WikiDer > Sabatier-Reaktion

Das Sabatier-Reaktion wenn es Sabatier-Prozess wurde 1897 von französischen Chemikern entdeckt Paul Sabatier und Jean-Baptiste Senderens. Es geht um die Reaktion von Wasserstoff mit Kohlendioxid bei hoher Temperatur (optimal 300–400 °C) und Druck, in Gegenwart von a Katalysator (Nickel), mit der Absicht, Methan und Wasser produzieren.

Reaktionsmechanismus

Die Sabatier-Reaktion mit Kohlenmonoxid bzw. -dioxid kann geschrieben werden als:

${displaystyle {ce {CO 3H2 -> CH4 H2O}}}$

${displaystyle {ce {CO2 4H2 -> CH4 2H2O}}}$

Beide Reaktionen sind exotherm: die Reaktion mit Kohlenmonoxid wird begleitet von a Enthalpieänderung${Displaystil Delta H_{r}=-206;Mathrm {kJ/mol} }$, die Reaktion mit Kohlendioxid jetzt sofort Reaktionsenthalpie${Displaystil Delta H_{r}=-165;Mathrm {kJ/mol} }$. Außerdem kann Kohlendioxid Wasserstoffgas reagieren nach einem inversen Wasser-Gas-Shift-Reaktion.^[1] Diese unerwünschte Nebenreaktion ist ebenfalls eine exotherme Reaktion, die eine Enthalpieänderung verursacht ${displaystyle Delta H_{r}=-41;mathrm {kJ/mol} }$ produziert und kann geschrieben werden als ${ extstyle {ce {CO2 H2 -> CO H2O}}}$.

Katalysatoren

Die Sabatier-Reaktion wird typischerweise über a durchgeführt Metallkatalysator. Bestimmtes Ruthenium auf Aluminiumoxid wäre ein effizienterer Katalysator. Rutheniumkatalysatoren zeigen eine sehr hohe Aktivität für die Sabatier-Reaktion.^[1][2] Auch Katalysatoren auf Basis von Nickel und Rhodium ein Hoch zeigen Aktivität und Selektivität für die Sabatier-Reaktion. Nickelkatalysatoren werden am häufigsten verwendet, um diese Reaktion durchzuführen.^[1] Allerdings zeigen diese Katalysatoren eine geringere Aktivität als solche auf Basis von Rhodium und Ruthenium, sind aber günstiger und damit für den kommerziellen Einsatz attraktiver. Ein zweites Problem bei Nickelkatalysatoren besteht darin, dass die Aktivierungsenergie der Reaktion dort, nach dem Arrhenius-Gleichung, sorgt dafür, dass die Reaktion nur langsam abläuft und somit höhere Temperaturen benötigt werden.

Anwendungen

Die Sabatier-Reaktion kann unter anderem im Energie- und Verkehrssektor eingesetzt werden. Das sind zwei Branchen, die Kohlendioxid vertreiben.^[2] das CO₂ die emittiert wird, könnte zum Beispiel umgewandelt werden in Methan und Methanol. Diese beiden Stoffe können wiederum als Kraftstoff wiederverwendet werden. Während der Sabatier-Reaktion ist auch Kohlenmonoxid gebildet. Dies ist ein Teil von Synthesegas und kann unter anderem als Rohstoff für a Fischer-Trops-Synthese und für die Herstellung von Phosgen, ein wichtiger Rohstoff beispielsweise für die Herstellung von Polyurethane und Polycarbonate.

Die Sabatier-Reaktion könnte auch verwendet werden, um Strom chemisch zu speichern. In dieser Anwendung konnte die Reaktion mit Wasserstoffgas das wurde durch die Elektrolyse aus Wasser.^[2]

Die Reaktion kann auch in der Ammoniakproduktion. Ammoniak wird typischerweise nach dem synthetisiert Haber-Bosch-Verfahren. In diesem Prozess, Eisenkatalysatoren benutzt. CO und CO2 Gift solche Katalysatoren. Am Ende der Wasserstofferzeugung im Prozess kann das Gemisch der verschiedenen Reaktanden über Methanisierungskatalysatoren geleitet werden, wobei das gebildete CO und CO₂ kann umgewandelt werden in Methan. So kann die Ansammlung von Kohlendioxid im Synthesekreislauf verhindert und die Toxine entfernt werden.