisch gesenkt.
Hier wirken Enzyme oder Mikroorganismen als Katalysatoren.

Lösung:

Dabei wird durch Licht eine chemische Reaktion ausgelöst.

Biokatalyse

Lösung:

Hier wirken Enzyme oder Mikroorganismen als Katalysatoren.

Elektrokatalyse

Lösung:

Hier wird die Aktivierungsenergie elektrochemisch gesenkt.

Heterogene Katalyse

Lösung:

Dabei liegt der Katalysator in einem anderen Aggregatszustand vor als die Edukte.

Homogene Katalyse

Lösung:

Dabei erfolgt eine chemische Reaktion von Edukten mit einem Katalysator in Lösung.