Fluorierte Chlorkohlenwasserstoffe - FCKW
FCKW werden meist aus Chlorkohlenwasserstoffen durch Austausch eines oder mehrerer Chloratome gegen Fluoratome hergestellt. Als Fluorierungsmittel dienen Antimontrifluorid SbF3 sowie Fluorwasserstoff HF; z. B.:
(Hierbei entstehen auch andere höher oder niedriger fluorierte Verbindungen, die sich destillativ trennen lassen.) Für die Synthese der Ausgangsverbindungen wurden etwa 10 % des in der Bundesrepublik gewonnenen Chlors eingesetzt. Bei der Herstellung der FCKW können Umweltprobleme durch Freisetzung der beiden Schadstoffe Fluor oder Fluorwasserstoff entstehen.
Fluorierte Chlorkohlenwasserstoffe sind (wie das Polymere Teflon) chemisch weitgehend inert. Diese Eigenschaften machen sie für einige technische Anwendungen besonders geeignet.
| a) | Typisch für FCKW ist ihre geringe Brennbarkeit. Aus diesem Grunde werden sie als Treibmittel in Schaumlöschern eingesetzt (Halone). |
| b) | Das gute Fettlösungsvermögen und die Tatsache, dass die Siedepunkte dieser Verbindungsklasse bei ansonsten gleichen Eigenschaften über einen weiten Bereich streuen, machen die FCKW als Lösemittel und als Treibgas für Aerosole aus Spraydosen sowie beim Aufschäumen von Kunststoffen interessant. Z. B. enthielten die üblichen Treibgase F-11 (CCl3F; KP 23,8 °C) und F-12 (CCl2F2; KP -29,8 °C). |
| c) | Die große Verdampfungswärme (bzw. Wärmekapazität) macht die FCKW zu guten Wärmeaustauschern. In Kühlanlagen werden sie deshalb als Kältemittel eingesetzt (Frigene; abgekürzt: F). Diese Eigenschaft macht sie auch als Löschmittel interessant. Sie entziehen dem Feuer soviel Energie, dass es erlischt. |
In der Kältetechnik kürzt man FCKW durch den Vorsatz R ab. Dann steht z. B. statt F-11 in der technischen Anleitung zur Wärmepumpe R-11. Dahinter steckt die englische Bezeichnung für Kältemittel (refrigerant).
Die Zahlenkombinationen hinter dem F bzw. R geben dem Fachmann Aufschluss über den Aufbau der FCKW. Eigentlich sind es drei Zahlen, also F-011 und F-012. Die Null wird nicht mitgeschrieben. Es bedeuten:
Gerade die Stabilität gegenüber jeglichem biologischen Abbau macht die FCKW zu einer Stoffklasse, die in der Atmosphäre viel Unheil stiftet. FCKW stehen im mittlerweile begründeten Verdacht, die Ozonschicht der Erde zu schädigen. Zur Ozonzerstörung durch FCKW vermutet man den folgenden Mechanismus: Gelangen FCKW in die Luftschichten oberhalb von 10 km Höhe, werden sie intensiver UV-Strahlung ausgesetzt. Durch die zugeführte Energie werden Chloratome abgespalten:
Atomares Chlor wirkt (neben anderen Stoffen mit ungepaarten Elektronen wie Stickstoffmonoxid NO, atomarer Wasserstoff H· oder Hydroxyl HO·) an der katalytischen Ozonzerstörung mit. In einem Kreisprozess, der viele hunderttausend Mal durchlaufen werden kann, wird das Chloratom ständig regeneriert. Da das gebildete ClO·-Radikal dabei zusätzlich ein Sauerstoffatom O einfängt, welches normalerweise mit einem O2-Molekül Ozon bilden würde, werden pro Cyclus eigentlich zwei Ozonmoleküle zerstört. Das bedeutet, dass ein Chloratom Millionen von Ozonmolekülen zu zerstören vermag!
(Die komplizierten Abläufe bei der katalytischen Ozonzerstörung erläutern wir in
einer besonderen Webseite.)
Hinzu kommt der hohe Beitrag der FCKW zum Treibhauseffekt (GWP-Wert). Er liegt
bei den FCKW um drei bis vier Größenordnungen höher als der von CO2. Da sich
Treibhauseffekt und Ozonloch gegenseitig aufschaukeln, ist Schlimmes zu
befürchten. Seit 1997 ist deshalb in der EU die Herstellung von FCKW verboten.
Im Mittelpunkt der öffentlichen Diskussionen stehen die obgleich mengenmäßig vernachlässigbaren Spraydosen. Als alternative Treibgase sind zunehmend in Gebrauch:
| - | Kohlenstoffdioxid |
| - | Distickstoffoxid N2O, das in der Stratosphäre allerdings zu reaktiven Stickoxiden (NOx) umgebaut wird und an der Ozonzerstörung entscheidend beteiligt ist |
| - | Modifizierte Frigene, in denen Chlor oder Fluor teilweise durch Wasserstoff substituiert ist (H-FCKW). Beispiele sind HF-22 (CHClF2) sowie völlig chlorfreie Verbindungen wie HFKW-134a (CF3-CH2F). Die H-FCKW sollen keine Ozonabbauaktivitäten zeigen. Wahrscheinlicher ist aber, dass sie nur langsamer reagieren |
| - | Propan oder Butan, die aber sehr feuergefährlich sind und in geschlossenen Räumen nicht benutzt werden sollten. So wird die morgendliche Zigarette beim Haarsprayen leicht zum Albtraum... |
Die weitaus größte Menge an FCKW wird jedoch zum Aufschäumen von Kunststoffen, welche weitgehend als Matratzen-, Verpackungs- oder Dämmmaterial Verwendung finden, eingesetzt. Hier sind Tendenzen zum Verzicht nicht zu erkennen, obwohl man auch hier Ersatzstoffe hat. Die FCKW entweichen u. a. beim Verbrennen dieser Schäume im Verlauf der Müllverbrennung.
Vergessen darf man weiterhin nicht, dass aus leckenden Kühlanlagen, bei Unfällen oder Wartungen von Autos mit Klimaanlage oder beim Verschrotten große Mengen an FCKW freigesetzt werden. Wegen des weiterhin hohen weltweiten Bedarfs gehören die FCKW jedoch zu den am meisten geschmuggelten Gütern. Aus diesem Grunde besinnt man sich neuerdings wieder des flüssigen Ammoniaks, dem klassischen Wärmeaustauscherstoff für Kältemaschinen.
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