Lernfeld 11 · Prüfung Teil 2

Chemisch-physikalische Verfahren und regenerative Energiequellen

Chemisch-physikalische Verfahren wie Absorption, Adsorption, Ionenaustausch und Neutralisation sowie Solarthermie, Photovoltaik und Biogas im Vergleich.

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Darum geht es

Chemisch-physikalische Verfahren trennen oder wandeln Stoffe über Löslichkeit, Anlagerung oder Reaktion. In der Absorption löst sich ein Gas in einer Waschflüssigkeit, die in einer Kolonne über Füllkörper im Gegenstrom zum Gas läuft. Bei der Adsorption lagern sich Moleküle an der inneren Oberfläche etwa von Aktivkohle an, bis diese gesättigt ist und das Gas durchbricht. Ionenaustauscher tauschen gelöste Ionen, zum Beispiel Härtebildner gegen Natrium; sie werden mit Sole regeneriert. Bei der Neutralisation hebt eine Lauge die Wirkung einer Säure auf, geregelt über eine pH-Messung.

Reaktionen laufen oft in Rührkesselreaktoren. Exotherme Reaktionen setzen Wärme frei; fällt die Kühlung aus, kann die Reaktion durchgehen. Deshalb gehören Temperaturüberwachung, Notkühlung, Zulaufsperre und Druckentlastung zur Ausrüstung. Für alle diese Apparate gelten die Gefahrstoffregeln, die Betriebsanweisung und die Herstellerunterlagen.

Regenerative Energiequellen versorgen Anlagen mit Strom und Wärme: Solarkollektoren liefern Prozesswärme auf niedrigem Temperaturniveau, Photovoltaik Strom, Biomassekessel und Biogas-Blockheizkraftwerke planbare Wärme und Strom in Kraft-Wärme-Kopplung, Wärmepumpen heben Umwelt- oder Abwärme an. Im Variantenvergleich zählen Verfügbarkeit über Tag und Jahr, Temperaturniveau, Investition, Betriebskosten, Platzbedarf und Emissionen. Sonne und Wind brauchen Speicher oder einen zweiten Erzeuger.

Das solltest du dir merken

Absorption heißt hineinlösen, Adsorption heißt an der Oberfläche anlagern.
Ein Natrium-Ionenaustauscher wird mit Kochsalzlösung regeneriert.
Exotherme Reaktionen nie ohne funktionierende Kühlung und Temperaturüberwachung anfahren.
Photovoltaik verliert bei Hitze und Verschattung Leistung, kühle Sonnentage sind ideal.
Biomasse und Biogas sind speicherbar, Sonne und Wind schwanken mit Wetter und Tageszeit.

Formeln

Nutzleistung eines Kollektorfelds: $Q ˙ = η \cdot E \cdot A$; $Q ˙$ Nutzleistung in W, $η$ Kollektorwirkungsgrad, $E$ Einstrahlung in W/m², $A$ Kollektorfläche in m²
Elektrische Leistung eines Blockheizkraftwerks: $P_{e l} = η_{e l} \cdot V ˙ \cdot H_{i}$; $P_{e l}$ elektrische Leistung in kW, $η_{e l}$ elektrischer Wirkungsgrad, $V ˙$ Gasvolumenstrom in m³/h, $H_{i}$ Heizwert in kWh/m³

Typische Fehler in der Prüfung

Absorption und Adsorption verwechselt.
Durch den Wirkungsgrad geteilt statt mit ihm multipliziert; die Nutzleistung wird größer als die Einstrahlung.
Für saures Abwasser eine weitere Säure statt einer Lauge vorgesehen.
Eine reine Solarlösung ohne Speicher als ganzjährig sichere Wärmeversorgung angeboten.

Tipps aus der Werkstatt

Eselsbrücke: Absorption geht hinein (ins Waschmittel), Adsorption bleibt an der Oberfläche. Enthärter regeneriert man mit Sole. Wirkungsgrad wird beim Kollektor multipliziert, die Nutzleistung ist immer kleiner als die Einstrahlung. Planbar sind nur speicherbare Quellen wie Biomasse.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Chemisch-physikalische Verfahren und regenerative Energiequellen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Anlagenmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 11 (Integrieren anlagenspezifischer Teilsysteme). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.