Bosch-Reaktion

Carl Bosch (1874–1940)

Die Bosch-Reaktion ist eine chemische Reaktion zwischen Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff, welche elementaren Kohlenstoff (Graphit), Wasser und Energie in Form von Wärme produziert. Sie ist benannt nach dem deutschen Chemiker Carl Bosch (1874–1940).

Reaktionsmechanismus

Die Reaktion verläuft nach folgendem Prinzip:

$\mathrm {CO_{2}+2\,H_{2}\longrightarrow C+2\,H_{2}O} ,\qquad \Delta H^{0}=-90{,}1\ \mathrm {kJ/mol}$

Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasserstoff zu Kohlenstoff und Wasser, wobei Energie frei wird

Die obige Reaktion ist das Resultat einer Redoxreaktion, welche eigentlich aus zwei einzelnen Reaktionsschritten besteht.

Die erste Reaktion, die Wassergas-Shift-Reaktion, verläuft schnell

$\mathrm {CO_{2}+H_{2}\longrightarrow CO+H_{2}O} ,\qquad \Delta H^{0}=41{,}2\ \mathrm {kJ/mol}$

Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasserstoff zu Kohlenstoffmonoxid und Wasser

Die zweite Reaktion kontrolliert die Reaktionsgeschwindigkeit

$\mathrm {CO+H_{2}\longrightarrow C+H_{2}O} ,\qquad \Delta H^{0}=-131{,}3\ \mathrm {kJ/mol}$

Kohlenstoffmonoxid reagiert mit Wasserstoff zu Kohlenstoff und Wasser

Bei einer Reaktionstemperatur von 650 °C werden 2,3 · 10³ Joule pro Gramm Kohlenstoffdioxid frei.

Die Reaktion kann durch die Präsenz von Eisen, Kobalt, Nickel oder Ruthenium als Katalysator beschleunigt werden. Der bei der Reaktion auftretende, elementare Kohlenstoff tendiert dazu, sich auf der Katalysatoroberfläche abzusetzen. Dies wirkt sich nachteilig auf die Effizienz der Reaktion aus.

Anwendungen

Derzeit wird daran geforscht, die Bosch-Reaktion und den Sabatier-Prozess in der Raumfahrt einzusetzen. Da CO₂ auf Raumstationen und Raumschiffen stets verfügbar ist (der in der Atemluft enthaltene Sauerstoff wird vom Körper in CO₂ umgewandelt), könnten beide Verfahren folgenden Zwecken dienen:

• Reinigung der Atemluft (CO₂ entfernen)
• Rückgewinnung von Sauerstoff aus CO₂
• Produktion von Wasser
• Gewinnung von Treibstoff

Weblinks

• NASA: Evaluation of Bosch-Based Systems Using Non-Traditional Catalysts at Reduced Temperatures (PDF)