Industrielle Chemie / Chemische Industrie

Die chemische Industrie steht als einer der erfolgreichsten Industriezweige ständig unter großem Innovationsdruck – u.a. bedingt durch die fortschreitende Globalisierung. Forschung und Entwicklung in den verschiedenen Sektoren der Chemie haben daher eine Schlüsselrolle inne. Die Chemie bringt Lösungen für viele alltägliche Probleme. Wenn etwas kaputt geht, besorgen wir uns den Klebstoff, der es wieder reparieren kann. Werden wir krank, gibt es in vielen Fällen einen Wirkstoff zur Behandlung. Und wenn nicht, kann dieser entwickelt werden. Krankheiten, die vor langer Zeit als unheilbar galten, werden heute erfolgreich therapiert. Die chemische Industrie kann auf viele bestimmte Anforderungen an Materialien eingehen und Lösungen für verschiedenste Problemstellungen finden. Organische und anorganische Rohstoffe Chemische Erzeugnisse sind unverzichtbar für große Industriezweige, wie zum Beispiel der Pharma- und Automobilindustrie, der Kunststoff-, Lebensmittel-, Agrar- und Baustoffindustrie. Dabei werden organische wie anorganische Rohstoffe benötigt. Viele anorganische Rohstoffe, die in großen Mengen benötigt werden und nicht in der Natur zu finden sind, werden in der industriellen Chemie in Massenproduktionsanlagen kostengünstig hergestellt. Dazu zählen Basischemikalien wie z. B. Eisen, aus dem Stahl zur Herstellung von Werkzeugen und Maschinen erzeugt wird, oder Natriumcarbonat (Soda) als Reinigungsmittel. Die chemische Herstellung von Eisen aus seinen Erzen reicht weit in die Vergangenheit zurück. Die Entdeckung von Eisen und den daraus herstellbaren Werkzeugen und Waffen ist von so hoher Bedeutung, dass Historiker diesem Zeitalter den Namen Eisenzeit gegeben haben. Während der Industriellen Revolution wuchs die Bedeutung des Eisens enorm. In modernen Hochöfen wird Eisenerz mit Kohle unter Zuhilfenahme von Luftsauerstoff in einem mehrstufigen Prozess zu Eisen reduziert. Ein weiteres bedeutendes Verfahren ist das nach einem belgischen Chemiker benannte Solvay-Verfahren zur Herstellung von Natriumcarbonat. Aus Calciumcarbonat und Natriumchlorid wird Natriumcarbonat und Calciumchlorid hergestellt. Da die Reaktion nicht freiwillig abläuft, wird in diesem umfangreichen Kreisprozess Ammoniak – quasi als Katalysator – zugesetzt. In der Chloralkali-Elektrolyse wird Natriumchlorid mittels Elektrolyse in Chlorgas, Natriumhydroxid und Wasserstoff aufgespalten. Da diese Produkte immer im gleichen Verhältnis entstehen, werden sie Koppelprodukte genannt. Das Haber-Bosch-Verfahren stellte erstmals Ammoniak in großen Mengen her. Dabei wird Stickstoff aus der Luft mit Wasserstoff bei 500°C und 300 bar zur Reaktion gebracht. Bei hohem Druck ist nach dem Prinzip von Le Chatelier die Bildung von Ammoniak begünstigt (aus 4 Gasteilchen werden 2 Gasteilchen). Für das Gelingen der Reaktion ist ein Eisen-Katalysator notwendig. N2 + 3 H2 → 2 NH3 Der hierfür benötigte Wasserstoff wird in einem Synthesegas-Reaktor hergestellt. Dabei wird Methan, Hauptbestandteil von Erdgas, mit Wasser zur Reaktion gebracht, es entstehen Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff. CH4 + H2O → CO + 3 H2 Das Kohlenstoffmonoxid wird mit Luftsauerstoff zu CO2 oxidiert und anschließend ausgewaschen, wodurch man reinen Wasserstoff erhält. Dieser kann zur Ammoniaksynthese verwendet werden. Der so hergestellte Ammoniak kommt zum großen Teil im Ostwald-Verfahren zum Einsatz. Hierbei wird Ammoniak in mehreren Stufen zu Salpetersäure oxidiert. NH3 + 2 O2 → HNO3 + H2O Es entsteht eine etwa 60%ige Salpetersäure. Diese lässt sich unter anderem zu Nitraten und Düngemittel weiterverarbeiten.