Quelltext der Seite Chloralkali-Elektrolyse

[[Datei:Bundesarchiv Bild 183-22622-0890, Chemiekombinat Buna.jpg|mini|350px|Eine Fabrikhalle zur Herstellung von Natronlauge und Chlor als Basis für [[Polyvinylchlorid]] im Sag-Betriebe Buna in Schkopau 1953]]

Mit der '''Chloralkali-Elektrolyse''' werden die wichtigen Grundchemikalien [[Chlor]], [[Wasserstoff]] und [[Natronlauge]] aus [[Natriumchlorid]] und [[Wasser]] erzeugt. Der Begriff steht allgemein für die Herstellung mittels Elektrolyse, unabhängig davon, welche der Techniken verwendet wird. Mittels Elektrolyse können auch andere Metallsalze (Chloride von [[Alkalimetalle]]n, [[Erdalkalimetalle]]n und viele mehr) zu ihren Hydroxiden umgesetzt werden. Verwendet man beispielsweise [[Kaliumchlorid]] anstatt Natriumchlorid, erhält man [[Kalilauge]]. Die Chloralkali-Elektrolyse ist eine [[endotherme Reaktion]]. Die benötigte [[Energie]] von 454&nbsp;kJ/mol wird in Form von elektrischem [[Elektrischer Strom|Strom]] zugeführt. Da Natronlauge und Chlor, wie andere Grundchemikalien, im Maßstab von Millionen Tonnen jährlich benötigt werden, ist die Elektrolyse enorm energieaufwendig. Wasserstoff als Produkt ist zwar ebenso wichtig, jedoch wird das Verfahren hauptsächlich für die Gewinnung von Chlor und Natronlauge verwendet. Moderne Verfahren verhindern die Reduktion von Wasser zu Wasserstoff und sparen somit beachtliche Mengen an Energie. In allen Verfahren wird versucht, das Chlorgas vom Hydroxid zu trennen, um eine [[Disproportionierung]] von Chlor zu [[Chlorid]] und [[Hypochlorit]] zu vermeiden, was die Natronlauge verunreinigen würde. Die gewonnenen Mengen an Natronlauge werden oft eingedampft, um festes [[Natriumhydroxid]] zu erhalten.

== Geschichte ==
Die drei Verfahren zur technischen Herstellung von Chlor und Natron-, Kalilauge waren am Ende des 19.&nbsp;Jahrhunderts das Diaphragmaverfahren, das Glockenverfahren und das Amalgamverfahren.<ref name="history">Thomas F. O’Brien: [http://www.springer.com/?SGWID=4-102-45-152620-p33274906 History of the Chlor-Alkali Industry] (2005)</ref>

Das Diaphragmaverfahren wurde von Breuer im Jahr 1885 entwickelt. [[Ignatz Stroof]] und die Gebrüder Lang bauten bei der [[Chemische Fabrik Griesheim-Elektron|Chemischen Fabrik Elektron]] in [[Frankfurt-Griesheim|Griesheim]] 1890 die erste größere Anlage zur Gewinnung von [[Natronlauge]] und [[Chlor]] mittels des Diaphragmaverfahrens. Im Jahr 1898 wurde die Gesellschaft Griesheim-Elektron gegründet. Es entstanden drei große Werke in Deutschland, und zwar in Griesheim, [[Bitterfeld]] und [[Greppin]],<ref>Wolfgang Metternich, ''Von den frühen Tagen der chemischen Industrie zum Industriepark Griesheim: 150 Jahre Chemie in Griesheim'', Festschrift, Industriepark Griesheim, Frankfurt am Main 2006.</ref> sowie mehrere Werke im europäischen Ausland (Spanien, Frankreich, Russland).<!--widersprüchliche Informationen mit Quelle in [[Diskussion:Chloralkali-Elektrolyse#Widersprüchliche Informationen aus anderem Artikel]]-->
In Frankreich wurde ein abgeändertes Diaphragmaverfahren von Outhenin, Chalandres ausgearbeitet. Jedoch musste der Betrieb bald eingestellt werden.

Das Amalgamverfahren ist auch als [[Castner-Kellner-Verfahren (Natriumhydroxid)]] bekannt und wurde in den 1890er Jahren durch [[Hamilton Castner]] in England und [[Karl Kellner (Chemiker)|Karl Kellner]] in Österreich erfunden. Es fand große industrielle Bedeutung, wurde aber in den 1970er Jahren aus Umweltschutzgründen größtenteils aufgegeben.

Da neben Natron- und Kalilauge auch immer Chlor im entsprechenden Anteil mitproduziert wurde, war die chemische Industrie schon früh daran interessiert, Marktanwendungen für das reichliche Chlor zu finden.
Im [[Erster Weltkrieg|Ersten Weltkrieg]] wurde ein Teil des Chlors zur Herstellung von Kampfgasen verwendet. Zwischen 1950 und 1960 wurden viele giftige und biologisch schwer abbaubare organische Chlorverbindungen wie [[Polychlorierte Biphenyle|PCB]] oder [[Dichlordiphenyltrichlorethan|DDT]] hergestellt.

[[Henri Bernard Beer]] entwickelte 1963 die formbeständige oxidbeschichtete Titan-Anode für das Diaphragmaverfahren.

In den 70er Jahren wurde in Japan das modernere Membranverfahren als Reaktion auf die [[Minamata-Krankheit|Minamata/Niigata-Krankheit]] entwickelt, welche durch eine chronische [[Quecksilbervergiftung]] verursacht worden war.

== Grundlagen ==
Das zu verarbeitende Salz wird in Wasser gelöst als „Sole“ zugeführt:

:<math>\mathrm{NaCl_{(s)} \rightleftharpoons Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)}}</math>

Aufgrund der [[Autoprotolyse]] des Wassers bilden sich stets H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> ([[Oxonium]]-Kationen) und OH<sup>−</sup> ([[Hydroxidion|Hydroxid-Anionen]]) in der Lösung:

:<math>\mathrm{H_2O_{(l)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons H_3O^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)}}</math>

Legt man an den [[Elektrode]]n eine [[Elektrische Spannung|Spannung]] an, wird Arbeit an der Zelle verrichtet.
Es handelt sich um eine [[Elektrolyse]]zelle.
Es werden bevorzugt die Ionen oxidiert, welche das '''geringste Zersetzungspotential''' haben.
Thermodynamisch begründen kann man dies mit der [[Freie Enthalpie|Freien Enthalpie]]:

:<math>\Delta G^0 = -zFE^0</math>

wobei F die [[Faraday-Konstante]], <math>z</math> die Anzahl der übertragenen Elektronen und <math>E</math> das Standardreduktionspotential der Reaktion ist. Wird der Wert der Freien Enthalpie kleiner Null, dann läuft die Reaktion freiwillig ab (exergonische Reaktion). Ist der Wert größer Null läuft sie nicht freiwillig ab (endergonische Reaktion).
Für Chlor ergibt sich nach konventioneller Reaktion (als Reduktionsgleichung) ein Standardpotential von +1,36 Volt.

:<math>\mathrm{Cl_{2} + 2e^- \rightarrow 2Cl^-_{(aq)}} \ \ \ E^0=+1{,}36\,\mathrm{V}</math>

da aber eine Oxidation stattfinden soll und keine Reduktion, ist das Vorzeichen des Standardpotentials der Reaktion umgedreht:

:<math>\mathrm{2Cl^-_{(aq)} \rightarrow Cl_{2} + 2e^-} \ \ \ E^0=-1{,}36\,\mathrm{V}</math>

daraus ergibt sich für die Freie Enthalpie:

:<math>\Delta G = -2\cdot 96485\ \mathrm{\frac{C}{mol} \cdot (-1{,}36\ \mathrm{V}) =262{,}439\ \frac{kJ}{mol} > 0}</math>.

Die Oxidation verläuft also '''unfreiwillig''', es handelt sich um eine [[endergonische Reaktion]]:
Bei günstiger Wahl der Elektrodenmaterialien sind dies die Chlorid-, die oxidiert werden, und die Oxonium-Ionen, die reduziert werden. Zurück bleiben die Natrium- und die Hydroxidionen, die die Natronlauge bilden.

; Kathodenreaktion
:{|
| <math>\mathrm{4\,H_2O \rightarrow 2\,H_3O^+ + 2\, OH^-}</math> || Dissoziation des Wassers
|-
| <math>\mathrm{2\,H_3O^+ +2\,e^- \rightarrow H_2 + 2\,H_2O}</math> || Kathodenreaktion
|-
| style="border-top: 1pt black solid" | <math>\mathrm{2\,H_2O+2\,e^-\rightarrow H_2 + 2\,OH^-}</math> || Gesamtreaktion im Kathodenraum
|}

; Anodenreaktion
:{|
| <math>\mathrm{2\,Cl^-\rightarrow Cl_2+2\,e^-}</math> || Anodenreaktion
|-
| style="border-top: 1pt black solid" | <math>\mathrm{2\,NaCl \rightarrow 2\,Na^+ + Cl_2 + 2\,e^-}</math> || Gesamtreaktion im Anodenraum
|}

; Gesamtreaktion
: <math>\mathrm{2\,NaCl + 2\,H_2O \rightarrow 2\,NaOH+Cl_2+H_2}</math>

Für die technische Umsetzung ist es wichtig, dass das entstandene Chlor nicht in Kontakt mit den Hydroxid-Ionen kommt, welches zu Chlorid und [[Hypochlorite|Hypochlorit]] [[Disproportionierung|disproportionieren]] würde und das Produkt so verunreinigt:

:<math>\mathrm{Cl_2+2\,OH^- \rightarrow Cl^-+OCl^-+H_2O}</math>

Außerdem muss darauf geachtet werden, dass sich das Chlorgas nicht mit dem Wasserstoffgas vermischt, da so [[Chlorknallgas]] entstehen würde.
Diese Anforderungen werden von allen folgenden Verfahren erfüllt.

== Technische Verfahren ==
=== Diaphragmaverfahren ===
[[Datei:Diaphragmaverfahren (german).svg|800px|Bei dem Diaphragmaverfahren werden die Reaktionsräume von Oxidation und Reduktion getrennt, so dass Chlorgas nicht mit Hydroxidionen zu Hypochlorit disproportionieren kann]]

Beim Diaphragmaverfahren besteht die Kathode aus [[Stahl]] oder mit Nickel beschichtetem Stahl, die Anode aus mit [[Ruthenium(IV)-oxid]] beschichtetem [[Titan (Element)|Titan]].<ref name="Römpp">{{RömppOnline|ID=RD-18-02130|Name=Ruthenium|Abruf=2011-04-10}}</ref> Der [[Kathode]]nraum ist vom [[Anode]]nraum durch eine strom- und kationendurchlässige, poröse Trennwand abgegrenzt, damit das an der Anode gebildete [[Chlor]] weder mit dem an der Kathode gebildeten [[Wasserstoff]], noch den ebenfalls gebildeten [[Hydroxid-Ionen]] in Kontakt kommt. Chlor würde sonst mit den OH<sup>−</sup> Ionen zu Cl<sup>−</sup> und OCl<sup>−</sup> [[Disproportionierung|disproportionieren]].

<!-- : Cl<sub>2</sub> + 2 OH<sup>−</sup> → Cl<sup>−</sup> + OCl<sup>−</sup> + H<sub>2</sub>O -->
<math>\mathrm{Cl_2+2\,OH^- \rightarrow Cl^-+OCl^-+H_2O}</math>

Das Redoxpaar H<sub>2</sub>/H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> hat ein höheres [[Elektrodenpotential|Potential]] als Na/Na<sup>+</sup>, zudem ist die [[Überspannung (Elektrochemie)|Überspannung]] des Wasserstoffes am Eisen nicht sehr groß, deshalb entwickelt sich an der Kathode Wasserstoff und nicht [[Natrium]]. Durch die Entladung der [[Oxonium]]-Ionen an der Kathode ist die Lösung im Kathodenraum basisch. An der Anode werden wegen der Überspannung des [[Sauerstoff]]es am [[Titan (Element)|Titan]] die Cl<sup>−</sup> Ionen entladen.

Anode: <!-- 2 Cl<sup>−</sup> (aq) → Cl<sub>2</sub> (g) + 2 e<sup>−</sup> --> <math>\mathrm{2\,Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2 (g)+2\,e^-}</math>

Kathode: <!-- H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> (aq) + 2 e<sup>−</sup> → OH<sup>−</sup> (aq) + H<sub>2</sub> (g) --> <math>\mathrm{H_3O^+(aq)+2\,e^- \rightarrow OH^-(aq)+H_2(g)}</math>

Das [[Diaphragma (Elektrochemie)|Diaphragma]] besteht meist aus [[Asbest]]. Heute werden auch Diaphragmen aus [[Polytetrafluorethylen]] und anorganischen Zusatzstoffen eingesetzt. Da das Diaphragma die in der Lösung vorhandenen [[Hydroxidion|Hydroxid-Ionen]] nicht vollständig am Eindringen in den Anodenraum hindern kann, ist bei einer erhöhten Hydroxid-Ionenkonzentration eine Reaktion zu [[Wasser]] und Sauerstoff möglich. Daher kann nur eine [[Natronlauge]] bis zu einer Konzentration von etwa 12–15 % gewonnen werden.

Nach dem Sprachgebrauch der EU stellt die Verwendung von Asbest nicht die [[beste verfügbare Technik]] dar. Für bis 13.&nbsp;Juli 2016 nach nationalen Ausnahmegenehmigungen betriebene Altanlagen gilt bis 1.&nbsp;Juli 2025 jedoch eine Ausnahme vom grundsätzlichen Verkehrs- und Verwendungsverbot für Asbestfasern<ref>Artikel 67 der REACH-Verordnung in Verbindung mit Anhang XVII Eintrag 6 Spalte 2 Absatz 1. Nationale Ausnahme für Deutschland in [http://www.gesetze-im-internet.de/chemverbotsv_2017/__4.html § 4] Absatz 1 Ziffer 1 [[Chemikalien-Verbotsverordnung]]
</ref>.

=== Membranverfahren ===
[[Datei:Membranverfahren (german).svg|800px]]

Das Membranverfahren arbeitet mit einer Titananode und einer Nickelkathode. Der entscheidende Unterschied zum Diaphragmaverfahren besteht darin, dass beim Membranverfahren eine etwa 0,1&nbsp;mm dünne chlorbeständige Kationentauschermembran, welche aus [[Polytetrafluorethylen]] (PTFE/Teflon) mit negativ geladenen SO<sub>3</sub>-Resten besteht ([[Nafion]]), das Diaphragma ersetzt. Die Anionen wie OH<sup>−</sup> oder Cl<sup>−</sup> können sie nicht passieren, wohingegen die positiv geladenen Na<sup>+</sup>-Ionen hindurch gelangen. Aufgrund der Undurchlässigkeit für Cl<sup>−</sup>-Ionen entsteht eine kaum durch Natriumchlorid verunreinigte 30–33%ige Natronlauge. Die chemischen Vorgänge an den Elektroden entsprechen denen beim Diaphragmaverfahren.

Anode (Plus-Pol): <!-- 2 Cl<sup>−</sup> (aq) → Cl<sub>2</sub> (g) + 2 e<sup>−</sup> --> <math>\mathrm{2\,Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2 (g)+2\,e^-}</math>

Kathode (Minus-Pol): <!-- H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> (aq) + 2 e<sup>−</sup> → OH<sup>−</sup> (aq) + H<sub>2</sub> (g) --> <math>\mathrm{H_3O^+(aq)+2\,e^- \rightarrow OH^-(aq)+H_2(g)}</math>

Dieses Verfahren, welches das neuste der hier dargestellten ist, findet heutzutage in etwa 2/3 der großtechnisch arbeitenden Betriebe Verwendung, da dabei die Endprodukte Cl<sub>2</sub>, H<sub>2</sub> und NaOH fast in der gleichen Reinheit anfallen wie beim Amalgamverfahren, jedoch insgesamt ein deutlich geringerer Energieeinsatz erforderlich ist. Weiterhin kann vollständig auf den Gebrauch des unter Umweltaspekten umstrittenen Quecksilbers verzichtet werden.

=== Amalgamverfahren ===
[[Datei:Chloralkali.svg|800px|Schematischer Aufbau einer Chloralkali-Elektrolyse nach dem Amalgam-Verfahren]]

Die [[Elektrolyse]] von [[Natriumchlorid]]-Lösung erfolgt beim Amalgam-Verfahren zwischen einer [[Titan (Element)|Titan]]-Anode und der namensgebenden Quecksilber-Kathode. Bis Anfang der 70er Jahre wurden Graphit-Anoden verwendet, die jedoch deutlich niedrigere Standzeiten als die modernen Titan-Anoden aufwiesen. An der Anode wird [[Chlor]]gas abgeschieden. Das an der Kathode gebildete [[Natrium]] löst sich sofort in dem [[Quecksilber]] als [[Natriumamalgam]]. Das [[Amalgam]] wird danach mit Wasser unter [[Graphit]]-[[Katalyse]] zersetzt, worauf sich [[Natriumhydroxid]] und [[Wasserstoff]] bilden. Das verbleibende Quecksilber wird in den Prozess zurückgeführt.

Die Abscheidung von Chlor und Natrium an den Elektroden beruht auf der Verschiebung der Abscheidungspotentiale der Elemente [[Wasserstoff]] und [[Sauerstoff]] aufgrund von [[Überspannung (Elektrochemie)|Überspannungen]].

Theoretisch könnten folgende Elektrodenreaktionen ablaufen:

Anoden-Reaktion ([[Oxidation]]):
:<math>\begin{alignat}{3}
&\mathrm{2\ Cl^-(aq)}\ &&\rightarrow \mathrm{Cl_2(g) + 2\ e^-}\quad &&E^0 = +1{,}36\,\mathrm{V}\\
&\mathrm{4\ OH^-(aq)}\ &&\rightarrow \mathrm{O_2(g) + 2\ H_2O + 4\ e^-}\quad &&E^0 = +0{,}40\,\mathrm{V}
\end{alignat}</math>

Kathoden-Reaktion ([[Reduktion (Chemie)|Reduktion]]):
:<math>\begin{alignat}{3}
&\mathrm{Na^+(aq) + e^-}\ &&\rightarrow \mathrm{Na}\quad && E^0=-2{,}71\,\mathrm{V}\\
&\mathrm{2\ H_3O^+(aq) + 2\ e^-}\ &&\rightarrow \mathrm{H_2 + 2\ H_2O}\quad && E^0=+0{,}00\,\mathrm{V}
\end{alignat}</math>

Demnach müssten Wasserstoff und Sauerstoff abgeschieden werden. Durch die Wahl des geeigneten Elektrodenmaterials (Titan-Anode und Quecksilber-Kathode) und der richtigen Konzentrationsverhältnisse kommt es jedoch zur Abscheidung von Natrium und Chlor.

[[Datei:Einzelpotentiale des Amalgamverfahrens.svg|500px|Einzelpotentiale des Amalgamverfahrens]]

Das Natrium reagiert an der Quecksilber-Kathode sofort zu Natriumamalgam: <math>\mathrm{Na\cdot Hg_x}</math>

Zur Gewinnung von Natronlauge wird das Natriumamalgam im Amalgamzersetzer mit Wasser zur Reaktion gebracht.
Zersetzungsreaktion:
:<math>\mathrm{2\ Na\cdot Hg_x + 2\ H_2O \rightarrow 2\ NaOH(aq) + H_2(g) + 2x\ Hg}</math>

Gesamt-Reaktion:
:<math>\mathrm{2\ NaCl(aq) + 2\ H_2O \rightarrow 2\ NaOH(aq) + Cl_2(g) + H_2(g)}</math>

Auf Grund der Quecksilberemissionen und des hohen Stromverbrauchs wird das Amalgamverfahren weltweit immer mehr durch das Membranverfahren ersetzt. In der Europäischen Union gilt das Amalgamverfahren unter keinen Umständen als [[beste verfügbare Technik]]. Gemäß der [[Minamata-Konvention]] soll die Verwendung des Amalgamverfahrens weltweit bis 2025 auslaufen, wobei unter bestimmten Bedingungen Ausnahmen möglich sind.

=== Sauerstoffverzehrkathode (SVK) ===
[[Datei:Sauerstoffverzehrkathode.svg|800px|Sauerstofverzehrkathode (SVK / ODC)]]

Die Sauerstoffverzehrkathode ('''SVK''', Englisch '''{{lang|en|ODC}}''' für „{{lang|en|oxygen depolarised cathodes}}“) wurde um die Jahrtausendwende von [[Covestro|Bayer MaterialScience]], jetzt Covestro, entwickelt und wird seitdem von ThyssenKrupp Uhde/Uhdenora international vertrieben.<ref name="vogel13" /> Das Verfahren zeichnet sich vor allem durch den reduzierten Stromverbrauch aus.<ref>GDCH-Wochenschau: {{Webarchiv|url=http://archiv.aktuelle-wochenschau.de/2010/w31/woche31.html |wayback=20150707130209 |text=„Energie sparen durch Effizienz – Erfolge in der Chemie“ }}</ref> Außerdem wird das Vorhaben vom [[Bundesministerium für Bildung und Forschung]] gefördert.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.chemietechnik.de/texte/anzeigen/114393/Effizient-zum-gruenen-Gas/Chlorproduktion-Sauerstoffverzehrkathoden-Elektrolyse |titel=Effizient zum grünen Gas – chemietechnik.de |werk=chemietechnik.de |abruf=2016-06-02 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160305082053/http://www.chemietechnik.de/texte/anzeigen/114393/Effizient-zum-gruenen-Gas/Chlorproduktion-Sauerstoffverzehrkathoden-Elektrolyse |archiv-datum=2016-03-05 |offline=ja}}</ref>

Bei der Chlorelektrolyse mit Sauerstoffverzehrkathode wird grundsätzlich dieselbe Elektrolysezelle verwendet wie beim Membranverfahren, nur dass die herkömmliche Kathode durch eine solche mit einer speziellen Sauerstoffdiffusions-Oberfläche ersetzt wird, die mit einem Katalysator basierend auf Rh<sub>x</sub>S<sub>y</sub> (Rhodiumsulfid) beschichtet ist.<ref name="bvk">denora.de: [https://germany.denora.com/de/products/gas-diffusion-electrodes-MEA-and-catalysts/oxygen-depolarized-cathodes.html Sauerstoffverzehrkathoden]</ref> Hinter diese wird Sauerstoff eingeleitet. Der Sauerstoff wird zusammen mit Wasser zu Hydroxidionen reduziert:<ref>{{Literatur |Autor=Imad Moussallem, Jakob Jörissen, Ulrich Kunz, Stefan Pinnow, Thomas Turek |Titel=Chlor-alkali electrolysis with oxygen depolarized cathodes: history, present status and future prospects |Sammelwerk=[[Journal of Applied Electrochemistry]] |Band=38 |Nummer=9 |Datum=2008-05-14 |Seiten=1177–1194 |DOI=10.1007/s10800-008-9556-9}}</ref>

Kathode ([[Reduktion (Chemie)|Reduktion]]): <math>\mathrm{{O_2}_{(g)} \ + \ {2 \ H_2O}_{(l)} + \ 4 \ e^- \rightarrow \ 4 \ OH^-_{(aq)} }</math>

Anode ([[Oxidation]]): <math>\mathrm{4 \ Cl^-_{(aq)} \ \rightarrow \ 2 \ Cl_{2(g)} \ + \ 4 \ e^-}</math>

Gesamtreaktion: <math>\mathrm{4 \ NaCl + \ 2 \ H_2O \ + \ O_2 \ \rightarrow \ 4 \ NaOH \ + \ 2 \ Cl_2}</math>

Die Hydroxidionen der Natronlauge stammen nun aus mit Wasser reduziertem Sauerstoff und nicht mehr aus der Autoprotolyse des Wassers. Folglich werden auch keine Protonen mehr zu Wasserstoffgas reduziert. Dadurch kann die Betriebsspannung der Zelle deutlich abgesenkt werden: Statt 3&nbsp;Volt werden nur noch 2&nbsp;Volt benötigt.<ref name="svk">bayer.de: [http://www.research.bayer.de/de/sauerstoffverzehrkathode.aspx Sauerstoffverzehrkathode] (Link ist tot)</ref> Zwar verliert man damit das Nebenprodukt Wasserstoff, der aber [[Wasserstoffherstellung|auf direktem chemischen Weg]] effizienter hergestellt werden kann als durch die Elektrolyse, da die typischen Verstromungsverluste von 50 bis 65 % der Ausgangsenergie vermieden werden.

Bei bis zu 450.000&nbsp;A pro Zelle benötigt die Chlorelektrolyse erhebliche Mengen an Strom. Durch die reduzierte Betriebsspannung ist mit der Sauerstoffverzehrkathode eine enorme Energieeinsparung möglich.<ref name="svk" /> Nach Aussage von Tony Van Osselaer (ehemaliges Vorstandsmitglied von Bayer MaterialsScience) ließe sich der Strombedarf Deutschlands um 1 % reduzieren, würden alle in der Chloralkalisynthese tätigen Firmen auf die SVK-Technik umstellen.<ref name="vogel13">{{Internetquelle |url=http://www.process.vogel.de/neues-verfahren-senkt-energieverbrauch-bei-chlor-produktion-um-30-a-408117/ |titel=Neues Verfahren senkt Energieverbrauch bei Chlor-Produktion um 30 % |werk=[[Process]] |datum=2013-06-14 |abruf=2016-06-02}}</ref> Da dies mit Investitionen verbunden ist, wird die Umstellung von älteren Techniken noch vielerorts aufgeschoben.
Die SVK ist ein sehr gutes Beispiel für die Weiterentwicklung eines Verfahrens, dessen Entwicklung eigentlich schon als „abgeschlossen“ beurteilt wurde.

Die Chloridionen können auch aus anderen Quellen als Natriumchlorid (Kochsalz) stammen, z.&nbsp;B. aus Salzsäure als Abfallprodukt der Herstellung von Polyurethanen.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.process.vogel.de/bayer-erhaelt-umweltpreis-fuer-sauerstoffverzehrkathoden-technologie-a-125058/ |titel=Bayer erhält Umweltpreis für Sauerstoffverzehrkathoden-Technologie |werk=[[Process]] |datum=2008-06-24 |abruf=2016-06-02}}</ref>

== Vergleich der Methoden ==
Da die Chloralkalielektrolyse sehr viel elektrische Energie benötigt ist sie sehr teuer. Außerdem müssen Firmen die in dieser Industrie tätig sind auch an umweltliche Auswirkungen denken. Auch muss sich am [[Stand der Technik]] orientiert werden um herauszufinden, welches Verfahren die [[Beste verfügbare Techniken|Beste verfügbare Technik]] darstellt.

{| class="wikitable"
|-
! Methode !! Vorteile !! Nachteile
|-
| Diaphragmaverfahren ||
* mittlerer Stromverbrauch
* geringe Anforderungen an die Qualität der [[Sole]].
||
* durch Natriumchlorid verunreinigte Natronlauge geringer Qualität (11 % Lauge, 15 % Salz)<ref name="history" />
* geringe Qualität des produzierten Chlors
* hoher Dampfverbrauch, wenn die Natronlauge auf das handelsübliche Niveau von etwa 50 % konzentriert wird
* Gesundheitsrisiken, wenn das Diaphragma aus Asbest besteht
|-
| Membranverfahren ||
* hohe Qualität der Natronlauge (35 %)<ref name="history" />
* geringerer Gesamtenergieverbrauch als Diaphragmaverfahren wegen etwas geringerem Strom- und reduzierten Dampfverbrauchs
* weniger gesundheitsschädlich, da weder Asbest noch Quecksilber verwendet wird.
||
* hohe Anforderungen an die Qualität der eingesetzten [[Sole]]
* geringe Qualität des produzierten Chlors
|-
| Amalgamverfahren ||
* hohe Qualität der Natronlauge, welche direkt in der handelsüblichen Konzentration von 50 % anfällt<ref name="history" />
** weniger als 5 ppm [[Natriumchlorat]], dafür aber Spuren von Quecksilber<ref>„Reduktion der Hg-Emission um über eine Zehnerpotenz bis auf 20 g pro Tonne Chlor im Jahre 1979“ (Holleman-Wiberg)<br />heute: 0,68 g Hg/t Chlor (2013, Eurochlor)</ref>
* hohe Qualität des produzierten Chlors und Wasserstoffs
* einfache Soleaufbereitung
||
* hoher Stromverbrauch
* Quecksilberemissionen in die Umwelt
|-
| Sauerstoffverzehrkathode ||
* niedrigster Stromverbrauch aller Verfahren
* kein Asbest oder Quecksilber nötig.
||
* Es wird Sauerstoff benötigt
* keine Wasserstoffproduktion (nur ein Nachteil, wenn Wasserstoff erwünscht ist).
|}

== Weltproduktion und Anteile an den Verfahren ==
Die weltweite Produktionskapazität von Chlor lag 2012 bei ca. 77&nbsp;Mio.&nbsp;Tonnen pro Jahr. Den größten Anteil daran hatte China mit etwa 40 %; die Europäische Union hatte einen Anteil von etwa 16 %. Die Chlorproduktion in der Europäischen Union betrug im Jahr 2013 rund 9,5&nbsp;Mio&nbsp;t, Deutschland hat hierbei einen Anteil von etwa 40 %. Der größte europäische Hersteller mit fast 20 % Anteil ist [[Dow Chemical]] in [[Stade]] und [[Schkopau]].

Die Anteile an den Herstellungsverfahren waren 1990 weltweit 39 % Amalgam-, 45 % Diaphragma- und 16 % Membran-Verfahren.<ref>{{Holleman-Wiberg|Auflage=102.|Startseite=436}}</ref> In den Vereinigten Staaten war traditionell das Diaphragmaverfahren am stärksten vorherrschend (67 % Marktanteil 2003), in Westeuropa das Amalgamverfahren und in Japan aufgrund der frühen Einführung dort das Membranverfahren. In Japan wurde 2005 bereits ausschließlich nach dem Membranverfahren produziert.<ref name="history" />

In der EU ist der Anteil des Membranverfahrens inzwischen (2014) auf über 60 % angewachsen.<!--Eurochlor-->

== Siehe auch ==
* [[Liste von Chloralkali-Elektrolyseanlagen]]
== Literatur ==
* F. R. Minz, R. Schliebs: ''Moderne Verfahren der Großchemie: Chlor und Natronlauge.'' In: ''[[Chemie in unserer Zeit]].'' 12. Jahrg. 1978, Nr. 5, S. 135–145.
* Peter Schmittinger (Hrsg.): ''Chlorine: Principles & Industrial Practice.'' Wiley, 2008, ISBN 978-3-527-61339-7.

== Weblinks ==
zu Besten verfügbaren Techniken bei der Herstellung von Chlor-alkali
* [http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/CAK_BREF_102014.pdf European IPPC Bureau: BAT Reference Document for the Production of Chlor-alkali] (5,3&nbsp;MB)

zu Produktion, Kapazitäten und Standorten der Chlorherstellung in der Europäischen Union:
* Euro Chlor: [https://www.chlorineindustryreview.com/ Chlor-Alkali-Industry Review 2018–2019]

== Quellen ==
<references />

[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Elektrolyse]]
[[Kategorie:Chlor]]