1. Nutzung des CO2 durch Photosynthese     

Die Photosynthese ist die natürliche Erzeugung von energiereichen Biomolekülen aus energieärmeren Stoffen mithilfe von Lichtenergie. Sie wird von Pflanzen, Algen und einigen Bakterien betrieben. Bei diesem biochemischen Vorgang wird zunächst mit Hilfe des lichtabsorbierenden Farbstoffes ( Chlorophyll) Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Diese wird dann unter anderem zum Aufbau energiereicher organischer Verbindungen – sehr oft Kohlenhydrate (Summenformel CH2O) genutzt. Die Gesamtreaktion der Photosynthese mit Wasser als Reduktionsmittel kann durch die folgende allgemeine, vereinfachte Summengleichung formuliert werden:

C O 2 + 2 H 2 A   → L i c h t < C H 2 O > +   2 A + H 2 O {displaystyle mathrm {CO_{2}+2;H_{2}A {xrightarrow {Licht}}{}<!CH_{2}O!>+ 2;A+H_{2}O} }      CO2 + H2O   =  <CH2O> + O2.        Reaktion unter Einfluß von Licht  oder:

           6 CO2 + 6 H2O = C6H12O6 + 6 O2    + 2870 KJ/mol

Oder in Worten:

 Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entsteht – durch Energiezufuhr (Licht; Chlorophyll) – Traubenzucker (Glucose) – C6H12O6  und Sauerstoff. 3)

Alle Algen und grünen Landpflanzen verwenden ausschließlich Wasser (H2O) als Reduktionsmittel.  Der im Wasser gebundenen Sauerstoff wird als Oxidationsprodukt des Wassers bei der sogenannten oxygenen Photosynthese als  molekularer Sauerstoff (O2) freigesetzt. Der gesamte in der Erdatmosphäre und Hydrosphäre vorkommende Sauerstoff wird durch oxygene Photosynthese gebildet.

2. CO2-Inventar in der Atmosphäre 2)

Auf der Erde gibt etwa 75 Billiarden (=Millionen Milliarden) Tonnen Kohlenstoff.            99,8 % davon befindet sich im Gestein, fast alles als Karbonate im Kalkstein.                        Weiterer Kohlenstoff befindet sich in fossilen Brennstoffen( Kohle, Erdöl, Erdgas):         4.100 Mrd. t  Kohlenstoff.                                                                                                                       Im Wasser: 38.000  Mrd. t Kohlenstoff    = 0,05 % des gesamten Vorkommens                       Im Boden: 1.580 Mrd. t Kohlenstoff  = 0,002 % des gesamten Vorkommens.                                          In Lebewesen: 800 Mrd. t Kohlenstoff = 0,001 % des gesamten Vorkommens.                         In der Luft:  820 Mrd: t Kohlenstoff = 0,001 % des gesamten Vorkommens.

In der Atmosphäre sind somit insgesamt etwa 3.000 Mrd. t CO2 enthalten.

3. Wirkungsgrad  und Produktivität der Photosynthese.3)

  • Die für die Synthese von einem Mol Glucose benötigte Lichtenergie beträgt je nach Wellenlänge zwischen 1430 kJ (Blau) und 8064 kJ (Rot)
  • Die Freie Reaktionsenthalpie für die Bildung von Glucose aus CO2 und H2O beträgt unter Standardbedingungen 2862 kJ/mol.
  • Das ergibt einen Wirkungsgrad von 20,0 Prozent für blaues und 35,5 Prozent für rotes Licht.

gesamte Erde        Fläche 0,51 x 1015 m2        80  x 109 t pro Jahr (100 %)

 

 

davon Ozeane       Fläche 0,36 x 1015 m2             28  x 109 t pro Jahr (35,4 %)

 

 

davon Land            Fläche 0,15 x 1015 m2        52 x 109 t pro Jahr (64,6 %)             

4. Anwendung von CO2 in Gewächshäusern 4)

Der normale CO2-Gehalt der Luft von 320 bis 360 vpm CO2 stellt für viele Pflanzen keinen optimalen Wert für die Photosynthese dar. Als für die Pflanzen optimale Werte werden CO2-Konzentrationen zwischen 600 bis 1600 vpm CO2 angegeben. Gemüsepflanzen verlangen tendenziell etwas höherer Werte als Zierpflanzen [

Sofern für die jeweilige Kultur keine Angaben zu optimalen CO2-Konzentrationen vorhanden sind, wird als Faustzahl ein Wert von 600 vpm CO2 angegeben, mit dem der Gärtner zunächst beginnen sollte. Begrenzt wird die maximal einstellbare CO2-Konzentration auch durch die maximale Konzentration am Arbeitsplatz, die zum Schutz der Arbeitskräfte eingehalten werden muss. Diese liegt bei 5000 vpm CO2.

5.Großtechnische Anwendung von CO2 in  Gewächshäusern 5,6)

5.1. Raffinerie- CO2 für 550 Gewächshäuser in den Niederlanden 5,)

CO2CCCO2 für Gewächshäuser: 350.000 t CO2 strömen in den Niederlanden von der Shell-

ÖlraffÖlRaffinerie bei Rotterdam über eine 85 km lange Transport-Pipeline und ein 300 km            langesVlanges Verteilungsnetz an mehr als 550 Gewächshäuser. CO2 wird für die Photosynthese der

Pflanzeder Pflanzen benötigt. Mit dem CO2 wird das Wachstum von Tomaten, Gurken und Salaten gefördert.

1.C5.O2

1.CO5.25.2. Luther-Tomate Wittenberg 6)

Im Jahre 2014  entstand in Wittenberg eine einzigartige Komposition – die Luther-Tomate. Die      Idee, die  Idee,die  Gewächshäuser direkt neben die SKW Stickstoffwerke Piesteritz zu platzieren,       entstammt einem effizienten Gedanken: Bei der Produktion im Werk entstehen wichtige      Abfallprodukte, wie CO2 und Wärme, die sonst ungenutzt  in die Umwelt abgeschieden werden würden können  jetzt genutzt werden.. Diese werden über Pipelines zu den Gewächshäusern               transportiert. Ende des Jahres 2013  wurden fast 600.000 Tomatenstauden gepflanzt. /

6. Beispiele für die CO2-Nutzung in der Chemischen Industrie 

 

6.1. Harnstoffsynthese: 7)

2 Stufen – Reaktion:  2 NH3 + CO2   =  NH2– CO-NH+H2O  (Harnstoff + Wasser)

Die industrielle Produktion von Harnstoff in einem Hochdruckverfahren geht auf Carl  Bosch und Wilhelm Meiser zurück. Die BASF nahm 1922 die erste Produktionsanlage in Betrieb, bei der sich in einem Hochdruckreaktor im ersten Schritt bei 150 bar aus Ammoniak und Kohlenstoffdioxid in einer mit −117 kJ/mol exothermen Reaktion Ammoniumcarbamat (NH4CO2NH2) bildete, das in einer endothermen Reaktion mit +15,5 kJ/mol weiter zu Harnstoff und Wasser reagiert.

Eine industrielle Verwendungsmöglichkeit von Harnstoff ist die Herstellung von Melamin, das z. B. mit Formaldehyd zu Kunstharzen verarbeitet wird, und von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen (Harnstoffharz, so genannte UF-Harze), die z. B. zur Produktion von Spanplatten eingesetzt werden. Harnstoff ist ein viel genutzter Stickstoffdünger und Ausgangsstoff für die chemische Industrie, etwa für die Herstellung von Harnstoffharzen, die als Klebstoff, zur Imprägnierung oder Isolierung eingesetzt werden. Harnstoff dient als Grundlage für die Synthese von Barbitursäure, Koffein, Hydrazin und weiteren Chemikalien.                                                                                                                                         Mit einem Produktionsvolumen von etwa 200 Millionen Tonnen pro Jahr ist Harnstoff eine der meisthergestellten Chemikalien.

6.2.  Salicylsäure 8)9)

Durch Umsetzung von CO2 mit Natrium-Phenolat wird mit der Kolbe-Schmitt-Reaktion Salicylsäure gewonnen.[

       Salicylsäure

 

Durch Umsetzung von Salicylsäure mit Essigsäureanhydrid wird Aspirin erhalten.

        Aspirin                                                                           

Salicylsäure dient zur Herstellung von Farb- und Riechstoffen und der Acetylsalicylsäure (ASS, besser bekannt unter dem Markennamen Aspirin), die als schmerzstillender, entzündungshemmender und gerinnungshemmender Arzneistoff Verwendung findet.

6.3. Methanol   aus Synthesegas10)

Die Dampfreformierung von Erdgas und die partielle Oxydation sind  der Hauptlieferant für Synthesegas (CO,CO2 + H2 ).In Nordamerika und Europa wird meist Erdgas als Rohmaterial genutzt, in China und Südafrika basiert die Synthesegasherstellung auf Kohle oder Braunkohle. 2005 hat China 5,4 Millionen Tonnen Methanol erzeugt, davon 65 % oder 3,5 Millionen Tonnen auf Kohle basierend. Für die Bildung von Methanol aus Synthesegas können die folgenden Gleichungen formuliert werden:

CO + 2 H2  = CH3OH     und      CO2 + 3 H2  = CH3OH + H2O  C O 2 + 3 H 2 ⇌   C H 3 O H + H 2 O ;   Δ H ( 300 K ) = − 49 , 5 k J / m o l {displaystyle mathrm {CO} _{2}+3;mathrm {H} _{2}rightleftharpoons mathrm {CH} _{3}mathrm {OH} +mathrm {H} _{2}mathrm {O} ; Delta H(300;mathrm {K} )=-49{,}5;mathrm {kJ} /mathrm {mol} }  SHAPE  * MERGEFORMAT

Wegen ökonomischer Vorteile bei niedrigen Synthesedrücken und niedrigen Temperaturen wird Methanol größtenteils im Niederdruck-Verfahren produziert.

Methanol hat einen großen Anwendungsbereich.. Mit 45 Millionen Tonnen Jahresproduktion (Stand: 2008) ist Methanol eine der meisthergestellten organischen Chemikalien. In der chemischen Industrie dient es insbesondere als Ausgangsstoff bei der Produktion von Formaldehyd (HCHO), Ameisensäure (HCOOH) und Essigsäure. (CH3COOH) Methanol und seine Folgeprodukte werden neben der stofflichen Verwendung auch als Energieträger eingesetzt. Mit der Technologie Methanol to Gasoline wird aus Methanol Kraftstoff. Methanol wird auch bei der Synthese von Biodiesel und dem Anti-Klopfschutzmittel  MTBE (Methyl-t butylether, hergestellt aus Methanol + Isobuten) benötigt. In Brennstoffzellen kann Methanol als Wasserstofflieferant dienen.

6.4. Carbon2Chem von Evonik 11)

Evonik zusammen mit mit 7 Partnern aus Industrie , Wissenschaft und Forschung  wollen 20 Mio. t CO2 aus der Stahlbranche wirtschaftlich nutzbar machen für  Dünger , Kraft- und Kunststoffe. Evonik bringt seine Katalysekompetenz in das Projekt ein, das vom Bundeswirtschaftsministerium mit über 60 Mio € gefördert wird.

6.5. Klimagas CO2 wird zu Weichschaum 12)13)

In Dormagen wurde eine Anlage der Firma Covestro  in Betrieb genommen, die rund 20 Gew.% CO2 aus Abgasen des Chemieparkes in ein Vorprodukt von Polyurethan-Weichschaum einbaut. Die 15 Mio € teure Prototyp-Anlage ist für  5000t Polyöl pro Jahr ausgelegt. Bereits 2010 hat das Bundesforschungsministerium ein Projekt mit 4,5 Mio € gefördert  für die Nutzung von CO2 aus dem Rauchgas der Braunkohlekraftwerke.. Im Innovationszentrum beim Braunkohlekraftwerk Niederaußem  betreibt RWE eine Pilotanlage zur CO2-Wäsche ,die das Kohlendioxid aus dem Rauchgas abtrennt. 

Mit diesen Ausführungen ist dargelegt,  daß die Verteufelung von CO2 als Klimagas falsch und eine Lüge ist. COist vielmehr ein wichtiger Rohstoff für die Pflanzen, die Landwirtschaft und auch für die Chemie . Deshalb ist es zu begrüßen, daß es jetzt mehrere Initiativen zur CO2-Anwendung mit staatlicher Unterstützung gibt.

Literatur

1.https://de.wikipedia.org/wiki/Photosynthese 

2.http://www.oekosystem-erde.de/html/kohlenstoffkreislauf.html 

3. http://.chemie.de/lexikon/Photosynthese.html 

4.www.hortipendium.de/CO2-Düngung  Nov.2013

5. http://www.the-linde-     group.com/de/clean_technology/clean_technology_portfolio/co2_applications/greenhouse_supply/index.html

6.http://wittenberg-gemuese.de/unternehmen/  

7. https://de.wikipedia.org/wiki/Harnstoff#Herstellung

8. https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffdioxid#Verwendung

9.  https://de.wikipedia.org/wiki/Salicyls%C3%A4ure#Eigenschaften_und_Verwendung

10.. https://de.wikipedia.org/wiki/Methanol                                                                                                                                                       

11.Zeitschrift Folio (Evonik) Sept.2016, S.7

12.. Klimagas CO2 wird zu Weichschaum VDI-Nachr. 17.6.2016, S.16

13 www.rwe.com Pressemitteilung 15.9.2010..