Vorlesung Stoffwandlungssysteme 1. Einführung J. Evers April J. Evers April 2010

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1. Einführung1. Einführung

J. Evers AprilJ. Evers April 2010

Stoffe – Begriffe und Zusammenhänge

•Organische Stoffe(Kohlenwasserstoffe)• Anorganische Stoffe

(Säuren, Basen)

•Reinstoffe (Kohlenstoff)

• Stoffgemische (Luft)

•belebte Stoffe(Mensch, Tier)

•unbelebte Stoffe(Wasser, Boden, Luft)

Stoff – Begriffe und Zusammenhänge

•Materialien aus der Natur bezeichnet man als Naturstoffe

•Stoffe setzen sich aus Atomen (Elektronen, Protonen, Neutronen) oder Molekülen zusammen

•Stoffe besitzen eine Masse m, ihre Einheit ist 1kg

•Für Stoffe gilt der Erhaltungssatz der Masse

•Stoffe haben ein Volumen V. Es gibt an, wie viel Raum der Stoff einnimmt in Kubikmeter (1m3) oder Liter (1l)

•Stoffe haben eine Dichte. Sie gibt an, welche Masse ein bestimmtes Volumen eines Stoffes besitzt und wird in g/cm3 angegeben

Natürlicher Kreislauf

Es finden physikalische, chemische und biologische Vorgänge statt.

Der Stoffaustausch findet zwischen der belebten und unbelebten Natur, dem Boden, den Pflanzen, den Tieren, den Menschen sowie der Atmosphäre statt.

Natürlicher Kreislauf

• In der Natur laufen die natürlichen Stoffkreisläufe ab, wobei Stoffe auf-, um- und abgebaut werden

• physikalische Vorgänge (verdampfen - kondensieren)

• chemische Vorgänge (Fotosynthese-Atmung)

• biologische Vorgänge (Ablagerung - Zersetzung)

• Fotosynthese – und umgekehrt Atmung:

6CO2 + 6H2O + Licht -> C6H12O6 + 6O2

Technische Systeme

Ein Stoff soll zielgerichtet, nutzbringend, also technisch, verändert werden

Stoff

Lage (Transport) Zeit (Speichertechnik)

Form (Fertigungstechnik) Struktur (Verfahrenstechnik)

Technischer Kreislauf

N a t u r

Roh-stoffe

Industrie

Gewerbe

Abfälle

Wert-stoffe

Rest-stoffe

Recycling Beseitigung

Entsorgung

Produkte

Erläuterungen zu Technischen Kreisläufen

• Rohstoffe sind aus der Natur gewonnene Stoffe, die noch in ihrer natürlichen Beschaffenheit vorliegen.

• Technische Stoffe sind aus Rohstoffen hergestellte künstliche Stoffe mit genau vorbestimmten Eigenschaften

• In technischen Stoffkreisläufen werden die aus der Natur entnommenen Rohstoffe immer wieder zu Produkten mit neuen Verwendungsmöglichkeiten verarbeitet.

• In nur wenigen technischen Stoffen bleibt die natürliche Beschaffen-heit ihrer Rohstoffe erhalten. Beispiele: Baumwollfaser

• Verbrennung von Kohle, Erdgas, Erdöl führt zu CO2 Anstieg und damit zum Treibhauseffekt(CH4, FCKW)

Herstellung der Werkstoffe

Hilfsstoffe und die Energieformen

Die Herstellung der Werkstoffe geht von den Rohstoffen aus, die aus Lager-stätten der Erdkruste gewonnen werden. Zur Metallgewinnung dienen Erze,

zur Kunststoffherstellung Erdöl

Stufenproduktion

Stufenprodukte

Zwischenprodukt Endprodukt

Eisenerz Roheisen Stahlprofil

Baumstamm Bretter Furnier

Papier

Baumwolle Faden Stoff

Erdöl Leichtbenzin Polyethylen (PET)

Recycling von Metallen

• Eisenwerkstoffe werden zu fast

100% wiederverwertet

• Bei Kupfer und Aluminium liegt der Anteil bei 75%

Stoffstrom beim Metall-Recycling

Recycling von Kunststoffen