Umwelttechnologie

Drei separate Generatoren mit je rund 21.000 „Duran“ Glasröhren – 10.324 an jeder Stirnseite – wurden in der weltweit größten Ozonerzeu- gungsanlage bei VCP in Brasilien eingesetzt. Die Außen- und Innendurchmesser der Spezialglasröhren, die für die Konstruktion der Elektroden benötigt wurden, liegen in einem sehr engen Toleranzbereich.
Dr. Karl Hübner, Köln

Ein potentes Gas: Ozon

Weltrekord in Brasilien. Als Votorantim Celulose e Papel seine neue Zellstofffabrik in Betrieb nahm, gehörte dazu auch der weltweit größte Ozongenerator. Er stammt von Wedeco Umwelttechnologie und verbucht noch einen weiteren Superlativ für sich: Er arbeitet mit 63.000 „Duran“ Glasröhren von SCHOTT-Rohrglas.

„Meine Freunde denken immer, ich mache was Schlimmes.“ Ralf Fiekens winkt ab. Der Verfahrenstechniker bei Wedeco Umwelttechnologie GmbH in Herford kennt die Reaktionen seiner Mitmenschen, sobald er erzählt, dass er an Ozongeneratoren tüftelt. Ozon? Da war doch was. Fiekens ärgert sich, dass das Gas, das im Mittelpunkt seiner Arbeit steht, einen so schlechten Ruf hat – Begriffe wie Ozonloch und Ozonalarm kennt heute fast jedes Kind.

Dass Ozon auch ein bewährtes Desinfektionsmittel ist, wissen meist nur Fachleute. Nach elementarem Fluor ist es das stärkste Oxidationsmittel, das die Chemie kennt. Und gerade das Oxidieren organischer Substanzen ist bei der desinfizierenden Wasseraufbereitung oder auch bei Bleichprozessen gefragt. Erstmals 1903 im Pariser Wassersystem eingesetzt, war die Trinkwasser-Desinfektion lange Zeit fast die einzige Anwendung von Ozon – führte aber auch dort immer nur ein Außenseiterdasein.

In den vergangenen Jahren hat sich das Einsatzspektrum erweitert: Heute reinigt die dreiatomige Variante des Sauerstoffs stark verunreinigte Abwässer, oder sie wird eingesetzt, um zu bleichen. Zum Beispiel den Papierrohstoff Zellstoff. Ungebleicht würde er die Eigenfarbe des Holzbestandteils

Stets frisch erzeugt

Für die Nutzer von Ozon ergibt sich jedoch eine Besonderheit: Es ist kein Gas, das man, wie Wasserstoff oder Argon, fertig abgefüllt in einer Flasche oder in einem Tank kauft. Weil das Ozon so überaus reaktionsfreudig ist, muss es am Ort der Verwendung vielmehr frisch erzeugt werden. Das leisten Ozongeneratoren.

Auch der brasilianische Papier- und Zellstoffhersteller Votorantim Celulose e Papel (VCP) setzt zunehmend auf Ozon, wenn es um das Bleichen von Zellstoff geht. Ende Oktober 2002 baute VCP seine Produktionskapazität aus und nahm eine neue Anlage in Betrieb. Hierzu hatte VCP bei Wedeco ein Ozonsystem in Auftrag gegeben, das im Spätsommer 2002 in Brasilien eintraf. Es war nicht irgendein Ozonsystem. 510 Kilogramm Ozon sollte es in der Stunde liefern – fast 20 % mehr als die bisher größte im Zellstoffbereich eingesetzte Anlage der Welt.

Stille Entladung

Die Ozongeneratoren werden in Großraum-Container installiert.
Effizientestes Verfahren, um industriell Ozon zu erzeugen, ist die stille elektrische Entladung in Sauerstoff. Geräte herzustellen, die ihrerseits Ozon herstellen, ist bei Wedeco tägliches Kerngeschäft. Herausragend am Auftrag aus Brasilien war jedoch die Dimension. Während der Großteil der verkauften Anlagen bis zu 13 Kilogramm Ozon je Stunde produziert, sollte es im brasilianischen Jacareí, nahe São Paulo, fast die 40fache Menge sein. Ein Jahr intensiver Projektarbeit war nötig, um die neue Anlage zu konzipieren und zu bauen.

Egal, wie viel Ozon am Ende aus der Anlage strömen soll – eins ist immer gleich dimensioniert: das elementare Bauteil zur Ozonerzeugung. Dabei handelt es sich um ein anderthalb Meter langes Borosilicatglasrohr mit 11,5 Millimetern Durchmesser, durch dessen Inneres ein ebenso langer Metallstab verläuft. Zwischen diesem Stab und der Glasrohrinnenwand verbleibt ebenso ein Zwischenraum, wie zwischen der Glasaußenwand und der äußeren Edelstahlhülle, in der die Glasröhre steckt.

Durch beide Zwischenräume wird beim Betrieb der Anlage Luft oder reiner Sauerstoff geleitet. Zugleich wird eine sehr hohe und mittelfrequente Spannung zwischen dem metallenen Innenrohr und der metallenen Außenhülle angelegt. Die Folge: ein starkes elektrisches Wechselfeld – wie zwischen zwei Kondensatorplatten. In diesem Feld werden vorbeiströmende Sauerstoffmoleküle gespalten – und dabei in zwei Sauerstoffatome zerlegt, von denen sich dann jedes mit einem weiteren Sauerstoffmolekül zu einem Ozonmolekül verbinden kann.

Lässt man reinen Sauerstoff durchströmen, ist die Ausbeute höher als bei einfacher Luft, die nur zu etwa 20 % aus Sauerstoff besteht. Allerdings muss reiner Sauerstoff als Ausgangsstoff selbst erst erzeugt oder gekauft werden; Luft dagegen gibt es praktisch zum Nulltarif.

Glasröhren verhindern Kurzschluss

Elementares Bauteil eines Ozon-generators sind Glasröhren, in denen sich Metallstäbe befinden. Die Glasröhren wiederum sind von einer Edelstahlhülle umschlossen. In den Zwischenräumen wird – durch Anlegen elektrischer Spannung – aus reinem Sauerstoff Ozon erzeugt.
Dass es trotz der hohen Spannungen nicht zum Kurzschluss kommt, ist ein Verdienst der verwendeten Glasröhren. Das Borosilicatglas ist ein effektiver Isolator, der jeden Ladungsübertritt vom Metallrohr zur Metallhülle verhindert. „Das ist der Grund, warum wir bei der Konstruktion unserer Elektroden überhaupt dieses Glas verwenden“, so Ralf Fiekens über die „Duran“ Glasröhren, die man seit Jahren von SCHOTT bezieht.

2002 war ein ganz besonders gutes Jahr. Die Anwendung von Ozon boomt, und so hatte das Herforder Unternehmen acht Großanlagen in seinen Auftragsbüchern. Alleine für die größte Anlage, die für Brasilien, orderte man 63.000 Glasröhren. Klar: Je mehr Ozon man erzeugen will, desto mehr Elektroden werden in einer parallelen Anordnung arrangiert. Für VCP sind das drei separate Generatoren mit je fast 21.000 Elektroden. Dabei hatte SCHOTT mit Wedeco sogar eine Sondervereinbarung über einen Spezialservice getroffen. „Für unsere Zwecke war es ganz wichtig, dass Außen- und Innendurchmesser der Glasröhren innerhalb einer sehr engen Toleranzspanne liegen“, betont Ralf Fiekens. Für Wedeco nahm man die zusätzlich gewünschte Messung des Innendurchmessers aber mit in die Qualitätsanforderung auf und stellte so sicher, dass alle 63.000 Röhren mit den gewünschten Eigenschaften nach Herford gingen.

Wert schöpfen

Die Zukunft könnte den Herstellern von Ozongeneratoren weitere große Aufträge bescheren. Bei allen Vorteilen und der ökologischen Überlegenheit über Chlor, und trotz eines Booms in den vergangenen Jahren: Ozon spielt immer noch nur eine Nebenrolle. Das verbleibende Potenzial ist riesig. Und selbst das ist Ralf Fiekens und dem Technischen Leiter bei Wedeco Umwelttechnologie, Uwe Hofer, noch nicht genug. Hofer hat nicht nur den Ausbau der „End-of-Pipe“-Anwendungen im Visier, also Abwasserreinigung, Trinkwasserdesinfektion oder Zellstoffbleiche. Er will mit dem potenten Gas auch endlich in echte Wertschöpfungsketten eingreifen und nennt schon ein erstes Beispiel: „Bei Saftkartons hat sich etwa gezeigt, dass die abschließende Polyethylen-Laminierung der Aluminiumschicht eine bessere Qualität hat, wenn man das Aluminium vorher mit Ozon anoxidiert.“

Eine Substanz mit Zukunft. Und wer weiß, vielleicht kommt auch der Tag, an dem die Freunde von Ralf Fiekens anders als bisher reagieren. „Was, Du stellst Ozon her. Das finden wir gut.“