Thermolyse von Wasserdampf

Knallgas aus Wasserdampf

In der Sekundarstufe 1 wird fast immer die Knallgasprobe gezeigt. Man füllt ein Reagenzglas halb mit Wasserstoff, den man zum Beispiel aus der Reaktion von Magnesium mit Salzsäure hergestellt hat. Dann hält man das Reagenzglas über die Bunsenflamme, und es gibt einen mehr oder weniger lauten heulenden Ton, der dann als Nachweis für Wasserstoff interpretiert wird.

Die Knallgasreaktion

$2 H_{2(g)} + O_{2(g)} \to 2 H_{2}O_{(l)}$

hat eine enorme Bedeutung in der Chemie, Biologie und Technik. Man denke nur an Weltraumraketen, die mit Wasserstoff und Sauerstoff angetrieben werden, an die Brennstoffzellen, mit der in Zukunft hoffentlich viele Autos angetrieben werden, oder an die ATP-Synthese in der Atmungskette, bei der ebenfalls Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert.

Umgekehrt kann man aber auch Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen:

$2 H_{2}O_{(l)} \to 2 H_{2(g)} + O_{2(g)} $

Dazu ist entweder elektrischer Strom notwendig, oder man muss das Wasser auf Temperaturen von über 2000 ºC erhitzen. Diese Rückreaktionen werden als Elektrolyse bzw. Thermolyse bezeichnet.

Die Thermolyse von Wasser ist eine Gleichgewichtsreaktion. Es ist nämlich so, dass bei 2000 K (also ca. 1700 ºC) nur ungefähr 4% der H₂O-Moleküle in H₂- und O₂-Moleküle zerlegt werden^[1].

Aber auch die Knallgasreaktion, die jede(r) aus der Schule kennt, ist eine Gleichgewichtsreaktion. Leider hat man in der Schule die Mittel nicht, um es nachzuweisen. Aber nicht alle H₂- und O₂-Moleküle reagieren zu Wasser, sondern "nur" ca. 96%.

Es ist also völlig egal, "von wo" man die Reaktion startet. Startet man die Knallgasreaktion, erhält man bei 2000 K ein Gemisch aus 96% Wasser und 4% Wasserstoff und Sauerstoff. Führt man die Thermolyse von Wasserdampf durch, erhält man ebenfalls ein Gemisch aus 96% Wasser und 4% Wasserstoff und Sauerstoff. Es stellt sich also immer das gleiche Mischungsverhältnis ein.

Technische Bedeutung

In dem Artikel "Wasserstoff aus Wasser und Sonnenenergie" der ETH Zürich wird ein Verfahren beschrieben, wie man mit Hilfe von Sonnenenergie Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser gewinnen kann. Hier geht es ebenfalls um die Thermolyse von Wasser. Das Problem ist hier allerdings die anschließende Trennung der beiden so gewonnenen Gase, was nicht so ganz einfach ist. Die Trennung der beiden Gase ist unbedingt erforderlich, weil beide Gase zusammen ein hochexplosives Gemisch bilden. Außerdem möchte man die beiden Gase natürlich getrennt verwenden. Selbst wenn man eine Rakete mit Wasserstoff und Sauerstoff antreiben will, werden die beiden Gase in getrennten Tanks gespeichert. Wie die Techniker diese Trennung geschafft haben, kann in dem Artikel nachgelesen werden.