Die Verringerung der Schadstoffbelastung unserer Abwässer gehört zu den großen Aufgaben unserer Zeit.

Die Schadstoffe im Abwasser sind sehr vielfältig und es wurden demzufolge auch verschiedene Verfahren entwickelt,

um diese Schadstoffe in irgendeiner Weise zu vermindern.

Wir verwenden also eine elektrochemische Zelle, bestehend aus zwei Elektroden, legen eine äußere Spannungsquelle an,

drücken Elektronen auf der einen Seite rein, auf der anderen ziehen wir die raus und versuchen dann in der Lösung irgendetwas zu bewegen,

also mit anderen Worten dann irgendwelche Stoffe zu verändern.

Bevor wir hier weiterfahren, machen wir mal das Folgende, wir entleeren mal diesen ganzen Topf und lassen also das Leitsalz weg

und bringen stattdessen eine Schadstofflösung rein.

Die Schadstoffe haben wir purpur gefärbt oder lila, das heißt generell in der weiteren Verlauf der Präsentation bedeutet lila die Farbe irgendwie mit Schadstoff.

Es ist Leitsalz angegeben, das spielt aber im Grunde genommen keine große Rolle.

Jetzt machen wir einen Vergleich mit einer chemischen Reaktion, das soll uns die Möglichkeit geben zu verstehen, was elektrochemisch abläuft.

Wir haben also einen chemischen Reaktor, einfach ein Becherglas gefüllt mit der Schadstofflösung

und auf der rechten Seite haben wir unsere elektrochemische Zelle ebenfalls mit der Schadstofflösung gefüllt.

Um eine chemische Reaktion auszulösen, müssen wir etwas dazugeben, das haben wir hier mal blau markiert, wir gießen also eine Lösung rein

und mit irgendeiner Reagenz gießen wir also zu, da beobachten wir eine Volumenvergrößerung und wir sehen auch eine Farbveränderung.

Wenn wir jetzt das näher anschauen wollen, rentiert es sich, dasselbe zu tun, was wir vor zwei Wochen hier gemacht haben, nämlich eine mikroskopische Betrachtung.

Wir vergrößern nicht ganz so stark, wie vor zwei Wochen das Herr Steinrücke getan hat, wir machen eine Vergrößerung von 1 zu 10 Millionen

und gucken uns die Volumenelemente mal vergrößert an, denn jedes Molekül, ungefähr in der Größe von einem Zentimeter auf der Projektionslinie, wird abgebildet.

Wir nehmen die Volumenelemente also heraus und sehen jetzt auf der linken Seite die Schadstoffmoleküle, lila gefärbt, umgeben von zahlreichen Reagenzmolekülen blau gefärbt

und auf der rechten Seite nur die Schadstoffmoleküle. Wir haben das Volumenelement in der Zelle aus der Mitte genommen, da können wir überhaupt nichts machen.

Wir werden also mal das Volumenelement von der Elektrodenoberfläche nehmen und da sehen wir die Elektrode.

Wenn wir die Elektrode jetzt einschalten, dann geben wir ihr auch die Farbe blau, um damit zu markieren, das ist unsere Reagenz.

Die wird natürlich nicht blau, das ist hier nur modellhaft als Farbe für das Reagenz angegeben.

Wenn wir nachher die Reaktion starten, dann werden wir auf der linken Seite sehen, dass sich die lila gefärbten Kügelchen in weiße umwandeln,

das heißt die entgifteten Schadstoffmoleküle sollen praktisch eine weiße Farbe annehmen in unser Modell, die blauen machen wir einfach schwarz.

Auf der rechten Seite haben wir keine blauen Moleküle und an der Elektrode kann auch keine Veränderungen schwarz erfolgen,

denn die Elektrode dort, das ist hier die Kathode, werden ständig nachgeliefert. Wir starten also jetzt die Reaktion, allerdings in Zeitlupe.

Man sieht allmählich den großen Unterschied, im linken Reaktor reagiert ziemlich gleichmäßig im Volumenelement der Schadstoff ab,

im rechten dagegen nur an der Elektrodenoberfläche und wir erreichen eine Diffusionsgradienten aus dem Inneren der Lösung heraus, zudem zu der Elektrode hin.

Es ist sinnvoll an dieser Stelle einmal kurz die Präsentation zu unterbrechen und ein Modellversuch sich vorzustellen.

Die Moleküle sind etwa Zentimeter groß an der Wand zu sehen und wir können uns mal vorstellen, dass sie die Größe von Wespen haben.

Wenn wir eine normal konzentrierte Lösung nehmen, zum Millimolarbereich, dann wären in diesem Volumenelement unserem Hörsaal hier, in diesem Modell dann etwa eine Million Wespen.

Das wäre schon ziemlich lästig. Um diese Wespen unschädlich zu machen, könnte man ihnen Honig geben, das sind die Elektronen.

Das kann man machen, indem man Bienen reinlässt, die Honig mit sich tragen und dann haben wir den Fall auf der linken Seite eine chemische Reaktion.

In jedem Volumenelement dieses Hörsaals besteht die gleiche Wahrscheinlichkeit, dass eine Biene auf eine Wespe Honig überträgt und damit diesen Schädling,

Biene und Wespen sind keine Schädlinge, aber in unserem Sinn sind sie für uns etwas bedrohlich, eben durch Honigübergabe zufriedengestellt.

Auf der rechten Seite können wir uns als Modell vorstellen, dass die Elektrode hinter mir die Wand ist und sonst nichts.

Dann heißt, alle Wespen, die Honig haben wollen, müssen zu dieser Wand hier kommen.

Wir haben also ein enormes Transportproblem und das ist der wesentliche Unterschied von chemischer und elektrochemischer Reaktion.

Wir haben bei der chemischen Reaktion überall sofort die Möglichkeit, eine Reaktion zu starten, in der elektrochemischen Zelle dagegen,

nur an einer bestimmten Fläche, eben der Elektrode. Der Vorteil der elektrochemischen Reaktion ist,

der Honig in dem Fall, die Elektronen, werden alle an einer Stelle geliefert. Wir verdrecken die Lösung nicht, indem wir irgendwas zugeben.

Im chemischen Reaktor müssen wir überlegen, jetzt haben wir die ganzen Bienen drin und wie werden wir die Bienen wieder los?

Das heißt, wir haben noch etwas da reingebracht und das kann uns unter Umständen später mal Probleme bereiten.

Die chemische Reaktion schließen wir jetzt ab. Wir schließen also das Bild auf der linken Seite und machen eine kleine Umorientierung von unserem System.

Legen in Richtung Lösungsinnere von der Elektrode aus einen weiteren Kupus dran und dann noch einen weiteren.

Und überlegen uns jetzt mal, wie die Teilchendichte, der Anzahl der Teilchen pro Volumenelement, da wohl aussehen mag.

Und das stellen wir da in einem Diagramm. Wir tragen also die Teilchendichte als Funktion vom Abstand der Elektrode auf, beginnen aber rechts.

Wir nähern also vom Inneren der Lösung aus in Richtung Elektrode und tragen die Teilchendichte auf und dann stellen wir fest,

zunächst ist sie völlig konstant, entsprechend der sichtbaren Dicht, auf einmal geht sie runter. An der Elektrode ist auch einiges passiert.