Frederick Gardner Cottrell

Frederick Gardner Cottrell (* 10. Januar 1877 in Oakland, Kalifornien; † 1948) war ein amerikanischer Chemiker und Erfinder.

Akademische Ausbildung

Im Alter von 16 Jahren beendete Cottrell die High School und schrieb sich in Chemie an der University of California, Berkeley ein. 1896 schloss er den Studiengang als Bachelor (B.S.) ab. Nach einem Jahr universitärer Arbeit in Berkeley unterrichtete er an der High School in Oakland für weitere drei Jahre, anschließend führte er sein Studium in Deutschland weiter. Sein Weg führte ihn zuerst an die Universität Berlin wo er bei Jacobus Henricus van't Hoff studierte. Später wechselte er an die Universität Leipzig zu Wilhelm Ostwald. Hier erwarb er 1902 seine Doktorwürde. Nach seiner Rückkehr in die USA erhielt er eine Professur in Chemie an der University of California, Berkeley, von 1903 bis 1911. Frederick Gardner Cottrell ist in der Elektrochemie bekannt für die "Cottrell-Gleichung", die für die Voltametrie wichtig ist (Chronoamperometrie).^[1]

Cottrells Wirken

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Wichtiger jedoch war seine Rolle als der Erfinder des Elektrofilters für die Abscheidung von Partikeln aus Gasen. Diese Apparate werden allgemein zur Reduzierung von Emissionen durch Rauchgase aus Kraftwerken, Stäuben aus Zementöfen und anderen industriellen Quellen verwendet.

Während Industriekamine ein allgemeiner Anblick zur Jahrhundertwende wurden, stellte Frederick Cottrell fest, dass es wünschenswert wäre, der zunehmenden Luftverschmutzung Einhalt zu gebieten, aber auch, dass wertvolle Rohstoffe mit den unerwünschten Rauchgasen in die Atmosphäre entschwanden.

1906 stellte die Firma DuPont Cottrell als Berater an, um in ihren Pulverfabriken von Pinole (Kalifornien) Probleme bei der Herstellung von Schwefelsäure zu beseitigen. Beim Kontaktverfahren, das hier zur Herstellung der Schwefelsäure benutzt wurde, entstand auch Arsen, das die Katalysatoren verstopfte. Cottrell schloss, dass eine Zentrifuge das Arsen aus dem Schwefelsäure-Nebel entfernen würde. Anschließend musste der so gereinigte Schwefelsäure-Nebel abgeschieden werden. Er führte seine ersten Versuche der elektrostatischen Abscheidung an der University of California, Berkeley durch, um Nebeltröpfchen elektrisch aufzuladen, die dann zur gegenüber Elektrode abwanderten, an der sie gesammelt werden konnten. Dies verschaffte ihm den Einstieg in die Problematik der Emissionsminderung.

1907 beantragte er ein Patent („Art of Separating Suspended Particles from Gaseous Bodies.“ Patent Nr. 895,729) für eine Apparatur, die gleichgerichtete Hochspannung zu einer Sprühelektrode führte, welche die elektrische Ladung an Staubpartikel in vorbeiströmende Dämpfe übertrug. Diese aufgeladenen Staubpartikel wurden dann von einer Elektrode mit entgegengesetzter Ladung angezogen, an der sie gesammelt und als wertvolle Rohstoffe zurückgewonnen werden konnten.

1907 ergab sich für Cottrell die Chance seine entwickelte elektrostatische Apparatur in einem anderen Verfahren anzuwenden: Ein Gericht in Solano County, Kalifornien, hatte die Selby–Hütte dazu verurteilt, den stark schwefelhaltigen Rauch aus ihren Schmelzöfen zu reinigen. Die Bleipartikel wurden bereits durch ein Schlauchfilter, bestehend aus 2.000 wollenen Schläuchen von jeweils zehn Metern Länge, ausgefiltert. Durch Cottrells elektrostatischen Abscheider konnte auch der Schwefelsäure-Nebel abgeschieden und zurückgewonnen werden.

Cottrell installierte später ähnliche Apparate in einer Kupferhütte und einer Zementfabrik und variierte sein elektrostatisches Verfahren für das De-Emulgieren von Öl.

Cottrells Elektrofilter, der damals einfach als „Cottrell“ bekannt wurde, verwendete Hochspannung, um 90 bis 98 % der Asche, des Staubes und der Säure abzuscheiden, die Industriekamine damals in die Luft spuckten.

Elektrostatische Abscheidung ist eine zuverlässige Technologie seit den frühen Anfängen in den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts. Heute werden Elektrofilter hauptsächlich in großen Kraftwerken, Zementwerken, Verbrennungsanlagen und in der Industrie zur Gasreinigung eingesetzt.

1911 wechselte er von Universität zu dem „U.S. Bureau of Mines“, wo er 1919 schließlich Direktor wurde. Dort arbeitete er in der Verfahrensentwicklung der Kriegsprogramme z.B. der Bindung von Stickstoff für Explosivstoffe (da die USA zu der Zeit keine Anlagen hatten, die das Haber-Bosch-Verfahren verwendeten) und um Helium aus der Luft zu gewinnen.

Von 1922 bis 1930 arbeitete er als Direktor des „Fixed Nitrogen Research Laboratory“ im Landwirtschaftsministerium, welches erfolgreich einen Katalysator für ein „Haber“-ähnliches Verfahren entwickelte.

Cottrell gründete 1912 die „Research Corporation“ mit Hilfe von Charles Walcott, dem damaligen Sekretär der Smithsonian Institution. Die Research Corporation sollte Cottrells und andere Patente öffentlichkeitswirksam verwerten und mit der Wissenschaftsgemeinde geldbringend teilen. Vor dem Zweiten Weltkrieg, als die staatliche Unterstützung für wissenschaftliche Forschung gering war, stellte die Research Corporation dringend benötigtes Kapital z.B. für Ernest Lawrences Entwicklung des Zyklotrons und Robert Goddards Raketenexperimente zur Verfügung.

Einzelnachweise