Dieses künstliche Gas wurde einst zur Entwicklung von Atomwaffen verwendet, ist heute aber überall um Sie herum vorhanden

Prüfungsexperte: Gan Qiang

Dozent am Beijing Institute of Technology, PhD in Angewandter Chemie

Es handelt sich um ein künstlich hergestelltes Gas mit einer hundertjährigen Geschichte. Es wurde einst im Manhattan-Projekt zur Entwicklung von Atomwaffen in den Vereinigten Staaten verwendet. Aufgrund seiner hervorragenden Isoliereigenschaften wird es außerdem häufig in verschiedenen elektrischen Geräten verwendet. Sie spüren seine Anwesenheit vielleicht nicht, aber dieses Gas ist ständig um Sie herum vorhanden. Es ist das Gas, das sich hinter den Lichtern Tausender Häuser verbirgt: Schwefelhexafluorid.

Doch nur wenige Menschen wissen, dass Schwefelhexafluorid ein starkes Treibhausgas ist, das der Umwelt unserer Erde extrem schadet.

Eigenschaften von Schwefelhexafluorid Schwefelhexafluorid ist ein gasförmiger Stoff, der erstmals im Jahr 1900 von zwei französischen Chemikern, den Professoren Moissan und Lebeau, durch Verbrennen von Schwefel in Fluorgas gewonnen wurde. Seine chemische Formel ist SF6, ein farbloses, geruchloses, ungiftiges, nicht brennbares und nicht korrosives Gas bei normaler Temperatur und normalem Druck.

SF6 ist einer der Stoffe mit der bislang besten bekannten chemischen Stabilität. Es zersetzt sich bei Temperaturen zwischen 500 und 600 °C nicht und reagiert nicht mit Säuren, Basen, Wasser usw. Erst unter Einwirkung eines Hochspannungslichtbogens von mehreren tausend Grad zersetzt es sich in die atomaren Gase Schwefel und Fluor. Sobald der Lichtbogen jedoch ausgelöst wird, rekombinieren sie innerhalb kürzester Zeit zu SF6.

SF6-Molekülmodell

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SF6 verfügt über hervorragende Isoliereigenschaften, da es eine starke negative Ladung aufweist, die die ähnlicher Gase übertrifft. Es kann im elektrischen Feld leicht freie, diskrete Elektronen adsorbieren und so negative Ionen mit größerer Masse bilden. Dadurch kann es Ionisationskollisionen im Gas wirksam reduzieren und spielt tatsächlich eine isolierende Rolle.

In einem normalen elektrischen Feld kann die Isolationsfestigkeit von SF6 mehr als doppelt so hoch sein wie die von Luft, und mit steigendem Gasdruck verbessert sich auch die Isolationsleistung. Gleichzeitig hat SF6-Gas aufgrund seiner Stabilität auch eine Kühlwirkung auf den Lichtbogen, die die von Luft bei weitem übertrifft.

Tatsächlich haben Wissenschaftler in praktischen Anwendungen herausgefunden, dass die Isolationskapazität von SF6 hundertmal größer ist als die von Luft. Aufgrund dieser hervorragenden Eigenschaften findet SF6 in zahlreichen Branchen, insbesondere in der Elektrizitätswirtschaft, großen Einsatz.

Anwendung von Schwefelhexafluorid: Derzeit wird SF6 häufig in der Elektrotechnik, Luft- und Raumfahrt, Chemie, Physik, Meteorologie, Lasertechnik, Medizin und anderen Bereichen eingesetzt.

Hochreines SF6 spielt in der Spitzenforschung und in der Produktion eine wichtige Rolle und gilt als dringend benötigtes Spezialgas.

Im militärischen Bereich wird es als Ätz- und Reinigungsmittel in Torpedos oder U-Boot-Treibstoffen verwendet. in der Mikroelektronikindustrie wird es als Reinigungsgas und Ätzgas verwendet; bei der Herstellung optischer Fasern wird es als Dotierstoff für Isolationsschichten verwendet; Beim Schmelzen von Legierungen können hochreines SF6 und dessen Mischgas als Schutzgas verwendet werden, um eine Oxidation der Legierung zu verhindern. Im medizinischen Bereich kann SF6 als sicheres Kontrastmittel für die Ultraschallangiographie, insbesondere für die Lebertumorangiographie, verwendet werden. Im Allgemeinen wird SF6 intravenös injiziert und dann langsam durch die Atmung ausgeschieden ...

In der Elektrizitätsindustrie ist SF6 aufgrund seiner guten Isolierung, Lichtbogenlöschung und chemischen Stabilität nach Luft und Öl zum drittgrößten isolierenden Kühlmedium geworden und wird häufig in einer Reihe leitfähiger Geräte verwendet. Derzeit gibt es in der Mittelspannungs-Stromverteilungsausrüstung 30 Millionen Mittelspannungsschaltanlagen, die Schwefelhexafluorid als Lichtbogenlöschmittel verwenden. Wie etwa gasisolierte, vollständig gekapselte Kombinationsgeräte, Leistungsschalter, Stromwandler, Leistungsschalter, gekapselte Kondensatorbänke, Transformatoren, Hochspannungskabel, Blitzableiter usw.

Durch die Verwendung von SF6 können Stromversorgungsgeräte miniaturisiert und leichter gemacht werden, es werden Material und Kosten gespart, die Betriebssicherheit der Geräte gewährleistet, der Lärm verringert und die Arbeitsumgebung verbessert.

Als Schwefelhexafluorid erstmals entdeckt wurde, war man sich jedoch des starken Treibhauseffekts dieses Gases und der damit verbundenen Umweltschäden nicht bewusst.

Umweltgefahren durch Schwefelhexafluorid Da die Verwendung von SF6-Gas weiter zunimmt, steigt der SF6-Gehalt in der Atmosphäre weiter an. Derzeit entspricht die Gesamtmenge des jährlich weltweit ausgestoßenen SF6-Gases 125 Millionen Tonnen Kohlendioxid (CO2) und diese Menge wächst weiterhin jährlich um 10 %. Aus diesem Grund wurde SF6-Gas im Kyoto-Protokoll der Vertragsstaaten des UN-Klimaübereinkommens 1997 als eines der sechs beschränkten Treibhausgase aufgeführt. Die Hauptgründe für seinen verheerenden Treibhauseffekt sind die folgenden zwei Aspekte:

Abgasemissionen

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Erstens ist da das erschreckende Treibhauspotenzial von SF6. Das Global Warming Potential (GWP) ist ein Indikator, der den Einfluss verschiedener Gase auf den globalen Treibhauseffekt direkt vergleicht. Unter dem Treibhauspotenzial versteht man den Treibhauseffekt, den verschiedene Treibhausgase im Verhältnis zur Masse an Kohlendioxid mit gleicher Wirkung innerhalb eines begrenzten Zeitraums von 100 Jahren erzeugen. Dabei wird der durch 1 Kilogramm CO2 verursachte Treibhauseffekt als Einheit verwendet, um die Auswirkungen verschiedener Treibhausgase auf die Umwelt zu vergleichen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Freisetzung von 1 kg SF6 der Freisetzung von 23.900 kg CO2 entspricht. Das bedeutet, dass die klimaerwärmende Wirkung von SF6 23.900-mal so groß ist wie die von CO2.

Im Jahr 2019 berichtete die BBC, dass CO2 zwar als eine der Hauptursachen der Klimaerwärmung gilt, SF6 jedoch das schlimmste Treibhausgas ist, das die Menschheit kennt. Bereits 1 kg SF6 trägt so viel zur globalen Erwärmung bei wie der CO2-Ausstoß von 24 Personen auf einem Hin- und Rückflug zwischen London und New York.

Zweitens ist SF6 äußerst schwer zersetzbar und seine Lebensdauer kann mehr als 3.000 Jahre betragen. Es reichert sich weiter an und trägt zudem in erheblichem Maße zum Treibhauseffekt bei. Da SF6 ein künstlich synthetisiertes Gas mit relativ stabilen chemischen Eigenschaften ist, reagiert es beim Ausstoßen in die Luft äußerst schwer mit anderen Substanzen. Da es sich weiterhin in der Atmosphäre anreichert, verstärkt sich auch der damit verbundene Treibhauseffekt weiter.

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Obwohl SF6 derzeit in zahlreichen Industriezweigen weit verbreitet ist und eine große Rolle spielt, stellt es auch eine große Gefahr für die Atmosphäre dar und gilt zu Recht als das „schrecklichste Treibhausgas“. Daher hat die internationale Gemeinschaft in den letzten Jahren begonnen, den SF6-Emissionen Aufmerksamkeit zu schenken, und verschiedene Länder haben Richtlinien eingeführt, um die Verwendung von SF6 zu regulieren und die Rückgewinnung und Wiederverwendung von SF6-Gas zu fördern. Gleichzeitig haben einige SF6-Anwendungsindustrien schrittweise technologische Verbesserungen vorgenommen oder andere alternative Gase erforscht, um den Einsatz von SF6 zu reduzieren. Der Verbrauch von SF6 in der Elektrizitätsindustrie ist jedoch noch immer enorm und aktuellen Forschungsergebnissen zufolge gibt es noch immer kein einzelnes Gas oder Gasgemisch, das SF6 in der Elektrizitätsindustrie vollständig ersetzen kann.

Daher ist es noch ein langer Weg, bis wir die Herausforderung des Treibhauseffekts durch SF6 (Schwefelhexafluorid) bewältigen können.