Schwefelsäure ist eine Schlüsselkomponente in vielen industriellen chemischen Prozessen, von der Düngemittelherstellung über die Abwasserbehandlung bis hin zur chemischen Synthese.
Der größte Teil des Schwefels der Welt findet sich im Boden, aus Mineralien wie Pyrit (Eisensulfid) und anderen Sulfid- oder Disulfidverbindungen. Mehr als 80 % des industriell genutzten Schwefels sind jedoch kein direktes Extrahieren aus der Erde, sondern ein Abfallprodukt, das bei der Raffination fossiler Brennstoffe entfernt wird, um Schwefeldioxidemissionen zu vermeiden.
Gibt es eine Zukunft für Schwefelsäure, wie wir sie kennen, angesichts des Trends zu sauberen und erneuerbaren Energiequellen, der sich über der Industrie für fossile Brennstoffe abzeichnet?
Über 85 % des von uns verwendeten Schwefels werden in Schwefelsäure umgewandelt, eine Säure, die in der chemischen Industrie bei der Verarbeitung und Herstellung von Hunderten verschiedener Verbindungen weit verbreitet ist. Es ist eine stark ätzende Mineralsäure mit der Summenformel H2SO4, auch bekannt als "Öl von Vitriol".
Es ist eine farblose bis leicht gelbe, viskose Flüssigkeit, die in allen Konzentrationen in Wasser löslich ist. Manchmal erscheint es dunkelbraun, da es oft während industrieller Produktionsprozesse gefärbt wurde, um die Menschen auf seine gefährliche Natur aufmerksam zu machen. Schwefelsäure ist eine zweiprotonige Säure und kann je nach Konzentration unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Als starke Säure ist Schwefelsäure korrosiv gegenüber Metallen, Steinen, Haut, Augen, Fleisch und anderen Materialien. Es kann auch Holz verkohlen (wird aber kein Feuer verursachen). Diese Wirkungen können hauptsächlich auf seine stark saure Natur und, wenn konzentriert, auf seine stark entwässernden und oxidierenden Eigenschaften zurückgeführt werden.
Schwefelsäure kann in einer Reihe von Situationen gefunden werden – sie ist ein Bestandteil von saurem Regen und Batteriesäure und kann sich sogar bilden, wenn sich einige Toilettenreiniger mit Wasser mischen. Schwefelsäure wird am häufigsten bei der Herstellung von Phosphatdünger verwendet. Es findet auch Verwendung bei der Herstellung von Sprengstoffen, anderen Säuren, Farbstoffen, Klebstoffen, Holzschutzmitteln und Autobatterien. Es wird auch bei der Reinigung von Erdöl, dem Beizen von Metall, der Kupferschmelze, der Galvanik, der Metallbearbeitung und der Herstellung von Kunstseide und Filmen verwendet.
Mit der zunehmenden Klimakrise und dem Bestreben, fossile Brennstoffe durch erneuerbare Energiequellen zu ersetzen, muss sich die Industrie, wie wir sie kennen, ändern. Die Industrie hat sich an die Anforderungen von Öl und Gas angepasst, indem sie versucht, Abfall zu reduzieren und die Effizienz zu maximieren, einschließlich der Wiederverwendung von Nebenprodukten und Verunreinigungen wie Schwefel, die andernfalls Umweltschäden verursachen würden.
Schwefel ist normalerweise in fossilen Brennstoffen mit etwa 1–3 Gew.-% vorhanden, was 80 % der mehr als 80 Millionen Tonnen des jährlichen weltweiten Schwefelangebots ausmacht. Die Umstellung auf erneuerbare Energien steht jedoch unmittelbar bevor und damit eine Überholung wichtiger chemischer Prozesse und ein Verlust wichtiger Reagenzien wie Schwefelsäure in den Waagen, die wir derzeit haben. Es wird prognostiziert, dass die Nachfrage das Schwefelangebot bis 40 um 130 bis 2040 % übersteigen wird, je nach Umfang der Infrastruktur für erneuerbare Energien.
Eine der naheliegendsten Lösungen besteht darin, Schwefel aus den reichlich vorhandenen Sulfid- und Sulfat-Mineralvorkommen auf der Erdoberfläche abzubauen, wie es Mitte des XNUMX. Jahrhunderts die Hauptquelle für Schwefel war. Der Bergbau in seiner jetzigen Form ist jedoch auch mit hohen Kosten für die Umwelt und die Menschen verbunden, da Feinstaub- und Schwermetallbelastungen möglichst vermieden werden sollten.
Die Reduzierung der branchenweit benötigten Gesamtmenge an Schwefel könnte durch sorgfältigere Recyclingpraktiken erreicht werden und ist eine potenzielle Option, um die Nachfrage einzudämmen. Das Recycling von Düngemittelabfällen würde einen großen Beitrag zur Reduzierung der Menge an rohem Phosphatgestein leisten, das zur Herstellung von neuem Düngemittel mit Säure behandelt werden muss. Darüber hinaus könnte das Recycling von Sulfatsalz-Nebenprodukten, die durch chemische Schwefelsäureprozesse entstehen, dazu beitragen, erhebliche Teile des Schwefels zurückzugewinnen. Das brauchbarste Produkt aus diesem Recyclingprozess ist jedoch giftiges Schwefelwasserstoffgas, daher bedarf es weiterer Forschung, um diese Idee zu konkretisieren.
Schwefelsäure durch Alternativen zu ersetzen, könnte teilweise möglich sein. Salpetersäure wurde als eine Säure vorgeschlagen, die in der Lage ist, Gestein auf ähnlichem Niveau wie Schwefelsäure zu verarbeiten, jedoch ist das Abwasser, das speziell bei der Phosphatextraktion für Düngemittel entsteht, radioaktiv. Schwefelsäure wird auch in Lithium-Ionen-Batterien verwendet, sodass eine bessere Batterierecycling-Infrastruktur oder die Suche nach alternativen Formen der Energiespeicherung einen großen Beitrag leisten könnten.
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