Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex:Na-D-Linie, 20 °C
Schwefeldioxid (SO2) ist eineanorganischechemische Verbindung ausSchwefel undSauerstoff sowie dasAnhydrid derSchwefligen Säure (H2SO3). Schwefeldioxid ist als Molekül gewinkelt aufgebaut, die Atome werdenkovalent durchDoppelbindungen zusammengehalten. Unter Normalbedingungen ist Schwefeldioxid ein farbloses, schleimhautreizendes, stechend riechendes und giftiges Gas. Es ist sehr gut (physikalisch) wasserlöslich und bildet mit Wasser in sehr geringem Maße Schweflige Säure.
Es entsteht unter anderem bei der Verbrennung von schwefelhaltigen fossilenBrennstoffen wieKohle oderErdölprodukten, die bis zu 4 ProzentSchwefel enthalten. AuchBiomasse enthält je nach Herkunft teils erhebliche Mengen Schwefel, da dieser einMengenelement in allen bekannten Lebewesen ist, wodurch bei Verbrennung ebenfalls Schwefeldioxid entsteht. Dadurch trägt es in erheblichem Maß zurLuftverschmutzung bei. Es ist der Grund fürsauren Regen, wobei das Schwefeldioxid zunächst von Sauerstoff zuSchwefeltrioxid oxidiert wird und dann mit Wasser zuSchwefelsäure (H2SO4) umgesetzt wird.[9] Um den Eintrag von Schwefeldioxid zu verhindern, gibt es verschiedene Verfahren zurRauchgasentschwefelung. Zudem findet sich Schwefeldioxid im Umfeld vonHochtemperaturgebieten und aktivenVulkanen.[10]
In vielen Industrieländern werden Erdöl und Erdgas sowie deren Produkte vor der Verbrennung von Schwefel befreit, meist durch ein Verfahren namensHydrodesulfurierung. AuchBiogas wird vor der Nutzung behandelt, um den enthaltenenSchwefelwasserstoff zu entfernen (Biogasaufbereitung). Das sorgt für ein sichereres und weniger schädliches Produkt. Die Kosten dieser Verfahren können oft durch die Weiterverwendung des gewonnenen Schwefels in der chemischen Industrie ausgeglichen werden. Im Gegensatz dazu istREA-Gips, der bei derRauchgasentschwefelung entsteht, vergleichsweise günstig, deckt aber kaum die Kosten der Entschwefelung.
Schwefeldioxid kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, oft als Zwischenprodukt für die Herstellung vonSchwefeltrioxid für dieSulfonierung oderSulfatierung sowie die Herstellung vonSchwefelsäure. Dazu wirdSchwefel mit einer Temperatur von etwa 150 °C in einen Verbrennungsofen eingespritzt und mit getrockneter Luft verbrannt.
ImClaus-Prozess wirdSchwefelwasserstoff zu Schwefeldioxid verbrannt. In weiteren Schritten reagiert das entstandene Schwefeldioxid mit zusätzlichem Schwefelwasserstoff zu elementarem Schwefel und Wasser.[11]
Weiterhin besteht die Möglichkeit, Schwefeldioxid durch dasRösten von sulfidischen Erzen wiePyrit herzustellen.
Schwefeldioxid hat einerelative Gasdichte von 2,26 (Dichteverhältnis zu trockenerLuft bei gleicherTemperatur und gleichemDruck) und eineDichte der flüssigen Phase am Siedepunkt von 1,458 kg/l. Die Gasdichte unterNormalbedingungen (0 °C, 1013 mbar) beträgt 2,9285 kg·m−3, bei einer Temperatur von 15 °C und einem Druck von 1 bar hingegen 2,728 kg·m−3.Diekritische Temperatur liegt bei 157,5 °C, derkritische Druck bei 78,8 bar und diekritische Dichte erhält den Wert 0,525 g·cm−3. AmTripelpunkt liegt eine Temperatur von −75,5 °C und ein Druck von 16,7 mbar (12,56Torr) vor.[12]
Gemäß demVSEPR-Modell ist das Schwefeldioxid-Molekül gewinkelt gebaut. Daraus resultiert einBindungswinkel (O–S–O) von 119,5°. Die beiden S–O-Bindungen sind mit einerBindungslänge von 143 pm gleich lang und damit sehr kurz.[13]
Schwefeldioxid besitzt als Molekülsymmetrie diePunktgruppe C2v.[14]
Flüssiges Schwefeldioxid löst zahlreiche Stoffe und hat sich daher als wertvolles aprotisch-polaresLösungsmittel etabliert.
In derLebensmittelindustrie findet Schwefeldioxid alsKonservierungs-,Antioxidations- undDesinfektionsmittel Verwendung, vor allem für Trockenfrüchte, Kartoffelgerichte, Fruchtsäfte, Marmelade undWein. Wein- und Bierfässer werden zur Desinfizierung vor der Verwendung durch Behandlung mit SO2-Gasausgeschwefelt.[15]
Schwefeldioxid dient auch zur Herstellung von vielen Chemikalien, Medikamenten und Farbstoffen und zumBleichen von Papier und Textilien.Es lässt Tinte verblassen.
Außerdem wird es alsSchutzgas[17] verwendet, etwa um flüssige Metallschmelzen in derGießerei an der Oxidation zu hindern.
Schwefeldioxid wird in der Industrie meist ausDruckgasflaschen bezogen und wird häufig zur Temperierung in der Produktionsumgebung, also in Innenräumen aufbewahrt, oft auch direkt nebenThermoprozessanlagen.[18] Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung ist für die Aufbewahrung von Schwefeldioxid gemäß § 5Arbeitsschutzgesetz und § 6GefStoffV zu ermitteln, ob sich durch die Lagerung von Gefahrstoffen Gefährdungen für die Beschäftigten oder andere Personen ergeben können.
Für die Aufbewahrung von Schwefeldioxid gelten (in Deutschland) insbesondere folgende Vorschriften:
TRGS 510 Lagerung von Gefahrstoffen in ortsbeweglichen Behältern
TRBS 3146 / TRGS 726 Ortsfeste Druckanlagen für Gase
Zum Gesundheitsschutz der Mitarbeiter und um den Anforderungen des Arbeitsschutzgesetzes zu entsprechen, sind Schwefeldioxid-Flaschen daher in einer geeigneten Aufbewahrungseinrichtung aufzubewahren. Geeignet dafür ist der entsprechend ausgestattete Sicherheitsgasflaschenschrank, dessen besondere Ausstattung für die Schwefeldioxid-Aufbewahrung aus folgenden wesentlichen Komponenten besteht:
DerSicherheitsschrank an sich für eine oder mehrere Schwefeldioxid-Flasche(n) und eine Stickstoffgas-Flasche. Dabei sind oft zwei Flaschen Schwefeldioxid für den Betrieb und die automatische Umschaltung vorgesehen. Eine Flasche steht im Schrank zum Vortemperieren, aus der zweiten Flasche wird das Gas zur Verwendung entnommen. Die Stickstoffgas-Flasche dient der Versorgung der Spüleinrichtung für den sicheren Flaschenwechsel. Der Sicherheitsschrank wird als feuerhemmender Schrank ausgeführt, da das unter Druck stehende Gas bei Erwärmung explodieren kann und dann schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden verursacht. Der Schrank sollte abschließbar sein, da das Sicherheitsdatenblatt für Schwefeldioxid „P405 - Unter Verschluss aufbewahren“ vorgibt.
Schwefeldioxid -Druckregelstation aus Edelstahl mit automatischer Umschaltung zur unterbrechungsfreien Medienversorgung. Die Schwefeldioxid-Gasflaschen werden mit Edelstahlwellschlauch angeschlossen. Die verwendeten Armaturen müssen aus Edelstahl sein, da Schwefeldioxid mit Luftfeuchtigkeit zuSchwefelsäure (H2SO4) umgesetzt wird.
Ein automatisches Absperrmagnetventil ermöglicht die Absperrung der Schwefeldioxid-Prozessleitung zur Verwendungsstelle bei Not-Aus-Betätigung oder bei Gas-Alarm.
Der Gaswarnsensor im Sicherheitsschrank, ggfs. mit zusätzlichen weiteren Gaswarnsensoren in der Nähe der Verwendungsstellen, erzeugt den Gas-Alarm mit optischem und akustischem Signal.
Fremdbelüftung mit Ventilator zur manuellen Betätigung durch den Benutzer und automatischen Auslösung bei Ansprache der Gaswarneinrichtung. Meist ist der Lüftungsauslass an ein Lüftungssystem angebunden, damit die Gase nicht in die Produktionsumgebung entweichen.
Mit dieser speziellen Ausstattung des Schwefeldioxid-Schranks werden Beschäftigte sicher vor der Gefahr zu hoher Schwefeldioxid-Konzentration in Atemluft sowie vor Verätzungen bei Unfällen geschützt.[18]
Bei Experimenten mitGiftgasen, die im kroatischenKZ Stara Gradiška durchgeführt wurden, wurde nebenZyklon B auch Schwefeldioxid an serbischen, jüdischen und Roma-Frauen sowie Kindern eingesetzt.[19]
Drastische Emissionsreduktion seit 1990 in Deutschland
Schwefeldioxid schädigt in hohen Konzentrationen Mensch, Tiere und Pflanzen. Die Oxidationsprodukte führen zu „saurem Regen“, der empfindliche Ökosysteme wie Wald und Seen gefährdet sowie Gebäude und Materialien angreift. Dazu zählt auch die Schwächung vonForstpflanzen, die nach außerordentlichen Wintern stärkere Frostschäden erleiden als vergleichbare Pflanzen in weniger belasteten Gebieten.[20] Die SO2-Emissionen der entwickelten Industriestaaten konnten jedoch in den letzten zwei Jahrzehnten durch die Nutzung schwefelarmer bzw. schwefelfreier Brenn- und Kraftstoffe und mittelsRauchgasentschwefelung stark reduziert werden.
Von allenVerkehrsträgern leistet der internationale Schifffahrtsverkehr den höchsten Emissionsbeitrag. 2019 wurde eine Studie vonTransport and Environment veröffentlicht, welche zeigt, dass allein die Kreuzfahrtschiffe vonCarnival im Jahr 2017 etwa zehnmal so vieleSchwefeloxide entlang Europas Küstenausgestoßen haben wie allePersonenkraftwagen (über 260 Millionen) in Europa zusammen.[21][22] DasMax-Planck-Institut für Meteorologie konnte im Rahmen einer Studie zeigen, dass in der Umgebung der stark frequentierten SeehäfenRotterdam,Antwerpen undMilford Haven eine erheblich dichtereWolkendecke herrscht als im Umland. Schwefeldioxid und Stickoxide wirken alsKondensationskeime und regen die Wolkenbildung an. Die durch diese Wolkendecke verstärkteAlbedo führte zu einer Verringerung der Sonneneinstrahlung in den darunterliegenden Gebieten.[23]
Seit dem 1. Januar 2020 liegt der von derIMO festgelegte maximal zulässige Schwefelgehalt im Brennstoff für Schiffe bei 0,5 Prozent. Dabei kann der Grenzwert jedoch auch durch den Einsatz vonScrubbern zur Abgasnachbehandlung eingehalten werden.[24] Diese Grenze gilt auch für kalifornische Küstengewässer.[25] In der Ost- und Nordsee gibt esSchwefelemissions-Überwachungsgebiete (engl.SECA), in denen der Grenzwert seit dem 1. Januar 2015 0,1 Prozent beträgt. Außerhalb dieser Gebiete muss ein Grenzwert von 0,5 Prozent eingehalten werden, wobei auch hier der Einsatz von Scrubbern zulässig ist, um die Emissionen entsprechend zu verringern.[26] Es wird vermutet, dass der gesunkene Ausstoß von Schwefeldioxid in der Schifffahrt ein Faktor ist, der zum beschleunigten Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur beigetragen hat, der in den Jahren 2023 und 2024 beobachtet werden konnte.[27]
Physikalische Antriebe des Klimawandels; der kühlende Effekt von Schwefeldioxid ist der stärkste aller bekannten kühlenden Antriebe
Auch global kann Schwefeldioxid durch Erhöhung des Aerosolgehalts zurTrübung der Atmosphäre beitragen, etwa nach starkenVulkanausbrüchen, und damit zur Kühlung des Planeten führen.
Schwefeldioxid istgiftig undätzend. Es wird, vorwiegend an denSchleimhäuten, zurSchwefligen Säure umgesetzt, wodurch die ätzende Wirkung ausgelöst wird. Ab einer Konzentration von 8–10 ppm kommt es zu Reizungen der Augenschleimhäute, die sich mit steigender Konzentration verstärken. Ab 400 ppm besteht die Möglichkeit von Schädigungen derHornhaut, solche Konzentrationen gelten bereits als lebensgefährlich. Teilweise sind diese Wirkungen auf das Auge reversibel.[2]
Bei ungewohnten Personen tritt ab 5 ppm eine Reizwirkung auf die oberen Atemwege auf,Asthmatiker reagieren bereits bei 0,5 ppm (500 ppb) empfindlich. Die Reizwirkung von Schwefeldioxid auf die Atemwege gilt ab 20 ppm als ausgeprägt, ab 50 ppm zeigen sich schwerwiegende Symptome wieAtemnot,Husten undSchmerzen. Ab 100 ppm besteht akute Lebensgefahr. Bei hoher Exposition gegenüber Schwefeldioxid kann es zu Entzündungen amKehlkopf und an denBronchien kommen. Auf die Haut wirkt Schwefeldioxid erst bei sehr hohen Konzentrationen wie 10.000 ppm (1 %) reizend.[2]
Bei langfristiger Exposition gegenüber Schwefeldioxid wurden bei Konzentrationen von 30–100 ppm chronische Reizungen, Entzündungen der Atemwege sowie Beeinträchtigung des Geruchssinns beschrieben. Studien zur langfristigen Exposition gegenüber Schwefeldioxid und möglicherweise damit verbundenen Erkrankungen zeigen keine einheitlichen Ergebnisse. Außerdem gibt es keine Hinweise für eine sensibilisierende Wirkung von Schwefeldioxid auf die Atemwege und die Haut.[2] Chronische Exposition kann durch die Zerstörung des für dieBlutbildung wichtigen B12-Vitamins zuAnämie führen.
Es liegen keine ausreichenden Hinweise für einekrebserregende odermutagene Wirkung von Schwefeldioxid vor.[2] DieInternationale Agentur für Krebsforschung stuft Schwefeldioxid in Gruppe 3 ein(nicht klassifizierbar hinsichtlich seiner Karzinogenität beim Menschen).[28] Einereprotoxische Wirkung von Schwefeldioxid ist nicht zu erwarten, mit der Voraussetzung, dass der Arbeitsplatzgrenzwert eingehalten wird.[2]
2021 hat dieWeltgesundheitsorganisation ihre Luftgüte-Richtlinie nach unten hin angepasst. Die neue Empfehlung bei Schwefeldioxid liegt bei 40 µg/m3 im 24-Stunden-Mittel.[29]
↑David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL,Dipole Moments, S. 9-52.
↑David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL,Index of Refraction of Gases, S. 10-254.
↑Ralf Steudel:Chemie der Nichtmetalle. de Gruyter, Berlin, 2013,ISBN 978-3-11-030439-8, S. 465–466.
↑Giauque, W.F.; Stephenson, C.C.:Sulfur Dioxide. The Heat Capacity of Solid and Liquid. Vapor Pressure. Heat of Vaporization. The Entropy Values from Thermal and Molecular Data. In:Journal of the American Chemical Society.Band60,Nr.6, 1938,S.1389–1394,doi:10.1021/ja01273a034.
↑H.-D. Belitz, W. Grosch:Food Chemistry. Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 1999.
↑Matthias Bünck:Gießeigenschaften. In: Andreas Bührig-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (Hrsg.):Handbuch Spanen. Hanser, München 2014, S. 36.
↑abSO2 Schrank zum Gesundheitsschutz. In:LT Gasetechnik. 26. Oktober 2016 (lt-gasetechnik.de [abgerufen am 12. April 2017]).
↑Michele Frucht Levy:„The Last Bullet for the Last Serb“ - The Ustasa Genocide against Serbs 1941–1945. In: David M. Crowe (Hrsg.):Crimes of State Past and Present. Routledge, 2011,ISBN 978-0-415-57788-5, S. 71. (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
↑Theodor Keller:Frostschäden als Folge einer latenten Immissionsschädigung. In:Staub – Reinhalt. Luft. 38, Nr. 1, 1978, S. 24–26.
