Technical

Je länger die Inkohlung fortschreitet, desto weniger Sauerstoff und Wasserstoff enthält die Kohle. Je nach Dauer der Inkohlung entsteht zunächst Torf, dann Braunkohle, Steinkohle und schließlich Grafit.

Das Innere eines Biokohlenstücks besteht im Wesentlichen aus aromatischen Kohlenstoffverbindungen, die eine starre Struktur haben und nur schwer abbaubar sind. Verschiedene Strukturen wurden bisher angenommen, in denen der Großteil des inneren „Kerns“ aus kondensierten Benzen-Ringen oder aus konjugierten heterozyklischen Verbindungen wie Furan besteht (Falco et al. 2011b, Titirici et al. 2008). 

Unter einem Ionengitter oder Ionenkristall versteht man in der Chemie und der Festkörperphysik die regelmäßige räumliche Anordnung von Anionen und Kationen in einem homogenen Stoff im festen Zustand. Der Zusammenhalt des Gitterverbandes erfolgt durch Ionenbindungen.

Ionenkristalle sind die bekanntesten Beispiele für Kristalle mit kubischer Gitterstruktur:

Ionische Verbindungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 

Eisensulfidmineral (Pyrit) – eine Verbindung aus Eisen- und Sulfid-Ionen

 

Kochsalzkristall

Ionische Verbindungen (Salze) bestehen aus Kationen und Anionen. Sie sind oft salzartig:

• spröde,
• kristallförmig,
• von hohem Schmelz- und Siedepunkt und
• elektrisch leitfähig nur in Schmelze oder Lösung.

Die Ionen entstehen bei der Reaktion von Metall- und Nichtmetallatomen dadurch, dass die Metallatome Elektronen abgeben (Oxidation), die dann von den Nichtmetallatomen aufgenommen werden (Reduktion). Die so gebildeten Metall-Kationen und Nichtmetall-Anionen vereinigen sich auf Grund der elektrischen Anziehungskräfte zu Ionenkristallen. Nach den Nichtmetallen unterscheidet man bei ionischen Verbindungen zum Beispiel Oxide (Sauerstoff als Anion), Sulfide (mit Schwefel), Fluoride, Chloride, Bromide, Iodide, Nitride (mit Stickstoff), Carbide (mit Kohlenstoff), Hydride (mit Wasserstoff) usw. Oft kommt Sauerstoff als drittes Element hinzu; man spricht dann von Sulfaten, Chloraten, Nitraten, Carbonaten usw.

Beispiele für Ionenverbindungen sind Eisen(III)-oxid (dem Rost ähnlich), Pyrit (Eisensulfid), Natriumchlorid (Kochsalz) und Calciumsulfat (Gips).

Kaolin, auch als Porzellanerde, Porzellanton, weiße Tonerde, China Clay oder in der Apotheke als Bolus alba oder Pfeifenerde bezeichnet, ist ein feines, eisenfreies, weißes Gestein, das als Hauptbestandteil Kaolinit, ein Verwitterungsprodukt des Feldspats, enthält. Weitere Bestandteile sind verschiedene andere Tonminerale und unzersetzte Feldspatteilchen.

Kaolin wird hauptsächlich bei der Herstellung von Papier und zur Bereitung von Porzellan verwendet. Daneben wird Bolus alba unter anderem als Bestandteil mancher Pudergrundlagen verwendet und auch Lebensmitteln zugesetzt (siehe Verwendung).

Eine chemische Reaktion, die in jedem Beton bei Anwesenheit von Kohlendioxid und Feuchtigkeit abläuft.

Dieser Vorgang schadet dem Beton nicht direkt. Durch die Bildung von Kalkstein während der Carbonatisierung wird die Festigkeit sogar erhöht, was prinzipiell positiv zu bewerten ist. Im Falle von Stahlbeton ermöglicht allerdings der durch den Vorgang hervorgerufene Verlust des alkalischen Milieus (Depassivierung) die Bewehrungskorrosion, die schwerwiegende Schäden am Bauteil nach sich ziehen kann.

Chemische Reaktion im Beton:

Carbonatisierung ist die chemische Umwandlung der alkalischen Bestandteile des Zementsteines durch CO2 in Calciumcarbonat.

Mikrowelle

Nachoxidierung mit 250 Grad

Säuren z. B. Zitronensäure

Calcium

Dampf

Catalytic Graphitization of Biochar to Produce Graphitic Carbon Materials

2020 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis

Abstract [en]

Graphite materials are vital industrial products. The rapid development of the battery and electronic computer industries has incentivized a great demand for graphite materials. However, today, graphite materials are commercially produced via thermal treating fossil oil or coal derived coke at a temperature higher than 2500℃. Both of the fossil-based feedstock and the energy-intensive production process are contrary to the concept of sustainable development. This thesis proposes a sustainable low-temperature catalytic graphitization process to produce graphite materials with highly ordered crystallinity by using commercial biomass pyrolysis biochar as the feedstock. Iron nitrate was selected as the graphitization catalyst. The effect of the graphitization temperature and the iron loading amount on the properties of the produced carbon products was studied. Produced graphite materials were characterized by performing X-ray diffraction, Nitrogen adsorption-desorption, and elemental analysis. Results show that the average graphitic crystalline size and the degree of graphitization of the product increased with the increase of the graphitization temperature and the iron loading amount. However, the increase of the iron loading amount reduced the catalyst removal efficiency of the acid washing process. When the graphitization temperature is higher than 1100℃ and the iron loading amount is higher than 11.2 wt.%, the crystallinity of the produced graphite material is better than that of the commercial graphite. The graphite material with the best crystallinity, which was produced at a temperature of 1300℃ and an iron loading of 33.6 wt.%, has crystallinity very close tothe pure graphite.

Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion. Den Namen hat es von der Elektrolyse, wo positiv geladene Ionen zur Kathode, dem Minuspol hin, wandern. Wenn Atome oder Moleküle Elektronen abgeben oder Wasserstoff-Ionen H+ (Protonen) aufnehmen, entstehen aus ihnen Kationen.

Beispiele: K+, Ca2+, Mg2+, NH4+

Ist nicht der CO2-Ausstoß des Menschen im Rahmen des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs sehr gering und daher unbedeutend?

Es ist richtig, dass im Rahmen des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs vergleichsweise große Mengen ausgetauscht werden: zwischen ⁠Atmosphäre⁠ und Ozean im Mittel rund 90 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr und zwischen Atmosphäre und Vegetation rund 60 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr. Damit verglichen, erscheint der Ausstoß des Menschen von derzeit rund 8 Milliarden Tonnen Kohlenstoff pro Jahr gering.

Doch im Rahmen des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs steigt die atmosphärische Konzentration von Kohlendioxid aus folgenden Gründen nicht an: Der Ozean nimmt ungefähr gleichviel ⁠CO2⁠, wie in die Atmosphäre abgegeben wird, auch wieder auf. Die CO2-Nettobilanz für die Atmosphäre ist also praktisch gleich Null. Das Gleiche gilt für die Vegetation.

Im Unterschied dazu bildet der CO2-Ausstoß des Menschen eine zusätzliche Quelle, die einen kontinuierlichen Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxid-Gehaltes verursacht. Ein Teil dieses Ausstoßes wird vom Ozean und der Vegetation zusätzlich aufgenommen, aber nicht die gesamte Menge. Und genau darauf reagiert die atmosphärische CO2-Konzentration mit dem bekannten Anstieg von etwa 280 ⁠ppm⁠ auf etwa 379 ⁠ppm⁠ (2005) während des Industriezeitalters. Im Gegensatz dazu blieb der CO2-Gehalt der Atmosphäre in den rund 10 000 Jahren davor (Holozän) in etwa konstant.

umweltbundesamt.de

Klinker sind Ziegelsteine, die bei ausreichend hohen Temperaturen gebrannt werden, dass sich durch den beginnenden Sinterprozess die Poren des Brenngutes schließen. Klinker nehmen kaum Wasser auf und sind sehr widerstandsfähig. Der Name lässt sich etymologisch darauf zurückführen, dass beim Zusammenschlagen hartgebrannter Ziegelsteine ein hoher Klang entsteht. Früher wurden Klinker auch als Hartbrandziegel bezeichnet.

Neben den industriell gefertigten Strangpress-Klinkern werden auch noch traditionelle Wasserstrich-Klinker und Handform-Klinker hergestellt, die etwa bei der Restaurierung denkmalgeschützter Bauwerke eingesetzt werden.

Klinker und Vormauerziegel werden zusammenfassend auch als Verblender bezeichnet. Verblender eignen sich, Hintermauerziegel und andere Wandbaumaterialien vor einer übermäßigen Aufnahme von Wasser und daraus resultierenden Frostschäden zu schützen. Die Frostbeständigkeit von Verblendern wird durch Prüfung nachgewiesen. Nach DIN 105 Teil 3 werden Klinker darüber hinaus durch noch höhere Brenntemperaturen oberflächig gesintert und die Wasseraufnahme soll etwa 7 Masse-% nicht überschreiten. Klinker müssen zudem eine bestimmte Scherbenrohdichte erreichen.

Aufgrund der geringen Porosität und Frostbeständigkeit eignen sich Klinker auch zur Verwendung als Pflasterklinker im Wegebau, wie es in Norddeutschland und in den Niederlanden üblich ist, sowie zur Herstellung von Abwasserkanälen und Wasserbauwerken wie gemauerten Sielen.

Reduktion des Klinkerfaktors im Zement
Bereits verfügbare Kompositzemente weisen einen Klinkergehalt zwischen 35 und 64 Prozent auf. Bei der Herstellung wird ein Teil des Portlandzementklinkers durch Abfallprodukte aus der Roheisengewinnung und Kohleverbrennung, also Hüttensand (granulierte Hochofenschlacke) oder Flugasche ersetzt. Allerdings sind diese Stoffe nur begrenzt verfügbar; da zudem immer mehr konventionelle Kraftwerke nachhaltigeren Formen der Energieerzeugung weichen, ist eine weitere Verknappung anzunehmen. Eine zusätzliche Quelle für die benötigten Ersatzstoffe sind bestimmte mineralische Bauabfälle oder die metallurgische Rückgewinnung von Edelmetallen aus Elektronikschrott. Um die Leistungsfähigkeit des Zements zu erhalten, darf nach heutigem Wissenstand ein gewisser Klinkergehalt nicht unterschritten werden. Alternative Zementformen, die etwa auf den Einsatz von Rohstoffen wie etwa Olivin bzw. Magnesiumsilikat (MgSiO₃), Calciumsulfoaluminat bzw. ternesithaltigem Klinker setzen, müssen den hohen Ansprüchen an die Verwendung als Baustoff gerecht werden.

Aus diesem Grund wird der benötigte Koks (auch Hüttenkoks genannt) meist direkt im Hüttenwerk erzeugt, in der sogenannten Kokerei. Im Wesentlichen basiert die Kokserzeugung auf dem Erhitzen von Kohle unter Luftabschluss auf Temperaturen von über 1000 °C (Pyrolyse). Der Luftabschluss verhindert ein Verbrennen der Kohle; dies soll ja erst im Hochofen passieren. Durch die hohen Temperaturen werden dann die unerwünschten Verbindungen in der Kohle wie bspw. Schwefel vergast und anschließend entfernt.

Komplexbildner sind Lewisbasen, d. h. chemische Verbindungen oder einfache Anionen mit freien Elektronenpaaren, die mit Metallionen oder Metallatomen als Lewissäuren Koordinationsverbindungen bilden. Sie führen beispielsweise zu einer Maskierung von (unerwünschten) chemischen Eigenschaften von Metallionen.

In der Lebensmittelverarbeitung werden bestimmte Komplexbildner als Lebensmittelzusatzstoff zugesetzt oder sind bereits natürliche Bestandteile. Die Maskierung von Metallionen sorgt für Stabilität von Farbe, Aroma und Textur des Lebensmittels. Sie erhöhen die Wirkung von Antioxidantien, da freie Schwermetallionen Oxidationen katalysieren. Einsatz finden sie insbesondere in Gemüsekonserven, Gewürzextrakten, Milchprodukten (wegen ihrer desaggregierenden Wirkung auf Casein). Auch die Zuckerkristallisation wird bei Anwesenheit von Komplexbildnern erleichtert, da diese unerwünschte Zucker-Metall-Komplexe zerstören.^[1]

Diverse Komplexbildner dienen als Builder in der Wasch- und Reinigungsmitteln zur Maskierung der Härte des Wassers. Sie finden auch Anwendung in der Galvano- und Leiterplattenindustrie.