Elemente, Schulbuch

Abb. 161.3: Energiekreislauf des Wassers Abb. 161.2: Die Verwendung von Wasserstoff Abb. 161.1: Die Gewinnung von Wasserstoff 161 7.1 WasserstOFF ■ 161.1: Knallgas II Achtung! Jede Zündquelle fernhalten! Zur Herstellung eines Knallgases nimmt man eine leere Kaffeedose (ca. 1 Liter) aus Blech, in deren Boden man mit einem Nagel ein kleines Loch schlägt. Man stellt sie mit der Öffnung nach unten auf und füllt sie von unten vollständig mit Wasserstoff. Durch seine geringe Dichte strömt dieser bei dem Loch aus, wo er mit einem langen, brennenden Holzspan entzündet wird. Nach einiger Zeit brennt der Wasserstoff dort ruhig. Durch die von unten nachströmende Luft entsteht in der Dose langsam ein Knallgas. Dann schlägt die Flamme in die Dose zurück und der Inhalt explodiert mit lautem Knall. Die Dose springt dabei in die Höhe. Wird mit Wasserstoff gearbeitet, so müssen Apparaturen völlig luftfrei sein, bevor er- hitzt oder der ausströmende Wasserstoff entzündet werden darf. Um dies zu überprü- fen, fängt man den ausströmenden Wasserstoff in einer Proberöhre auf, verschließt sie mit dem Daumen und entzündet den Inhalt beim Gasbrenner. Tritt keine Reaktion ein (fast nur Luft) oder verbrennt das Gas mit pfeifendem Geräusch (Knallgas), so ist noch Luft in der Apparatur. Nur bei ruhigem Abbrennen ist der Wasserstoff luftfrei. ■ 161.2: Knallgas III Achtung! Bei der Explosion den Mund öffnen! Man mischt zwei Teile Wasserstoff und einen Teil Sauerstoff aus Gasflaschen in einem Kolbenprober (100 mL). Das Gemisch drückt man in Seifenschaum in einer Porzellan- reibschale. Die knallgasgefüllten Seifenblasen entzündet man mit einem brennenden Holzspan. Achtung! Nie mehr als 100 mL Sauerstoffknallgas verwenden! Das Anzün- den darf nur in Seifenblasen erfolgen, niemals in Glasgefäßen! Das Sauerstoffknallgas explodiert mit scharfem Knall. Durch das Öffnen des Mundes vermeidet man zu star- ke Belastungen des Trommelfells. LEHRERVERSUCH LEHRERVERSUCH Der gute Heizwert von Wasserstoff hat dazu geführt, Wasserstoff als zukunftsträchti- gen Energieträger und -speicher zu betrachten. Alle Verbrennungskraftmaschinen können mit kleinen Modifikationen auf Betrieb mit Wasserstoff umgestellt werden. Abgasprobleme tauchen fast keine auf. Das Verbrennungsprodukt ist Wasserdampf. Allenfalls entstehen Stickstoffoxide als Nebenprodukt. Auch die direkte Umsetzung der Verbrennungsenergie in elektrische Energie über Brennstoffzellen wäre möglich. Schwierig ist nur die Speicherung von Wasserstoff. Druckflaschen sind zu schwer, flüs- siger Wasserstoff ( Kp –253 °C) verdampft auch bei bester Wärmeisolation zu stark. Eine Lösung könnten Hydridspeicher sein. Einige Metalle (Ti, Pd, Mg) und Legierungen (Fe/Ti, Mg/Ni) nehmen im fein verteilten Zustand unter Druck große Mengen Wasser- stoff auf (Palladium bis zum 12000fachen Volumen) und geben ihn bei Druckabsenkung wieder ab. Wasserstoff kann aber nur als Energieträger und nicht als Energiequelle betrachtet werden, da er in der Erdrinde kaum elementar vorkommt. Der Durchbruch der Was- serstofftechnologie scheitert heute vor allem an der Wasserstoffherstellung. Der Einsatz von Erdgas bringt nichts – Erdgas kann auch direkt als Energiequelle einge- setzt werden. Die Wasserzerlegung durch Elektrolyse würde die Bereitstellung von großen Mengen elektrischer Energie erfordern, was heute nur durch Kernkraftwer- ke mit all ihren Nachteilen möglich wäre. Eine gewisse Hoffnung für die Zukunft besteht in der Wasserfotolyse – der Wasserzerlegung durch die Energie des Son- nenlichtes. Wenn man hier geeignete Katalysatoren oder auch biologische Systeme finden kann, wäre eine Speicherung der Sonnenenergie in Form von Wasserstoff möglich. Auch mit fotovoltaisch – dh. durch direkte Umwandlung von Licht in Strom (foto = Licht und Volt = Spannung) – hergestellter elektrischer Energie aus Fotozel- len auf Halbleiterbasis könnte Wasserstoff hergestellt werden. Dafür sind aber noch weitere Fortschritte bei der Herstellung und beimWirkungsgrad der Solarzellen nötig. Erdgas Kohle Wasser Elektrolyse CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 C + H 2 O CO + H 2 2 H 2 O + 2 e – 2 OH – + H 2 Wasserstoff Ammoniakerzeugung Methanolerzeugung Hydrierungen Salzsäureerzeugung Margarineerzeugung Energieträger Wasserstoff ■ 161.1: Weshalb kann Wasserstoff zwar als Energieträger, aber nicht als Energiequelle bezeichnet wer- den! ÜBUNGEN H 2 O 2 H 2 O H 2 O Energie Energie Nur zu Prüfzwecken – Ei entum des Verlags öbv