Vom Dampf zur Energieneutralität

Einsatz von Hydrazin im Dampfkessel: Historischer Korrosionsschutz mit toxischem Erbe

Hydrazin (N₂H₄) war jahrzehntelang der Standard-Sauerstofffänger in Dampfkesselanlagen. Seine Fähigkeit, gelösten Sauerstoff zu eliminieren und Metalloberflächen zu passivieren, machte es zum bevorzugten Schutzmittel gegen Korrosion. Doch aufgrund schwerwiegender Gesundheits- und Umweltrisiken ist es heute weitgehend durch sicherere Alternativen ersetzt.

1. Chemische Wirkmechanismen: O₂-Bindung und Passivierung

Hydrazin bekämpft Korrosion durch zwei Schlüsselreaktionen:

Radikale Sauerstoffeliminierung:
Hydrazin reagiert stöchiometrisch mit gelöstem Sauerstoff zu harmlosen Produkten:
$N X_{2} H X_{4} + O X_{2} N X_{2} + 2 H X_{2} O$
Stickstoff (N₂) entweicht mit dem Dampf, Wasser verbleibt im System.
Magnetitbildung:
Bei Temperaturen >100°C reduziert Hydrazin Rost (Fe₂O₃) zur schützenden Magnetitschicht (Fe₃O₄):
$6 Fe X_{2} O X_{3} + N X_{2} H X_{4} 4 Fe X_{3} O X_{4} + 2 H X_{2} O + N X_{2}$
Diese dichte Oxidschicht hemmt weitere Korrosion.

2. Praktische Anwendung: Systemweiter Schutz

Dosierung:
Zugabe in den Speisewasserbehälter (2–3-facher Überschuss zum O₂-Gehalt). Typischer Restgehalt: 20–50 µg/l.
Temperaturabhängigkeit:
Reaktion verläuft langsam unter 90°C → Erfordert Katalysatoren (Kobalt-, Nickelsalze).
Flüchtigkeitsvorteil:
Verdampft mit dem Dampf und schützt so auch Kondensatleitungen vor CO₂-Korrosion (durch pH-Anhebung als NH₃).
Autokatalytischer Effekt:
Gebildetes Ammoniak (NH₃) steigert den pH-Wert und unterstützt die Passivierung.

3. Toxische Realität: Gesundheits- und Umweltrisiken

Krebserregend:
Einstufung als karzinogen (Kategorie 1B) nach CLP-Verordnung. Gelangt über Haut/Dämpfe in den Körper.
Umweltgefährdung:
WGK 3 (“stark wassergefährdend”) → Kontaminiert Grundwasser und tötet aquatische Organismen.
Handhabungsrisiken:
- Verursacht schwere Haut-/Augenverätzungen.
- Explosionsgefahr bei Kontakt mit Oxidationsmitteln.
- Erfordert geschlossene Dosiersysteme, Atemschutz und Sicherheitsschulungen (TRGS 610).
Regulatorisches Aus:
EU-REACH verbietet Einsatz in offenen Systemen; strenge Substitutionspflicht (§21 ChemVerbotsV).

4. Technische Grenzen und Zersetzungsrisiken

Langsame Reaktionskinetik:
In kaltem Speisewasser ineffizient → Erfordert Vorheizung oder Beschleuniger.
Kupferkorrosion:
Bei hohen Temperaturen (>200°C) greift Hydrazin Kupferlegierungen an.
Gefährliche Zersetzung:
Bei Überhitzung oder Fehldosierung entstehen toxische Nebenprodukte:
$3 N X_{2} H X_{4} 4 NH X_{3} + N X_{2}$
$2 N X_{2} H X_{4} 2 NH X_{3} + N X_{2} + H X_{2}$
Unkontrollierte H₂-Bildung riskiert Explosionen!
Rückstandsfalle:
Überschüssiges Hydrazin zerfällt zu Ammoniak → Erhöht Leitfähigkeit und fördert Kupferkorrosion.

Zusammenfassung: Ein mächtiges Werkzeug mit unkalkulierbarem Risiko

Hydrazin war technisch ein hocheffizienter Schutz für Dampfsysteme: Seine Fähigkeit zur Sauerstoffeliminierung, Passivierung von Stahl und systemweiten Kondensatalkalisierung war unerreicht. In Hochdruckkraftwerken und Marineanlagen galt es jahrzehntelang als unverzichtbar.

Doch seine toxische Erblast – Krebsgefahr, Umweltpersistenz und Handhabungsrisiken – überwiegt alle Vorteile. Moderne Alternativen wie DEHA, Carbohydrazid oder Erythorbinsäure bieten vergleichbaren Schutz ohne lebensbedrohliche Nebenwirkungen. Heute ist Hydrazin nur noch in geschlossenen Spezialsystemen (z. B. Kernkraft) unter strengsten Sicherheitsvorkehrungen im Einsatz.

Historische Lehre: Hydrazins Einsatz markiert einen Wendepunkt in der Industriechemie. Es zeigt, dass technische Effizienz niemals über Arbeitssicherheit und Umweltverträglichkeit stehen darf. Sein Ersatz durch moderne Oxygen Scavenger ist ein Fortschritt für nachhaltige Dampferzeugung.

Hinweis: Bei Altanalagen mit Hydrazin-Rückständen sind Dekontaminationsverfahren (oxidatives Spülen mit H₂O₂) erforderlich. Neue Anlagen planen ausschließlich hydrazinfreie Programme ein.