Die richtige Chemie
Nichts hat die Art und Weise unseres Lebens und unserer Arbeit so grundlegend verändert, wie die chemische Industrie. Egal ob Lebensmittel, Kraftstoffe und Medizin oder Kleidung, Autos und Reinigungsmittel: Chemikalien regieren die Welt.
Gold zählt zu den kostbarsten Gütern der Erde. Und Gold, schon immer mit großem Reichtum assoziiert, ist zu einem Synonym für besondere Leistungen und Ansprüche geworden.
Der Begriff „Goldstandard“ etwa, der zu Zeiten geprägt wurde, als Gold die Basis für die Währung war, ist oft ein Maßstab für ausgezeichnete Qualität. Eine längere Periode von Wohlstand und Produktivität wird als „Goldenes Zeitalter“ beschrieben und ein außergewöhnlicher Mensch ist „Gold wert“.
Der Schönheit des Goldes steht seine Vielseitigkeit in nichts nach. Ursprünglich für Münzen, Ornamente, Juwelen oder Vergoldungen verwendet, sind die Einsatzmöglichkeiten für das Metall mit zunehmender industrieller Entwicklung noch vielfältiger geworden. Gold ist ein guter Wärme- und Stromleiter. Gold läuft nicht an und korrodiert nicht, weshalb die Strahlenschutzschicht von Raumfahrzeugen aus einer Goldplattierung besteht. Und Gold kann man sogar essen: Kuchen oder spezielle Speisen werden mit Goldblättern verziert.
Gold lässt sich allerdings nicht synthetisch herstellen. Jahrhundertelang lang haben Alchemisten, die Vorgänger der Chemiker, den Versuch unternommen, Grundmetalle in Gold zu verwandeln. Diese frühen Wissenschaftler glaubten wie Aristoteles daran, die Erde bestehe aus den vier Elementen Erde, Luft, Feuer und Wasser. Spätere Entdeckungen sollten offenbaren, dass Gold eines von 92 reinen Elementen ist, die gemeinsam die Bausteine des Universums darstellen und sich nicht künstlich herstellen lassen. Im Gegensatz dazu entdeckten Wissenschaftler durch das Bombardieren von radioaktiven Elementen des Periodensystems mit Neutronen immer wieder neue Elemente, die allerdings teilweise unstabil sind.
Wenn auch die Versuche der Alchemisten ihr eigentliches Ziel verfehlten, so entdeckten sie doch ein Gold anderer Art. In ihrem Bestreben, der Erde ihre Geheimnisse zu entlocken, mischten sie in ihren Labors verschiedene Elemente miteinander und machten dabei quasi zufällig bahnbrechende Entdeckungen. Diese waren das Fundament für die Entwicklung der weltweiten chemischen Industrie, ohne die die moderne Welt wohl kaum existieren würde.
Chemische Reaktionen und Prozesse spielen bei der Herstellung einer Vielzahl von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen eine Rolle, die wiederum oft den Rohstoff für andere Industrien liefern. Egal ob Lebensmittel, Arzneimittel oder Kraftstoffe, ob Kleidung, Farben oder CDs: Fast alle hergestellten und extrahierten Produkte, die aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind, haben mit Chemie zu tun.
Die chemische Revolution
Das Internationale Jahr der Chemie 2011 fiel mit dem 100. Jahrestag der Nobelpreisverleihung für Chemie an Marie Curie, die für ihre Entdeckung von Radium und Polonium ausgezeichnet wurde, zusammen. Sie ist nur eine von vielen Wissenschaftlern, die einen Platz in der Ruhmeshalle der Chemie verdient haben.
Eine weitere Schlüsselfigur ist Antoine Lavoisier, dessen Experimente Ende des 18. Jahrhunderts eine chemische Revolution einläuteten und ihm den Titel „Vater der Chemie“ einbrachten. Lavoisiers „Gesetz der Massenerhaltung“, das davon ausgeht, dass Masse weder geschaffen noch zerstört werden kann, inspirierte andere, insbesondere John Dalton, der 1803 die erste Atomtheorie einführte. Dalton errechnete als Erster die relativen Gewichte von Atomen und Verbindungen und wies nach, dass Verbindungen Kombinationen aus Elementen darstellen.
Die Entdeckungen von Lavoisier, Dalton und anderen waren der Zündfunke für die kommerzielle Nutzung von Chemikalien in Form vieler nützlicher Produkte. 1856 versuchte William Perkin als 18-jähriger Student am Royal College of Chemistry in London, künstlich Chinin zur Behandlung der Malaria herzustellen. Seine Experimente führten zum ersten synthetischen Farbstoff, den er wegen seiner lila Farbe „Mauvein“ nannte und der sich als Goldmine erwies. Der Farbstoff wurde nicht nur ein riesiger kommerzieller Erfolg, sondern legte auch den Grundstein für die industrielle organische Chemie.
Ursprünglich war England führend in der chemischen Industrie, wurde aber später von Deutschland überholt, das massiv in Forschung und Fertigung investiert hatte. Da die aus Deutschland gelieferten Farbstoffvorräte der USA während des ersten Weltkrieges versiegten, wurde dort eine eigene chemische Industrie aufgebaut, insbesondere zur Mineralölverarbeitung.
In den letzten Jahren haben die USA, Europa und Japan die Chemieproduktion mit ihrem rapiden Aufstieg dominiert. Unternehmen wie BASF, Bayer, Mitsubishi oder Shell sind riesige multinationale Konzerne. ExxonMobil gilt nicht nur als Gigant im Öl- und Gassektor, sondern ist auch das weltweit größte Unternehmen überhaupt.
Die aktuelle Wirtschaftskrise hat zu einer Verschiebung dieser Dynamik geführt und die Industrie in den USA und Europa schwer getroffen. Viele Werke mussten schließen. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Chemikalien in China, Indien, Korea, Südostasien, Brasilien und Nahost rasant an. Die Prognosen gehen davon aus, dass bis 2015 50 Prozent des Weltbedarfs an Chemikalien auf Asien entfallen, davon allein 25 Prozent auf China.
Zwischenzeitlich werden die petrochemischen Kapazitäten in Nahost durch neue Raffinerien und Werke ausgeweitet. 2010 konnte Borouge (ein Joint Venture zwischen Abu Dhabi National Oil Company und dem österreichischen Chemie- und Kunststoffhersteller Borealis) seine Jahresproduktion für Polyolefine auf zwei Millionen Tonnen verdreifachen. Polyolefine sind der Sammelbegriff für Kunststoffarten, die zur Herstellung von Rohren, Kabeln oder Verpackungen verwendet werden. Bis 2014 will Abu Dhabi der weltweit größte Produzent von integrierten Polyolefinen sein.
Von den ersten Anfängen in behelfsmäßigen Labors hat sich die Chemie zu einem gigantischen Betätigungsfeld von anorganischer und organischer Chemie, Biochemie, Biotechnik, Biotechnologie, Elektrochemie, analytischer und physikalischer Chemie entwickelt – Disziplinen, die sich zum Teil überlappen. Ganz egal, ob es um die Entwicklung neuer Arzneimittel und Fasern oder Substanzen für forensische Untersuchungen geht: Alle Bereiche haben mit chemischen Reaktionen zu tun. Oder wie es Professor John T. Moore in seinem Buch „Chemie für Dummies“ so schön zusammenfasst: „Egal, ob man kocht, sauber macht oder einfach existiert: Man lebt immer in der Welt der Chemie.“
Schwarzes Gold
Die organische Chemie, in deren Zentrum der Kohlenstoff steht, ist mit Abstand das größte Teilgebiet der chemischen Wissenschaften. Der Kohlenstoff gilt, mit mehr bekannten Verbindungen als jedes andere Element, als König seiner Zunft. Und Chemiker entdecken eine Vielzahl von Möglichkeiten, Kohlenstoff in Geld umzuwandeln.
Öl, oft als „schwarzes Gold“ bezeichnet, ist neben anderen fossilen Brennstoffen, wie Kohle oder Gas, eine primäre Energiequelle für die industrialisierte Welt. Öl liefert zudem wichtige Rohstoffe für die meisten Prozesse der chemischen Industrie. Öl ist das Resultat einer chemischen Reaktion, die durch die Zersetzung von Organismen über Hunderte von Millionen Jahren verursacht wird.
Eine erste wichtige Verwendung fand Erdöl in der Neuzeit als Ersatz für Walöl in Lampen. Als Schmiermittel sorgte Öl später dafür, dass sich die Räder der Industrie drehten. Die Automobilindustrie trieb die Nachfrage nach Öl enorm in die Höhe. Verbesserte Raffinerieprozesse haben schließlich zu einer Vielzahl von neuen Produkten, wie Lösungsmittel, Kunststoffe, Textilien und Düngemittel, geführt.
Öl besteht aus einer komplexen Reihe von Kohlenwasserstoffverbindungen, die sich durch Destillation in Benzin, Kerosin, Gasöl, Schmieröl, schweres Heizöl, Asphalt und Paraffin trennen lassen. Einer der bedeutendsten Durchbrüche des 20. Jahrhunderts war jedoch die Verarbeitung der Kohlenwasserstoffe in Öl, Kohle und Erdgas zur Herstellung von Polymeren, die dann in Kunststoffe, Fasern und Gummi geformt werden können.
Fantastisch plastisch
Die Idee der Polymerisation übernahmen Chemiker aus der Natur. Proteine, Baumwolle, Wolle und Zellulose sind Beispiele für natürlich vorkommende Polymere. Diese Substanzen bestehen aus sehr großen Molekülen (Makromoleküle) mit als Monomeren bezeichneten Einheiten, die sich zu einer Kette zusammenfügen. Chemiker übernahmen das Prinzip der Verbindung kleiner Einheiten erfolgreich bei den Kohlenwasserstoffen.
Dieser synthetische Polymerisationsprozess wird zur Herstellung vieler Kunststoffe und weiterer Materialien eingesetzt, die in der Herstellung von Alltagsprodukten wie Flaschen, Schaumstoffkissen, beschichteten Pfannen, Spielzeug oder Computergehäusen zum Einsatz kommen. Die Entwicklung der chemischen Verfahrenstechnik ermöglicht heute die preisgünstige Herstellung von Kunststoffen in großen Mengen.
Auf Kunststoffe und Polymere, wie Polyethylen, PVC, Polyprophylen und Polystyren, entfallen heute schätzungsweise 80 Prozent der weltweiten Produktionsleistung der chemischen Industrie. Aber das Goldkind der Kunststofffamilie ist Polycarbonat, das sich aufgrund seiner Haltbarkeit und Wärmebeständigkeit ideal für ein zunehmendes Spektrum an Anwendungen eignet, einschließlich Baumaterialien, Auto- und Flugzeugteile oder Brillengläser. Seinen Ruhm verdiente sich Polycarbonat über CDs. Sein Erfolg als Datenspeichermedium setzt sich heute im DVD- und Blu-Ray-Markt fort.
Ein weiterer Zweig der chemischen Wissenschaften ist die Elektrochemie, die sich mit der Untersuchung von elektroche mischen Reaktionen beschäftigt. Sie hat sich entscheidend auf industrielle, technologische und medizinische Entwicklungen ausgewirkt. Batterien, die den Strom für Taschenlampen und Uhren, Fahrzeuge und Mobiltelefone liefern, funktionieren durch die Erzeugung einer elektrochemischen Reaktion.
Technik für die Welt der Chemie
Die chemische Industrie stellt aus den Rohstoffen der Erde viele Tausende Produkte her. Ohne den Einsatz von Präzisionstechnik wäre das nicht möglich. Ob es um die Bereitstellung kompletter Verarbeitungslinien, Separation, Trocknung, Wärmeübertragung, Kältetechnik oder einfach darum geht, Kühe sauber zu halten: GEA
Unternehmen bieten erstklassige Verfahrenstechnologien an.
Eines der begehrtesten Materialien ist Polysilizium (oder Polykristallin-Silizium), das sowohl für die IT-Industrie als auch im wachsenden Solarenergiesektor eine große Rolle spielt. In den letzten Jahren hat China seine Fertigungskapazitäten für dieses begehrte Material massiv erweitert. GEA Refrigeration Technologies liefert die für den Herstellungsprozess von Polysilizium erforderliche Kältetechnik. Polysilizium wird aus Chlorsilan hergestellt, das zum Teil als Abgas entweicht, aber durch Kühlung zurückgewonnen werden kann. Mit der Lösung von GEA Refrigeration Technologies wird diese Rückgewinnung optimiert.
Bei der Verarbeitung von Chemikalien, Petrochemikalien und Gas entsteht üblicherweise Wärme. Kühltechnik sorgt für eine Absenkung der Temperaturen. GEA Refrigeration Technologies bietet ein breites Spektrum an Schraubenverdichteraggregaten, Flüssigkeitskühlsätzen und maßgeschneiderten industriellen kältetechnischen Systemen für die chemische Industrie. Ihre Kompressoren werden beispielsweise in Gasverflüssigungsanlagen in Australien oder Malaysia eingesetzt.
GEA Heat Exchangers beliefert die weltweiten Strom- und Chemieindustrien mit industriellen Luftkühlungs- und Wärmeübertragungslösungen. Zu ihrem breiten, marktführenden Produktangebot gehören Wärmetauscher für jede denkbare Anwendung, Heller-Systeme, luftgekühlte Kondensatoren, Nasskühltürme, komplett geschweißte und abgedichtete Plattenwärmertauscher sowie Kälte- und Klimaanlagen. Kühlgeräte von GEA Heat Exchangers tragen dazu bei, den Wasserverbrauch bei der Kühlung von chemischen und petrochemischen Prozessen zu reduzieren. Als Pionier der industriellen Luftkühlung (das erste elliptische Rippenrohr wurde 1920 vom GEA Gründer Dr. Otto Happel erfunden) ist GEA Heat Exchangers ein führender Lieferant von luftgekühlten Kondensatoren und Rippenrohrwärmetauschern für Kraftwerke, Raffinieren, chemische Werke und petrochemische Einrichtungen sowie LNG-Stationen und Gaspipelines weltweit. GEA Heat Exchangers hat als Erster in Katar ein Luftkühlerwerk aufgebaut.
Die GEA Renzmann & Grünewald Wärmetauscher mit ihrer Doppelrohrsicherheitstechnik spielen eine bedeutende Rolle bei der Verarbeitung von Chlorsilanen für die Polysiliziumproduktion und tragen zur Verbesserung von Sicherheit und Qualität bei.
Die GEA Luftkühler PSA-Switch-Kondensatoren, die Gas-Kat-Kühler und die Flüssigkondensatoren sind wichtige Bestandteile bei der Herstellung von Phtalsäure, einem Katalysator bei der Herstellung von Weichmachern für Kunststoffe. Ohne Phtalsäure hätten sich die modernen Kunststoffe nie über die Qualität des spröden Bakelits der 1920er-Jahre hinaus entwickeln können.
GEA Process Engineering liefert ganz unterschiedliche Technologien für die chemische Industrie. Die Sprüh- und Flüssigbetttrockner von GEA Niro werden in der Produktion von fortschrittlichen chemischen Verbindungen sowie für chemische Massengüter eingesetzt. Dazu zählen Ausgangsmaterial für Li-Ion-Batterien, moderne Keramik und andere Produkte für Elektronikgeräte. Beispiele für solche Grundprodukte sind Sodaasche, HDPE oder PVC. Schnelltrockner, Flüssigbetttrockner, Ringtrockner und Trommeltrockner von GEA Barr-Rosin entziehen chemischen Massenprodukten, wie industriellen Mineralen, PET-Chips oder Agrochemikalien, die Flüssigkeit.
Bei der Herstellung der Synthetikfaser Polyamid 6 fallen enorme Abwassermengen an, die mit Eindampfanlagen von GEA Wiegand aufbereitet werden können.
Ein weiterer bedeutender Fertigungsschritt in der chemischen Industrie ist die Membranfiltration. Die Filtrationstechnik von GEA wird in diesem Sektor in zahlreichen Anwendungen, etwa der Rückgewinnung von Titanoxid, der Beseitigung von Natriumazetat aus Druckerfarbe, der Polymer- und Pigmentproduktion sowie der Aufbereitung von Abwasser, eingesetzt.
Verdampfungs- und Kristallisationsanlagen von GEA Kestner sind in verschiedenen Märkten zu finden – von Säuren und Aluminium bis hin zu Papier und Textilien. Die Verdampfer und Kristallisatoren von GEA Messo PT sind Bestandteil der Produktionsanlagen für verschiedene anorganische Produkte und organische Verbindungen, beispielsweise Kaliumchlorid oder Natriumcarbonat.
Die Homogenisierer, Ventile, Pumpen, Separatoren und Dekanter von GEA Mechanical Equipment werden nach höchsten Standards gefertigt und betrieben. Mit den Ventilen, Pumpen und Reinigungsanlagen von GEA Mechanical Equipment werden optimale Qualität und Produktivität erreicht. Die Produktserie VESTA® Sterilventile wurde mit dem Ziel entwickelt, die Effektivität und Zuverlässigkeit weiter zu verbessern.
In der chemischen und petrochemischen Industrie sorgen GEA Homogenisierer und Hochdruckpumpen für eine effektive Mischung des Einsatzmaterials und steuern die Viskosität, damit die gewünschte Partikelgröße für die unterschiedlich verarbeiteten Produkte entsteht. Hochdruck verbessert den Extraktionsprozess und kann die Farbe vieler Pigmente und Glasuren intensivieren. Die Homogenisiertechnik von GEA fließt in die Herstellung von Produkten wie Klebstoffe, Lacke, Reinigungsmittel, Brennöl, Wachs, Silikon, Latex, Paraffin oder Polymeremulsionen ein.
Separatoren und Dekanter von GEA Mechanical Equipment begleiten die chemische Industrie seit Jahrzehnten. Ihre Hochgeschwindigkeitszentrifugen liefern einen wertvollen Beitrag für die Exploration, Förderung und Behandlung von Rohöl und Erdgas. Separator-, Dekanterund Membranfiltrationsanlagen von GEA Mechanical Equipment wurden entwickelt, um die Anforderungen der chemischen Industrie an Sicherheit, Hygiene und Produktqualität zu erfüllen. Sie kommen bei der Verarbeitung von Petrochemikalien und Mineralien, biotechnologischen Produkten, Polycarbonat und Alkaloiden zum Einsatz – um nur einige zu nennen.
Und schließlich ist auch GEA Farm Technologies im chemischen Sektor aktiv. Denn auch in Milchviehbetrieben geht es um wesentlich mehr als darum, Kühe zu melken. Sowohl für die Tiere als auch für die Melkstände hat Hygiene höchste Priorität. GEA Farm Technologies bietet ein komplettes Sortiment an sauren und alkalischen Reinigern für die Desinfizierung und Entzunderung von Melkmaschinen und Tanks sowie Mittel für die Euterhygiene an.
Darüber hinaus liefert das Unternehmen Spezialreinigungsmittel für die Hufreinigung sowie Einstreumittel für Stallungen, die Feuchtigkeit aufnehmen und bakterielles Wachstum unterdrückenkönnen. Diese Reinigungsmittel werden in einem speziell dafür in Plainfeld (Österreich) errichteten Werk mithilfe eines umweltfreundlichen Prozesses hergestellt. Dabei kommt nur wenig Wasser zum Einsatz. Und die gesamte Abluft wird gefiltert.
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