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Bosch-Reaktion
Die Bosch-Reaktion ist eine chemische Reaktion zwischen Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff, welche elementaren Kohlenstoff (Graphit), Wasser und Energie in …
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Grundprinzip
Die Bosch-Reaktion ist eine chemische Reaktion zwischen Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂). Dabei entstehen elementarer Kohlenstoff in Form von Graphit, Wasser (H₂O) und Energie als Wärme. Benannt ist die Reaktion nach dem deutschen Chemiker Carl Bosch (1874–1940).
Die Gesamtreaktion lautet: \mathrm{CO_2 + 2\,H_2 \longrightarrow C + 2\,H_2O}, \Delta H^0 = -90{,}1\ \mathrm{kJ/mol}.
Das negative Vorzeichen der Reaktionsenthalpie zeigt: Die Reaktion setzt Energie frei, sie ist also exotherm.
Ablauf der Reaktion
Die Bosch-Reaktion ist eine Redoxreaktion. Eine Redoxreaktion ist eine Reaktion, bei der Elektronen übertragen werden. Die Gesamtreaktion besteht eigentlich aus zwei einzelnen Reaktionsschritten.
Der erste Schritt ist die Umkehrung der Wassergas-Shift-Reaktion und verläuft schnell: \mathrm{CO_2 + H_2 \longrightarrow CO + H_2O}, \Delta H^0 = 41{,}2\ \mathrm{kJ/mol}. Dabei reagiert Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff zu Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasser.
Der zweite Schritt bestimmt die Reaktionsgeschwindigkeit, läuft also langsamer beziehungsweise kontrollierend ab: \mathrm{CO + H_2 \longrightarrow C + H_2O}, \Delta H^0 = -131{,}3\ \mathrm{kJ/mol}. Dabei reagiert Kohlenstoffmonoxid mit Wasserstoff zu Kohlenstoff und Wasser.
Bedingungen und Katalysatoren
Bei einer Reaktionstemperatur von 650 °C werden 2{,}3 \cdot 10^3 Joule pro Gramm Kohlenstoffdioxid frei.
Die Reaktion kann durch Katalysatoren beschleunigt werden. Ein Katalysator ist ein Stoff, der eine Reaktion schneller ablaufen lässt, ohne selbst dauerhaft verbraucht zu werden. Als Katalysatoren werden Eisen, Kobalt, Nickel oder Ruthenium genannt.
Ein Problem ist der entstehende elementare Kohlenstoff: Er neigt dazu, sich auf der Oberfläche des Katalysators abzusetzen. Dadurch sinkt die Effizienz der Reaktion.
Mögliche Nutzung in der Raumfahrt
An der Nutzung der Bosch-Reaktion in der Raumfahrt wird geforscht. Sie wird dabei zusammen mit dem Sabatier-Prozess betrachtet. Der Grund ist, dass CO₂ auf Raumstationen und Raumschiffen ständig verfügbar ist: Der Sauerstoff aus der Atemluft wird vom Körper in CO₂ umgewandelt.
Mögliche Anwendungen sind die Reinigung der Atemluft durch Entfernung von CO₂, die Rückgewinnung von Sauerstoff aus CO₂, die Produktion von Wasser und die Gewinnung von Treibstoff.