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Sonntag, 30. Juni 2013, 12:07

Optimum der Elektrolyse einer Streusalzlösung

Das Segment der Herbizide wird immer schmäler - und weltweit operierende Konzerne wie z.B. Monsanto übernehmen die Zügel in der EU um dem Markt unter fadenscheinigen Argumenten mit entsprechendem Lobbing und den damit begünstigten Wirkstoffen zu überschwemmen.

Überrascht stellte ich vor einigen Tagen fest, dass das unter verschiedensten Markennamen wie "Quex" oder "Totalix" hier vertriebene "Unkrautsalz" alias Natriumchorat nun auch in Österreich aus den Regalen der Baumärkte verschwunden ist. Als Alternative wird nun fast in Monopolstellung "flüssiges Unkrautsalz" - der übliche Schmodder, mit unterschiedlichen Beimischungen von Glyphosat hochpreisig vertrieben.

Die Argumentation geht offiziell nur in Richtung Umweltschutz und nicht in die fehlgeleiteten "Kreativitäten" muslimischer Irrläufer und deren terroristischen Beweggründe bzw. neugieriger Jugendlicher und den schweren Unfällen.

Beleuchtet man nun ein wenig den Aspekt des Umweltschutzes so fühlt man sich etwas dumm verkauft. Recht massig wurden da noch ab 1950 ca.12kg NaClO3 / ha eingesetzt - als umweltschonender Fortschritt galten dann schon 7 kg Atrazin / ha, welches man noch heute nach gut 30 Jahrem in Grundwasserbelastungen findet. Mit den Thiadiazinen gelang mit Einsatzmengen von nurmehr 1kg / ha ein weiterer grüner, selektiver Fortschritt bis hin zu den Triazinen wie Chlorsulfuron die mit Aufwandmengen von nur 20g / ha bei gleicher Wirkung(!) auslangen finden. Ein Schelm der da böses denkt...

Nun Natriumchlorat war die billigste, einfachste und effektivste Lösung - sogar für u.a. Girsch (Aegopodium podagraria), oder lästige Winden wie (Convolvulus arvensis), wofür Monsanto bislang mit Glyphosat noch eine Lösung schuldig blieb... Dass keine Samen und Wurzelunkräuter von Glyphosat erfasst werden, die besonders lästig nicht greifbar auf Kieswegen oder Terassen wuchern, kommt noch hinzu.

Nach einigen Gesprächen mit "Leidgeplagten" reifte nun die Idee. Ein Behälter aus schwarzem Kunststoff in hochsommerliche Hitze, befüllt mit einer wässrig. Streusalzlösung, in der die Elektroden aus Titan und Eisen von einem Solarmodul mit Strom versorgt werden und bei Bedarf mit Salzfracht versehene Chloratlösung für die kleinen Einsatzflächen liefert...

Nun zur Frage:

Welche NaCl-Konzentration ist der nötigen Überspannung wegen günstig anzustreben?
Die Zersetzungsspannung liegt laut Literatur (Na-2.7 V und Cl+1.4V), bei 4,1Volt
Je konzentrierter die Lösung, umso geringer die Überspannung bei gegebenen >50°C für die nötige Disproportionierung?

Ich würde mich über eine Hilfestellung schon aus didaktischen Überlegungen sehr freuen.Danke!

Dieser Beitrag wurde bereits 9 mal editiert, zuletzt von »hw101« (30. Juni 2013, 12:39)


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Mittwoch, 3. Juli 2013, 11:30

Nachdem ich ein wenig Literaturrecherche betrieben habe, will ich das erste Ergebnis als Orientierungsansatz für die Konstruktion hier kurz einstellen.

Erstaunlich nebenbei, dass das Kilogramm NaClO3 bzw. KClO3 in den USA bei einem jährlichen Bedarf von ca. 11.500t in Großmengen um nur 0,32 US$ notierte. Als Herbizid in der 1kg-Verpackung legte man im Baumarkt im Vorjahr noch 12-14 Euro auf den Ladentisch...

Unter den gegebenen Bedingungen reagiert das durch anodische Oxidation von Cl- gebildete Cl2 mit an der Kathode entstandenem OH- unter Bildung von Hypochlorit das hierauf entweder einer Disproportionierung unterliegt oder seinerseits anodisch zu ClO3- oxidiert wird.

Anode: Cl- --> 1/2 Cl2 + e-
Kathode: H2O + e- --> 1/2 H2 + OH-
Vermischung: Cl2 + 2 OH- --> OCl- + Cl- + H2O
Disproportionierung: 3 OCl- --> ClO3- + 2 Cl-
anodische Oxidation: OCl- + 2 H2O --> ClO3- + 2 H2

Elektrodenabstand ca. 3mm in NaCl-Lösung von ca. 80-100g L-1Gehalt und einer Temperatur von 60-80°C
Stromdichte bei ca. 270mA/cm2, bei ca. 7 Volt Zersetzungsüberspannung.
Für 100g NaClO3 werden im Industriemaßstab ca. 800 Watt Strom benötigt was natürlich im kleinen Pott an der Regentonne völlig unrealistisch ist.

Damit kann man schon einmal dimensionieren...

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3

Mittwoch, 3. Juli 2013, 17:21

Zitat

Für 100g NaClO3 werden im Industriemaßstab ca. 800 Watt Strom benötigt
Da stimmt "irgendetwas" nicht ! Für die Abscheidung einer bestimmten Stoffmenge ist eine bestimmte Ladungsmenge (C oder As) notwendig, und wegen der benötigten Zersetzungsspannung, Überspannung bzw. des Widerstandes wegen technischer Stromdichte dann auch eine bestimmte Energie in J oder kWh , aber nichts in Watt.

4

Mittwoch, 3. Juli 2013, 19:59

Zitat

Für 100g NaClO3 werden im Industriemaßstab ca. 800 Watt Strom benötigt
Da stimmt "irgendetwas" nicht ! Für die Abscheidung einer bestimmten Stoffmenge ist eine bestimmte Ladungsmenge (C oder As) notwendig, und wegen der benötigten Zersetzungsspannung, Überspannung bzw. des Widerstandes wegen technischer Stromdichte dann auch eine bestimmte Energie in J oder kWh , aber nichts in Watt.
Ja, danke für den Hinweis!
Es sind 800 Wattstunden, oder rund 2900 kJ.

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5

Mittwoch, 3. Juli 2013, 21:35

o.k.
0,8 kWh entsprechen dann bei einem Strompreis von 30 ct/kWh :
Stromkosten für 100 g NaClO3 etwa 24 ct , das wäre doch preiswert !?

6

Donnerstag, 4. Juli 2013, 08:38

o.k.
0,8 kWh entsprechen dann bei einem Strompreis von 30 ct/kWh :
Stromkosten für 100 g NaClO3 etwa 24 ct , das wäre doch preiswert !?
Worauf wollen Sie hinaus?

Die Industrie bezahlt ja keine Haushalts-Tarife! Die Großindustrie nimmt den Strom auch gleich aus dem 110kV-Netz ab und zahlt je nach Land so im Bereich von 5 - 7 Cent für die kWh bei Abnahme von 20.000 bis 70.000 MWh - siehe Statistik: http://de.statista.com/statistik/daten/s…nden-in-europa/

Sieht man sich das West-Ost-Gefälle an wird rasch klar, weshalb es viele Unternehmen in den Osten zieht. Dazu noch günstige Lohnnebenkosten gepaart mit wenigen Umwelt- und Betriebsauflagen - wenn ich könnte wäre ich mit meinem Betrieb auch schon längst dort...

Übrigens 30 Cent für die kWh scheint ein "grünes Ökostrommodell" zu sein - hier bezahlen wir z.B. für billigen Atomstrom aus Frankreich, oder dem Osten 13.6 ct/kWh. bei einem Kleinbetriebsverbrauch um ca. 400.000 kWh/Jahr.

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7

Donnerstag, 4. Juli 2013, 09:05

Nix "grüner Strom", EWE Privatkundentarif bei jährlich 3500 kWh inklusive MWSt aber ohne Zählerkosten, die extra anfallen !
-Und, obgleich ich über 30 Jahre ein passionierter Fahrtensegler war, ich habe nichts gegen "Atomstrom", im Gegensatz zu "grünem" stinkt der nicht und hat viel mehr "Energie"...(wo ist jetzt der smily "Vorsicht Ironie" ?)

8

Donnerstag, 4. Juli 2013, 12:31

Anode: Cl- --> 1/2 Cl2 + e-
Kathode: H2O + e- --> 1/2 H2 + OH-
Vermischung: Cl2 + 2 OH- --> OCl- + Cl- + H2O
Disproportionierung: 3 OCl- --> ClO3- + 2 Cl-
anodische Oxidation: OCl- + 2 H2O --> ClO3- + 2 H2
Bei den aufgeführten Reaktionen fehlt die Weiteroxidation des Chlorats zu Perchlorat. Da Perchlorat stabiler ist als Chlorat, könnte diese Reaktion die Ausbeute an Chlorat erheblich mindern.

Eine Diskussion zur Höhe der Zersetzungsspannung hat mMn nur akademische Bedeutung. Aber der Wert ohne Überspannung liegt sicher nicht wesentlich über zwei Volt, denn das notwendige Kathodenpotenzial sollte anfänglich ( pH = 7 ) bei 0,41 V liegen und im Verlauf der Reaktion zunehmen . Der abnehmenden H+ Konzentration entsprechend , aber mit Sicherheit unter 0,82 Volt bleibend, was pH = 14 entsprechen würde.


Gruß FKS

9

Freitag, 5. Juli 2013, 12:49

Bei den aufgeführten Reaktionen fehlt die Weiteroxidation des Chlorats zu Perchlorat. Da Perchlorat stabiler ist als Chlorat, könnte diese Reaktion die Ausbeute an Chlorat erheblich mindern.
...

Gruß FKS


Für den geplanten Einsatzzweck als Herbizid kommt es auf keine besondere Reinheit an. Wesentlich ist dabei nur ein bestimmter Gehalt an Chlorat in der Mutterlauge - aus derer dann ein paar Schöpfkellen voll, auf das Volumen einer Gießkanne verdünnt werden.

Von "Celaflor" hatte das streufähige Produkt einst auch nur einen Gehalt von 65% Clorat in der Trockensubstanz - der Rest war NaCl. Bayer nannte allerdings noch einen Anteil von 950g/kg Chlorat im eigenen Produkt für den Heimgärtner. Deswegen stört es auch nicht weiter, wenn in der Lösung die andere Hälfte nicht umgesetztes Streusalz ist, neben ein paar Prozent Peroxid die offenbar nicht zu vermeiden sind.

Wenn die Elektrolyse also bei einem reichlichen Anteil nicht umgesetztem NaCl im Elektrolyten stoppt, dürfte sich der Anteil an Peroxid doch eher gering ausnehmen, oder liege ich da in meinem Verständnis falsch?

10

Freitag, 5. Juli 2013, 16:25

Zitat

Für den geplanten Einsatzzweck als Herbizid kommt es auf keine besondere Reinheit an. Wesentlich ist dabei nur ein bestimmter Gehalt an Chlorat in der Mutterlauge - aus derer dann ein paar Schöpfkellen voll, auf das Volumen einer Gießkanne verdünnt werden.

Ich weiß keine Zahlen, aber wenn ich nicht Perchloratgehalte im Produkt von bis über 90 % ( NaCl und Wasser nicht gerechnet ) für möglich halten würde, hätte ich die Nebenreaktion gar nicht erst erwähnt. Denn der im obigen Zitat angesprochene Sachverhalt ist mir durchaus nicht neu....

Im Übrigen : "Perchlorat" ist trotz seines Namens keine peroxidiche Verbindung , sollte eigentlich auch "Chlorat(VII)" heißen
Gruß FKS

11

Samstag, 6. Juli 2013, 05:51

Zitat von »Friedrich Karl Schmidt«

Ich weiß keine Zahlen, aber wenn ich nicht Perchloratgehalte im Produkt von bis über 90 % ( NaCl und Wasser nicht gerechnet ) für möglich halten würde, hätte ich die Nebenreaktion gar nicht erst erwähnt. Denn der im obigen Zitat angesprochene Sachverhalt ist mir durchaus nicht neu....

Schade, dann lohnt der Aufwand natürlich nicht und die Sache macht keinen Sinn. Ich hatte mir die Sache einfacher vorgestellt - mit einer einfachen kleinen Kunststoffbox als Zelle am Gartenhaus gleich neben der Regentonne... Vielleicht finde ich einen anderen billigen Ersatz mit ähnlich herbiziden Eigenschaften für befestigte Wege und Flächen ums Haus.

Danke für die Hilfesstellungen und die Erläuterungen hier!

Erstaunlich nebenbei, dass sich bei steigendem weltweiten Bedarf für die Produktion von Chlordioxid u.ä. nicht schon einmal einer Gedanken zur gezielten Produktion gemacht hat, und sich die Industrie mit dem Nebenprodukt der Perchloratproduktion zufrieden gibt.
Perchlorat ist in der Natur ja omnipräsent und die Belastungen von Obst und Gemüse werden in der EU ja nun ständig aufgezeit: http://www.agrarheute.com/perchlorat-in-lebensmitteln

Im Übrigen : "Perchlorat" ist trotz seines Namens keine peroxidiche Verbindung , sollte eigentlich auch "Chlorat(VII)" heißen
Gruß FKS
Ja, selbstverständlich!
Wenn man nicht dabei bleiben und in Ruhe tippen kann, ist man bei Fortsetzung oft rasch mit dem Kopf woanders...

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »hw101« (6. Juli 2013, 08:16) aus folgendem Grund: Tippfehler!


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