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chemie artikel (Interpretation und charakterisierung)

Nachwachsende rohstoffe


1. Atom
2. Erdöl



Allgemeines zu den Rohstoffen der Erde: Auf der Erde gibt es 3 wichtige Arten von Rohstoffen. Dabei hilft folgende kurze Einführung: ? Mineralische Rohstoffe ? Fossile Rohstoffe ? Pflanzliche & tierische Rohstoffe Zu den ?mineralischen Rohstoffen? zählen Erze (wie z.B. Eisenerz), Bauxit (ein Verwitterungsprodukt aus Kalk-Silikatstein, das ein wichtiger Rohstoff zur Aluminiumgewinnung ist) und Phosphate (Ion, das zum Aufbau vieler Moleküle im Organismus verwendet wird, wie z.B. im ATP-Molekül). Zu den ?fossilen Rohstoffen? gehören Rohstoffe wie Erdöl, Erdgas sowie Kohle, die sich über Jahrmillionen in warmen, feuchten Gebieten unter hohem Druck und Temperatur und unter Luftabschluss gebildet haben. Die dritte Art von Rohstoffen sind die ?pflanzlichen und tierischen Rohstoffe?. Sie sind biologisch erneuerbar, stammen in der Regel meist aus der Land- und Forstwirtschaft und werden nicht nur für Ernährungs- oder Fütterungszwecke genutzt, sondern auch zur Produktion wichtiger Güter, wie z.B. Baumwollkleidung. Diese Rohstoffe, die sich in relativ kurzer Zeit wieder neu bilden, nennt man auch ?nachwachsende Rohstoffe?. Hierzu zählen Holz, Kautschuk, Baumwolle, Hanf, Flachs und Öle.

Die nachwachsenden Rohstoffe: Nach der kurzen Einführung in die Rohstoffe der Erde beschäftigen wir uns mit der Frage: ?Was sind nachwachsende Rohstoffe eigentlich?? Hierfür dient als Einführung folgende Definition: \"Nachwachsende Rohstoffe sind land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die einer Verwendung im Nichtnahrungsbereich zugeführt werden.\" Nach dieser Definition gehören Produkte wie z.B. die Kartoffel nicht dazu, da sie hauptsächlich als Grundnahrungsmittel verwendet wird, genauso wie sämtliche Getreidesorten. Stattdessen werden unter den nachwachsenden Rohstoffen hauptsächlich Produkte verstanden, die man industriell weiterverarbeiten und nutzen kann. Dabei müssen am Ende nicht immer fertige Produkte entstehen, die dann auf dem Weltmarkt verkauft werden können, sondern es können auch Energieformen wie Strom und Wärme entstehen. Ein gutes Beispiel ist die Verwendung von Biogas, das man aus natürlichem Faulschlamm gewinnen kann. Hierbei würde man aber eher von einem nachbildendem Rohstoff reden. 1.Herkunft der nachwachsenden Rohstoffe: Nun betrachten wir die Herkunft der wichtigsten nachwachsenden Rohstoffe Holz, Kautschuk, Baumwolle, und der Öle. 1.1 Holz wird in den gemäßigten Breiten, wie z.B. bei uns in Deutschland, aber auch in der borealen Nadelwaldzone sowie in den Tropen abgeholzt und zumindest bei uns in Deutschland auch wieder angepflanzt, da in Deutschland eine nachhaltige Holz- und Forstwirtschaft geführt wird, das heißt, abgeholzte Flächen werden wieder aufgeforstet und Flächen, auf denen alte Bäume stehen, werden abgeholzt. Vor allem in den tropischen Regenwäldern wird nur abgeholzt und keine neuen Bäume angepflanzt, was zur Folge hat, dass der Boden durch die täglichen starken Regenfälle weggespült wird, weil nun keine Bäume mehr dort stehen, die das Wasser aufnehmen und den Boden mit ihren Wurzeln festhalten können. Somit kann die Erosion beginnen und es bleiben karge Felswüsten ohne natürlichen Humusboden zurück. 1.2 Der Naturkautschuk stammt aus den Tropen, teils auch in subtropischen Kautschukplantagen (30° nördliche bis 30º südliche Breite, die auch als Kautschukgürtel bezeichnet wird), da man im natürlichen Wald es schwerer hat Kautschuk abzubauen. Man muss die Bäume in natürlichen Wäldern ja erst mal finden und deswegen sind Plantagen doch einfacher zu bewirtschaften. Auf den Kautschukplantagen wachsen hauptsächlich Gummibäume, deren Baumsaft der Kautschuk ist. Es gibt auch noch einige andere Bäume, die auch als Kautschukbäume gelten, jedoch ist der Gummibaum (auch ?Hevea? genannt) der häufigste, der angepflanzt wird. 1.2.1 Abbau des Kautschuks: Die meisten Kautschukbäume wachsen in Thailand, das daher auch der weltführende Exporteur von Naturkautschuk ist. Dahinter kommen Indonesien und Malaysia. Es dauert 5 bis 6 Jahre, bis ein Baum zur Naturkautschukgewinnung angeritzt werden kann. Im Morgengrauen ziehen die Arbeiter durch die Kautschukwälder oder auf die Plantagen, um durch kerbige Einschnitte den milchigen Baumsaft in eine halbe Kokosnuss-Auffangschale zu leiten. Die sogenannte Latexmilch wird dann gesammelt und danach in eine Lappenform gepresst und anschließend zur Weiterverarbeitung weitergegeben. 1.3 Die Baumwolle wächst an Baumwollsträuchern in subtropischen Klimazonen wie z.B. in Peru, Nordbrasilien und den USA. Dort wird sie ebenfalls wie die Kautschukbäume auf Plantagen angepflanzt und, sobald die Baumwolle reif ist, geerntet. Heute wird Baumwolle aber auf allen Kontinenten angebaut. Da manche Länder wie Australien mit dem Ertag der Baumwollsträucher nicht zufrieden waren, hatten sie die Baumwollgewächse genmanipuliert. Allerdings schlug dieser Versuch fehl und der Ertag brach ein. Die Baumwollindustrie ist zudem stark von Chemikalien abhängig, die Plantagen werden mir Dünger und Insektiziden übersäht. Der Boden leidet darunter sehr und der Baumwollanbau gilt als sehr umweltbelastend. Auch der Wasserverbrauch ist extrem problematisch. Besonders bekannt wurde in diesem Zusammenhang der Aralsee, aus dem Wasser zur Bewässerung von Plantagen abgezapft wird. Der Aralsee hat seit den letzten 40 Jahren bis heute schon 50 % seiner Wassermenge verloren. In weiteren 40 Jahren wird er wohl verschwunden sein und es wird eine Salzwüste zurückbleiben. 1.4 Öle. Es gibt verschiedene Arten von natürlichen Ölen. Die beiden bekanntesten sind hier das Rapsöl und das Sonnenblumenöl. Raps kann in warmen Gebieten mit ausreichendem Niederschlag wachsen. Am besten eignen sich die gemäßigten Breiten (Mitteleuropa). 2.Nutzen und Produkte der nachwachsenden Rohstoffe: Nachdem wir jetzt wissen, was die wichtigsten nachwachsenden Rohstoffe sind und wo sie herstammen, schauen wir uns jetzt die Produkte an, die man aus nachwachsenden Rohstoffen anfertigt. 2.1 Holz ist der uns bekannteste nachwachsende Rohstoff. Aus ihm werden sehr viele Güter hergestellt wie z.B. Papier, das man sich kaum wegdenken könnte. Schauen wir uns das Ganze ein mal genauer an und betrachten nur die wichtigsten Punkte. 2.1.1 Wie stellt man Papier her? Jedes Papier enthält Holzfasern (Zellulose) und Füllstoffe zur Strukturverbesserung (Leime). Das Holz muss für die Papierherstellung zunächst in kleinste Teilchen zerlegt werden (Holzfasern aus Zellulose). Durch Schleifmaschinen wird das Holz unter Wasserzufuhr bei einer Temperatur nahe dem Siedepunkt mechanisch zerfasert. So gewinnt man den Holzstoff, auch Holzschliff genannt. Der Holzstoff wird durch Wasserstoffperoxid gebleicht (H202). Anschließend wird das Holzfaserwassergemisch in eine Stoffzentrale geleitet, wo es gesiebt wird. Auf diesem Sieb wird der mit Füllstoffen untersetzte Holzstoff abgesiebt. Das Wasser läuft ab oder wird einfach abgesaugt. Die Fasern lagern sich auf dem Sieb ab. Beim Verlassen des Siebes enthält das dort entstandene Papiervlies immer noch einen großen Teil Wasser, weshalb es mittels großer, gegeneinander pressender Filzzylinder ausgepresst wird. Durch den Pressvorgang wird das Papiervlies verdichtet und die Festigkeit erhöht. Auch die Oberfläche wird hier entscheidend mitbeeinflusst. Die schon recht feste Papierbahn wird nun in Mäanderform (slalomförmig) durch eine Art riesigen Trockner geleitet, in dem die im Papier vorhandene Restfeuchte entfernt wird. Danach wird es noch einmal glattgepresst, indem das Papier durch Walzen hindurch gezogen wird, was dem Papier noch mehr zusätzlichen Glanz und Glätte gibt. Nach diesem Vorgang kann das Papier dann auf große Rollen aufgerollt werden und z.B. in Druckereien weitertransportiert werden, oder es wird einfach zurecht geschnitten und als leeres Papier verkauft, das man ja auch sehr häufig braucht (Schreibpapier). Die Vielfalt der fertigen Papiere und die qualitativen Unterschiede entstehen durch die Auswahl, Abstimmung und Art der Verarbeitung der Grundzutaten. 2.1.2 Weitere Produkte, die man aus Holz herstellt, sind Möbel, Bretter und Balken (für den Hausbau), Zahnstocher, Eisstängel und noch viele andere Dinge. Eine auch sehr wichtige Art des Nutzens von Holz ist natürlich das Verbrennen, wenn man einfach heizen will oder es zum Kochen benutzt, da man über keinen Strom oder kein Gas verfügt. 2.2 Kautschuk, genauer der Naturkautschuk, ist nichts anderes als der Milchsaft verschiedener tropischer Bäume (z.B. Gummibaum). Dieser Naturkautschuk ist der Ausgangsstoff für Synthesekautschuk, der in einem hochkomplizierten Verfahren gewonnen wird. Allerdings ist es bis heute noch nicht gelungen, den reinen Naturkautschuk komplett im Labor zu erzeugen. Man kann ihn nur durch ein chemisches Verfahren, der Vulkanisation, verbessern. Synthesekautschuk ist zwar ein guter Ersatz für richtigen Kautschuk, jedoch werden wichtige Produkte wie Kondome immer aus vulkanisiertem Kautschuk hergestellt. 2.2.1 Eigenschaften des Kautschuks: Kautschuk ist sehr elastisch und besitzt eine relative Kälteflexibilität und Zugfestigkeit. Schon die Menschen vor tausenden von Jahren wussten Kautschuk zu nutzen, indem sie ihn zu Kugeln formten und gutschmeckende Stoffe hinzugaben ? der Vorgänger des Kaugummis. Der flüssige Kautschuk, wenn er frisch geerntet ist, gärt und gerinnt sehr schnell, doch man entdeckte bereits im 18. Jahrhundert, dass Terpentin und Äther sich gut als Lösungsmittel eignen und somit konnte der Kautschuk auch nach dem Transport in ferne Länder wieder verformt werden. Doch leider alterten die Gegenstände sehr schnell und sie verloren bei Kälte ihre Festigkeit und zerbröckelten und bei Hitze wurden sie klebrig. Der Sommer von 1838 in Europa war so heiß, dass alle Produkte aus Kautschuk kaputt gingen. Ein Jahr später jedoch entdeckte man die Vulkanisation. Dies ist ein Verfahren, bei dem Schwefel an Kautschuk angebunden wird, sodass der Kautschuk nun elastischer wird und Hitze und Kälte viel besser aushält. Der neue Kautschuk übertraf den Naturkautschuk bei weitem. 2.2.2 Kautschukprodukte Produkte aus Kautschuk sind vielzählig. Aus Kautschuk werden jede Menge Produkte hergestellt, denen wir jeden Tag begegnen. Meistens ist es für uns selbstverständlich mit ihnen umzugehen, jedoch denken wir nicht daran, woraus sie gemacht werden. Es sind Produkte wie Fahrzeugreifen, Radiergummis und Badeschuhe. Eines der wichtigsten Produkte ist auch das Kondom, das aber nur aus reinem Naturkautschuk hergestellt werden kann, da dieses eine derart hohe Konsistenz und Flexibilität braucht, wie sie nur Naturkautschuk bieten kann. Bei Luftballonen ist dies genau so. Die Flexibilität kann man testen, indem man einen Luftballon immer weiter aufbläst, wobei irgendwann der maximale Flexibilitätspunkt erreicht wird und der Luftballon platzt. Auch alle anderen Gummiprodukte werden aus Kautschuk hergestellt (z.B. Gummistiefel, Schnuller, etc...). 2.3 Baumwolle ist eine Naturfaser, die aus Samenhaaren der Fruchtkapseln von Baumwollsträuchern gewonnen wird. Sie besteht hauptsächlich aus Zellulose. Baumwolle ist ein relativ wertvolles Material, da nur ca. 10% des Rohgewichts bei der Verarbeitung verloren gehen Die besonders wichtigen Eigenschaften der Baumwolle sind, dass sie sehr reißfest und strapazierfähig ist und sich gut färben lässt. Färben kann auch ein Nachteil sein kann, da beim Waschen weiße Socken plötzlich pink oder andersfarbig werden können. Bei schwarzer Kleidung kann dies nicht passieren. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist, dass sie nicht kratzt, da sie Feuchtigkeit sehr leicht aufnimmt und daher angenehm zu tragen ist. Allerdings trocknet nasse Baumwollwäsche wegen der guten Feuchtigkeitsaufnahme nur langsam. Sobald die Pflanzenreste entfernt sind, bleibt ein natürliches Polymer (chemische Verbindung aus sehr vielen kleinen aneinandergeketteten Molekülen) aus Zellulose zurück. Die besondere Anordnung der Zellulosebausteine gibt der Baumwolle diese hohe Reißfestigkeit. Jede einzelne Baumwollfaser besteht aus 20 bis 30 Lagen Zellulose. Wenn der Baumwollball (Frucht der Baumwollpflanze) geöffnet ist, trocknen die Fasern und verhaken sich untereinander. Diese Form wird für das Spinnen zu einem sehr feinen Garn verwendet. Die Fasern werden zu dünnen Fäden gesponnen, aus denen Textilien hergestellt werden können. Schon seit Jahrtausenden wird zur Herstellung von Kleidung Baumwolle verwendet, anfangs nur in subtropischen und tropischen Gebieten, da hoch im Norden keine Baumwolle wächst und die Leute dort deshalb keine hatten. Heutzutage haben natürlich alle Länder Baumwollprodukte. 2.4 Raps. Der Raps ist eine Pflanze, deren Samen für uns ein wichtiger Rohstoff ist. Aus ihm kann man ein Öl gewinnen, das man Rapsöl nennt. Mit diesem Öl kann man Motoren betreiben, wenn es vorher chemisch verändert wird. Man spricht hier von Biodiesel. Aber was genau sind die Vorteile des Biodiesels und wie entsteht es? Und warum wird die Idee des Biodieselverwendens nicht verwirklicht? 2.4.1 Die Vorteile des Biodiesels: Biodiesel hat den Vorteil, dass beim Verbrennen, (im Motor des Autos) nur so viel CO2 entsteht wie der Raps bei seinem Wachstum aufgenommen hat, wie es eben bei den nachwachsenden Rohstoffen der Fall ist. Zudem ist im Biodiesel auch kein Schwefel gebunden und ist somit schwefelfrei. Das macht es biologisch abbaubar, wenn der Biodiesel verbraucht ist und daher ist er optimal als Kraftstoff für z.B. Motorsägen geeignet. 2.4.2 Entstehung des Biodiesels: Durch chemische Veränderung des Rapsöls lässt sich bekanntlich ein Treibstoff gewinnen, der dem bei uns häufig verwendeten Dieselkraftstoff ähnelt. Der erste Schritt um Biodiesel herzustellen ist die Trennung des Rapsöls in Glycerin (einem 3-wertigen Alkohol) und Fettsäuren (langkettige Karbonsäuren). Anschließend werden die Fettsäuren mit Methanol (einem einwertigern Alkohol) verestert. Diese Mischung, Rapssäure-Methylester genannt, bildet den eigentlichen Biodiesel. 2.4.3 Warum der Biodiesel nicht verwendet wird: Die Verbrennung des Biodiesels gelingt wegen des hohen Siedepunktes und des hohen Flammpunkts nur in einem Spezialmotor, der sich aber auf dem Markt in keiner Weise durchsetzen konnte. Zudem kann sich der Biodiesel auch nicht durchsetzen, da man dann Raps in riesigen Mengen anbauen und zudem auch noch den Ertrag erhöhen müsste. Dazu muss man aber mehr düngen, was den Boden wiederum stark belastet. Ein Hektar Land liefert bei jeder Ernte 1,2 Tonnen Rapsöl. Will man den Ertag durch umfangreicheren Anbau erhöhen, müssen aber auch sämtliche Arbeitsgeräte wie Pflug, Sämaschinen, Wasserpumpen, Sprühwagen zum Verteilen der Pestizide, Erntemaschinen, Transportwagen usw. betrieben werden, die es natürlich dann auch in größerem Umfang gibt. Diese setzen aber auch wiederum viel CO2 frei. Man könnte diese natürlich auch alle mit Biodiesel betreiben, aber dann müsste man diesen von der Ernte (1,2 T/Jahr) abziehen und somit wäre die Ernte dann unterm Strich wieder etwas geringer. Beim Ernten interessieren nur die ölhaltigen Früchte, die übrige riesige Menge an Biomasse, die zurückbleibt, kann sogar als Dünger dienen ? jedoch mit zusätzlichem Transportaufwand. Trotzdem kommt man um zusätzliches Düngen vor allem mit Stickstoff (wegen des Stickstoffkreislaufes, die Pflanzen benötigen auch Stickstoff) nicht herum, da die beim Düngen verwendete Biomasse nicht ausreicht. Der in Düngemitteln gebundene Stickstoff wird von Bakterien in großem Umfang in elementaren Stickstoff sowie in Distickstoffoxid (N2O) umgewandelt, der die Atmosphäre belastet und für die bodennahe gefährliche Ozonbildung sowie auch für das Waldsterben verantwortlich ist. 3.Die Vorteile der nachwachsenden Rohstoffe: Zum Abschluss dieser GLF wollen wir uns noch die allgemeinen Vorteile der nachwachsenden Rohstoffe gegenüber der fossilen Rohstoffe betrachten, sowie auch Vorteile gegenüber der Umwelt. Jedes Jahr werden in Deutschland und auch allgemein in fortschrittlichen Ländern (z.B. in den mitteleuropäischen Ländern) immer mehr Pflanzen angebaut, die nachwachsende Rohstoffe liefern, wie z.B. Raps, aus dem man Biodiesel herstellen kann. Aber auch das Spektrum der Anwendungsbereiche nachwachsender Rohstoffe wird von Jahr zu Jahr größer. Vorteile gegenüber fossilen Rohstoffen und der Umwelt: Nachwachsende Rohstoffe ersetzen fossile Rohstoffe mittlerweile in vielen Bereichen, was dazu beiträgt, dass in deren Lagerstätten die begrenzten Vorräte für nachfolgende Generationen etwas geschont werden. Wenn nachwachsende Rohstoffe verbraucht werden, z.B. durch Verbrennung, setzen sie immer nur die Menge an CO2 frei, die sie während des Wachstums der Atmosphäre entnommen haben.

Wenn man jetzt aber Braunkohle verbrennt, werden auf einen Schlag Unmengen CO2 frei, der sich über Jahrmillionen in der Braunkohle gebunden hat. Diese Mengen an CO2 steigen dann in die Atmosphäre auf und belasten sie zusätzlich, was den Treibhauseffekt verstärkt. Die Stoff- und Energiekreisläufe der nachwachsenden Rohstoffe sind als geschlossen, da der freigewordene CO2 bei der Verbrennung sofort wieder durch andere wachsende Pflanzen gebunden wird. Zusammenfassung: ? Nachwachsende Rohstoffe sind weitgehend C02-neutral ? kein zusätzlicher Treibhauseffekt. ? Sie schonen die Vorräte der fossilen Rohstoffe. ? Durch den intensiveren Anbau werden in ländlichen Gebieten mehr Arbeitsplätze geschaffen. ? ?Nachwachsende Rohstoffe? heißt auch ?Forschung und Technik?? Man muss herausfinden, wie man aus den nachwachsenden Rohstoffen den größten Gewinn erzielt, d.h. ihren Ertrag optimiert, ohne den Boden zu überbelasten ? neue Arbeitsplätze in der Forschung. ? Durch die Vielfalt nachwachsender Rohstoffe können artenreichere Landschaften entstehen. ? Ein häufiger Wechsel der angebauten Kulturen erhält nicht nur die Fruchtbarkeit des Bodens, sondern wirkt auch dem Schädlingsbefall entgegen.

 
 




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