Burkhard Lohrengel - Verfahrenstechnik für Dummies

Vermutlich entdeckte der Mensch dies alles eher zufällig, so ist es kein Wunder, dass die Grundzüge der technischen Verfahrenstechnik, obwohl das damals noch niemand so nannte, die Erzeugung von Alkohol (siehe Abbildung 1.6), Arzneimitteln, Parfüm und Metallen waren. Auch die Grundlagen der Filtration waren schon in der Antike bekannt. Wein und andere Getränke wurden geklärt und damit der Trinkgenuss noch erhöht.

Abbildung 1.6Weinklärung in der Antike

Im vierten Jahrhundert v. Chr. schlug Aristoteles die Möglichkeit der Destillation vor. Er schrieb: »Durch die Destillation können wir das Meerwasser trinkbar machen und der Wein genauso wie andere Flüssigkeiten können diesem gleichen Prozess ausgesetzt werden«. Gar nicht dumm, zuerst kam das Trinkwasser, dann der Alkohol. Die Destillation ist ein alter Prozess, der bis in das Jahr 2000 v. Chr. zurückgeht. Die ersten Destillationen werden China, Ägypten und Mesopotamien zugeschrieben, vor allem zu medizinischen Zwecken, aber auch mit dem Ziel Essenzen und Parfüms herzustellen.

Selbstverständlich diente die Destillation auch zur Erzeugung hochprozentiger Getränke, um die Stimmung der Adligen, teils auch der gemeinen Bevölkerung, zu heben. Schon im Jahr 800 v. Chr. haben die Chinesen ein »hochgeistiges« Getränk aus Reis destilliert. Anfangs wurde solcher Alkohol für medizinische Zwecke verwendet, um die Lebenserwartung zu verlängern (das sogenannte »Heilwasser« oder »Elixier des Lebens«). Nun, für viele ist der Alkohol auch heute noch ein Elixier des Lebens, obwohl sorgfältig damit umgegangen werden sollte. Die ersten alkoholischen, destillierten Getränke wurden aus Trauben und Honig hergestellt. Abbildung 1.7zeigt den Aufbau eines sehr alten Destillierkolbens.

Abbildung 1.7Aufbau einer ursprünglichen Destilliervorrichtung

Die Erfindung der Alkoholdestillation wird dem arabischen Gelehrten Abu Musa Dschabir ibn Hayyan (circa 800 n. Chr.) zugeschrieben. Dschabir nahm einen runden Topf mit einem hohen Ausgießrohr, einem Teekessel nicht unähnlich. Unter das Ausgießrohr stellte er ein Gefäß und sammelte den sich kondensierenden Dampf. Da Dschabir ein Weingenießer war, füllte er Wein in den Kessel und fragte sich, was wohl passieren würde. Sie wissen heute, was geschah, der gute Dschabir hatte die Alkoholdestillation erfunden, den ersten Weinbrand genossen. Generationen von Genießern und Trinkern sind ihm dafür heute noch dankbar.

Im Jahre 1478 veröffentlichte ein österreichischer Arzt namens Michael Puff von Schrick das erste Buch über die Destillation. Und jetzt raten Sie einmal, was geschah. Genau, das Buch wurde ein absoluter Bestseller, in 20 Jahren gab es 14 Neuauflagen. Offiziell war es selbstverständlich ein medizinisches Nachschlagewerk! Viele Leser wussten aber nun zum ersten Mal, was Sie mit Ihren mühsam gesammelten Feldfrüchten anfangen konnten.

Ein weiterer wichtiger Bereich der frühen industriellen Tätigkeit war der Bergbau. Neben der Gewinnung von Erzen spielte hier zum ersten Mal die Luftverunreinigung eine entscheidende Rolle. Luftverunreinigungen wurden durch Gewerbe mit hohem Energieverbrauch wie zum Beispiel Töpfereien und Räuchereien für Fisch und Fleisch verursacht. Die Eisenerzgewinnung stellte aber bis in das 19. Jahrhundert die Hauptquelle für Luftverunreinigungen dar, da neben den sauren Röstgasen auch schwermetallreiche Stäube freigesetzt wurden. Hierdurch wurden neben der gesundheitlichen Beeinträchtigung der Menschen Schäden an Äckern, Wiesen, Nutztieren und Früchten angerichtet. Da die Erzgewinnung und damit auch der Hüttenbetrieb im Mittelalter in Deutschland fast ausschließlich auf die Mittelgebirge (Harz, Erzgebirge) beschränkt blieb, führte dies vornehmlich in den dortigen Tälern zu Konflikten zwischen den Hüttenleuten und den Großgrundbesitzern beziehungsweise Bauern. Die Böhmischen Könige und Kurfürsten verlangten bei Hüttenbetrieben im Erzgebirge eine Abluftreinigung mit den in Abbildung 1.8gezeigten Flugstaubkammern (hier eine Darstellung aus dem Jahr 1556 von De Agricola), damit den anliegenden Feldern und Viehweiden kein weiterer Schaden zugefügt wird. Wohlgemerkt: Hier ging es nicht um den Schutz der Menschen, die waren in den Zeiten zu ersetzen, die Felder aber gehörten den Großgrundbesitzern, die durch den Verkauf der Felderträge ihren Wohlstand sichern wollten.

In den Flugstaubkammern konnte der Grobstaub aus dem Abgas abgeschieden werden. Dazu wurde der Rauch bei G aus dem Kamin in die Flugstaubkammer D geleitet. Aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit in der Kammer fielen die groben Partikeln nach unten aus und sanken auf den gefliesten Boden. Das von groben Partikeln gereinigte Abgas strömte bei E in den Kamin F und ins Freie. Dass Menschen in diesem Prozess keine große Bedeutung hatten, zeigt die Reinigung der Staubkammern. Der abgesetzte Staub wurde von der die Leiter heraufsteigenden Person mit dem Reisigbesen D zusammengekehrt, sodass der Staub dem Schmelzvorgang A wieder zugeführt werden konnte. Die Reinigungskraft hatte eine feste Arbeitsstelle. Da die Schmelzöfen für den Reinigungsvorgang selbstverständlich nicht abgeschaltet wurden, könnte man hier aber auch von einer zeitlich befristeten Stelle sprechen! Die dargestellten Rauchfänge stellen den Beginn der Umwelttechnik dar.

Während bis Ende des 18. Jahrhunderts Herstellungsprozesse verschiedener Waren (zum Beispiel Papier und Lebensmittel) bei den Zünften abliefen, sorgten die im 19. Jahrhundert entstehenden Fabriken für eine industrielle Nutzung verfahrenstechnischer Operationen. Besonders die Erfindung von Anilinfarben rief eine stürmische Entwicklung der chemischen Industrie hervor:

1863 Meister, Lucius & Co, Hoechst, später Hoechst AG,

1863 Friedrich Bayer & Co, Barmen, später Bayer AG,

1865 Badische Anilin- und Sodafabriken, Ludwigshafen, später BASF und

1867 Aktiengesellschaft für Anilinfarben, Berlin, später AGFA.

Abbildung 1.8Historische Flugstaubkammer

Durch die starke Industrialisierung wurde aber auch die Kehrseite der Medaille sichtbar: die Umwelt wurde immer mehr in Mitleidenschaft gezogen. Mitte des 19. Jahrhunderts wurde aufgrund der massiv steigenden Industrialisierung in der Umgebung der industriellen Zentren ein weit verbreitetes Waldsterben festgestellt, dem besonders empfindliche Nadelhölzer wie Fichte und Tanne zum Opfer fielen. Sie sehen, auch das Waldsterben ist nicht neu! Da besonders das Erzgebirge betroffen war, wurden die Schadensmechanismen von der Bergakademie Freiberg sowie der Forstakademie Tharandt in Sachsen untersucht. 1872 erschienen in England Untersuchungen von Smith zu demselben Thema. Hier wurde erstmals der Begriff »saurer Regen« erwähnt. Nach dem Verständnis der Ursachen wurde nach geeigneten Gegenmaßnahmen gesucht. Die Verfahrenstechnik beziehungsweise Umwelttechnik nach heutigen Maßstäben war noch unbekannt, Maßnahmen wurden dadurch nach dem »Trial-and-Error-Prinzip« mit teilweise bescheidenen Erfolgen durchgeführt.

Aufgrund der beschriebenen Probleme wurden erste verfahrenstechnische Anlagen im Bereich des Umweltschutzes errichtet. So beschreibt Wislicenus die Reinigung saurer Rauchgase in Schindlers Blaufarbwerken bei Blockau im Erzgebirge im Jahre 1908 ( Abbildung 1.9soll die Abluftreinigungsanlage schematisch skizzieren, wie Sie anhand des folgenden Texts ausgesehen haben könnte):