Chlorherstellung mit Quecksilber vor dem Aus
In Japan diskutieren Fachleute und Politiker aus aller Welt, wie lange Unternehmen noch Chlor mithilfe von Quecksilber produzieren dürfen. Die Chlorindustrie stellt sich darauf ein. Zwei deutsche Chemiefirmen hoffen allerdings auf eine Ausnahme, um mit dem Amalgamverfahren weiter Chlor und wertvolle Alkoholate produzieren zu können.
„Quecksilberemissionen lassen sich am besten vermeiden, wenn das Metall nicht mehr gebraucht wird“, erklärte Elena Lymberidi von der Zero Mercury Campaign den VDI nachrichten. Sie fordert, spätestens ab 2020 solle kein Unternehmen mehr Chlor (Cl2) elektrolytisch mit Quecksilber herstellen.
Bei diesem Amalgamverfahren bildet sich an der Anode Cl2. Das im flüssigen Amalgam gelöste Natrium wird zu Natronlauge (NaOH) und Wasserstoff umgesetzt, das dabei frei werdende Quecksilber wird in die Elektrolysezelle zurückgeführt.
Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (Unep), das die Verhandlungen zur weltweiten Senkung der Quecksilberemissionen leitet, will der Industrie aber keine Frist vorgeben. Stattdessen soll jedes Land ein Ausstiegsszenario erstellen.
Das sei unnötig vorsichtig, kritisierte Lymberidi. Die Chlorindustrie bereite sich mittlerweile auf ein Verbot vor (s. Kasten). Das Amalgamverfahren ist nicht mehr Stand der Technik, denn es gibt energetisch günstigere Prozesse, um Chlor (Cl2) zu bilden. Auch das Bundesumweltministerium unterstützt ein Verbot, fordert aber eine Ausnahme, um mittels Quecksilber Cl2 und Alkoholate herstellen zu können.
In der EU begann der Ausstieg aus dem Amalgamverfahren zur Cl2- und NaOH-Herstellung im Februar 2001. Der europäische Verband der Chlorhersteller EuroChlor verkündete damals, spätestens 2021 werde keine Firma in der EU mehr dieses Verfahren nutzen.
Die europäische Chlorindustrie scheint sich daran zu halten: Während 2001 in der EU, der Schweiz und in Norwegen noch 50 Anlagen pro Jahr bis zu 7 Mio. t Cl2 auf diese Weise herstellen konnten, sind es heute nur noch 34 Fabriken mit einer Kapazität von 4 Mio. t Cl2.
Die Chlorkapazität sank jedoch nicht: Viele Firmen stellten auf das modernere Membranverfahren um. Denn der Chlorbedarf ist riesig – etwa, um die Kunststoffe Polyvinylchlorid oder Polyurethan herzustellen.
In Deutschland nutzen noch vier Firmen an fünf Standorten das Amalgamverfahren, das Umweltschützer als Steinzeittechnologie bezeichnen: Akzo Nobel in Frankfurt und Ibbenbühren, BASF in Ludwigshafen, BayerMaterialScience (BMS) in Uerdingen und Ineos ChlorVinyls in Wilhelmshaven. Akzo Nobel plant, in den nächsten drei bis fünf Jahren umzurüsten.
Am weitesten fortgeschritten beim Umrüsten ist BMS. Bereits 1997 hat die Firma 16 von 95 Amalgamzellen, die jeweils 3 t bis 4 t Quecksilber enthalten, durch sechs Membranelektrolyseure ersetzt. Mit diesen platzsparenden Elektrolyseuren lässt sich Cl2 mit etwa 20 % weniger Strom herstellen.
Die letzten Zellen sollen bald durch eine Weiterentwicklung des Membranverfahrens ersetzt werden: Dabei wird der Kathode gasförmiger Sauerstoff zugeführt und anstelle von Wasserstoff entstehen Hydroxid-Ionen.
Mit diesen Sauerstoffverzehrkathoden lässt sich die Zellspannung senken und damit rund 30 % des Stromverbrauchs gegenüber dem Membran- und 50 % gegenüber dem Amalgamverfahren einsparen. Die neuen Elektrolyseure werden derzeit im Zellensaal errichtet. Die Inbetriebnahme ist für Mai geplant.
EuroChlors Zusage betrifft jedoch nicht das Amalgamverfahren zur Herstellung von Alkoholaten – dies sind begehrte Katalysatoren, die die Produktion etwa von Arzneimittelwirkstoffen, Duftstoffen, Farbpigmenten und auch von Biodiesel erleichtern. Hier entsteht ebenfalls aus einer Salzlösung Cl2 und je nach Ausgangsprodukt ein Amalgam aus Natrium oder Kalium. Das Amalgam wird anschließend jedoch mit einem Alkohol zu Alkoholat umgesetzt.
Weltweit existieren zwei solcher Anlagen: seit 1955 linksrheinisch bei der BASF in Ludwigshafen und seit 1953 rechtsrheinisch bei Evonik im nordrhein-westfälischen Lülsdorf. Im Zellensaal in Lülsdorf stehen 104 moderne Elektrolysezellen, jede enthält rund 2,5 t Quecksilber.
Arbeits- und Umweltschutz stünden bei Evonik ganz obenan, sagte Betriebsleiter Boris Rafinski: „Wir konnten durch viele Maßnahmen die Quecksilberemissionen auf unter 80 kg pro Jahr senken.“ So haben die Zellen dank neuer Werkstoffe heute eine deutlich längere Standzeit als noch vor fünf Jahren.
Die Quecksilberkonzentration im Zellensaal liegt um mehr als den Faktor 5 unterhalb der maximal erlaubten Arbeitsplatzkonzentration von 0,1 mg/m³. Und die mehreren 100 kg des flüssigen Metalls, die Evonik jedes Jahr neu benötigt, bezieht die Firma aus stillgelegten Elektrolysen in Europa.
Evonik sieht gut Gründe, Alkoholate auch in Zukunft auf diese Weise herstellen zu können. „Es ist ökonomisch und ökologisch das optimale Verfahren und damit Stand der Technik“, erklärte Rafinski.
Von Vorteil gegenüber den beiden anderen Herstellungswegen sei etwa der geringe Energieverbrauch, so Evonik-Betriebsleiter Rafinski: Wird elementares Natrium per Schmelzflusselektrolyse gebildet, werde doppelt so viel Energie verbraucht. Und reagierten Alkohole direkt mit Kalium- oder Natriumlauge, muss das anfallende Reaktionswasser mit viel Energie entfernt werden. Auch das Membranverfahren zur Chlorherstellung sei keine Alternative, ergänzte Rafinski, denn in der wässrigen Solelösung seien die Alkoholate nicht stabil.
Evonik und die BASF hoffen daher, dass das BMU Umweltschützer und vor allem die Staatengemeinschaft davon überzeugen kann, für dieses Verfahren kein Verbot auszusprechen.
Serie Quecksilber
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