Chemie ist schlecht für die Umwelt! So die Standardaussage. Tatsächlich ist die Chemie aber nicht immer so “böse”, sondern immer öfter unheimlich nützlich, wenn es darum geht, die Umwelt zu schonen. Was ihr tun könnt, damit sie möglichst wenig gefährlich und möglichst oft nützlich ist, erfahrt ihr hier!

Glasreiniger - Streifenfrei auch ohne Ammoniak

Die spannenden Antworten, die ich einer Leserin zur Wirkweise von WC-Reinigern gab, haben eine weitere Verfolgerin dazu bewegt, auch gleich nach der Funktion eines anderen Putzmittels zu fragen: Wie funktioniert ein Glasreiniger?

Wenn wir sauber machen, benutzen wird fast überall Seifen – denn die Superwaschkraft der Tenside darin ist einfach unschlagbar. Beinahe jedenfalls. Doch wer schon einmal Fenster geputzt hat, kennt ein leidiges Phänomen: Streifen an den Scheiben. Die entstehen entweder aus nicht gänzlich entferntem Schmutz – oder sind ein Souvenir, das die oberflächenliebenden Tenside uns hinterlassen.

Deshalb scheinen Glasreiniger anders zu funktionieren als gewöhnliche Seife, die man nach der Verwendung gründlich abwaschen muss: Einmal rasch aufgesprüht lösen sie den Schmutz ratzfatz, und nach dem Abwischen verschwinden die verbleibenden Streifen innerhalb von Sekunden. Was aber macht Glasreiniger so besonders?

 

Was im Glasreiniger drin ist

Wer Glas streifenfrei reinigen möchte, braucht eine Substanz, die sowohl ein Talent zum Schmutzlösen hat, als auch leicht und rückstandslos entfernbar ist. Deshalb enthalten Glasreiniger in der Regel

  • Organische Lösungsmittel: Ethanol oder/und andere Alkohole mit ähnlichen Eigenschaften. Organische Lösungsmittel können, was ihr Name verspricht: In ihnen lösen sich viele Stoffe leicht auf, die sich in Wasser weniger leicht lösen. Alkohole aus kleinen Molekülen lassen sich trotzdem leicht mit Wasser mischen, sodass man gemeinsam mit Wasser verwenden kann. Dabei setzen Alkohole die Oberflächenspannung von Wasser herab, sodass nicht nur sie selbst, sondern auch das Wasser schnell verdunsten kann: Flüssigkeitsreste verschwinden schnell vom Glas.
  • Wenig oder gar keine Seife: Die würde ja Streifen hinterlassen. Deshalb wird in Glasreinigern weitgehend darauf verzichtet.
  • Duftstoffe
  • Konservierungsmittel
  • Farbstoffe
  • Manche Glasreiniger enthalten zudem Ammoniak, dem eine zusätzliche Reinigungskraft zugeschrieben wird.

 

Alkohole sind umweltfreundlicher als Seifen

Organische Lösungsmittel haben vielerorts ein anrüchiges Image – aber keine Panik: Diese Stoffe sind nicht immer so schlimm, wie ihnen nachgesagt wird. Das gilt ganz besonders für Ethanol – den uns wohlbekannten Trink-Alkohol – und seine Verwandten. Die sind nämlich viel umweltverträglicher als viele Tenside in Seifen!

Als natürlicher Bestandteil vieler lebender Systeme (viele Kleinlebewesen stellen im Zuge der alkoholischen Gärung Ethanol selbst her und noch mehr – uns Menschen eingeschlossen – können ihn verstoffwechseln) ist Ethanol, anders als viele Tenside, leicht biologisch abbaubar.

In hoher Konzentration verursacht Ethanol allerdings nicht nur uns einen Kater oder schlimmeres, sondern ist auch für viele Kleinstlebewesen tödlich – was ihn zu einem beliebten Desinfektionsmittel macht. So sollten Glasreiniger auf Ethanol-Basis ohne weitere Konservierungsmittel auskommen können.

Denn die Duftstoffe und Konservierungsmittel in vielen Glasreinigern sind die gleichen zweischneidigen Schwerter wie in anderen Reinigungsmitteln, sodass mit solchen Zusätzen auch ein Glasreiniger nicht pauschal als “vollkommen harmlos” angesehen werden kann.

 

Warum Duftstoffe bedenklich sind

Duftstoffe leisten keinen direkten Beitrag zur Funktion des Reinigungsmittels: Sie reinigen nicht. Stattdessen sollen sie dem Produkt einen angenehmen Duft verleihen, welcher dem Konsumenten vermitteln soll, dass die Anwendung ungefährlich, angenehm, mit Sauberkeit und “Frische” und damit mit Gesundheit verbunden ist. Im “schlimmsten” Fall werden dabei sogar unangenehme Gerüche überdeckt, die andernfalls dem Körper als (lebens-)wichtige Warnung dienen: Ich stinke, also bin ich ungesund.

In Reinigungs- und anderen Produkten ist eine Vielzahl verschiedener Duftstoffe im Einsatz, die – praktisch alle körperfremd – auch gleich eine Vielzahl möglicher Allergieauslöser darstellen. Und das gilt für “naturnahe” bzw. natürliche ätherische Öle ebenso wie für Molekül-Kreationen aus dem Labor, wie ich hier näher erläutert habe.

Ebenso besonderes Augenmerk verdienen Konservierungsmittel: Die können nicht nur ebenso Allergien auslösen wie Duftstoffe. Sie sind überdies dem Leben nicht zuträglich – zwangsweise, denn sie sollen ja verschiedenste Kleinstlebewesen daran hindern, in unseren angebrochenen Putzmittel-Flaschen zu hausen und zu gedeihen. Das Problem dabei ist, dass viele solcher “Biozide” – lebensvernichtende Stoffe – auch für menschliche Zellen giftig sind.

Wenn wir Reinigungsmittel in normalem Umfang dafür benutzen, wozu sie gedacht sind, werden wir kaum eine gefährliche Dosis solcher Konservierungsmittel abbekommen. Die Dämpfe solcher Produkte einzuatmen empfiehlt sich trotzdem nicht. Denn was für die Vernichtung unliebsamer Kleinstlebewesen geschaffen ist, wird auch vor den unverzichtbaren Bewohnern unserer Haut und Schleimhäute nicht Halt machen. Wer viel putzen muss, ist deshalb nicht nur möglicher Allergien wegen mit Handschuhen gut bedient.

 

Ammoniak – Warum dieser Inhaltsstoff die Geister scheidet

Manche Glasreiniger enthalten neben Alkoholen oder anderen Reinigungskünstlern Ammoniak (der gern auch als “Salmiak” umschrieben wird). Ammoniak, NH3, ist ein Gas, das sich sehr gut in Wasser löst. Die wässrige Lösung, heute Ammoniak-Wasser genannt, war vor allem früher als Salmiakgeist bekannt.

Ammoniak ist eine Base: Beim Lösen in Wasser kann ein Ammoniak-Molekül ein H+-Ion von einem Wassermolekül aufnehmen (“aq” im Index deutet an, dass das betreffende Teilchen in Wasser gelöst ist):

Unter den alten Sammelbegriff “Salmiak” fallen deshalb auch die Salze des Ammonium-Ions NH4+, wie sie zum Beispiel in Salmiakpastillen vorkommen! Anders als Ammoniak sind Ammoniumsalze, wenn man sie in Wasser löst, jedoch sehr schwache Säuren (das Ammonium-Ion muss schliesslich ein H+-Ion abgeben, damit daraus Ammoniak entstehen kann) – haben also ganz andere Eigenschaften!

In einer Ammoniak-Lösung liegen stets Ammoniak-Moleküle und Ammonium-Ionen zugleich vor: Ammoniak ist eine relativ schwache Base. Das bedeutet aber auch, dass sich stets gelöste Ammoniak-Moleküle im Gleichgewicht mit gasförmigem Ammoniak befinden.

Diese Moleküle können wir riechen, sodass eine Ammoniak-Lösung durch ihren mehr oder weniger stechenden Geruch auffällt.

Eine Base als Reinigungsmittel

Die Basizität ist wohl auch der Grund für die “reinigungsverstärkende” Wirkung des Ammoniaks. Denn die Gegenwart von Basen, genauer gesagt OH-Ionen, führt dazu, dass verschiedene grössere Biomoleküle leicht in kleinere, einfach abwaschbare Bruchstücke zerfallen. Fette beispielsweise sind mittelgrosse, wasserunlösliche Moleküle, die zu den Estern gehören und deshalb in Gegenwart von Basen gespalten werden. Die Bruchstücke – Glycerin und Fettsäuren – lassen sich leicht mit Wasser oder Ethanol aufnehmen. Auch Eiweisse, d.h. Proteine, werden in Gegenwart von Basen leicht hydrolysiert, also in Bruchstücke bis hin zu ihren Aminosäuren zerlegt.

Das Problem: Ammoniak ist giftig

  • Wie alle stärkeren Säuren und Basen wirkt Ammoniak ätzend – auch auf unsere Schleimhäute – und kann, wenn es eingeatmet wird, im schlimmsten Fall ein Lungenödem verursachen.
  • Ammoniak ist ausserdem ein Nervengift, das je nach Konzentration zu neurologischen Ausfällen, Koma und Tod führen kann.
  • Da es sich um ein Gas handelt, das aus der wässrigen Lösung leicht flüchtig ist und sich im Wasser auf unseren Schleimhäuten erneut lösen kann, ist Ammoniak schwer unter Kontrolle zu halten.
  • Ammoniak ist sehr giftig für Wasserorganismen: In natürlichen Gewässern sind praktisch immer Ammoniumionen zugegen (denn die Lebewesen darin scheiden sie als Stoffwechselabfall aus). Wenn eine Base wie Ammoniak-Lösung da hinein gerät, wird der pH-Wert angehoben (d.h. es gibt vermehrt OH -Ionen und damit wenig H+-Ionen im Wasser). Gemäss Le Chateliers Prinzip des kleinsten Zwangs wird dadurch das Gleichgewicht zwischen Ammonium-Ionen und Ammoniak, das natürlicherweise weit auf der Seite von NH4+ liegt, auf die Seite von NH3 – Ammoniak – geschoben:
  • Und Ammoniak ist auch für viele Wasserlebewesen bis hin zu Fischen giftig – ganz davon abgesehen, dass sich die meisten Lebewesen bei einem erhöhten pH-Wert ohnehin nicht wohlfühlen werden.

Es gibt also genug Gründe, um auf Ammoniak in Reinigungsmitteln zu verzichten.

 

Wie du dem Ammoniak aus dem Weg gehen kannst

Das ist eigentlich ganz leicht: Ammoniak hat einen extrem unangenehmen, stechenden Geruch – wenn du einem solchen begegnest, hör auf das Fluchtsignal deines Körpers und gehe auf Abstand.

Ich habe mal vielleicht 100-200 Milliliter konzentrierte Ammoniak-Lösung in einem Labor-Abzug (einem per Schiebetür verschliessbaren Kleinraum mit eingebauter “Dunstabzugshaube”) verschüttet. Ich musste mich selbst bewusst am Weglaufen hindern und stattdessen den Abzug schliessen, um das Gas an der Ausbreitung zu hindern, bevor ich das Zeug ordnungsgemäss entsorgen konnte!)

Das heisst: Wenn du zur Zeit einen Glasreiniger mit Ammoniak verwendest:

  • Atme den Sprühnebel bzw. die Dämpfe möglichst nicht ein (auch möglicher Duft- und Konservierungsstoffe wegen)-
  • Brauche den Glasreiniger auf. Das ist meiner Meinung nach sinnvoller als Wegwerfen – es sei denn, das Mittel bereitet dir schon gesundheitliche Probleme wie beispielsweise eine Allergie. Dann bringe die Reste zur Sondermüll-Entsorgung: Ammoniak darf nicht ins Abwasser gelangen!

Wenn du einen neuen Glasreiniger kaufen möchtest:

  • Achte darauf, dass der neue keinen Ammoniak (Ammoniak-Wasser, Salmiak, Salmiakgeist,…) enthält.
  • Achte ebenso darauf, dass Stoffe, die dir bereits Allergien auslösen, nicht enthalten sind.
  • Am empfehlenswertesten ist ein Glasreiniger auf Alkohol-Basis (Spiritus-Reiniger).

Glas reinigen mit Hausmitteln

Statt einem Glasreiniger aus dem Supermarkt kannst du auch einfach Brennsprit (Spiritus) in eine Zerstäuberflasche füllen und zum Reinigen verwenden. Statt – wie oft genannt – Zeitungspapier solltest du dabei aber ein Mikrofasertuch zum Wischen verwenden. Das fusselt ebenso wenig und enthält keine Druckerschwärze, die abfärben könnte.

Beim Umgang mit Brennsprit bzw. Spiritus und anderen organischen Lösungsmitteln gilt ausserdem: Kein offenes Feuer in ihre Nähe bringen! Diese Substanzen gehen sehr leicht in Flammen auf: Rauchen oder brennende Kerzen sind beim Fensterputz daher tabu!

Ausserdem gilt auch hier: Dämpfe nicht einatmen – die können benommen oder zumindest Kopfschmerzen machen!

Überdies sind dem Brennsprit aus dem Supermarkt Spuren sehr unangenehm riechender und schmeckender Substanzen wie Denatonium (dem bittersten bekannten Stoff der Welt) oder Butanon (Methylethylketon, MEK) beigemengt. Mit anderen Worten: Der Ethanol ist vergällt. Das lässt vermutlich die meisten Menschen nicht nur Abstand davon nehmen, den Sprit zu trinken um die Alkoholsteuer zu umgehen, sondern auch davon, daran zu schnüffeln. Ich zumindest empfinde den Geruch meines Brennsprits als viel unangenehmer als jenen des wirklich reinen Labor-Ethanols. Somit ergibt sich das “nicht einatmen” mehr oder weniger von selbst.

 

Wie ich meine Scheiben praktisch streifenfrei sauber bekomme

Ich verwende, der vermutlich vorwiegend aus Alkoholen besteht und keinen Ammoniak enthält (Ausser den Duft- und Konservierungsstoffen sind die Inhaltsstoffe nicht auf der Flasche angegeben. Der pH-Wert ist allerdings laut pH-Streifen neutral (und nicht basisch wie in Gegenwart von Ammoniak) und die Farbstoffe aus dem pH-Streifen lösen sich schnell in der Flüssigkeit (viele wasserunlösliche Farbstoffe lösen sich leicht in organischen Lösungsmitteln). Da der Reiniger beim Aufsprühen leicht schäumt, könnte überdies ein kleiner Anteil Seife enthalten sein).

  • Stark verschmutzte Aussenscheiben besprühe ich mit etwas Glasreiniger und rubble sie gründlich mit einem triefnassen Schwamm ab.
  • Das Alkohol-Wasser-Gemisch ziehe ich dann gründlich mit einem Gummi-Abzieher ab. Ein betagtes, einfaches Markenprodukt leistet mir dabei bessere Dienste als sein No-Name-Gegenstück aus Studentenzeiten.
  • Ganz wichtig: Den Abzieher wische ich nach jedem Zug über die Scheibe kurz an einem Tuch ab, sodass kein Wasser/Reiniger mehr daran klebt, das/der tropfen könnte!
  • Falls doch noch Streifen bleiben, poliere ich mit einem trockenen Mikrofasertuch kurz nach.

Und wie putzt ihr eure Fenster? Welche Glasreiniger verwendet ihr? Und wie wichtig ist euch die Zusatz-Reinigungskraft von Ammoniak?

WC-Reiniger enthalten Säure : Achtung ätzend!

Wie funktioniert WC-Reiniger? Gibt es Hausmittel-Alternativen? Dies sind die Leser-Fragen der Woche.

Die meisten unter euch kennen sie wahrscheinlich – wie ich – als relativ dicke, knallig gefärbte Flüssigkeit aus der Flasche mit dem seltsamen Entenhals. Doch die Mutter aller WC-Reiniger war ein festes Granulat zum Aufschäumen. Farbgebung und Geruch dieser Substanzen lassen auch den Otto-Normalverbraucher erahnen, dass mit ihnen nicht zu spassen ist. Doch was verbirgt sich wirklich dahinter?

Woraus bestehen WC-Reiniger?

Die vielleicht wichtigsten – und oft nicht auf der Verpackung aufgeführten – Bestandteile von flüssigen WC-Reinigern sind Säuren. Das können Salzsäure (HCl), Phosphorsäure (H3PO4) oder Salpetersäure (HNO3) sein. Diese Säuren verleihen dem üblichen WC-Reiniger einen pH-Wert von etwa 1 (ich habe das mit einem einfachen pH-Streifen an dem Reiniger aus der Entenhals-Flasche nachgemessen!), was in etwa unserer Magensäure entspricht.

Dazu kommen Tenside, also “Seife”, Farb- und Duftstoffe sowie irgendeine Form von Verdickungsmittel.

Feste WC-Reiniger-Granulate enthalten zusätzlich Salze wie Soda (Natriumcarbonat, Na2CO3) oder Natron (Natriumhydrogencarbonat, NaHCO3), die in Wasser mit sauren Bestandteilen reagieren und dabei CO2-Gas freisetzen, welches das Ganze aufschäumen lässt (dieser Effekt lässt sich für spektakuläre Experimente nutzen).

Wie funktionieren WC-Reiniger?

Der wichtigste Wirkstoff in WC-Reinigern ist die Säure. Die reagiert nämlich mit festem Kalk (CaCO3) und Urinstein zu wasserlöslichen Stoffen, die leicht abgebürstet und weggespült werden können.

Von starken und schwachen Säuren

Eine Säure ist ein Stoff, der H+-Ionen abgeben kann. Dabei bleibt zwangsläufig ein Anion übrig, welches theoretisch das oder die H+-Ion(en) wieder aufnehmen kann: Das Anion ist eine Base. Allerdings ist das Bestreben, H+-Ionen abzugeben, nicht bei jeder Säure gleich stark. So gilt, wenn sich zwei Säuren begegnen, die Regel: Die stärkere Säure gibt H+-Ionen an die Anionen der schwächeren Säure ab – und löst diese Anionen dazu notfalls auch aus einem Salzkristall:

Salzsäure (HCl in Wasser)* ist eine starke, Kohlensäure (H2CO3) eine schwache Säure. So führt die Gegenwart von Salzsäure dazu, dass sich die Anionen der Kohlensäure (Carbonat, CO32-) aus dem festen Kalk (einem Ionenkristall) lösen, um je 2 H+-Ionen aufzunehmen. Anders als Calcium- und Carbonat-Ionen sind Calcium- und Chlorid-Ionen gemeinsam in Wasser gut löslich und können einfach fortgespült werden.

*Für jene, die es ganz genau nehmen: Tatsächlich ist Wasser auch eine Base, sodass Chlorwasserstoff-Moleküle (HCl) all ihre H+-Ionen erst einmal an Wasser-Moleküle abgeben:

Das Hydronium-Ion H3O+ ist damit in Wirklichkeit die stärkere Säure in der ersten Reaktion, welche die Kohlensäure aus dem Kalk freisetzt.

Und wer meine früheren Beiträge, zum Beispiel zum Experimentieren mit Natron und Essig, aufmerksam gelesen hat, weiss auch, dass freie Kohlensäure in Wasser nicht beständig ist. Stattdessen zerfällt sie in Wasser und CO2-Gas – ein Umstand, der, wie Le Chatelier auf dem Flughafen zu erklären weiss, das Auflösen von Kalk in Säuren nur mehr fördert.


Und was ist Urinstein?

Urinstein ist ein gelblich-braunes Kristallgemisch, das durch die Reaktion von Urin-Bestandteilen mit im Spülwasser gelöstem Kalk bei basischem, also hohem pH-Wert entsteht. Er kann unter anderem die schwerlöslichen Salze Calcium- und Magnesiumcarbonat, -sulfat, -oxalat, -phosphat, -hydroxid sowie ebenfalls abgelagerten Harnstoff (eine elektrisch ungeladene organische Verbindung) enthalten.

Poröse Ablagerungen von Kalk und Urinstein können Bakterien eine Heimat bieten, die wiederum mit ihren Stoffwechselausscheidungen für einen basischen pH-Wert in ihrer Umgebung sorgen können.

In Gegenwart von Säure lösen sich die Urinstein-Bestandteile jedoch leichter in Wasser, sodass saure WC-Reiniger auch bei der Entfernung von unschönem Urinstein samt enthaltener Bakterien (die in stark saurer Umgebung meist nicht lange überleben) helfen.


Die ausserdem im WC-Reiniger enthaltenen Tenside helfen mit ihrer Super-Waschkraft, angelöste Ablagerungen gänzlich von den Oberflächen im WC zu lösen. Ausserdem verbleiben zähflüssige WC-Reiniger länger auf den verschmutzten Oberflächen als dünnflüssigeres Wasser, sodass die Säuren Zeit zum Reagieren haben.

Die knalligen Warnfarben der WC-Reiniger-Flüssigkeit dienen schliesslich in meinen Augen der Abschreckung: Was giftig blau erscheint, nehmen wir meist instinktiv als “nicht zum Verzehr geeignet” wahr – und in den Mund genommen oder gar verschluckt können die ätzenden Flüssigkeiten unseren Schleimhäuten und schlimmstenfalls unserem Leben sehr gefährlich werden.

Welche Gefahren gehen von WC-Reinigern aus?

Kontakt mit Umgebung und anderen Reinigern

WC-Schüsseln bestehen in der Regel aus Keramik, die nicht mit Säuren reagiert und daher problemlos damit gereinigt werden kann. Das gilt jedoch nicht für Marmoroberflächen im Bad, kalkhaltige Füllungen von Fliesen-Fugen und einige Kunststoffe und Textilien! Gebt also gut acht, dass eure WC-Reiniger-Flüssigkeit nur dahin gelangt, wo sie hin soll (nämlich in die WC-Schüssel).

Die Säuren im WC-Reiniger können zudem mit starken Basen (zum Beispiel in Abflussreinigern!) unter Freigabe von viel Energie reagieren: Gebt das eine nicht mit dem anderen zusammen – schäumende und spritzende ätzende Flüssigkeit und aufsteigende ätzende Dämpfe wären die gefährliche Folge!

Gebt besonders mit chlorhaltigen Bleichmitteln (Javel-Wasser!) acht: Die Säuren können aus solchen hochgiftiges Chlor-Gas freisetzen! Bringt also niemals Javel-Wasser und WC-Reiniger zusammen!

Gesundheit

Doch auch WC-Reiniger als solche wirken ätzend, aber mindestens reizend auf Haut und Schleimhäute. Haltet sie – wie alle Reinigungsmittel – von Kindern (und allen anderen, bei welchen der Instinkt “knatschbunt ist nicht essbar” nicht funktioniert) fern. Wenn ihr selbst etwas davon auf die Haut bekommt, spült es rasch mit viel Wasser ab. Bei Schleimhaut-Reizungen entfernt euch von den Dämpfen und geht an die frische Luft. Solltet ihr einen Spritzer in die Augen bekommen, spült sie mehrere Minuten lang gründlich mit Wasser und geht bestenfalls zur Sicherheit zum Augenarzt.

Wenn trotz aller Vorsicht jemand WC-Reiniger verschluckt hat: Ruft in der Giftnotruf-Zentrale (Schweiz, Deutschland, Österreich) an, lasst euch Anweisungen geben und alarmiert schlimmstenfalls gleich den Rettungsdienst. Grundsätzlich gilt nach Verschlucken ätzender Stoffe: Kein Erbrechen herbeiführen, viel Wasser oder anderes Getränk (ohne Kohlensäure, ohne Alkohol) schluckweise trinken.

Umwelt

Nahezu alle Lebewesen sind für eine Umgebung mit mehr oder weniger neutralem pH-Wert (pH = 7) geschaffen. Starke Säuren in grossen Mengen sind also nahezu jedem Leben abträglich – je kleiner die Lebewesen, desto schneller. Je stärker eine Säure verdünnt ist, desto weniger gefährlich ist sie allerdings.

Lasst deshalb unverdünnten WC-Reiniger nicht in die Umwelt gelangen. Braucht ihn möglichst ganz auf – und wenn ihr doch einmal grössere Reste loswerden möchtet, bringt sie zur Sondermüll-Entsorgung. Kleine Reste können mit viel Wasser in den Ausguss gespült werden.

Es ist zwar möglich, WC-Reiniger vor der Entsorgung mit Natriumcarbonat-Lösung oder verdünnter Natronlauge zu neutralisieren, allerdings erfordert das Sicherheitsmassnahmen (Schutzbrille, ggfs. Handschuhe!), eine Möglichkeit, den pH-Wert zu messen, viel Umsicht und einiges an Geschick, sodass dieses Vorgehen im Haushalt kaum praktikabel ist.

Verwendet WC-Reiniger daher grundsätzlich sparsam und spült nach der Reinigung der WC-Schüssel reichlich nach!

Gibt es Hausmittel-Alternativen für WC-Reiniger?

Vor der Markteinführung von WC-Reinigern in den 1950er Jahren wurden WCs mit verdünnter Salzsäure gereinigt. Die ist dünnflüssig und farblos, sodass man ihr ihre ätzenden Eigenschaften äusserlich nicht ansieht. So findet man Salzsäure heute nur noch selten bis gar nicht im Putzmittelregal – dafür aber etwas anderes: Haushaltsessig.

Auch Essigsäure ist eine stärkere Säure als Kohlensäure und in der Lage, Urinstein aufzulösen – wenn sie auch nicht ganz so stark ist, wie die im WC-Reiniger enthaltenen Säuren. Damit eignet sich auch Haushaltsessig – eine Lösung von etwa 10% Essigsäure oder mehr (“Essigessenz”) in Wasser – zum Reinigen von WCs, auch wenn man damit vielleicht etwas kräftiger schrubben muss. Denn der dünnflüssige Essig haftet weniger gut auf der Keramik-Oberfläche und reagiert weniger schnell mit den Ablagerungen darauf.

Dafür ist Haushaltsessig generell weniger stark ätzend als Salzsäure und Co und grundsätzlich haut- und umweltverträglicher (im Allgemeinen gelten die gleichen Sicherheitsvorkehrungen wie für die starken Säuren – die Gefahr ernster Verletzungen ist aber geringer).

Mit Marmor und anderen carbonathaltigen Stoffen reagiert Essig allerdings ebenso wie andere Säuren. Das gilt auch für Javel-Wasser und basische Abflussreiniger. Gebt diese auch mit Essig nie zusammen!

Fazit

WC-Reiniger sind meist flüssige Reinigungsmittel, die starke Säuren enthalten. Sie lösen Kalk und Urinstein in der WC-Schüssel, reagieren aber ebenso gut mit säureempfindlichen Stoffen wie Marmor oder Körpergeweben. Beim Umgang damit ist daher Vorsicht angesagt!

Haushaltsessig ist ebenfalls eine – wenn auch schwächere – Säure und eignet sich damit auch zum Reinigen von WCs, auch wenn er weniger effektiv ist.

Damit haben WC-Reiniger in meinen Augen durchaus eine Daseinsberechtigung – wenn sie sparsam eingesetzt werden. Ich setze meinen Reiniger alle ein bis zwei Wochen ein. So können sich keine nennenswerten, hartnäckigen Ablagerungen bilden, sodass ich jeweils mit relativ wenig Reinigungsflüssigkeit auskomme. Nach dem Schrubben leere ich dann zwei komplette Spültanks, um alles sorgfältig und verdünnt wegzuspülen.

Und wie reinigt ihr eure WCs?

Javel-Wasser : Chlorbleiche!

Was ist Javel-Wasser?

Javel-Wasser oder Eau de Javel ist der volkstümliche Name für eine Lösung des Salzes Kaliumhypochlorit (KClO) oder Natriumhypochlorit (NaClO) in Wasser. Benannt ist die Lösung nach ihrem ersten Herstellungsort Javel (früher Javelle) bei Paris in Frankreich. Ein anderer volkstümlicher Name für die gleiche Lösung ist Eau de Labarraque – nach ihrem Erfinder. Der chemische Name sowie der stechende Geruch der Lösung lassen es schon vermuten: Das Element, das dem Javel-Wasser seinen Charakter gibt, ist Chlor.

Natriumhypochlorit und Kaliumhypochlorit werden in Wasser in ihre Einzelionen zerlegt:

Welche Metall-Ionen – Natrium oder Kalium – enthalten sind, macht hinsichtlich der chemischen Eigenschaften und damit der Gefährlichkeit der Lösung keinen Unterschied. Auf das Hypochlorit-Ion ClO kommt es an: Es ist eine merklich starke Base, d.h. es kann ein H+-Ion aus einem anderen Teilchen aufnehmen – zum Beispiel aus Wasser:

Die dabei entstehende hypochlorige Säure HClO ist ein Oxidationsmittel, das mit vielen anderen Verbindungen reagiert, indem es ihnen Elektronen “wegnimmt”.

 

Was kann man damit machen?

Fette und Proteine (“Eiweisse”) sind grosse, sperrige Moleküle, die sich zu oft wasserunlöslichen Flecken zusammenrotten. Wenn sie allerdings mit Basen in Berührung kommen, werden sie leicht gespalten und können in Bruchstücken ausgewaschen werden. Die zerstörerische Wirkung auf Proteine trägt ausserdem dazu bei, dass Javel-Wasser desinfizierend wirkt: Es macht Bakterien, Viren und Pilzen effektiv den Garaus.

Das nutzen nicht nur Schwimmbad- und Pool-Besitzer, die in Natriumhypochlorit einen zahmeren Ersatz für das giftige Chlor-Gas zur Desinfektion ihrer Becken gefunden haben, sondern auch der Zahnarzt, der im Zuge einer Wurzelbehandlung gerne Hypochlorit-Lösung als Bakterienkiller in den ausgeräumten Wurzelkanal gibt, wie mein Zahn 16 aus eigener Erfahrung weiss.

Zudem verlieren viele organische Stoffe ihre Farbe, wenn sie oxidiert werden, sodass Oxidationsmittel als Bleichmittel eingesetzt werden können.

Da ist es kein Wunder, dass ein basisches, bleichendes und desinfizierendes Reinigungsmittel sich grosser Beliebtheit erfreut. In Schweizer Supermärkten findet man Javel-Wasser für wenig Geld in fast jedem Reinigungsmittelregal.

 

Schadet Javel-Wasser der Gesundheit?

Bei falscher Anwendung ja – wie eigentlich alle Stoffe, die wir kennen. Darüber hinaus haben alle reaktionsfreudigen Stoffe wie Hypochlorit den Haken, dass sie nicht wählerisch sind. Das heisst, Basen können alle Fette und Proteine zerlegen – auch diejenigen, aus welchen unsere Körper bestehen – und Oxidationsmittel oxidieren alles, was ihnen in die Quere kommt und sich oxidieren lässt – auch uns. Ebenso wenig macht es vor den nützlichen Mikroorganismen halt, die sich auf unserer Haut tummeln.

Mit anderen Worten: Javel-Wasser wirkt ätzend. Deshalb sind Behälter mit der Lösung mit dem Hinweis “Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.” beschriftet.

Wenn ihr mit Javel-Wasser umgehen müsst, tragt dabei unbedingt Putzhandschuhe und bestenfalls eine (Schutz-)Brille – und gebt acht, dass ihr die Dämpfe nicht einatmet! Auch und gerade die Schleimhäute der Atemwege sind anfällig für Reizungen und gefährliche Verätzungen!

Wenn ihr trotz aller Vorsicht etwas Javel-Wasser auf die Haut bekommt, spült es gründlich – ruhige mehrere Minuten lang – unter fliessendem Wasser ab. Einen Spritzer in die Augen spült noch gründlicher aus – mindestens 10 Minuten lang sagen die Labor-Sicherheitsexperten – und geht danach sicherheitshalber gleich zum Augenarzt. Das gleiche gilt, wenn ihr nach dem Einatmen der Dämpfe Beschwerden habt: Sprecht mit eurem Arzt oder der Giftnotrufzentrale (Schweiz: 145, Deutschland: Ortsvorwahl + 19240, Österreich: 01 / 406 43 43).

 

Schadet es der Umwelt?

Wie schon erwähnt sind Oxidationsmittel auch als Mikrobenkiller nicht wählerisch. So sind Kalium- und Natriumhypochlorit je nach Konzentration sehr giftig für Wasserorganismen. Das Javel-Wasser aus dem Putzmittel-Regal im hiesigen Supermarkt enthält weniger als 5% Hypochlorit (“Chlorbleiche”), womit es nicht mit dem GHS-Symbol für “umweltgefährlich” gekennzeichnet werden muss, sondern mit dem allgemeinen Gefahrensymbol auskommt.

Nichts desto trotz bin ich nachdenklich geworden, als ich auf der Verpackung Toilettenreinigung und Maschinenwäsche als mögliche Anwendungsbereiche aufgeführt gefunden habe. Denn wenn zahllose Menschen kleine Mengen solcher Substanzen in den Wasserkreislauf befördern, kommt letztlich einiges zusammen, welche Klein- und Kleinstlebewesen uns sicher nicht danken werden. Ich kann mir die Zulassung als Reinigungsmittel nur so erklären, dass Abwässer aus Toiletten und Waschmaschinen hierzulande praktisch immer durch ein Klärwerk gehen, das mit Chlorverbindungen aufräumt, bevor es irgendwo anders hingeleitet wird.

Trotzdem: Gebt grössere Mengen Javel-Wasser oder andere Produkte, die Hypochlorit enthalten (zum Beispiel solche zur Poolreinigung) nicht in den Ausguss oder Abfall, sondern bringt sie zur Sondermüll-Entsorgung!

Das Wichtigste aber:

Gebt niemals Javel-Wasser mit Säuren (z.B. Essig oder Zitronensäure) oder anderen Oxidationsmitteln (z.B. Wasserstoffperoxid) zusammen oder verwendet beide miteinander!

Dabei kann nämlich aus der enthaltenen hypchlorigen Säure giftiges Chlor-Gas (Cl2) entstehen, das lebensgefährliche Verätzungen nicht nur unserer Atemwege verursachen kann, sondern auch für praktisch alle anderen Lebewesen giftig ist.

Das Javel-Wasser aus dem Supermarkt enthält deshalb in der Regel einen Puffer, d.h. einen Stoff, der eine gewisse Menge Säure sofort unschädlich machen kann und die Lösung damit basisch hält. So müsst ihr nicht fürchten, dass euch eure Putzmittel eines verspritzten Tropfens wegen sofort vergiften. Da ihr aber nicht wissen könnt, wie viel Puffer in eurem Javel-Wasser vorhanden bzw. bereits verbraucht ist (der Puffer-Gehalt ist auf der Flasche nicht unbedingt angegeben!), verlasst euch nicht darauf!

 

Was nützt mehr? Javel-Wasser oder Essig?

Javel-Wasser ist eine oxidierende Base, Essig eine nicht-oxidierende Säure. Damit sind diese beiden eigentlich gar nicht miteinander zu vergleichen.

Ihr könnt Essig zum Lösen von Kalk verwenden, der mit der Säure zu wasserlöslichen Ionen und gasförmigem Kohlenstoffdioxid (CO2) reagiert.

Javel-Wasser spaltet und oxidiert hingegen organischen Schmutz, während Kalk in basischer Umgebung fest bleibt. Es eignet sich ausserdem zur Behandlung von Schimmelflecken.

Verwendet trotz der sich ergänzenden Wirkungen aber niemals Essig und Javel-Wasser miteinander!

Persönlich habe ich grossen Respekt vor der oft gefährlichen Chlor-Chemie und habe kein Javel-Wasser im Putzschrank stehen. Wenn es um Fett und anderen organischen Schmutz geht, ziehe ich Seife und Wasser als Reinigungsmittel vor. Wie die Seife zu ihrer Super-Waschkraft ganz ohne oxidierende Wirkung kommt, könnt ihr übrigens hier genauer nachlesen.

Tenside – von dieser Stoffklasse hat bestimmt jeder schon einmal irgendwo gehört – aber weiss denn auch jeder, was Tenside eigentlich sind?

Auf meinen Rundgang durch den Haushalt entdecke ich sie überall: Auf der Packung meines Universal-Waschmittels heisst es “enthält 5 – 15% anionische Tenside sowie < 5% nichtionische Tenside. In meinem Handgeschirrspülmittel sind es sogar 15 bis 30% anionische Tenside und < 5% nichtionische und amphotere Tenside.

Aber Tenside finden sich auch andernorts, zum Beispiel in Lebensmitteln wie Kakaopulver für Trinkschokolade oder in Unkrautvernichtern, die auch den berüchtigten Wirkstoff Glyphosat enthalten.

Was hinter der Bezeichnung “Tensid” jedoch steckt, mag überraschen: Sie steht für eine Gruppe von Chemie-Produkten, die schon seit rund 5000 Jahren von Menschen genutzt werden! Wie der Chemische Reporter berichtet, haben die Sumerer nämlich vor ebenso langer Zeit schon Seife hergestellt und verwendet. Und Seife ist ein Stoff, wenn nicht der Stoff, der aus Tensiden besteht.

 

Wie man Seife macht

Die Ursprünglichsten der Tenside lassen sich vergleichsweise einfach herstellen – nämlich aus pflanzlichen Fetten. Bei Fetten – unter Chemikern auch Triglyzeride genannt – handelt es sich nämlich um Ester des Glyzerins mit verschiedenen Fettsäuren. Und Verbindungen der Gruppe der Ester können ziemlich einfach zerlegt werden, zum Beispiel durch Zugabe einer Base.

Eine Base ist ein Stoff, der H+-Ionen aufnehmen kann, die er zum Beispiel Wassermolekülen “entwenden” kann. Das führt dazu, dass Basen in Wasser häufig OH-Ionen erzeugen, falls sie solche nicht selbst schon mitbringen:

Calciumoxid – besser: Das Oxid-Anion – ist eine Base und reagiert mit Wasser zu zwei Hydroxid-Ionen. Das Calcium-Ion bleibt dabei in Wasser gelöst zurück.

Calciumoxid und weitere wasserlösliche Oxide der Alkali- und Erdalkalimetalle finden sich in Pflanzenasche, sodass die Asche basisch reagiert. Und das haben schon die findigen Sumerer zu nutzen gewusst (obwohl die noch nicht wussten was Basen sind), indem sie Asche zu warmen Pflanzenfetten gaben und eine weiche, aber formfeste Masse mit erstaunlichen Eigenschaften erzeugten: Seife. Heutzutage wird Seife noch genauso hergestellt – nur verwendet man anstelle der Asche Natriumhydroxid (NaOH), ein Salz, das mit Wasser die stark basische Natronlauge bildet.

 

Reaktionsschema zur Seifenherstellung : Wie Tenside seit 5000 Jahren gemacht werden

Seifenherstellung: Reaktion von Fetten mit einer Base zu Glyzerin und Fettsäure-Anionen

 

Wer Seife selbst herstellen möchte, findet hier ein Rezept dafür. Natriumhydroxid und Natronlauge sind jedoch stark ätzende Substanzen, die mit gebührender Vorsicht verwendet werden sollten!

Einfache Seife ist also ein Gemisch aus Glyzerin und den Anionen der verschiedenen Fettsäuren (eine gute Seife enthält praktisch keine Hydroxid-Ionen mehr, was erreicht wird, indem die Base bei der Herstellung etwas unterdosiert zum Einsatz kommt, sodass sie während der “Reifezeit” der Seife von mehreren Wochen praktisch vollständig aufgebraucht wird). Und diese Fettsäure-Anionen sind ganz besondere Moleküle: Sie wechselwirken nämlich auf zweierlei Art mit ihrer Umgebung!

 

Mischung oder Trennung: Alles eine Frage der Anziehung

Die Art und Weise, wie ein Molekül mit anderen Molekülen in seiner Nachbarschaft wechselwirkt, hängt von der Verteilung der Elektronenladung im Molekül ab. Wenn diese nämlich ungleichmässig ausfällt, können Anhäufungen von negativer und positiver Ladungen in verschiedenen Molekülen einander anziehen. Und solche Anhäufungen gibt es, weil verschiedene Atomsorten ihre Elektronen (einschliesslich derer, die an Elektronenpaar-Bindungen beteiligt sind) unterschiedlich stark zu sich hinziehen. So entstehen polare, d.h. unsymmetrische Bindungen. Wie das im Einzelnen vor sich geht und welche Folgen das hat, könnt ihr in der Geschichte um die 13 Vitamine nachlesen.

Festzuhalten ist: Wenn in einem Molekül räumlich getrennte Anhäufungen von Elektronenladung entstehen (man spricht dann von einem Dipol-Molekül), können sich diese Anhäufungen und Bereiche mit einem Mangel an Elektronenladung gegenseitig anziehen. Und wenn Moleküle einander anziehen, lassen die Stoffe, welche aus ihnen bestehen, sich mischen.

Wasser ist der vielleicht bekannteste Stoff, der aus Dipol-Molekülen besteht. Und Stoffe, die sich mit Wasser mischen lassen, die also ebenfalls aus Dipol-Molekülen bestehen, nennt man hydrophil (griechisch für “wasserliebend”).

Auch in vielen organischen Molekülen gibt es solch unregelmässige Ladungsverteilung. Dazu zählen die sogenannten Carbonsäuren – solche Moleküle, die eine Carboxyl-Gruppe beinhalten.

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Essigsäure, eine einfache Carbonsäure, mit Anhäufungen von Ladung

Essigsäure ist eine einfache Carbonsäure. Die Carboxyl-Gruppe enthält Kohlenstoff- und Sauerstoff-Atome, auf welche die Elektronenladung nicht gleichmässig verteilt ist. So können die Essigsäure-Moleküle einander, aber auch andere Moleküle mit ungleichmässiger Ladungsverteilung anziehen: Essigsäure ist deshalb sehr gut mit Wasser mischbar!

Moleküle aus ähnlich “starken” Atomen, deren Elektronenladung weitgehend gleichmässig verteilt ist, können keine Dipole sein. Und trotzdem ziehen sie einander an – auf eine andere Weise, die sich massgeblich von der Anziehung zwischen Dipolen unterscheidet. Moleküle mit gleichmässiger Ladungsverteilung lassen sich deshalb gut miteinander mischen, jedoch nicht Molekülen, welche die Anziehung zwischen Dipolen bevorzugen!

Da die Fette zu den “gleichmässigen” Molekülen zählen, nennt man Stoffe aus solchen Molekülen lipophil (griechisch “fettliebend”).

 

Ein einfaches Modell für ein vielseitiges Molekül

Das Besondere an Fettsäure-Anionen ist: Sie sind sowohl hydrophil als auch lipophil! Das heisst allerdings nicht, dass sie sich gleichermassen gut mit Wasser und mit Fetten mischen lassen. Es sind vielmehr unterschiedliche Abschnitte der Moleküle, die entweder hydrophil oder lipophil sind.

So heissen Fettsäuren wie sie heissen, weil sie Carbonsäuren sind. Das heisst, ein Fettsäuremolekül enthält eine Carboxylgruppe, die ein H+-Ion abgeben und zur Carboxylat-Gruppe werden kann, dank welcher die Fettsäure zum Fettsäure-Anion wird. Und ein Anion enthält eine Extremform der Anhäufung von Elektronenladung: Diese Anhäufung ist so gross, dass ihre elektrische Ladung derer eines oder mehrerer ganzer Elektronen entspricht (Die Ladungs-Anhäufungen in Dipol-Molekülen sind stets kleiner als die Ladung eines Elektrons!).

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Und Carboxylgruppen sind (wie Carboxylat-Gruppen auch) hydrophil.

Allerdings befindet sich die Carboxylgruppe einer Fettsäure am Ende einer langen Atom-Kette aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen. Und die sind in Sachen Elektronen-Anziehen nahezu gleich stark. Deshalb sind solche Kohlenwasserstoff-Ketten lipophil.

Während die Carboxylatgruppe eines Fettsäure-Anions also mit Wasser mischbar ist, ist seine Kohlenwasserstoff-Kette mit Fett (und nicht mit Wasser) mischbar. Und beide sind fest miteinander verbunden! Solch ein Molekül gleicht damit einer Schlange: Der Kopf beisst, und der Schwanz kann sich um einen Ast winden. Beide zusammen ergeben ein Tier, das in Bäumen Beute jagen kann.

Oder noch einfacher: Die Carboxylatgruppe sei wie der Kopf eines Streichholzes, der sich an einer Reibefläche entzünden lässt, während die Kohlenwasserstoff-Kette den Schaft zum Festhalten der Flamme bildet.

Streichholzmodell für Tenside

Carboxylat-Anion als “Streichholz”: Der rote Kopf ist wasserliebend, der blaue Schaft ist fettliebend.

 

Damit brauchen wir uns nicht länger mit Atomen, Atomgruppen und ungleichmässig verteilter Elektronenladung herum zu schlagen. Es genügt zu wissen: Die Streichholz-Köpfe mischen sich mit Wasser, die Streichholzschäfte mit Fett und anderen lipophilen Stoffen. Deshalb heissen solche “Streichholz”-Teilchen amphiphil – beides liebend – oder auch “Tensid”.

Die Fettsäure-Anionen, deren “Köpfe” also eine negative Ladung tragen, gehören zu den “anionischen” Tensiden. Doch auch Fettsäuren, welche ihr H+-Ion nicht abgegeben haben, sind amphiphil. Sie gehören mangels einer ganzen elektrischen Ladung zu den nichtionischen Tensiden. Ebenso gibt es kationische Tenside mit einer positiven ganzen Ladung am Kopf, und schliesslich amphotere Tenside, die sowohl eine positive als auch eine negative Ladung am Kopf tragen.

 

Wie Seife funktioniert: Streichholz-Tenside und Grenzflächen

Stellt man ein Gefäss mit Wasser an der Luft, hat man zwei Stoffe oder Stoffgemische direkt nebeneinander, die unterschiedlich wechselwirken: Wasser ist hydrophil, während die meisten Luftmoleküle (Luft besteht hauptsächlich aus Stickstoff, N2 und Sauerstoff, O2) lipophil sind. Folglich wollen beide nicht viel miteinander zu tun haben und bilden ihre eigenen Cliquen. Wassermoleküle halten sogar so stur zusammen, dass sie die meisten Luft-Moleküle strikt draussen halten.

Teilchen, die aus der Luft ins Wasser oder umgekehrt passieren möchten, müssen damit Auflagen erfüllen und Mühen auf sich nehmen wie wir mancherorts, wenn wir eine Landesgrenze überschreiten wollen. Dementsprechend wird solch eine trennende Fläche zwischen Luft und Wasser (aber auch zwischen anderen Stoffen) Grenzfläche genannt.

Das Bollwerk, das die zusammenhaltenden Wassermoleküle an der Wasseroberfläche bilden zeigt sich uns als “Oberflächenspannung”: Es ist so fest, dass kleine Tiere wie Wasserläufer darauf laufen können!

Wenn man Seife (Tenside) ins Wasser gibt, sortieren die sich in der bequemsten Ausrichtung – an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser, sodass die hydrophilen Köpfe ins Wasser und die lipophilen Schwänze in die Luft weisen! Damit stören sie den Zusammenhalt der Wassermoleküle an der Oberfläche so empfindlich, dass jeder Wasserläufer auf Seifenwasser umgehend untergehen würde.

Streichholzmodell: Tenside an einer Grenzfläche

Das könnt ihr ganz einfach ausprobieren – aber bitte nicht mit Tieren! Als Ersatz für einen Wasserläufer schwimmt auch eine eiserne Büroklammer (seiner Dichte wegen sollte Eisen sofort sinken!) auf Wasser, wenn man sie vorsichtig darauf legt. Sobald man jedoch Seife in eine Schale Wasser gibt, auf welchem eine Büroklammer schwimmt, wird diese umgehend untergehen.

Die Oberfläche des Wassers in einem Behälter hat jedoch eine begrenzte Grösse. Wenn man genügend Seife hineingibt, wird sie irgendwann gänzlich von Tensiden besetzt sein, sodass die Übrigen keinen Platz mehr finden werden. Diesen ausgegrenzten Molekülen bleibt nichts anderes übrig, als Zuflucht in “Selbsthilfegruppen” zu suchen: Sie lagern ihre Schwänze so zu einer Kugel zusammen, dass alle Schwanzenden auf deren Zentrum weisen. Damit befinden sich alle Köpfe aussen – dem Wasser zugewandt – sodass sich diese Tensid-Kugeln wunderbar mit dem Wasser mischen können, während ihr lipophiler Anteil in ihrem Inneren verborgen bleibt. Solche Kugeln oder ähnlich abgeschlossenen Tensid-Gebilde werden von Chemikern auch Mizellen genannt.

Streichholzmodell: Tenside bilden eine Mizelle

 

Das Geheimnis der Superwaschkraft

Die Fähigkeit zur Bildung von Mizellen ist auch das Geheimnis der Waschkraft von Seife. Jeder, der schon einmal versucht hat, eine fettige Pfanne bloss mit Wasser zu reinigen, wird festgestellt haben, dass das Fett sich von Wasser reichlich wenig beeindruckt zeigt und kaum von der Stelle weicht. Taucht man die Pfanne samt Fett jedoch in seifenhaltiges Wasser, eröffnen sich für die Tenside darin ganz neue Möglichkeiten:

Jetzt können sich die lipophilen Schäfte nämlich an die Oberfläche der Fettpartikel anlagern und diese dicht an dicht besetzen. So verschaffen die Tenside den Fetten eine mit Wasser mischbare Oberfläche aus “Streichholzköpfen”. Das Ganze geht sogar so weit, dass die Tenside sich regelrecht zwischen Fettpartikel und Pfannenoberfläche drängen, sodass die Partikel bald abgelöst werden und als vollständig geschlossene “Mizellen mit was drin” durch das Wasser treiben und weggespült werden können!

Streichholzmodell : Die Super - Fettlösekraft der Tenside

 

Tenside als Spielzeug

Nicht nur für die Waschkraft von Seife zeichnen Tenside verantwortlich, sondern auch für ein seit Generationen beliebtes Spielzeug: Seifenblasen. Wenn man die kauft, erhält man meist einen handlichen Kunststoffzylinder mit einer Seifenlösung und einem kleinen Ring am Stab zum Hineintauchen. Wenn man den Ring aus der Lösung nimmt, spannt sich darin ein dünner Film aus Seife, der sich, sobald man sanft hineinbläst, zu einer Blase ausdehnt, abschnürt und in schillernden Regenbogenfarben langsam durch die Luft davontreibt.

Aber woraus bestehen die ätherischen, fast gewichtslos wirkenden Seifenblasen eigentlich?

Hauptsächlich aus Tensiden, die eine besonders trickreiche Anordnung einnehmen! Ausserhalb und innerhalb einer Seifenblase befindet sich nämlich Luft, sodass es sich anbietet, an der Innen- und Aussenfläche einer Seifenblase Schwänze zu haben. Tatsächlich ordnen sich die Tenside dicht an dicht zu einer doppelten Schicht, wobei alle Schäfte der inneren Schicht nach innen und jene der äusseren Schicht nach aussen weisen. Folglich weisen alle Streichholzköpfe in die Mitte zwischen den Schichten. Und da bietet es sich an, gleich noch eine sehr dünne Schicht Wassermoleküle zwischendrin einzuschliessen, damit es zwischen einzelnen Ladungen der gegenüberliegenden Köpfe nicht zu Abstossung kommt.

Streichholzmodell: Tenside formen eine Seifenblase

Seifenblase, dargestellt als Streichholzmodell (Nach: “Schaumbläschen” by Roland.chem [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons)

 

Die Anziehung zwischen den geordneten Tensiden ist damit so gross, dass sie selbst in bewegter Luft zu einem hauchdünnen, aber sichtbaren Film zusammenhalten und die eingeschlossene Wasser-Schicht tragen können….fast zumindest. Denn wer Seifenblasen genau beobachtet, wird feststellen, dass sie in der Regel zerplatzen bevor sie ganz zu Boden gleiten oder auf ein Hindernis treffen. Und wer besonders grosse Seifenblasen macht und noch genauer hinschaut (oder eine Zeitlupenkamera sein Eigen nennt), mag bemerken, dass die Blasen zuerst oben aufreissen, ehe sie ganz zerfallen.

Das zeigt uns, dass die Schwerkraft am Ende doch gewinnt. Früher oder später werden die Wassermoleküle der Zwischenschicht nämlich doch zu schwer und in der Seifenblassen-Hülle nach unten gezogen. Dort sammeln sie sich an, während die Blase im oberen Bereich zunehmend trocken fällt – bis sich die Tensid-Köpfe schliesslich berühren und abstossen. So gerät die geniale Streichholz-Doppelschicht gänzlich aus den Fugen und reisst auseinander. Die einstmals schillernde Blase wird wieder zu einem schlichten, ungeordneten Tropfen Seifenlösung, der eben dort landet, wo die Seifenblase ihr kurzes Dasein beendet hat.

 

Tenside als Bausteine des Lebens

Auch in und um Lebewesen gibt es zahlreiche mehr oder minder überwindbare Grenzflächen wie jener zwischen Luft und Wasser. So atmen Landsäugetiere wie wir Menschen Sauerstoff-Moleküle, indem wir ihnen ermöglichen, in unseren Lungenbläschen aus der Luft hinaus und in unsere wasserhaltige Blutbahn einzutreten. Wasserlebewesen bewerkstelligen das Gleiche in ihren Kiemen, die dafür geschaffen sind, im Wasser gelösten Sauerstoff in den Körper hinein zu lassen.

Um mit solchen und vielen anderen Grenzflächen umzugehen, hat sogar das Leben seine ganz eigenen Tenside geschaffen! Diese Moleküle unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von Seife, können jedoch ebenfalls in einen hydrophilen Kopf und einen lipophilen Schwanz gegliedert werden. Aus solchen Tensiden besteht zum Beispiel die Aussenhülle von Körperzellen: Dabei handelt es sich um eine doppelte Schicht aus dicht gepackten “Streichhölzern”, deren Schäfte allesamt nach innen und die Köpfe nach aussen weisen – also quasi um eine umgekehrte Seifenblase.  Das ist praktisch, weil sowohl das Innere der Zelle mit Wasser (und vielem anderen) gefüllt ist, als auch Wasser die Zellen im Körper umgibt. Da die Hülle der Zellen jedoch innendrin lipophil sind (dort befinden sich die Tensid-Schäfte!), können sich das Wasser draussen und das Wasser drinnen nicht einfach vermischen! Was hydrophil ist und in die Zelle hinein- oder aus ihr hinaus soll, muss durch speziell dafür vorgesehene “Fenster-” oder “Tunnel-“Moleküle hindurch.

 

Wann Tenside zum Problem werden

Der Umstand, dass viele Lebewesen sich hervorragend mit den Grenzflächen zwischen ihnen selbst und ihrem Lebensraum “draussen” arrangiert und allerlei Tricks entwickelt haben, um ihrer Umgebung Nahrung und Sauerstoff zu entnehmen, führt dazu, dass viele Tenside, die wir erfunden haben um ebensolche Grenzflächen zu zerstören (um zum Beispiel Fettreste mit Wasser lösen zu können), für solche Lebewesen giftig sind. Das gilt besonders für Wasserlebewesen, welche die dichten Grenzflächen ihres Lebensraums in vielerlei Hinsicht zum Leben brauchen.

Deshalb müssen die Seifen und anderen Tenside, die wir tagtäglich verwenden, erst abgebaut werden, bevor sie in die Umwelt gelangen dürfen! Das besorgt zum Beispiel ein Klärwerk, in dem Bakterien für genau diesen Job “angeheuert” werden. Diese Bakterien, die sich im Klärbecken über Tenside hermachen, haben zum Beispiel die zwei folgenden Möglichkeiten, die “Streichholz”-Moleküle unschädlich zu machen:

  1. Sie trennen den Streichholzkopf vom Schaft. Damit bleiben zwei Teilmoleküle, eines wasser- eines fettliebend, die jedes für sich ihre Lieblingsumgebung suchen und keinen Schaden mehr anrichten können.
  2. Sie verpassen dem Schaftende einen zweiten Kopf. So entsteht ein zweiköpfiges “Streichholz”, das nach beiden Enden wasserliebend ist und somit für das Zusammenspiel der Tenside nicht mehr brauchbar ist.

Wer also ein nützliches Tensid “erfinden” möchte, tut gut daran, nicht nur über die mögliche Giftigkeit des Tensids nachzudenken. Wenn nämlich dessen Abbauprodukte, welche die Bakterien im Klärwerk daraus herstellen, für sich aus irgendeinem Grund ebenso giftig sind, würde die Entsorgung der Tenside damit ihres Sinnes beraubt.

So sind die Seifen unseres täglichen Gebrauchs wohl für viele Wasserlebewesen gefährlich, aber auch für den Abbau im Klärwerk geschaffen. Aus diesem Grund gehört Seifenwasser unbedingt in einen Haushaltsabfluss entsorgt, der an ein Abwassersystem und damit möglichst direkt an eine Kläranlage angeschlossen ist.

Innerhalb eines Gebäudes ist das hierzulande kein Problem. Ein Auto passt jedoch in den seltensten Fällen ins Haus, und das Seifenwasser samt Öl- und anderen Resten beim Autowaschen einfach in die Gegend laufen zu lassen erachten viele wichtige Lebewesen in Wasser und Boden als ganz schlechte Idee (und ist je nach Art des vorhandenen Entwässerungssystems sogar verboten!). Deshalb verdient jedes Auto, das nach einer Wäsche mit Seife verlangt, eine Fahrt durch eine Autowaschanlage, die eine umweltschonende Entsorgung ihrer Abwässer übernimmt.

Richtig problematisch wird es damit erst, wenn Tenside zum Einsatz kommen, um Unmischbares zu mischen, das dazu bestimmt ist, in der Landschaft verteilt zu werden. So stecken in Pflanzenschutzmitteln, die (nicht nur) den berüchtigten Wirkstoff Glyphosat enthalten, in der Regel auch Tenside. Und die gelangen beim Spritzen von Pflanzen auf Äckern und in Gärten ungehindert in die Umwelt, was, wie Sebastian auf Nullius in Verba schreibt der Abschnitt über die Tenside findet sich am Schluss des Beitrags) , die Problematik des eigentlichen Glyphosats, letztlich in den Schatten stellt!

 

Fazit

Tenside gehöhren in Form von Seife zu den am längsten von Menschen genutzten Chemikalien der Welt. Ihre Fähigkeit auf zweierlei Weise mit ihrer Umgebung zu wechselwirken und Grenzflächen durchlässig zu machen macht sie zu starken und vielseitigen Helfern im Alltag. Wo Grenzflächen allerdings lebensnotwendig sind, werden Tenside schnell zur Gefahr. So nützlich ihre Superwasch- und mischkraft auch ist, setzt Seife und andere Tenside mit Bedacht ein und geniesst ihren Nutzen ohne bitteren Beigeschmack!

Und wo begegnen euch Tenside in eurem Alltag?

Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2016. Deshalb gibt es ihn für einmal auswärts zu lesen – und eure Mitwirkung ist gefragt!

 

Letztes Jahr erhielt ich von meiner Schwägerin ein duftiges Weihnachtsgeschenk: Ein Fläschchen mit einer Duft-Essenzmischung. “Diese Essenzen lassen aufatmen” steht darauf, und aus 100% naturreinen ätherischen Ölen soll der Inhalt bestehen. Wunderbar! Das natürliche Aroma von Wald, Kräutern und Gewürzen für das eigene Zimmer, ganz ohne Zusatzstoffe – mag so mancher denken, der von der Sanftheit und Verträglichkeit der Natur überzeugt sein mag. Und der das Fläschchen noch nicht umgedreht hat.

Auf dessen Rückseite prangen nämlich gleich vier rotumrandete Rauten mit alarmierenden Symbolen darin, wie man sie von Chemikalien-Verpackungen her kennt: Die GHS-Gefahrensymbole für “entzündlich”, “gesundheitsschädlich”, “Gefahr” und “umweltgefährdend”. Gefahrstoffe in der naturreinen Essenzmischung? Was ist da noch drin nebst den natürlichen Duftstoffen? Bin ich etwa einem Skandal auf der Spur….?

 

Warum Naturstoffe und gefährliche Chemie in einer Flasche keinen Widerspruch darstellen, könnt ihr in meinem Wettbewerbsbeitrag auf Astrodicticum Simplex nachlesen und eure eigene Stimme beim Leser-Voting hinterlassen. Dabei könnt ihr sogar etwas gewinnen! Die Einzelheiten zu Ablauf und Abstimmung sind am Anfang des Wettbewerbsbeitrags verlinkt!

Dieser Artikel ist gleichermassen ein Beitrag zur Blogparade “Liebe zur Natur” von Frank Ohlsen auf “Finde dich selbst” und zur Blogparade “Souvenirs, Souvenirs – was sammelst du?” von Renate auf “Raus ins Leben”. In meinem Leben sind diese beiden Themen nämlich unweigerlich miteinander verbunden. Schliesslich bestimmt meine Liebe zur Natur unweigerlich meine Reiseziele mit.

Eigentlich hat die Liebe zur Natur schon immer einen zentralen Platz in meinem Leben. Schon als Kinder haben meine Schwestern und ich in den Ferien an naturbelassenen Nord- und Ostseestränden gespielt, in den Mittelgebirgen auf dem Bauernhof gespielt und Pilze gesammelt und die unfassbar weitläufigen Wälder Südschwedens kennengelernt. Und was wir nicht bereisten, habe ich mir kiloweise aus der Sachbuchabteilung der Stadtbibliothek mit nach Hause geschleppt.

Auf der Umwelt-Aktivismus-Welle der 1990er haben wir mit Freunden unser eigenes “Greenteam” gegründet und den gar zu vermüllten Stadtwald aufgeräumt (in Deutschland war und ist das Littering-Problem um vieles grösser als ich es in der Schweiz jemals beobachtet habe). Denselben Stadtwald, in welchem ich “vor der Haustüre” den exotisch anmutenden Gefleckten Aronstab finden oder (mehrfach!) einen Eisvogel beobachten konnte.

Und je älter ich wurde, desto mehr packte mich der Sog, das Verlangen zu verstehen, wie diese Wunder funktionieren, was im ganz Kleinen in all diesen Dingen – Pflanzen, Tieren, dem Menschen, aber auch im Planeten Erde und im Kosmos – vor sich geht. So hat die Liebe zur Natur schliesslich auch meine Berufswahl beeinflusst: Ich habe Chemie studiert und bin den ganz kleinen Dingen und Vorgängen wirklich tief auf den Grund gegangen.

Das Staunen und Geniessen habe ich dabei jedoch nie verlernt. So spiegelt sich meine Liebe zur Natur in einem weiteren Bereich meines Lebens: Dem Reisen. Wo auch immer mein Weg mich hinführt stehen die verschiedensten Naturwunder auf dem Programm, ob auf den Vulkanen der Kanaren, den Nationalparks in den USA oder beim Samstagsausflug in meiner Wahlheimat, der Schweiz. Das wiederum funktioniert nur, weil ich meine Liebe uneingeschränkt mit meinem Lebensgefährten teilen kann – sodass wir praktisch keine Meinungsverschiedenheiten kennen, wenn es um die Auswahl von Reisezielen und -routen geht.

Und dafür möchte ich meinem Schatz Reto an dieser Stelle von Herzen danken! Es war wunderbar, mit dir den Vulkangipfel des Monte Teide auf Teneriffa zu erreichen, die Geysire und Bisons und vieles mehr im Yellowstone-Nationalpark zu bestaunen, einen unglaublichen Sonnenuntergang auf der Überfahrt von Nanaimo nach Vancouver zu erleben, die südfranzösischen Tropfsteinhöhlen zu erkunden, am endlos weiten (Fast-)Algarve-Strand im Atlantik zu baden, im Sequoia-Nationalpark mit einer Bärenfamilie auf Tuchfühlung zu gehen, die Erinnerung an eine Wanderung durch unberührten Schnee auf unserem Hausberg (die ich zur Abwechslung mal allein gemacht habe) zu teilen – und noch so vieles mehr erlebt zu haben.

Souvenirs mit Liebe zur Natur gewählt

Bei so vielen grossartigen Reisezielen entsteht unweigerlich das Verlangen nach Souvenirs – nach Erinnerungen an die unbeschreiblichen Eindrücke. Doch gerade Souvenirs aus der Natur oder mit Bezug dazu sind oft mit Kontroversen behaftet: Zerstörte Stätten und Missachtung von Artenschutz-Gesetzen dämpfen nicht nur unsere Freude an Reisezielen, sondern machen auch deutlich, wie bitter nötig unsere Erde die Achtsamkeit all ihrer menschlichen Bewohner hat.

Aber welche Andenken an die Natur können wir mit heimnehmen und dabei Achtsamkeit zeigen oder gar den Schutz ihrer Wunder fördern anstatt sie zu zerstören? Hier sind meine bzw. unsere liebsten Souvenirs und Mitbringsel als Anregungen:

 

1. Fotos

Im heutigen Digitalzeitalter muss mit Aufnahmen nicht mehr gespart werden. Dahingegen sind immer mehr Pflanzen (und Tiere) aus gutem Grund geschützt. Nachdem ich als Kind noch das Pressen von Pflanzen gelernt und das “klassische” Alpenkräuter-Herbarium meiner Mutter bewundert habe, habe ich mir vor einigen Jahren ein “digitales Herbarium” angelegt.

Souvenirs , die der Natur nicht schaden: Feuerlilie im digitalen Herbarium

Eintrag im digitalen Herbarium, Marke Eigenbau mit MS Access. Die wilde Feuerlilie ist eine streng geschützte Rarität aus dem Engadin im Kanton Graubünden.

 

Hier hat man zwar das Material selbst nicht in der Hand, aber die Vorteile sind bestechend: So kann ich die auf Fotografien “gesammelten” Pflanzen nicht nur jederzeit frisch und in ihrer natürlichen Umgebung bewundern, sondern auch seltene, gefährdete oder/und in Schutzgebieten wachsende Arten ohne Skrupel in die Sammlung aufnehmen.

Und auf die gleiche Weise können Insekten und andere Tiere, Bäume und vieles mehr ohne Schaden an der Natur gesammelt werden.

 

2. Steine, Mineralien, Fossilien, Sand

Versteinerte Lebewesen oder gar Kristalle selbst zu finden ist nicht nur für Kinder ein eindrückliches Erlebnis mit Erinnerungswert und im besten Fall mit einem Gratis-Andenken obendrauf. Bevor die Suche danach jedoch erfolgreich enden kann, ist oft eine sorgfältige Recherche von Fundstätten und möglichen Verboten oder Genehmigungsmöglichkeiten für eine Suche nötig. In Schutzgebieten dürfen auch Sand und Steine nicht mitgenommen werden – es sei denn, das ist ausdrücklich erlaubt! (Besonders auf dem amerikanischen Kontinent haben wir Gegenden und Naturparks entdeckt, in denen das Schürfen nach Mineralien oder das Goldwaschen gar als Attraktion vermarktet wird.)

Dafür gibt es in vielen Besucherzentren und Museumsshops sowie in Mineralienfachgeschäften in geologisch spannenden Gebieten Mineralien und Fossilien zu kaufen (und die sind nicht einmal zwingend teuer). Allerdings gibt es auch hier viel Kitsch: Insbesondere Achat-Scheiben in leuchtendem Grün, Blau oder gar Pink sind garantiert künstlich eingefärbt! Zu meinen Favoriten unter den käuflichen Souvenirs zählen daher naturbelassene Mineralien aus der bereisten Gegend.

Souvenirs, die nicht schaden: Mineralien aus dem Museumsshop

Einblick in meine Mineraliensammlung – enthält viele, grösstenteils gekaufte Mitbringsel

 

3. Muscheln und Schnecken

Die allermeisten Menschen, die schonmal am Strand gewesen sind, werden dort auch Muscheln gesammelt haben. Trotzdem oder gerade deshalb gibt es um diese beliebten Souvenirs in der Onlinewelt heisse Kontroversen.

In meinen Augen sind diese jedoch, zumindest was das Auflesen von Muschelschalen am Badestrand betrifft, übertrieben – zumal es unmöglich sein dürfte, der Menschheit einen derart eingefahrenen Brauch einfach “abzugewöhnen”.

Natürlich kann auch am Strand Schalen einer geschützten Art auftauchen (wer ganz sichergehen will, sollte sich daher vor dem Sammeln gründlich informieren, welche Fundstücke “Ärger machen” können, zum Beispiel in der Artenschutz-Datenbank beim deutschen Zoll). Viel wahrscheinlicher ist die Begegnung mit solchen – auch mit lebenden Exemplaren – beim Schnorcheln, Tauchen oder in Souvenirshops, zumal die Herkunft der Waren in letzteren oft unklar und die Aussagen von Händlern nicht verlässlich sind.

Deshalb nehme ich mir lieber selbst eine Muschel als Souvenir vom Strand mit und weiss, woher sie kommt, und lasse möglicherweise bedenkliche und nicht selten kitschige Souvenirs in Läden links liegen.
Manche Länder verbieten allerdings generell die Ausfuhr von Naturalien wie Muscheln und Steinen, sodass ich nur empfehlen kann, sich vorab über die Gesetzeslage am Ziel der Reise zu informieren.

Weichtierschalen aus der Nordsee, die ich vor knapp 20 Jahren am Strand gesammelt und bestimmt habe.

Weichtierschalen aus der Nordsee, die ich vor knapp 20 Jahren am Strand gesammelt und bestimmt habe.

 

4. Samen und Setzlinge

Pflanzen können ebenso – und ebenso berechtigt – unter Artenschutz stehen wie Tiere, weshalb ich das Foto-Herbarium aus Punkt 1. führe anstatt Wildpflanzen zu sammeln. Viele botanische Gärten und Naturparks bieten inzwischen jedoch Setzlinge oder Saatgut aus eigener Nachzucht an, die mein Lebensgefährte und ich als Andenken sehr schätzen – zumal Reto praktisch alles erfolgreich zum Keimen bringt. Er hat jedoch nicht einfach nur einen grünen Daumen, sondern informiert sich gründlich, welche – oft zeitaufwändigen – Sonderbehandlungen exotisches Saatgut oft “verlangt”.

Dabei sind besonders die exotischeren Souvenirs nicht nur der klimatischen Anforderungen wegen nur als Zimmer- oder allenfalls Balkon-Kübelpflanzen geeignet, sondern sollten auch daran gehindert werden in unserer heimischen Umgebung zu verwildern. Denn viele “fremde” Arten haben hierzulande keine natürlichen Feinde und können so ungehindert eine regelrechte Invasion in hiesige Ökosysteme starten. Deshalb gehören exotische Setzlinge nicht in den Garten.

Retos Jungpflanzenzucht - Mitbringsel, die wachsen

Retos Jungpflanzenzucht – Mitbringsel, die wachsen

 

5. Geocaching

Mit dem GPS-Gerät oder einer entsprechenden App auf dem Smartphone rund um den Globus nach von Mitspielern versteckten Schätzen suchen ist für uns auch eine Form der Souvenir-Jagd. Denn für jeden gefundenen Geocache darf ein Cacher einen Kommentar (ein “Log”) zum Eintrag dieses Schatzes im Verzeichnis auf www.geocaching.com hinterlassen und bekommt diesen Fund fortan als solchen auf der persönlichen Geocaching-Googlemap als solchen angezeigt.

So haben uns nicht nur die Erschaffer vieler Geocaches an unseren Reiserouten an überraschende und unbekannte Orte geführt, sondern das Eintragen der Fundlogs in die Land- bzw. Weltkarte ermöglicht es uns, unsere Reiserouten noch einmal nachzuvollziehen und Erinnerungen – die wohl wertvollsten Souvenirs wieder aufleben zu lassen.

An vielen geologisch interessanten Stätten wartet zudem ein sogenannter “Earthcache”, an dessen Koordinaten anstelle der Suche nach einem Behälter Aufgaben gelöst oder Fragen zur Umgebung beantwortet werden sollen. So lässt sich vielerorts einiges über die Wunder der Natur lernen – und Wissen ist ein weiteres völlig unverfängliches Souvenir aus der Natur.

 

6. Patenschaften

Während unserer Reise durch die grossen Nationalparks der Vereinigten Staaten im Sommer 2014 haben wir eine Möglichkeit entdeckt mit dem Kauf von Souvenirs sogar direkt zum Schutz der Natur beizutragen: In den Besucherzentren mehrerer Parks können Besucher an Ort und Stelle eine Tierpatenschaft übernehmen. Für eine einmalige Spende von 30$, welche dem Schutz der Tiere im Park zugute kommen sollen, gab es eine Patenurkunde und ein Plüsch-Exemplar des “Aushänge-Tiers” des jeweiligen Parks.

So haben wir Retos Schwester anstelle irgendeines Gegenstands von fraglichem Nutzen kurzerhand eine Paten-Urkunde aus dem Zion-Nationalpark mitgebracht und hatten überdies ein Maskottchen für die weitere Tour:
Im Sommer 2015 haben wir die Patentiere in den Parks im nördlicheren Teil der Staaten leider nicht wiedergesehen, doch hoffe ich auf ihre Rückkehr (2017 werden wir wieder nachsehen) und ebenso darauf, dass dieses Beispiel für wirklich nützliche Andenken auch andernorts Schule macht.

Souvenirs , die Nutzen haben: "Little Bighorn", unser Maskottchen als Beigabe zur Patenschaft für ein Desert Bighorn Sheep.

“Little Bighorn”, unser Maskottchen als Beigabe zur Patenschaft für ein Desert Bighorn Sheep.

Fazit

Die Suche nach Souvenirs, welche mit der Liebe zur Natur vereinbar sind, verlangt in den meisten Fällen ein wenig (oder ein wenig mehr) Sachkenntnis. Doch gerade das Lernen über die Natur am Reiseziel vorab und vor Ort macht eine Besichtigung oder gar ein Erlebnis gleich noch einmal so spannend – und bringt mich der Natur erst richtige nahe.Tatsächlich gebe ich meiner Liebe zur Natur durch das Lernen – und Lehren – über sie erst Ausdruck.

Der einfachste und unverfänglichste Weg zu Souvenirs aus der Natur führt in meinen Augen heutzutage über Hilfsmittel aus der digitalen Welt, wie der Fotografie, welche uns erlaubt selbst geschützte Arten und einzigartige Stätten mit nach Hause zu nehmen ohne sie zu gefährden.

Und welche Souvenirs aus der Natur bringt ihr mit heim?

Feuerwerk - Tradition oder Umweltsünde?

Der Legende nach gründeten Vertreter der drei Ur-Kantone Schwyz, Uri und Unterwalden am 1. August 1291 die Eidgenossenschaft, aus welcher sich die heutige Schweiz entwickelt hat. Deshalb wird der “Geburtstag der Schweiz” jedes Jahr mit einem Nationalfeiertag voller Bräuche und Traditionen begangen.

Eine dieser Traditionen scheidet jedoch selbst in der Schweiz, ebenso wie an Silvester in Deutschland, Österreich und anderen Ländern, die Geister: Das Feuerwerk. Ähnlich wie zum Jahreswechsel in den Nachbarländern (aber auch in der Schweiz selbst), brennen die Schweizer am Abend ihres Nationalfeiertags traditionell im privaten Rahmen Feuerwerk ab. Im Unterschied zu Silvester jedoch nicht vornehmlich innerhalb von 15 bis 30 Minuten nach Mitternacht, sondern über den ganzen Abend verteilt.

Umso mehr Zündstoff liefert dieses Geburtstagsfeuerwerk auch Tierbesitzern, Lärmempfindlichen oder Atemwegserkrankten, für welche Tage wie diese nicht selten zur Belastung werden. Um den Bedürfnissen sowohl der Anhänger der Tradition als auch der Belasteten gerecht zu werden, hat das Schweizer Bundesamt für Umwelt (BAFU) reichlich Zahlen und Studien rund um Feuerwerk und seine Auswirkungen auf die Umwelt gesammelt, die auch Grundlage für diese Geschichte um die Chemie in Feuerwerkskörpern und ihre Bedeutung für die Umwelt sind.

 

Eine Schweizer Tradition: Zahlen zum Feuerwerk – nicht nur am Nationalfeiertag

Das BAFU schätzt, dass in der Schweiz in jüngeren Jahren (2009 bis 2013) jährlich rund 2000 Tonnen Feuerwerkskörper zum Einsatz kommen – der Löwenanteil davon am 1. August und an Silvester. Dabei besteht solch ein Feuerwerkskörper jedoch zu rund 75% aus Hüllenmaterial, also Pappe, Papier, Ton oder Kunststoff, sodass tatsächlich “nur” 500 Tonnen eigentliches Feuerwerksmaterial (pyrotechnische Sätze) abgebrannt werden.

Die Hälfte davon, also rund 250 Tonnen, machen Treibladungen aus Schwarzpulver aus, die andere Hälfte sogenannte Effekt-Ladungen, welche unter anderem verschiedene Metalle zur Erzeugung farbenfroher Leuchterscheinungen enthalten.

 

Wie funktioniert ein Feuerwerkskörper/eine Rakete?

Feuerwerks-Rakete

Die klassische zylindrische Feuerwerks-Rakete ist “zweistufig” aufgebaut: Die untere Stufe enthält Schwarzpulver als Treibladung sowie die Anzündung (“Lunte”).

Schwarzpulver ist ein Gemisch, in der Regel aus 75% Kaliumnitrat (KNO3), 15% Holzkohlepulver (Kohlenstoff) und 10% Schwefel. Bei Zündung zersetzt sich das Kaliumnitrat und liefert in der von der Aussenluft abgeschlossenen Treiberhülse reichlich Sauerstoff für die Verbrennung der übrigen Komponenten. Dabei entstehen rasch grosse Mengen verschiedener Gase, die durch die Düse gebündelt nach unten austreten und die Rakete mittels Rückstoss in die Luft befördern. Der Leitstab sorgt dabei für eine ruhige Flugbahn der Rakete.

Schwarzpulver in “natürlicher” Umgebung enthält immer etwas Feuchtigkeit (Wasser, H2O). Beim Entzünden des Gemischs entstehen aus einer kleinen, kompakten Menge von Feststoffen eine grosse Menge von Gasteilchen (Stickstoff – N2, Kohlenstoffdioxid – CO2, Kohlenstoffmonoxid – CO – reagiert mit Sauerstoff weiter zu CO2, Methan – CH4, Schwefelwasserstoff – H2S, Wasserstoff – H2 – reagiert mit Sauerstoff weiter zu Wasserdampf, H2O), die von Natur aus Platz einnehmend und mit hoher Bewegungsenergie (entspricht Wärme!) auseinanderstreben.

Der wesentlich kleinere Anteil der Reaktionsprodukte sind feste Salze (Kaliumcarbonat – K2CO3, Kaliumsulfat – K2SO4, Kaliumsulfit – K2SO3, Kaliumsulfid – K2S, Kaliumthiocyanat oder -rhodanid – KSCN (im Übrigen wie alle anderen genannten Feststoffe ungefährlich), Ammoniumcarbonat – (NH4)2CO3, und Reste von Kohle – 〈C〉 und Schwefel – 〈S〉, die zur Entstehung von Rauch beitragen.

Die schnelle Freisetzung von Gasen verleiht Sprengstoffen wie dem Schwarzpulver ihre Sprengkraft. Triebkraft des Ganzen ist jedoch das Streben der beteiligten Stoffe nach Redox-Reaktionen, also dem Austausch von Elektronen: Bestandteile des Schwarzpulvers wie Kohlenstoff und Schwefel werden oxidiert – sie geben Elektronen an Sauerstoff ab, welcher mit der Aufnahme dieser Elektronen reduziert wird. Vergleichbares geschieht beim Rosten von Eisen und ist in der Geschichte zur Rostparade genauer beschrieben – nur um vieles gemächlicher als bei einer Sprengstoff-Explosion.

 

Während des Flugs verhindert die Trennladung eine vorzeitige Zündung der zweiten Stufe durch das verbrennende Schwarzpulver. Erst die Überzündung im oberen Teil der Treiberhülse ermöglicht nach dem Ausbrennen der Treibladung die Zündung der Zerlegerladung, welche die zweite Stufe der Rakete – die Effekthülle samt Effektladung – auseinander sprengt. Die dabei gezündete Effektladung leuchtet, während sie auseinandergerissen wird, farbig auf und erscheint uns für wenige Sekunden als bunte Sternenkaskade am Himmel.

Damit das funktioniert, enthält die Effektladung ihrerseits sauerstoffliefernde Stoffe, also Nitrate (wie Kaliumnitrat – KNO3) oder/und Perchlorate (wie Kaliumperchlorat – KClO4), und Metalle, die sehr hell und sehr heiss verbrennen – also Magnesium oder Aluminium, oder beide als Legierung “Magnalium”.

Die Verbrennung dieser Metalle geht mit Temperaturen bis 2000°C (!) einher. In einem solchen Inferno können chlorhaltige organische Verbindungen, wie der bekannte Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC), Chlor-Atome abgeben, die mit den farbgebenden Metallen neue Verbindungen bilden, welche angeregt von der in den explosionsartigen Reaktionen freigesetzten Energie farbig  am Himmel leuchten (wie das Leuchten vor sich geht, erzählt die Geschichte um Farben, Licht und Glanz).

Dabei gibt zum Beispiel Barium grünes Licht, Strontium rotes, Kupfer blaues und Natrium orangegelbes Licht. Und ebenso entstehen im Feuer der Raketen-Explosion zahlreiche Nebenprodukte.

 

Welche Gefahren gehen von Feuerwerkskörpern aus?

Für Menschen:

Unfall-/Verbrennungsgefahr

Feuerwerkskörper brennen sehr, sehr heiss (wie bereits erwähnt mit bis zu 2000°C – während selbst ein guter Pizzaofen gerade einmal etwa 400°C zustande bringt): Das ist notwendig, um die gewünschten Leuchteffekte zu erzeugen. Deshalb gibt es zu Feuerwerkskörpern, die den Vorgaben der EU entsprechen, stets eine Bedienungsanleitung, die ausweist, wie sie zu handhaben sind, damit man sich verbrennt oder schlimmere Verletzungen erleidet. Deshalb gehören Feuerwerkskörper, vor allem solche mit Leuchteffekt, ebenso wenig in die Hände von (unbeaufsichtigten) Kindern wie in vollbesetzte Fussballstadien – denn auch die als “Pyros” berüchtigten bengalischen Feuer erreichen derart hohe Temperaturen, bei denen nahezu alles zerstört wird, was man in einem Station finden kann: Menschen, Kleidung, Kunststoffe und vieles mehr. So stellen  Feuerwerkskörper gerade im dichten Gedränge eine erhebliche Verletzungsgefahr dar!

Gehörschädigungen

Feuerwerkskörper sollen laut sein – die Bedienungsanleitung gibt an, wie sie zu verwenden sind, damit sie nicht zu laut werden (Abstand einhalten!): Trotzdem können schnell Grenzwerte überschritten werden – wie Messungen zeigen auch bei Grossfeuerwerken von professionellen Feuerwerkern. Gehörschutz ist daher für Feuerwerker – professionelle wie private dringend, für ihre Zuschauer aber ebenfalls empfohlen. Ich selbst trage bei Grossfeuerwerken, die ich im Freien beobachte, auch wenn sie scheinbar weit entfernt auf Booten auf dem Zürichsee gezündet werden, stets Ohrstöpsel.

Belastung durch Chemikalien: Feinstaub!

Die aus der Sicht des BAFU einzig beachtenswerte Belastung mit Chemikalien aus Feuerwerkskörpern ist die kurzfristige Erzeugung von Feinstaub beim Abbrennen: Aus den 500 Tonnen jährlich verfeuerter pyrotechnischer Sätze werden schätzungsweise rund 360 Tonnen der Sorte Feinstaub, die in unsere Lungen gelangen kann (PM10 genannt) , freigesetzt (bis in unsere Lungenbläschen gelangt davon wiederum ein Bruchteil). Das klingt nach viel, erscheint aber weitaus nebensächlicher, wenn man die Menge dieses Feinstaubs dagegen stellt, die während eines Jahres insgesamt in der Schweiz durch Strassenverkehr und andere Quellen erzeugt wird: 19’000 Tonnen! Der eher kleine feuerwerksbedingte Anteil daran wird jedoch vornehmlich in zwei Nächten freigesetzt: Am Abend des 1. Augusts und in der Silvesternacht. So wird es nicht verwundern, dass in den 24 Stunden rund um ebendiese Nächte in besiedelten Gebieten die vorgeschriebenen Grenzwerte für den Feinstaubgehalt der Luft überschritten werden. Das wiederum kommt allerdings auch an anderen Tagen ziemlich häufig vor – in allen Gebieten der Schweiz bis auf das sehr dünn besiedelte Hochgebirge mindestens 5, in städtischen Gebieten bis zu 30 mal im Jahr.

So stellt der Feuerwerks-Feinstaub denn auch für gesunde Menschen keine nachweisbare Belastung der Atemwege dar. Anders sieht das bei Menschen mit bereits bestehenden Atemwegs- (zum Beispiel Asthma!) oder auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen aus: Unter solchen wurden in und unmittelbar nach Feuerwerksnächten (zusätzliche) Beeinträchtigungen der Lungenfunktion nachgewiesen und Fälle von akuten Beschwerden nach Umgang mit Feuerwerkskörpern registriert. Das BAFU empfiehlt daher Menschen mit solchen Erkrankungen, die direkte Begegnung mit Feuerwerksrauch zu vermeiden.

 

Was die Vielzahl von chemischen Verbindungen betrifft, die bei einem Feuerwerk freigesetzt werden (dazu zählen neben den Salzen verschiedener Schwermetalle diverse Verbrennungsgase sowie organische Verbindungen – die bedenklichen unter diesen werden von Umweltchemikern gern als “VOC”, “volatile organic compounds” zusammengefasst):

Die allermeisten dieser Stoffe gelangen aus anderen Quellen in unserer technisierten Welt in wesentlich grösserem Umfang als durch Feuerwerk in unsere Umgebung, sodass eine Feuerwerksnacht in Sachen Belastung damit kaum ins Gewicht fällt. Überdies dürfen die hier verwendeten Feuerwerkskörper besonders giftige Schwermetalle – Blei, Arsen, Quecksilber, aber auch Cadmium – gar nicht enthalten (man findet sie darin auch nur in Spuren, wenn überhaupt, die als Verunreinigungen geduldet werden). Dementsprechend sind Quellen für die Belastung von Menschen mit Schwermetallen und anderen Stoffen wohl anderswo zu  suchen als im Feuerwerk.

 

Für Tiere:

Ein Feuerwerk hat jedoch nicht nur Auswirkungen auf Menschen – die Tiere in seiner Umgebung sind mindestens ebenso davon betroffen:

Gehörschädigungen

Die meisten Wirbeltiere haben einen Hörsinn, das heisst Ohren, wie wir Menschen, auch wenn man diese – wie bei Vögeln – nicht immer sieht. Und dieser Hörsinn kann ebenso Schaden nehmen wie der unsere. Zudem ist der Hörsinn vieler Tiere – auch unserer Haustiere – um Vieles empfindlicher als menschliche Ohren.

Folgen von Schreckreaktionen

So können unsere Tiere nicht nur ebenso wie wir Hörschäden in Form von Ohrgeräuschen oder Taubheit erleiden, sondern auch durch die knallenden Geräusche eines Feuerwerks erschrecken oder gar in Panik geraten und blindlinks flüchten – im schlimmsten Fall direkt vor ein fahrendes Auto oder in einen Abgrund. Haustierbesitzern wird daher empfohlen, ihre Tiere vor und während Feuerwerks-Nächten im Haus zu behalten und ihnen eine schallgeschützte Zuflucht zu bieten.

Wildtiere, zum Beispiel Wasservögel, die keine menschliche Behausung als Zuflucht haben, werden nicht selten von Feuerwerk vertrieben und lassen sich erst Wochen nach dem Ereignis wieder an ihren angestammten Plätzen blicken. Daher empfiehlt das BAFU, bei der Planung von Feuerwerk im Rahmen von Veranstaltungen stets auch einen Tierschutz-Experten mit einzubeziehen.

 

Welche Feuerwerkskörper sind in der Schweiz (bzw. in der EU) zugelassen?

  • Das Schweizerische Sprengstoffgesetz und die Sprengstoffverordnung, welche Anweisungen zur Umsetzung dieses Gesetzes enthält, sind der EU-Richtlinie 2007/23/EG angepasst, sodass in den EU-Staaten, unter anderem Deutschland und Österreich, vergleichbare Regeln gelten werden: Feuerwerkskörper dürfen in Verkehr gebracht werden, wenn sie den Sicherheitsvorgaben der EU-Richtlinie entsprechen, einer der 4 Kategorien zugeordnet werden können und den Regeln entsprechend gekennzeichnet sind (Bedienungsanleitung!).
  • Die hochgiftigen Schwermetalle Blei, Arsen und Quecksilber und ihre Verbindungen sowie der organische Chlorlieferant Hexachlorbenzol (HCB) sind als Inhaltsstoffe verboten. Ausserdem dürfen Feuerwerkskörper keine Stoffe enthalten, die gemäss dem Chemikaliengesetz verboten sind.
  • Knallkörper am Boden sind verboten (ausgenommen ist Kleinfeuerwerk der Kategorie 1).
  • Die Kantone können weitere Bedingungen stellen und den Verkauf bzw. Gebrauch von Feuerwerk auf bestimmte Anlässe/Tage limitieren
  • Die 4 Kategorien sind:
    • 1: Feuerwerkskörper, die eine sehr geringe Gefahr darstellen und vernachlässigbar laut sind: z.B. Knallteufel, “Frauenfürze” (Ladycrackers), Tischfeuerwerk. Die Abgabe ist an Personen ab 12 Jahren erlaubt.
    • 2: Feuerwerkskörper, die eine geringe Gefahr darstellen, wenig laut sind und in eingegrenzten Bereichen draussen abzubrennen sind: Vulkane bis 250g Nettoexplosivmasse (NEM), Raketen bis 75g NEM, Römische Fackeln bis 50g NEM. Die Abgabe ist an Personen ab 16 Jahren erlaubt.
    • 3: Feuerwerkskörper, die eine mittlere Gefahr darstellen, draussen im Freien abgebrannt werden müssen, und deren Lärm bei sachgemässer Verwendung nicht gefährlich ist:  Raketen bis 500g NEM, Batterien bis 1000g NEM, Vulkane bis 750g NEM. Die Abgabe ist an Personen ab 18 Jahren erlaubt.
    • 4: Feuerwerkskörper, die eine grosse Gefahr darstellen und daher nur von Inhabern eines Verwendungsausweises ab 18 Jahren – also Profi-Feuerwerkern – verwendet werden dürfen. Solche Feuerwerkskörper sind nicht im freien Handel erhältlich und können nur von Inhabern eines Erwerbsscheins oder einer Abbrandbewilligung bezogen werden: Darunter fällt alles, was die Beschränkungen für Kategorie 3 übersteigt.

(Quelle: Kantonspolizei St.Gallen)

 

Fazit:

Feuerwerkskörper enthalten eine wahrhaft explosive Mischung der verschiedensten Stoffe, die gemeinsam zu wunderschönem – aber geräuschvollem Farbenspiel am Himmel und am Boden führen können. Wie bei vielen unserer technisierten Vergnügungen scheiden sich auch beim Feuerwerk die Geister: Tradition und bestaunenswerter Lichterzauber stehen gegenüber Belästigung oder gar Belastung durch Lärm, Rauch und Chemikalien.

Ich persönlich liebe das Spiel von Licht und Farben am Himmel, kann jedoch auf die Knallerei gut und gern verzichten. So kann ich die Argumente von Traditionsanhängern und Lärmemfindlichen oder Tierbesitzern gleichermassen nachvollziehen. Definierte Abbrandzeiten (bei Grossfeuerwerken und an Silvester weitgehend gegeben) und eine rechtzeitige Vorbereitung (Haustiere einsperren, Gehörschutz zur Hand haben) sollten in meinen Augen einen für beide Seiten vertretbaren Kompromiss ermöglichen.

Jene Kommentare von Tierbesitzern und -freunden auf sozialen Medien oder im Schnellzug, die ich unmittelbar nach dem eben erst begangenen 1.August 2016 zu lesen und zu hören bekam, lassen jedoch vermuten, dass die mir eigentlich sympathische und kompromissförderliche Gesetzgebung der Schweiz in Sachen Feuerwerk leider reichlich Beugung oder gar Umgehung erfährt.

Dabei gefährden jene, die Feuerwerkskörper unsachgemäss verwenden oder gar illegale, ungeprüfte “Polen-Böller” aus Osteuropa oder anderen Quellen abbrennen, nicht nur ihre Umgebung, sondern vor allem sich selbst. Denn die Energiemengen, die bei der Explosion von Feuerwerkskörpern in Form von Hitze und Schall freigesetzt werden, sind enorm. Und enorme Energiemengen können enormen, nicht wieder gut zu machenden Schaden anrichten.

Was die Chemikalien betrifft, die in Feuerwerk Verwendung finden oder beim Abbrennen entstehen, weckt nicht das Feuerwerk als solches meine Bedenken, sondern der Umstand, dass einige jener Inhaltsstoffe und Produkte des Feuerwerks, die wir nicht gern in unserer Umwelt wissen, so reichlich aus anderen menschlichen Quellen eben da hineingetragen werden, dass der Beitrag durch privates Feuerwerk dazu in den meisten Fällen nicht mehr sonderlich ins Gewicht fällt.

Alles in allem plädiere ich für Kompromissbereitschaft und gegenseitige Rücksichtnahme, ob am 1. August oder in der Silvesternacht – denn nur so können wir alle einen entspannten Feiertag verbringen.

Und wie steht ihr zum Feuerwerk? Brennt ihr selbst welches ab? Beobachtet ihr lieber, oder seid ihr mit euren Tieren beschäftigt? Habt ihr auch das Gefühl, dass das Feuerwerk sich hin zur Knallerei verändert? Ich freue mich über eure Kommentare!

Radioaktivität: Warnschild in Prypjat

Es ist der 26. April 1986, 0:30 osteuropäischer Zeit. An der nördlichen Grenze der späteren Ukraine – derzeit noch Teil der Sowjetunion – hat Alexander Fjodorowitsch Akimov Bauchschmerzen. Akimov ist Schichtleiter im Reaktorblock 4 des Kernkraftwerks Tschernobyl und betrachtet voller Unbehagen die Anzeigen im Kontrollraum “seines” Reaktors. Eigentlich sollte er längst damit beschäftigt sein, den Reaktor wieder auf Vordermann zu bringen – aber Genosse Djatlov besteht darauf, den geplanten Test innerhalb der nächsten Stunde durchzuführen. Und wenn der Chef sagt, es werde getestet, dann wird getestet. Denn Akimov ist nicht darauf aus, sich einen neuen Job zu suchen.

Es soll getestet werden, ob der Reststrom, den die Kraftwerksturbinen bei einem Stromausfall liefern, reicht, um die Zeit bis zum Anlaufen der Notstromgeneratoren zu überbrücken. Eigentlich hätte man das schon 1983 tun sollen, bevor man den Kasten für den Regelbetrieb freigab – und nun, nach 3 Jahren Bummelei, hatte man es plötzlich nur allzu eilig damit.

Der “Kasten” – der Reaktor in Block 4 – besteht aus einem Zylinder aus Graphit – reinem Kohlenstoff – 8 Meter hoch, 12 Meter im Durchmesser, durchzogen von etwa 1700 Kanälen für Brennstäbe, Steuerstäbe und hindurchfliessendes Kühlwasser. Die Anlage ist dazu gedacht, mit einer Nennleistung von 3200 MW Strom zu erzeugen, indem sie bei einer Betriebstemperatur von etwa 300°C – erzeugt durch Kernspaltung – Wasser erhitzt, um mit dem Dampf Turbinen anzutreiben. Der Graphit sorgt dabei als Moderator für die Aufrechterhaltung der Kernspaltungsreaktion.

Einen Gefahren-Test macht man allerdings nicht unter Volllast. Und da man einen Kernreaktor nicht einfach mal schnell runterfahren kann, hat man schon am vergangenen Morgen mit der langsamen Regelabschaltung begonnen. Dann aber brauchten die Genossen unbedingt mehr Strom im Netz, sodass sie noch einen halben Tag bei halber Last weiterproduziert hatten, ehe man weiter herunterfuhr. Und jetzt ist der ganze Kasten voller Xenon-Gift, das die Kernspaltung und damit die ganze Reaktorfunktion ausbremst – so sehr, dass der Reaktor gerade eben wegen irgendeinem Mist beinahe völlig abgeschmiert wäre.

Inzwischen haben Akimov und die Crew nahezu alle Steuerstäbe, die die Kernspaltung bremsen sollen, aus dem Reaktor entfernt, und der Kasten läuft so gerade eben stabil. Von den Vorschriften ist das jedoch weit entfernt! Und das bereitet Akimov umso mehr Bauchschmerzen, je weiter die Vorbereitungen für den Test voranschreiten.

Um 1:23:04 ist es schliesslich soweit: Der Test beginnt. Das Notkühlsystem ist abgeschaltet, damit es im Testverlauf nicht dazwischenfunkt, und Akimov verdrängt den Knoten in seinem Magen, als er die Schliessung der Turbinenschnellschlussventile anordnet – das Startsignal für den Test.

Dadurch wird der Kühlwasserdurchfluss gestoppt, und es wird binnen Sekunden wärmer im Reaktor. Die Wärme fördert die Reaktorleistung ungemein – nun rasch die Bremsstäbe wieder einfahren…wenn die nur nicht so quälend langsam wären! Indessen steigt die Reaktorleistung geradezu exponentiell weiter, denn der anfahrende Reaktor reinigt sich in Sekundenschnelle selbst, während dem Schichtleiter der Schweiss ausbricht: Das gerät ausser Kontrolle – Sofort Abschalten! Akimov betätigt rasch den Notabschaltungsknopf, und alle Bremsstäbe fahren – immer noch langsam! – gleichzeitig in den Reaktor zurück. Doch die Spitzen der Stäbe bestehen aus Graphit, der die Kernreaktion fördert und nicht bremst, bis das eigentliche Bremsmaterial in den Stabschäften tief in den Reaktor gelangt. Doch bis dahin sind die “Bremsen” wirkungslos: 40 Sekunden nach Testbeginn wird die Kernreaktion endgültig zum Selbstläufer.

So wird es unweigerlich zu heiss im Reaktorkern, und das Ganze fliegt Akimov und der Crew buchstäblich um die Ohren: Wasserleitungen brechen und Wasser kann mit heissem Graphit und Zirkonium aus den Brennstabmänteln reagieren. Es entsteht Wasserstoff, der mit Luft eine explosive Mischung bildet. Eine Knallgas-Explosion deckt schliesslich den Reaktordeckel und das Dach des Kastens ab. Indes fördert Graphit die Kernreaktion umso besser, je heisser er ist. So steigt die Temperatur im Reaktor bis über 2000°C. Die Brennstäbe und alles andere im Reaktorkern beginnen zu schmelzen. Durch das offene Dach kommt dabei Luft an das glühende Riesenbrikett, das vom Reaktor übrig ist, und Hunderte Tonnen Graphit brennen lichterloh. Eine radioaktive Rauchwolke steigt über 1000m hoch aus den Trümmern auf.

Es wird über zwei Wochen dauern, bis allein der Graphitbrand gelöscht und das Austreten des radioaktiven Rauchs unterbunden ist. Akimov erlebt dies nicht mehr. Er stirbt am 11.5.1986 an akuter Strahlenkrankheit.

havarierter Reaktor in Tschernobyl am 27. April 1986

Der havarierte Reaktorblock 4 am 27. April 1986 – rechts neben dem zerstörten Reaktor sind weitere Schäden am Dach der Turbinenhalle sichtbar. Helikopterpiloten und Fotograf sind während des Überflugs hochgefährlichen Strahlenmengen ausgesetzt. (Bild: Chernobyl NPP)

Wie man aus Atomen Energie gewinnt

Über Atome

Alle Materie der Welt besteht aus Atomen. Jedes Atom besteht aus einem Kern aus Protonen und Neutronen sowie aus einer Elektronenhülle. Auf der Erde sind 118 chemische Elemente bekannt, deren Atome sich durch ihre charakteristische Protonenzahl unterscheiden. Die Neutronenzahl ist hingegen für ein bestimmtes Element nicht festgelegt: Atome eines Elements mit verschiedener Neutronenzahl nennt man Isotope.

Wasserstoff-Isotope: Wasserstoff , Deuterium , Tritium

Die drei natürlichen Isotope des Wasserstoffs: Die Zahl links oben in der “Nuklidschreibweise” steht für die Summe aller Kernteilchen bzw. die Atommasse. Die Zahl links unten steht für die Zahl der Protonen, welche die Zugehörigkeit zu einem Element bestimmt: Atome aller Wasserstoff-Isotope haben ein Proton. Einfacher Wasserstoff (auch “Protium”) und Deuterium sind stabil, Tritium ist radioaktiv. (Bild: Dirk Hünniger (Own work) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons)

 

Atome können sich zu chemischen Verbindungen – Moleküle, Salze und andere – “zusammentun”, wobei sich ihre Elektronenhülle verändert, die Kerne aber unverändert bleiben (das ist Chemie).

Jedoch können auch Atomkerne verändert werden: Wenn sich dabei die Protonenzahl ändert, entstehen Atomkerne anderer Elemente (das ist Kernphysik bzw. Nuklearphysik).

“Nucleus” ist übrigens das lateinische Wort für “Kern”. So hat alles, was in der Physik mit dem Begriff “nuklear” behaftet ist, irgendwie mit Atomkernen zu tun. So hat die Bezeichnung “Nuklear-” auch Eingang in die Sprache rund um die “Atomenergie” gefunden.

 

Energie dank Massendefekt

Die Bildung von Atomkernen aus Protonen und Neutronen funktioniert ähnlich wie die Bildung von Molekülen in der Chemie: Beim Zusammenfügen der Teilchen wird Energie frei. Und je mehr Teilchen im Atomkern zusammenkommen, desto mehr Energie wird frei. Das wird ersichtlich, wenn man Atomkerne wiegt: Ein Heliumkern wiegt nämlich weniger als je zwei einzelne Protonen und Neutronen: Die fehlende Masse wurde als Energie abgegeben! Und da der “zu leichte” Atomkern zu dem Gedanken verleitet, er sei irgendwie kaputt, nennt man diese Erscheinung “Massendefekt”.

Allerdings gilt das nur für Atomkerne, die höchstens so schwer sind wie ein Eisen-Kern. Um schwerere Kerne als die des Eisens zusammenzubauen, muss man Energie hinzufügen. So sind die Atomkerne der Elemente jenseits des Eisens tatsächlich schwerer als die Summe ihrer Protonen und Neutronen. Findige Physiker kamen so in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts auf die Idee, schwere Atomkerne auseinanderzubauen, um an diese Energie heranzukommen und sie zu nutzen.

 

Der Coup mit der Kernspaltung:

Auf manche Kerne braucht man dazu bloss ein einzelnes Neutron zu schiessen: Sobald das Neutron von solch einem Kern aufgenommen wird, hält dieser nicht mehr zusammen: Er wird gespalten, d.h. er zerfällt in Stücke, darunter meist zwei Kerne leichterer Elemente und ein oder mehrere einzelne Neutronen. Zudem wird ein Teil seiner Kernbindungsenergie frei, teilweise als Bewegungsenergie der Bruchstücke, teilweise in Form von Gamma-Quanten (“Licht”) und teilweise in Form grosser Mengen Wärme.

Das Praktische daran ist: Die frei werdenden Neutronen können weitere Atomkerne treffen und spalten, sodass sich die Kernspaltung in einer Kettenreaktion in einem spaltbaren Material unter den richtigen Bedingungen selbst unterhält.

Zu diesen Bedingungen zählt unter anderem die passende Energie bzw. “Geschwindigkeit” der Neutronen-Geschosse: Zu schnelle Neutronen, wie sie bei einer Kernspaltung freigesetzt werden, prallen nämlich in den meisten Fällen wirkungslos von spaltbaren Kernen ab. Deshalb benötigt man für eine Kettenreaktion neben spaltbarem Material weitere Atome, von welchen schnelle Neutronen abprallen und dabei gebremst – “moderiert” – werden können. Dafür eignen sich zum Beispiel Wasserstoff-Atome (viele heutige Kernreaktoren enthalten Wasser als “Moderator”), oder Kohlenstoff-Atome, wie Graphit sie enthält.

 

Nutzung der Kernspaltung: Von Bomben und Steuerstäben

Die Kettenreaktion lässt sich auf zweierlei Weise ausnutzen: Wenn man möglichst viele “langsame” Neutronen gleichzeitig auf spaltbares Material loslässt, pflanzt sich eine Kettenreaktion in Sekundenschnelle fort und setzt ebenso schnell eine riesige Menge Energie frei, die zu der gewaltigen Explosion einer Atombombe führt.

In einer ausgeklügelten Anlage kann man hingegen die Menge der zur Kernspaltung nutzbaren Neutronen sehr genau steuern. Dazu verwendet man bewegliche “Steuerstäbe” aus einem Material, dessen Atome Neutronen aufnehmen können ohne gespalten zu werden. Je weiter diese Stäbe in einen Block aus spaltbarem Material und Moderator eingebracht werden, desto mehr Neutronen werden “verschluckt” und können nicht mehr an der Kettenreaktion teilhaben. Mit solch einem Reaktor, in dem kontrolliert Wärme durch Kernspaltung entsteht, kann man in einem Atomkraftwerk Strom erzeugen.

 

Und was ist mit der Strahlung?

Obwohl herumliegende Trümmer eindeutig eine andere Sprache sprechen, beharrt die Kraftwerksleitung in Tschernobyl bis zum Abend des 26. Aprils darauf, dass der Reaktor bei dem Unglück intakt geblieben sei. In Folge dessen wird die Bevölkerung der 5 km entfernten Siedlung Prypjat erst am 27. April evakuiert.

Erst, nachdem im 1200 km entfernten schwedischen Kernkraftwerk Forsmark am 28. April um 9:00 wegen erhöhter Radioaktivität Alarm ausgelöst wird, welche nach erfolgloser Suche nach eigenen Lecks auf einen Fallout aus (Wind-)Richtung Sowjetunion zurückgeführt wird, dringt die Nachricht von dem Unglück in Tschernobyl in den Westen durch.

Die Nachrichten von radioaktivem Niederschlag über weiten Teilen Europas schüren Verunsicherung und Ängste bei der Bevölkerung. Allein in Nordrhein-Westfalen werden Hunderte Naturwissenschaftler – “jeder, der irgendein chemisches Element buchstabieren konnte” – rekrutiert, um die Notfall-Hotline der Landesregierung zu besetzen und die Fragen zahlloser verängstigter Bürger zu beantworten.

Ich bin viereinhalb Jahre alt, als mein Vater – einer der Physiker, die an jener Hotline Dienst taten – uns erklärt, dass Mama meine Schwester und mich nicht im Garten spielen lasse, weil es nach einem schlimmen Unfall weit im Osten “Gift” geregnet habe.

Inzwischen sind die ersten der insgesamt 600.000 bis 800.000 “Liquidatoren” in Tschernobyl mit Aufräumarbeiten beschäftigt: Jene Männer, die Trümmer des zerstörten Block 4 vom Dach des benachbarten Blocks 3 räumen, dürfen sich der Strahlung wegen nur jeweils 40 Sekunden auf dem Dach aufhalten. Ein Mann für jede Schaufel Abraum. Andere werfen mit Hubschraubern Löschmittel auf den havarierten Reaktor ab, begraben tonnenweise Erde unter Beton, versuchen Staub an den Boden zu binden. Das Gebiet im Radius von über 30 Kilometern um das Kernkraftwerk wird evakuiert, dort lebende Tiere getötet, damit sie die Strahlung nicht aus der Sperrzone hinaustragen…

 

Aber was ist “radioaktive Strahlung” eigentlich, und warum ist sie so gefährlich?

Was ist Radioaktivität?

“Radioaktivität” ist eine Eigenschaft einiger Atomkerne: Nicht alle Kombinationen von Protonen und Neutronen in einem Atomkern halten fest zusammen. Solche instabilen Kerne sind radioaktiv, sie “bröckeln”: Früher oder später löst sich ein “Bröckel” aus dem Atomkern und fliegt – sofern er nicht von aussen beeinflusst wird – mit Geschwindigkeiten im Bereich von 10000 km/s [2] geradeaus davon.

Solche “Bröckel” können α- oder β-Teilchen sein (da diese Teilchen geradlinig vom Atomkern wegfliegen, erscheinen sie auf den ersten Blick wie “Strahlen” und werden oft auch so genannt). α-Teilchen sind nackte Helium-Atomkerne, bestehend aus je zwei Protonen und Neutronen, während β-Teilchen Elektronen (oder Anti-Elektronen, “Positronen”) sind, die entstehen, wenn ein Neutron im Kern zu einem Proton zerfällt und dabei ein Elektron abgibt (bzw. ein Proton ein Positron abgibt und als Neutron verbleibt). Die einzigen “echten” Strahlen sind γ-Strahlen: Dabei handelt es sich um sehr energiereiche “Licht”-Wellen, die von besonders energiereichen Atomkernen abgegeben werden können.

In der Natur gibt es viele derart instabile Kerne, die radioaktiv sind. Viele Elemente bestehen aus einem Gemisch aus stabilen und radioaktiven Isotopen, sodass Stoffe, die sich aus solchen Elementen zusammensetzen, automatisch diese verschiedenen Isotope enthalten. So findet man zum Beispiel in Bananen, die von Natur aus viel Kalium enthalten, auch Atome des radioaktiven Isotops  40K, und jeder Mensch, der naturgemäss aus Kohlenstoffverbindungen besteht, enthält Atome des radioaktiven Isotops 14C. Dass unsere Umgebung einschliesslich uns selbst “strahlt”, ist also erst einmal normal.

Einmal abgestrahlte α-Teilchen kommen jedoch nicht weit: Auf ihrem Weg stossen sie immer wieder gegen andere Teilchen und verlieren an Energie und damit an Geschwindigkeit. Schon nach ein bis zwei Millimetern Flugstrecke in Luft ergattern sie sich irgendwo zwei Elektronen und werden zu normalen Helium-Atomen. β-Teilchen (Elektronen) finden spätestens nach 10 Metern in Luft ein Atom als neue “Heimat”. γ-Strahlen verhalten sich hingegen wie fast alles durchdringendes Licht und breiten sich geradezu unendlich weit aus, wenn ihnen keine besonders dichte Materie, wie ein dicker Blei-Klotz, im Wege steht.

Das “Ende” von α- und β-Teilchen deutet es schon an: Wenn solch ein reisender “Bröckel” mit Volldampf auf ein Atom trifft, kann dieses “kaputtgehen”: Der Einschlag kann Elektronen aus der Hülle schleudern. Die “Strahlen” wirken ionisierend (auch γ-Strahlen haben diese verheerende Wirkung: Sie sind energiereicher als Licht (Lichtphänomene) und regen Elektronen so stark an, dass diese “ihr” Atom verlassen können!).

Der Begriff “Ionisierende Strahlung” beschreibt diese herumfliegenden Atomtrümmer also besser als der Pleonasmus “radioaktive Strahlung” (“radioaktiv” bedeutet nichts anderes als “strahlend”).

 

Wie misst man “radioaktive” bzw. ionisierende Strahlung?

Die ersten Wissenschaftler, die sich mit Radioaktivität beschäftigten, ahnten noch nichts von ihrer Gefährlichkeit. So interessierten sie sich vornehmlich für die Menge der Strahlung, die von einem radioaktiven Stoff ausging. Die Curies “erfanden” deshalb die später nach ihnen benannte erste Masseinheit für die Aktivität – den Vergleich mit der Aktivität von einem Gramm Radium.

In einem Gramm Radium zerfallen in jeder Sekunden 37 Milliarden Atome und geben “Strahlen” ab. Das entspricht einer Aktivität von einem Curie (Ci). Dieser enormen Strahlungsmenge sollte man jedoch tunlichst fern bleiben. So wird heute eine wesentlich “handlichere” Einheit für die Aktivität verwendet:

Eine Stoffmenge, in welcher im Mittel in jeder Sekunde ein Atom zerfällt, hat eine Aktivität von einem Becquerel (Bq).

 

Ein Gramm Radium hat also eine Aktivität von 37 Milliarden Becquerel! Ein Gramm Natur-Uran hätte hingegen eine Aktivität von 25.290 Becquerel, ein Gramm natürliches Kalium 31,2 Becquerel. [1]

Wer sich mit der Gefährlichkeit von ionisierender Strahlung beschäftigt, wird sich allerdings mehr dafür interessieren, wie viele Strahlen einen Menschen (oder anderen Organismus) tatsächlich treffen und in ihm Schaden anrichten. Und Schaden wird angerichtet, wenn die Atome des Körpers die (Bewegungs-)Energie einfallender Strahlung aufnehmen. Deshalb wird häufig eine Energiedosis für ionisierende Strahlung angegeben:

Ein Kilogramm Materie (zum Beispiel Körpermasse), die eine Energiemenge von einem Joule aus Strahlung aufnimmt, erhält eine Energiedosis von einem Gray (Gy).

 

Wir alle sind tagtäglich natürlicher ionisierender Strahlung aus dem Weltraum ausgesetzt. Jedes Kilogramm unserer Körper nimmt daher täglich 3*10-5 (drei Hunderttausendstel) Gray aus der Weltraumstrahlung auf [2]. Die 1000 Liquidatoren, die am ersten Tag nach dem Tschernobyl-Unglück in unmittelbarer Nähe von Reaktorblock 4 eingesetzt wurden, bekamen dort eine Energiedosis von etwa 2 bis 20 Gray ab [1].

Strahlung ist aber nicht immer gleich Strahlung. Wenn ein α-Teilchen mit hoher Geschwindigkeit auf ein Atom trifft, kommt das einem nuklearen Crash mit einem Lastwagen gleich, während sich die Begegnung mit einem ähnlich schnellen, aber rund 1000 mal leichteren β-Elektron im Vergleich dazu wie der Zusammenstoss mit einem Radfahrer ausnimmt. Zur Bestimmung der Gefährlichkeit der Strahlenarten muss ihre Energiedosis daher mit einem “Gefährlichkeitsfaktor” multipliziert werden. Wenn dieser Faktor für β-Teilchen und γ-Strahlen 1 ist, beträgt er für α-Teilchen 20.

Durch die Multiplikation der Energiedosis mit dem Gefährlichkeitsfaktor erhält man schliesslich die Äquivalentdosis in Sievert (Sv), die in Strahlenschutz-Belangen Verwendung findet.

 

Pro Jahr ist ein Mensch durchschnittlich zwei Tausendstel Sievert (2 mSv) aus natürlicher Strahlung ausgesetzt, in Gegenden mit besonderen Vorkommen radioaktiver Elemente im Boden sogar deutlich mehr. Im Fall einer kurzzeitigen(!) Begegnung mit starker Strahlung macht sich eine Dosis bis etwa 200 mSv durch keinerlei Symptome bemerkbar. Erst darüber treten Symptome der Strahlenkrankheit auf. Wenn Menschen in kurzer Zeit einer Strahlendosis von 4,5 Sv oder mehr ausgesetzt sind, stirbt jeder zweite innerhalb von vier Wochen. Eine Dosis von 6 Sv oder mehr in kurzer Zeit gilt als absolut tödlich – die gleiche Dosis innerhalb von 50 Jahren bleibt hingegen ohne messbare Folgen [2].

 

Was bewirkt ionisierende Strahlung?

Ionisierende Strahlung kann mit einem Geigerzähler (eigentlich: Geiger-Müller-Zählrohr) registriert werden: In dem Zählrohr befindet sich ein dünnes Gas aus Atomen, die von einfallender ionisierender Strahlung in Ionen und Elektronen gespalten werden und in einem elektrischen Feld zu zwei Polen hingezogen werden. Die wandernden geladenen Teilchen schliessen so einen Stromkreis, was sich im angeschlossenen Lautsprecher als “Knack” bemerkbar macht. Je mehr “Knacks” es gibt, desto mehr ionisierende Strahlen sind in das Gas im Zählrohr eingeschlagen.

Wenn die ionisierende Wirkung ein Atom in einem Molekül trifft (zum Beispiel in einem Biomolekül wie DNA), kann das Molekül als solches Schaden nehmen. Da Radioaktivität eine ganz natürliche Sache ist, haben Zellen – auch menschliche – verschiedene Mechanismen entwickelt, um kaputte Biomoleküle, insbesondere DNA, bei Bedarf zu reparieren. Erst wenn die Zellen mehr ionisierende “Treffer” einstecken müssen, als sie reparieren können, entstehen spürbare Zell- und Gewebeschäden.

Bei sehr grossen Strahlenmengen äussert sich das als “Strahlenkrankheit”. Weniger grosse oder über längere Zeit ertragene Strahlenmengen spürt man hingegen nicht sofort – was sie so tückisch macht. Dauerhaft beschädigte DNA kann jedoch – auch lange nach der Begegnung mit der Strahlung – zu Erkrankungen wie Krebs und Leukämie führen.

 

Was hat Radioaktivität bzw. ionisierende Strahlung mit Atomkraftwerken zu tun?

Die wohl wichtigste Atomsorte, die für die Kernspaltung geeignet ist und in grösseren Mengen in der Natur vorkommt, ist das Uran-Isotop 235U. Deshalb findet 235U sowohl in ersten Atombomben als auch in Reaktoren Verwendung (eigentlich ist das Isotop 238U noch sehr viel häufiger, aber nicht spaltbar, sodass bei der Herstellung von Kernbrennstoff ein Teil des 238U  aufwändig vom Rest getrennt werden muss, um  für die Kettenreaktion ausreichend “anzureichern”).

Unglücklicherweise sind sowohl 235U als auch 238U  von Natur aus radioaktiv. Beide Isotope sind α-Strahler, d.h. sie zerfallen zu Heliumkernen und Isotopen des Elements Thorium – die wiederum radioaktiv sind. Die Halbwertszeit – also jene Zeitspanne, in welcher die Hälfte einer Portion einer Atomsorte zerfällt, beträgt für 235U 703,8 Millionen Jahre, für 238U  4,47 Milliarden Jahre (das entspricht etwa dem Alter der Erde!). Eine Portion Uran enthält also immer – grossteils radioaktive – Atome einer ganzen Reihe verschiedener Elemente, die im Zuge der Abfolge verschiedener Zerfälle entstehen.

Allein deshalb erfordert der Umgang mit Uran schon besondere Sicherheitsvorkehrungen. Der eigentliche Haken an der Sache kommt aber noch:

In den wenigen Wochen, die das Uran in einem Kernreaktor zubringt, entsteht eine Vielzahl von Spaltprodukten und sehr schweren Atomkernen, die oftmals ihrerseits radioaktiv sind, durch “Verschlucken” der herumfliegenden Neutronen.

Zu den Spaltprodukten zählt zum Beispiel das Xenon-Isotop 135Xe, das mit Vorliebe Neutronen schluckt und die Kettenreaktion ausbremst. Deshalb wird dieses Isotop als “Reaktor-Gift” (das ist der “Xenon-Müll” in der Einleitung) bezeichnet. Wenn ein Reaktor unter Volllast läuft, reagiert das 135Xe jedoch ebenso schnell weiter, wie es entsteht, sodass es sich nicht ansammelt. Während der Reaktor in Tschernobyl einen halben Tag lang nur mit halber Kraft lief, ist hingegen mehr 135Xe entstanden als abgebaut werden konnte, was die Kettenreaktion regelrecht ausgebremst und zu dem dramatischen Leistungseinbruch vor Beginn des fatalen Tests geführt hat.

Das Berüchtigste unter den entstehenden schweren Elementen, auch “Transurane” genannt, ist das Plutonium, dessen Isotop 239Pu ebenfalls spaltbar ist und sowohl als Reaktor-Brennstoff als auch für Atombomben taugt (deshalb werden Uran-Brennstäbe gemäss den Regeln der Internationalen Atomenergie-Behörde so lange im Reaktor belassen, bis das entstehende 239Pu zu nicht spaltbarem 240Pu weiterreagiert ist [2]).

Insgesamt strahlt die bunte Mischung von Atomkernen in “verbrauchten” Brennstäben rund 10 Millionen mal stärker als “frisches” Uran! Und dabei haben viele dieser Kerne solch lange Halbwertszeiten, dass die Brennstäbe selbst 10 Jahre nachdem sie ausrangiert wurden, noch rund eine Million mal stärker als “frisches” Uran strahlen [2]. Daraus ergibt sich die ungeheure Problematik bei der Lagerung dieses “Atommülls”: “Verbrauchtes” Brennmaterial sollte möglichst lange möglichst weit weg bzw. abgeschottet von allem lagern können, bis seine radioaktiven Bestandteile zerfallen sind. Und da “möglichst lange” viele Jahrtausende meint, gibt es noch keine Technologie, welche eine gefahrlose Lagerung auf der Erde über so lange Zeit wirklich sicherstellt.

 

Leser fragen zu Kernkraft und Radioaktivität:

Cornel van Bebber fragt auf Google+:

Was ist der Unterschied zwischen dem radioaktiven Zerfall im Kernkraftwerk in Tschernobyl und der Atombombe?

Im Grunde genommen gibt es keinen – denn der Brennstoff im Reaktor und Atombomben bestehen aus den gleichen Stoffen (allerdings muss das spaltbare Material für den Bau einer funktionierenden Bombe um einiges stärker angereichert werden als für den Kraftwerksbetrieb). Die Reaktionen, welche in einem Kraftwerk innerhalb von Wochen und Monaten ablaufen, finden bei der Explosion einer Atombombe in Sekunden statt – die Spalt- und Nebenprodukte sind aber weitestgehend die gleichen.

Besonders berüchtigt sind vor allem Cäsium-137 (137Cs), ein β-Strahler mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren, und Iod-131 (131I), ein β-Strahler mit einer Halbwertszeit von 8 Tagen. Beide sind mögliche Bruchstücke, die bei der Spaltung von 235U entstehen, und somit sowohl aus einer Bombe als auch aus einem havarierten Reaktor freigesetzt werden können.

Cäsium-137 ist besonders gefährlich, weil es chemisch den anderen Alkalimetallen, vor allem dem Kalium, ähnelt und leicht an deren Stelle  einen Weg in Organismen findet, und weil es zu energiereichen, “angeregten” Barium-137-Kernen zerfällt, die wiederum γ-Strahlen abgeben, um zu nicht-strahlendem Barium-137 ( 137Ba ) zu werden. In der Medizin macht man sich diese γ-Strahlen bei der Strahlentherapie von Tumoren zunutze, aber in “freier Natur” können sie auch auf gesundes Gewebe eine verheerende Wirkung haben.

Iod-131 zerfällt zwar recht schnell, aber der menschliche Körper lagert Iod-Atome rasch in der Schilddrüse ein, um sie zu Hormonen verarbeiten zu können. Dabei unterscheidet der Organismus nicht zwischen verschiedenen Isotopen, da diese sich chemisch gleichen. So kann in der Schilddrüse gesammeltes Iod-131 in kurzer Zeit merkliche Schäden anrichten und beispielsweise Schilddrüsenkrebs auslösen. Deshalb sind in der Schweiz im Einzugsgebiet von Kernkraftwerden Iod-Tabletten mit nicht-strahlendem Iod ausgegeben worden, die die Bevölkerung im Falle einer Freisetzung von Iod-131 schnell einnehmen soll. Damit soll erreicht werden, dass die betroffenen Körper das Tabletten-Iod zuerst einlagern und für Iod-131 möglichst keinen Platz mehr lassen.

Der grosse Unterschied zwischen Bombe und Kernkraftwerk besteht letztlich darin, dass das radioaktive Material durch die Explosion einer Atombombe weit verteilt wird und schnell ein grosses Gebiet “verstrahlt”, während es im Kernkraftwerk samt seiner abgestrahlten Teilchen und Strahlen im Reaktor bleibt und niemandem direkt schadet – normalerweise jedenfalls.

Nach dem Unglück in Tschernobyl durften meine Schwester und ich unseren Physiker-Vater in den Garten begleiten, um Bodenproben aus dem Sandkasten, Mamas Beeten und vom Grund des Gartenteichs zu nehmen. Mit den Proben sind wir dann nach Düsseldorf in die Uni gefahren, wo es eine Zähl-Apparatur gab, mit welcher Papa die Strahlung aus dem “Gift” in unserem Garten messen und – so hofften wir zumindest – das Draussen-Spiel-Verbot allenfalls wieder aufheben konnte. Unsere und andere Messungen von Papas Kollegen ergaben allerdings, dass von den Böden in der Umgebung doch um einiges mehr Strahlung ausging als normal gewesen wäre.

 

Sichtbare Radioaktivität: Iod 131 in Gras aus Berlin, detektiert auf Planfilm 19 Tage nach dem Tschernobyl-Unglück

Schüler in West-Berlin legten am 15. Mai 1986 ein Büschel Gras von ihrem Schulhof für knapp 2 Tage auf einen Planfilm. Ionisierende Strahlung schwärzt, vergleichbar mit Licht, Filmmaterial. Auf dem hier gezeigten Negativ erscheinen stark strahlende Bereiche weiss. Der runde, schwarze Fleck rührt von einer Münze her, welche die gestreute Strahlung abschirmt. Wenn die weissen Flecken hier tatsächlich, wie von den Autoren angegeben, von Iod-131 herrühren, ist dem Datum nach davon auszugehen, dass hier allenfalls ein Viertel des ursprünglich in diesem Fallout freigesetzten Iod-131 “detektiert” wurde (bei einer Halbwertszeit von 8 Tagen hat sich die Menge des Isotops seit der Freisetzung schon zweimal halbiert). (Bild: ViolaceinB (Own work) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons)

 

Cedric97 von itscedric.de fragt:

Block 4 ist ja in die Luft geflogen, aber die anderen drei Reaktoren liefen ja noch Jahre weiter. Meine Frage: Warum wurden die anderen Reaktoren weiter betrieben?

Laut der Wiener Umweltanwaltschaft, die auf Wikipedia zitiert wird, hat das Kernkraftwerk Tschernobyl – für die Sowjetunion eine “Vorzeige-Anlage” – seinerzeit ein Sechstel des Atomstroms auf dem Gebiet der Ukraine geliefert, was 4 bis 10% des Gesamtstroms entspricht. Darauf konnte oder wollte der Staat seinerzeit nicht von jetzt auf gleich verzichten. Tatsächlich war die Fertigstellung der im Bau befindlichen Blöcke 5 und 6 nach Absinken der Radioaktivität noch geplant. Erst nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion konnte die Regierung der seither unabhängigen Ukraine gegen Ausgleichszahlungen seitens der EU dazu bewegt werden, die verbliebenen Blöcke 1 bis 3 des Kraftwerks endgültig abzuschalten (“Memorandum of Understanding” zwischen den G7-Staaten und der Ukraine vom 20.12.1995).

Gibt es bereits Vergleiche mit Tschernobyl zu den beschädigten Kernkraftanlagen in Belgien?

In meinen Augen wäre ein solcher Vergleich gar nicht sinnvoll: Die Kernkraftwerke Doel und Tihange in Belgien arbeiten mit Druckwasser-Reaktoren. Darin wird Wasser als Moderator und Wärmeüberträger verwendet, welches durch Überdruck im Reaktor-Druckbehälter am Verdampfen gehindert wird. Diese Druckbehälter einer bestimmten Baureihe weisen in Belgien nun eine grosse Anzahl Haarrisse auf. Würde ein solcher Behälter Leck schlagen, sodass es zu einem Druckabfall kommt, könnte das Wasser darin verdampfen und seine wärmeabführende Wirkung verlieren. Dann bestünde die Gefahr einer Kernschmelze.

Der Tschernobyl-Reaktor vom Typ RBMK-1000 war hingegen ein Siedewasser-Druckröhrenreaktor, der statt einem Druckbehälter viele unter Druck stehende Röhren mit Brennstoff sowie Graphit als Moderator enthielt. Auch weitere Sicherheitshüllen (“Containment”), wie sie die belgischen (und andere westliche) Reaktoren umgeben, haben die RBMK-Reaktoren nicht. Die Freisetzung des hoch radioaktiven Materials aus dem Reaktor-Kerns nach der einmal eingetretenen Kernschmelze ist demnach nicht zuletzt auf die baulichen Schwächen dieses Reaktor-Typs zurückzuführen.

Erstarrte "Lava" aus vormals geschmolzenem radioaktivem Reaktormaterial im Dampf-Ventil im Keller von Tschernobyl

Geschmolzenes radioaktives Material aus dem havarierten Reaktor ist im Keller von Block 4 in Tschernobyl aus einem Ventil zur Dampf-Ableitung ausgetreten und erstarrt. Hier gab es keine Sicherheitsbehälter, die die lavaartige Schmelze hätten zurückhalten können. (Bild: The Kurchatov Institute (Russia) and the ISTC-Shelter (Ukraine); Quelle: International Nuclear Safety Program)

Als Nicht-Kernkraft-Ingenieurin kann ich also nur hoffen, dass die Verantwortlichen in Belgien (wie auch in der Schweiz – das Kernkraftwerk Mühleberg verwendet einen Reaktor-Druckbehälter des gleichen Herstellers wie die Kraftwerke in Belgien) wissen, was sie tun, und sich anders als die Ingenieure in Tschernobyl an ihre Vorschriften halten, bis die betreffenden Reaktoren endgültig vom Netz genommen werden.

 

Renate Thormann schreibt auf Facebook:

Ich halte es für wichtig, dass man sich immer und immer wieder der Langzeitfolgen bewusst bleibt. Da wird nicht genug hingesehen und es ist auch mangels Erfahrung gar nicht bekannt, was alles geschieht, wenn man lange auf kontaminiertem Gebiet lebt. Im Staate Washington ist grade wieder eine Riesenkatastrophe mit nuklearem Material geschehen. Das Leck dort bestand schon seit 2011 .. jetzt leckt es mehr als massiv, nämlich katastrophal. Was hört man davon? Nix? Eben … darum finde ich es am wichtigsten so viel wie möglich zu informieren. Langzeitfolgen im Auge zu behalten und Erfahrungen mit Radioaktivität auszutauschen. Es gibt eine “Sarkophag” Seite, die immer über Tschernobyl berichtet ..

Innerhalb von 206 Tagen nach der Havarie von Tschernobyl umschliessen rund 90.000 Liquidatoren den gesamten Reaktorblock 4 mit einem zwanzig “Stockwerke” hohen Kasten aus Stahlbeton, in dem die verbliebenen Überreste des geschmolzenen Kerns seither ruhen wie in einem Sarkophag.

Dieses schon gewaltige Bauwerk war auf eine Lebensdauer von etwa 30 Jahren ausgelegt, doch der Zahn der Zeit zeigte seine Spuren schon weitaus früher – es gibt verschiedene Berichte von Undichtigkeiten oder gar Teil-Einstürzen. So ist im Augenblick ein zweiter Sarkophag im Bau, welcher noch über den ersten geschoben werden und 100 Jahre halten soll. Doch was kommt dann?

der neue Sarkophag für den Reaktor von Tschernobyl im März 2016

Der neue Sarkophag im März 2016: Nach seiner Fertigstellung soll er über den alten Sarkophag (links im Hintergrund) geschoben werden. Das macht ihn zum bis Dato grössten beweglichen Gebäude der Welt. (Bild: Tim Porter (Eigenes Werk) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons)

 

Und die Reaktor-Ruine von Tschernobyl ist nicht die einzige unnatürliche Quelle ionisierender Strahlung. Moderne, nach allen Sicherheitsvorschriften betriebene Kernkraftwerke zählen meines Wissens nicht dazu. Stattdessen sind es Altlasten, die zunehmend Sorgen bereiten. Da ist die von Renate erwähnte Hanford Site in Washington State im Nordwesten der USA, ein ehemaliges Versuchsreaktoren-Gelände, auf welchem grosse Mengen radioaktiver Abfälle in Tanks lagern – Tanks, die altern und zunehmend Lecks aufweisen. Da ist der Reaktorunfall in Fukushima in Japan, der letztlich von Naturgewalten ausgelöst wurde. Die austretende Strahlung ist in der Natur dennoch nicht vorgesehen. Da sind die über Hiroshima und Nagasaki eingesetzten Atombomben und zahllose weitere Atomwaffentests

Nichts desto trotz ist das Atomzeitalter, wenngleich es sich nach der Meinung vieler dem Ende neigen sollte, noch jung – es zählt weniger als 100 Jahre. So sind unsere Kenntnisse der Langzeitfolgen durch das  Tschernobyl-Unglück und anderer unnatürlicher Strahlenquellen bestenfalls lückenhaft, in mancher Hinsicht noch gar nicht abzusehen, und sie werden nach wie vor kontrovers diskutiert.

So schliesse ich mich Renate von Herzen an: Erinnern wir uns an jene schicksalhafte Nacht auf den 26. April 1986, und an alle anderen schicksalhaften Augenblicke des Atomzeitalters und behalten wir ihre Folgen im Auge, um daraus für die Zukunft zu lernen.

Dieser Post enthält (nicht nur) meine Erinnerung und mag hoffentlich helfen zu verstehen, worum es bei Atomen, Kernkraft und Radioaktivität eigentlich geht.

 

Erinnert ihr euch noch an das Tschernobyl-Unglück? Wie habt ihr jene Tage vor 30 Jahren erlebt? Oder seid ihr erst “nachher” zur Welt gekommen? Welche Bedeutung haben die Ereignisse für euch?

Literatur:

[1] Es gibt einen ausführlichen Artikel zum Unglück von Tschernobyl auf Wikipedia:  https://de.wikipedia.org/wiki/Nuklearkatastrophe_von_Tschernobyl. Die Einleitung des Posts ist eine freie Nacherzählung anhand der dortigen Darstellung des Unfallhergangs.

[2] Rudolf Kippenhahn (1998): Atom.Forschung zwischen Faszination und Schrecken. Erweiterte Taschenbuchausgabe im Piper-Verlag GmbH, München. (Das Buch ist vergriffen, aber auf dem Gebrauchtmarkt und in Bibliotheken zu finden: Ein umfassendes, auch für den Laien verständliches Werk, das durch die Geschichte der Atome und ihrer Erforschung führt und schliesslich umfassende Informationen zu Kernenergie und Radioaktivität bereithält.

[3] Weitere Einzelheiten und Bilder rund um Tschernobyl und das Unglück in englischer Sprache gibt es auch auf http://chernobylgallery.com/

Tigerschnegel : Bekämpfung unnötig - ich bin ein Verbündeter!

Endlich grünt und blüht es überall, und immer wieder scheint die Sonne, lockt uns hinaus ins Freie, in den Garten und auf den Balkon. Lange genug haben unzählige fleissige Hobbygärtner darauf gewartet, ihrem Lieblingshobby wieder frönen und zu Schaufel und Hacke greifen zu können, um bald ihrem mit Liebe herangezogenen Grün beim Wachsen zusehen zu können.

Zu den Hobbygärtnern zählen gewiss auch meine “Schwiegereltern”, die im Garten ihres Wochenendhäuschens Erdbeeren, Kartoffeln und manches mehr anzubauen pflegen. Doch obgleich Haus und Garten gute 30 Kilometer vom Standort der Kiste entfernt liegen, glaube ich die Flüche der Schwiegermutter schon wieder hören zu können: “Oh, diese Schnecken!! Ich werfe sie schon eimerweise über den Gartenzaun (keine Sorge um die Nachbarschaft: dahinter befindet sich eine wilde Wiese), aber ich glaube, die kommen immer wieder zurück!”

Wie es scheint, leiden die Schwiegereltern – oder besser ihr Garten – jahrein, jahraus unter einer gehörigen Schneckenplage. “Und wenn wir sie nicht absammeln und hinaus befördern, fressen uns die Biester alles kahl!”

Da muss es doch Abhilfe geben, denke ich, und fange an mich schlau zu lesen. Dabei stosse ich auf einen für manchen womöglich überraschenden Aspekt des Schneckenproblems: Den Weg über den Gartenzaun finden womöglich genau die falschen Schnecken. Nämlich jene, die ihr Eigenheim auf dem Rücken mit sich herumtragen und sich daran schleimfrei anfassen und aufheben lassen. Diese Arten ernähren sich nämlich vornehmlich von welken Pflanzenresten oder Algen.

Schneckenarten

Gehäuseschnecken wie die Bänderschnecken (links oben, CC BY-SA by Reto Lippuner) und die Weinbergschnecke (links unten, CC BY 3.0 DE by C.Löser) sind für Kahlschlag im Garten nicht verantwortlich. Die eigentlichen Feinde unserer Pflanzen sind Nacktschnecken, darunter die gefürchtete spanische Wegschnecke (rechts oben, CC BY-SA 3.0 by Aiwok), die rote (rechts unten, CC BY-SA 3.0 by Guillaume Brocker) und schwarze Wegschnecke, aber auch die kleinere, nicht minder gefürchtete genetzte Ackerschnecke (s. Artikelbild,).

 

Unsere eigentlichen Widersacher sind hingegen obdachlos: Nacktschnecken, wie die Spanische Wegschnecke, tun sich eifrig an frischen Blättern gütlich und hinterlassen unschöne Löcher oder gleich kahle Pflanzentriebe. Und Nacktschnecken anzufassen oder gar aufzusammeln kostet manchen Menschen schon einiges an Überwindung.

Aber der Mensch hat doch längst etwas erfunden, um im Krieg gegen die immer hungrigen Schleimer die Oberhand zu behalten… dieser Gedanke führt mich ins Gartencenter, in dem Bestreben, die Schwiegereltern von dieser einen Sorge zu befreien.

 

In der Verkaufshalle des Gartencenters erstreckt sich ein wahres Chemiker-Paradies meterlang und überkopfhoch vor mir: Düngemittel und Giftstoffe aller Art, gegen nahezu alles was da kreucht und fleucht und unserem geliebten Grünzeug über Gebühr auf die Pelle rücken könnte… und ein ganzer Regalboden bietet eine breite Auswahl dessen, was ich suche: Schneckenkörner. Doch warum gleich ein ganzes Regalfach? Was ist Schneckenkorn eigentlich, und worin unterscheiden sich die verschiedenen Sorten?

Schneckenkorn ist ein Granulat aus einem porösen Trägermaterial, das mit einem oder mehreren Wirkstoffen getränkt ist. Die wirklich effektiven Schneckengifte unter diesen Wirkstoffen haben die “Nebenwirkung”, dass sie Schnecken wie magisch anziehen und im besten Fall dazu verleiten, die Körner sogar zu fressen.

Schneckenkorn: Grosse Auswahl zu nur einem Zweck

Eines haben alle Schneckenkörner gemeinsam: Sie sorgen dafür, dass jede Schnecke, die diese vermeintlichen Leckerbissen frisst, alsbald das Zeitliche segnet. Und zwar alle Schnecken, gleich ob mit oder ohne Haus. Und ein schönes Ende haben sie gewiss nicht – das verrät eine nähere Recherche der verschiedenen Giftstoffe.

Schneckenkorn : Der Warnfarbstoff markiert das Gift für Menschen deutlich.

Ausgestreute Schneckenkörner, hier mit blauem Warn-Farbstoff: Achtung, giftig!

Methiocarb

Das wohl fieseste der Molluskizide – so werden Schneckengifte von Fachleuten genannt – werde ich in meinem Gartencenter in der Schweiz nicht finden: Es ist hierzulande gar nicht als Schneckenkiller zugelassen. In Deutschland auch nicht – dort ist es allerdings erst seit September 2014 verboten, sodass nur die deutschen Gärtner wissen mögen, ob und wieviel davon noch in ihren Schuppen und Kellern auf Vorrat lagert. In Österreich ist es hingegen durchaus möglich, Methiocarb in Schneckenkörnern anzutreffen. Deswegen soll es hier Erwähnung finden.

Methiocarb ist seines Zeichens ein sogenannter Acetylcholin-esterase-Hemmstoff.

Acetylcholin ist ein Neutrotransmitter – ein Molekül, dessen Aufgabe es ist, Nervensignale über den synaptischen Spalt, den Abgrund zwischen einer Nervenzelle und der nächsten zu “transportieren”: Wenn Acetylcholin die nächste Zelle erreicht, wird das Nervensignal innerhalb dieser auf elektrischem Wege weitergeleitet. Sobald das Acetylcholin diesen Job erledigt hat, kommt das Enzym Acetylcholinesterase zum Einsatz und zerlegt die Acetylcholin-Moleküle fachgerecht in wiederverwendbare Bruchstücke.

Unglücklicherweise (nicht nur) für die Schnecken finden Methiocarb-Moleküle und Acetylcholinesterase einander sehr anziehend und reagieren unwiederruflich miteinander. Allerdings kann das Enzym Methiocarb nicht zerlegen. Wenn die Acetylcholinesterase und Methiocarb zusammen finden, wirkt letzteres wie Sand im Getriebe: Nichts geht mehr, das Enzym-Molekül ist ausser Gefecht. Da hilft nur noch, das ganze Molekül zu verschrotten und neu zu bauen. Und das kann dauern – schliesslich ist solch ein Enzym ein ziemlich grosses und komplexes Protein.

Biochemiker sprechen von einer nicht-kompetitiven Inhibition der Cholinesterase. Dazu in der Lage sind z.B. auch das berühmte Insektizid Parathion “E 605” und Kampfstoffe wie Sarin oder Tabun. Andere Stoffe, die die Cholinesterase kompetitiv hemmen, d.h. durch ausreichend Acetylcholin wieder verdrängt werden können, werden hingegen als Medikamente gegen verschiedene Krankheiten eingesetzt (z.B. “ACE-Hemmer” gegen hohen Blutdruck).

 

Kommt schliesslich ein neues Nervensignal an den synaptischen Spalt, während die vorrätige Cholinesterase ausser Gefecht gesetzt ist, wird das ausgeschüttete Acetylcholin nach Erledigung seiner Aufgabe nicht abgebaut und sendet fröhlich weiter sein Signal, ungeachtet dessen, dass die nachfolgende Zelle unter dem Dauerfeuer völlig verrückt spielt.

Acetylcholin kommt an verschiedenen Übergängen zwischen Nerven- und anderen Zellen zum Einsatz, nicht zuletzt am Übergang von Nerven- zu Muskelzellen. Schnecken, die Methiocarb verspeisen, werden in Folge dessen geradezu rasend, sprich hyperaktiv, ehe die Muskelfunktion durch das synaptische Chaos gänzlich zum Erliegen kommt, sodass die Schnecken an Ort und Stelle verenden.

Das allein ist schon kein schönes Ende – hinzu kommt, dass man nach geschlagener Schlacht die herumliegenden Schneckenleichen noch beseitigen muss.

Der eigentliche Haken an der Sache kommt aber noch: Denn Acetylcholin findet nicht nur in Schnecken, sondern auch in den Körpern zahlreicher weiterer Tiere – Wasserlebewesen, Insekten, Vögel (die finden es jedoch alles andere als schmackhaft), Säugetiere, Menschen – als Neurotransmitter Verwendung. Wenn andere Gartenbewohner, Haustiere oder unbedarfte Exemplare unserer eigenen Spezies (Kinder!) die Schneckenkörner aufnehmen oder die verendeten Schnecken als Festmahl erachten, haben sie alsbald ebenfalls mit synaptischem Chaos zu tun: Erbrechen, Speichelfluss, Schwitzen, Durchfall, Atemnot und ein Lungenödem gehören zu den möglichen Symptomen einer Methiocarb-Vergiftung. Und besonders letzteres kann mitunter tödlich enden.

Da es einige Zeit dauert, bis Methiocarb im Boden abgebaut wird und es nur eine geringe Tendenz zum Versickern zeigt, können herumliegende oder gar fortgeschwemmte Methiocarb-Schneckenkörner oder verendete Schnecken schnell zur Gefahr für andere Lebewesen werden – und im schlimmsten Fall ganze Gewässer, in welche sie geraten, vergiften.

All das sind in meinen Augen wahrlich gute Gründe dafür, dass Methiocarb vielerorts nicht (mehr) gegen Schnecken eingesetzt werden darf.

Metaldehyd

Auch in der Schweiz erhältlich ist hingegen Schneckenkorn mit Metaldehyd. Dessen Molekül, das aufgrund seiner Symmetrie einer gewissen Schönheit nicht entbehrt, kann in vier Moleküle Acetaldehyd zerlegt werden, von welchem die eigentliche Giftwirkung ausgeht. Wer über den biochemischen  Katzenjammer gelesen hat, erinnert sich vielleicht, dass eben dieser Stoff, der auch beim Abbau von Alkohol im menschlichen Körper entsteht, einen guten Anteil an dessen Giftwirkung hat.

Acetaldehyd wirkt bei Schnecken vor allem auf jene Zellen in der Haut, die den glitschigen Schleim produzieren, welcher der Schnecke eigentlich unter anderem als Schutz gegen Austrocknung dient. Unter Acetaldehyd-Einfluss geraten diese Zellen jedoch völlig ausser Kontrolle und fabrizieren Schleim, Schleim und noch mehr Schleim, ohne Rücksicht darauf, dass die Schnecken bei all der Schleimerei früher oder später – eher früher – regelrecht dehydrieren und an Ort und Stelle an Wassermangel eingehen. Grössere Nacktschnecken erleiden auf diese Weise zuweilen jedoch “nur” einen gewaltigen Kater und gehen k.o., bis der nächste Regenguss sie wieder auf die Beine – halt: auf die Unterseite – bringt. Deshalb sollten sie, einmal ausgeknockt, unbedingt eingesammelt und fortgeschafft werden.

Wie bereits angedeutet hat Acetaldehyd auch auf Menschen und andere Säugetiere in entsprechender Dosis eine erhebliche Giftwirkung. Zwar schleimen weder diese Tiere noch wir uns tot, doch kann Metaldehyd bzw. Acetaldehyd zu Fieber und Krämpfen führen, die unbehandelt die gleiche Wirkung haben können. Bis es dazu kommt, müsste ein Mensch laut Velvart(1993)[1] jedoch eine ganze Menge Metaldehyd zu sich nehmen: Ein Kleinkind muss angeblich bei unter 100 Schneckenkörnern auf einmal nicht mit ernsteren Vergiftungen rechnen.

Andererseits ist gemäss dem “Praktischen Tierarzt“, da vor allem Hunde oft regelrecht von herumliegenden Schneckenkörnern verführt werden, jeder Haustierarzt gut beraten, über die Symptome einer Metaldehyd-Vergiftung im Bilde zu sein.

Metaldehyd ist im Boden relativ gut beständig. Wenn es aber doch einmal zu Acetaldehyd zersetzt wird, können zahlreiche Organismen es zu harmloser Essigsäure oxidieren und weiter zu Kohlendioxid und Wasser abbauen.

In der Schweiz scheinen sich Metaldehyd-Schneckenkörner übrigens trotz der grossen Schleimerei grösster Beliebtheit zu erfreuen: Im Regal für Metaldehyd-Schneckenkörner im hiesigen Gartencenter herrscht bei meinem Besuch gähnende Leere: Alles ausverkauft! Erst im Kram-Fach an der Kasse sind mir noch zwei Pakete in die Hände gefallen, sodass ich mich von ihrem fiesen Inhalt überzeugen konnte.

[1] Velvart J.: Toxikologie der Haushaltsprodukte. Verlag Hans Huber, Bern; Stuttgart; Toronto, 1993

 

Eisen(III)phosphat

Anders verhält es sich mit Eisen(III)phosphat. Mit diesem auch als Bio-Schneckenkiller zugelassenen Wirkstoff präparierte Schneckenkörner stapeln sich noch zentnerweise in den Regalen – sowohl in der herkömmlichen als auch in der Bio-Variante (mit etwas geringerer Wirkstoff-Konzentration).

Eisen(III)phosphat ist ein Salz – eine Verbindung (hier) aus zwei Ionensorten, Eisen3+ -Ionen und Phosphat(PO43-)-Ionen. Sowohl Eisen- als auch Phosphat-Ionen sind an sich natürliche Bestandteile unserer Umwelt und vieler Organismen, sodass Eisen(III)phosphat für die meisten Lebewesen ungefährlich ist. Schnecken, die dieses Salz aufnehmen, verlieren allerdings rasch ihren Appetit. In Folge dessen ziehen sie sich in ihre Schlupfwinkel zurück und verhungern langsam, da sie keinen Drang mehr empfinden, sich etwas zu Fressen zu suchen.

Der Haken an der Sache: Um die Appetitlosigkeit lange genug aufrecht zu erhalten, sodass die Schnecken auch wirklich den Hungertod erleiden, müssen je nach Anzahl und Grösse der “Ziele” erhebliche Mengen des Eisenphosphats ausgebracht werden. Die kosten natürlich Geld und wollen zu ihrem Bestimmungsort geschleppt werden. Ausserdem wird für grossflächigen Einsatz solcher Schneckenkörner, zum Beispiel im Ackerbau, die Phosphat-Belastung von Böden und Gewässern, wie man sie gemeinhin von Düngemitteln her kennt, diskutiert.

Schlussendlich habe ich alle Schneckenkörner im Regal gelassen. Nicht nur, dass mir jede der drei beschriebenen Todesarten nicht einmal schneckenwürdig erscheint – die möglichen Kollateralschäden bei dieser Art von Kriegsführung und die mangelnde Effektivität des Eisenphosphats lassen mich an der Zweckdienlichkeit der beschriebenen Mittel zweifeln.

 

Alternativen zu Schneckenkorn

Den Schwiegereltern kann ich nur empfehlen einfache Bretter im Garten auszulegen. Darunter verkriechen sich die Schnecken tagsüber mit Vorliebe, sodass man sie einfach absammeln und weiträumig “ausschaffen” kann (aber nur die Nacktschnecken!).

Des Weiteren können mechanische Barrieren errichtet werden: Schneckenzäune, Schneckenkragen für empfindliche Sprösslinge, trockenes und scharfkantiges bzw. spitzes Streugut, über welches Schnecken nicht gut kriechen können, und manches mehr. All das ist allerdings je nach Grösse des zu verteidigenden Areals relativ aufwändig in der Umsetzung.

Bier-Fallen gehören streng genommen ebenfalls zu den chemischen Keulen: Von Bier wie magnetisch angezogen können Schnecken in ein im Boden eingelassenes Gefäss stürzen und im Gerstensaft ertrinken. Leider funktioniert das nicht nur mit Nacktschnecken, sondern auch mit ihren haustragenden Verwandten und vielen anderen kleinen Nützlingen, wie Insekten und Mäusen, sodass auch hier mit beträchtlichen Kollateralschäden gerechnet werden muss.

Einige Pflanzen haben den gefrässigen Schnecken eigenständig den Kampf angesagt und produzieren Stoffe, die von ihren schleimigen Gegnern als höchst widerlich empfunden werden. Dazu zählen viele Gewürzpflanzen bzw. Kräuter, wie Salbei, Thymian, Rosmarin, Lavendel oder Knoblauch, die zwischen Schösslinge gepflanzt ihre Umgebung unattraktiv für Schnecken gestalten können. Das Abschreckungsmittel von bestimmten Moosen ist als Lebermoos-Extrakt sogar im Handel erhältlich und kann als wirksames, aber biologisches Spritzmittel die Schnecken von bespritzten Pflanzen fernhalten.

Der natürlichste Weg zur Schneckenbekämpfung ist wahrscheinlich, sich im Kampf gegen die Plagegeister mit deren Fressfeinden zu verbünden. Der Igel ist wohl der bekannteste Schneckenfeind, doch auch Kröten und einige Vögel zählen zu den potentiellen Verbündeten. Wer die Möglichkeit hat Geflügel zu halten, hat in Hühnern, Fasanen oder Indischen Laufenten (letztere kann man sogar für einen vorübergehenden “Kampfeinsatz” mieten!) schlagkräftige Kampfgefährten. Da viele dieser Tiere jedoch die – ursprünglich aus Südeuropa eingeschleppte – Spanische Wegschnecke als ungeniessbar erachten, gilt als einer der wichtigsten Fressfeinde dieser Art…

Tigerschnegel

Tigerschnegel: Dieser hübsche Geselle sollte ein willkommener Gast im Garten sein: Er ernährt sich unter anderem von anderen Nacktschnecken! (CC BY-SA 3.0 by G.U.Tolkiehn)

 

Eine Nacktschnecke: Der Tigerschnegel, eine bis zu 20 cm lange Nacktschnecke mit hübscher Leoparden-Zeichnung, ernährt sich neben welkem Pflanzenmaterial und Aas auch räuberisch von anderen Nacktschnecken – einschliesslich der Spanischen Wegschnecke. Wer diesen Gesellen in seinem Garten findet, muss sich nicht um seine Pflanzen sorgen, sondern kann sich über einen wertvollen Verbündeten im Kampf gegen die wirklichen Plagegeister freuen.

Mehr Spannendes zu den verschiedenen Schneckenarten gibt es übrigens in Robert Nordsiecks Seite “Die Lebende Welt der Schnecken“!

Fazit

Schneckenkörner sind wirksam, unterscheiden aber nicht zwischen Freund und Feind unter den Schnecken – und können auch für andere Lebewesen gefährlich werden. “Natürliche” Strategien im Kampf gegen Schnecken sind zwar oft aufwändiger, aber letztlich zielgenauer und richten weniger Kollateralschäden an.

Mein Lebenspartner und ich haben meinen Schwiegereltern übrigens ein Igel-Hotel geschenkt, das nun seinen angestammten Platz im Garten hat. Und verirrte Schnecken auf unserem heimischen Balkon im ersten Stock erhalten umgehend einen Freiflug ins Igel-Terrain im Erdgeschoss!

Und wie geht ihr mit Schnecken im Garten um?

Chemie im Osternest: Ostereier und Farbstoffe

Der Frühling kommt unaufhaltsam, und mit ihm rücken die Ostertage immer näher. Nach dem grauen Winter gibt es wohl kaum jemanden, der sich nicht nach dieser hellen Zeit voller Farben sehnt: Sonne, Frühlingsblumen, bunte Eier… doch bis es soweit ist, und wir uns an den Farben freuen können, steht noch Arbeit an. Im Supermarkt gibt es reichlich Hilfsmittel im Angebot, unter anderem eine breite Palette von Färbemitteln für die Eier. Das verspricht Mal- und Bastelspass für Gross und Klein!

Als ich mir die Packungen – bei den beiden bekanntesten Schweizer Grossverteilern von einem deutschen Hersteller – genauer ansah, war jedoch zunächst einmal meine Chemiker-Neugier geweckt: Das Verzeichnis der Inhaltsstoffe bestand durchweg aus einer umfangreichen Liste von E-Nummern. Nun, die sind für sich erst einmal nichts schlimmes, sind doch einer ganzen Reihe nützlicher und gesunder Substanzen – beispielsweise vielen Vitaminen – E-Nummern zugeordnet, die als Kurzschreibweise die gesetzliche Kennzeichnungspflicht auf kleinstmöglichem Raum erfüllen. Hier jedoch beschlich mich ein Verdacht. Und da ich kein wandelndes E-Nummern-Lexikon bin, habe ich die Zahlensammlung rasch ins Smartphone abgetippt, um sie später in Ruhe nachzuschlagen.

Und ich sollte recht behalten: Die Liste hält eine wahre Fülle synthetischer Farbstoffe bereit, die auf den ersten Blick klangvolle, optimistische Namen haben:

  • E 104 Chinolingelb
  • E 110 Gelborange S
  • E 122 Azorubin
  • E 124 Cochenillerot A
  • E 131 Patentblau V
  • E 132 Indigotin
  • E 133 Brilliantblau FCF
  • E 142 Grün S
  • E 151 Brilliantschwarz BN

All diese Stoffe sind organische Verbindungen, und die Stoffklassen, welchen sie angehören, sind mir (und wohl jedem anderen Chemiker) aus dem Studium wohlbekannt: Zu den sogenannten Triphenylmethan-Farbstoffen zählen viele bekannte Indikatoren, zum Beispiel das Phenolphthalein, aber auch Patentblau V, Brilliantblau FCF und Grün S (E 131, 133 und 142). Einen Vertreter der sogenannten Azofarbstoffe, zu welchen E 110, E 122, E124, E 132 und E 151 zählen, habe ich einst sogar selbst im Labor synthetisiert. Dabei sind mir als sicherheitsbewusster Chemikerin neben den strahlenden Farben besonders diese Eigenschaften dieser Stoffe in Erinnerung geblieben: giftig, potentiell krebserzeugend, überaus wasserlöslich und damit im Handumdrehen überall verteilt. Und sowas sollte für Lebensmittel zugelassen sein?

Aber welche organischen Verbindungen sind eigentlich farbig? Kann man Farbstoffe nach Wunsch “erfinden”? Und wie gesundheitsschädlich sind die synthetischen Ostereier-Farben wirklich? Sollte man sie meiden?

 

Welche organischen Moleküle sind farbig?

Unser Eindruck von Farbigkeit organischer Stoffe entsteht genauso wie bei allen anderen Stoffen auch. In “Farben, Licht und Glanz – Wie die Welt uns bunt erscheint” habe ich bereits vom Aufbau der Elektronenhülle von Atomen erzählt, innerhalb welcher Elektronen von Etage zu Etage “umziehen” können, indem sie Licht mit einer genau passenden Wellenlänge schlucken. Was dann vom einstmals weiss erscheinenden Gemisch aller Licht-Wellenlängen übrig bleibt, bestimmt die Farbe, die wir sehen – nämlich die Komplementärfarbe zur geschluckten Wellenlänge.

Farbig sind also solche Teilchen, in deren Elektronenhülle es Abstände zwischen Energieniveaus (“Etagen”) gibt, welche durch das Schlucken von Licht-Wellenlängen im sichtbaren Bereich überbrückt werden können. In einem Molekül, in welchem die Atome über Elektronenpaarbindungen miteinander verbunden sind, teilen die Atome gemeinsame Energieniveaus, welche ihrerseits in “Wohneinheiten”, sogenannte Orbitale, für je zwei Elektronen unterteilt sind. Und (nicht nur) für organische Moleküle gilt die Faustregel:

Die Abstände zwischen Energieniveaus liegen dann im sichtbaren Bereich, wenn sich viele Elektronen “Wohngemeinschaften”, also miteinander verbundene “Wohneinheiten” bzw. Orbitale teilen – in der Chemikersprache gesagt: wenn die Elektronen “delokalisiert” sind.

In den üblichen Einfach-Elektronenpaarbindungen bleibt allerdings jedes Elektronenpaar unter sich. Erst wenn Doppelbindungen vorkommen, wird die Sache interessant. Denn eine Doppelbindung kann man sich dergestalt vorstellen, dass eine zweite Bindung eine Einfachbindung zwischen zwei Atomen ähnlich einem Schlauch umgibt – und an beiden Enden ein gutes Stück darüber hinaus ragt. Wenn nun zwei Doppelbindungen auftreten, welche nur durch eine Einfachbindung voneinander getrennt sind, können die “überstehenden” Enden der beiden Doppelbindungen miteinander verschmelzen, sodass die darin enthaltenen vier Elektronen sich entlang aller vier beteiligten Atome bewegen können – also delokalisiert sind.

Sich abwechselnde Doppel- und Einfachbindungen entsprechen also einer für farbige Stoffe massgeblichen atomaren “Wohngemeinschaft”.

Das bedeutet: Es lässt sich an der Lewis- oder Strichformel eines organischen Stoffes abschätzen, inwieweit dieser farbig ist! Dabei gilt grundsätzlich: Je mehr sich abwechselnde Doppel- und Einfach-Bindungen ein Molekül enthält, d.h. je weiter die enthaltenen Elektronen delokalisiert sind, desto farbiger ist der entsprechende Stoff.

Darüber hinaus kann die Farbe eines Stoffes weiter intensiviert werden, wenn das Molekül bestimmte Atomgruppen enthält, die an und für sich schon farbig sind. Eine solche “Chromophor” genannte Atomgruppe ist die aus zwei Stickstoffatomen bestehende Azogruppe, -N=N-, welche den Azo-Farbstoffen ihren Namen gegeben hat.

 

Wie organische Farbstoffe aufgebaut sind

In einem typischen Farbstoffmolekül sind eine oder mehrere chromophore Gruppen in ein System aus sich abwechselnden Doppel- und Einfachbindungen eingegliedert. Nicht selten sind aromatische Ringe – meist sechseckige “Benzol-Ringe” aus sechs Kohlenstoff-Atomen – Teil dieses Systems, da diese in ganz besonderer Weise delokalisierte Elektronen aufweisen. Da eben diese Besonderheit die aromatischen Ringe jedoch in vielerlei Hinsicht unreaktiv macht, enthalten gute Farbstoff-Moleküle überdies besonders reaktionsfreudige Atomgruppen, die mit anderen Stoffen feste Bindungen eingehen und dem Farbstoff so erlauben, am zu färbenden Material – zum Beispiel Textilfasern oder Eierschalen – möglichst waschecht zu haften. Solche Gruppen werden “Auxochrome” – Farbhelfer – genannt.

Azorubin und Brilliantschwarz_BN

Azorubin (linke Formel) ist ein typischer Azofarbstoff, dessen Azogruppe (hellblau gerahmt) zwischen zwei aromatischen Ringen zu finden ist. Doppel- und Einfachbindungen wechseln sich in diesem System also über alle vier Ringe und die Azogruppe hinweg ab. Am Rand des Moleküls finden sich als Auxochrome mehrere Sulfonsäure-Gruppen (rosa gerahmt, dargestellt als Natrium-Salz). Eine Sulfonsäure-Gruppe ist nichts anderes als ein Teil eines Schwefelsäure-Moleküls, welcher mit dem Kohlenstoff-Gerüst des Farbstoffs verknüpft ist. Dementsprechend können diese Gruppen ähnlich wie Schwefelsäure sowohl Ionen- bzw. Säure-Base-Reaktionen eingehen, als auch Ester und andere feste Verknüpfungen über Elektronenpaar-Bindungen bilden. Sulfonsäuren, besser noch ihre Salze, sind also sowohl wasserlöslich als auch in der Lage, feste Bindungen einzugehen.

Die rechte Formel lässt überdies die Bedeutung der Chromophore erahnen: Brilliantschwarz – Schwarz als intensivste “Farbe” ergibt sich, wenn sämtliche sichtbaren Lichtwellen geschluckt werden – enthält statt einer Azo-Gruppe gleich zwei – und der Stoff ist nicht bloss intensiv farbig, sondern schwarz.

Auch Triphenylmethan-Farbstoffe enthalten aromatische Ringe – wenn solch ein Ring an etwas anderes gebunden ist, nennen die Chemiker ihn “Phenyl-Gruppe” – aber keine weiteren chromophoren Gruppen. Das Grundgerüst dieser Farbstoffe entspricht also einem Methanmolekül (CH4), in welchem drei der Wasserstoff-Atome durch Phenyl-Gruppen ersetzt sind (links im Bild die Strukturformel für “Triphenylmethan”, welches diesen Farbstoffen ihren Namen gibt). Auch im rechts gezeigten Patentblau V finden sich Sulfonsäuregruppen als Auxochrome.

Triphenylmethan und Patent_blue_V

Die Eigenschaften solcher Farbstoffe lassen sich nicht nur auf diese Weise aus den Strukturformeln ablesen.  Die Regeln der Chemie zur Farberscheinung und zu anderen Eigenschaften sind gar so präzise, dass Chemiker die Farbe eines Moleküls ausrechnen – bzw. sich ein Molekül mit der gewünschten Farbe und weiteren Eigenschaften ausdenken können! Da liegt es nahe, für Ostereier und andere Lebensmittel Farbstoffe zu designen, die sowohl die gewünschten Farben haben, als auch unschädlich für den menschlichen Körper sind.

 

Aber wie gesundheits(un)schädlich sind diese Designer-Farbstoffe wirklich?

Aufnahme und Anreicherung von Lebensmittelfarbstoffen

Der ideale Lebensmittelfarbstoff wird auf seinem Weg durch den Verdauungstrakt gar nicht erst vom Körper aufgenommen und unverändert wieder ausgeschieden. An dieses Ideal kommen die Triphenylmethan-Farbstoffe unter den Ostereierfarben nahe heran: Sie werden weder vom Körper aufgenommen, noch im Verdauungstrakt gespalten oder anderweitig verändert. Die auxochromen Gruppen erweisen sich in diesem Zusammenhang wiederum als nützlich: Aufgrund der guten Wasserlöslichkeit der Moleküle besteht überdies kaum Gefahr, dass diese sich – über längere Zeit aufgenommen – irgendwo im Körper anreichern.

Etwas anders sieht es bei den Azofarbstoffen aus, da der menschliche Organismus in der Lage ist, die Azo-Gruppe solcher Moleküle zu spalten. Somit müssen also nicht nur die Moleküle selbst, sondern auch die Bruchstücke unbedenklich sein. Und unter den Bruchstücken von Azo-Farbstoffen sind aromatische Amine, also solche, die neben einem Benzol-Ring auch eine zusätzliche Stickstoff-Gruppe enthalten, für eine krebserzeugende Wirkung berüchtigt. Jener Azo-Farbstoff, den ich einst im Labor synthetisiert habe, mag ein solches Fragment enthalten haben. Die Lebensmittelfarbstoffe enthalten derlei jedoch aus gutem Grund nicht. Ihre Bruchstücke sind harmlos und werden problemlos wieder ausgeschieden.

Allergische Reaktionen

Nichts desto trotz sind alle “Designer-Stoffe”, zu welchen die synthetischen Lebensmittel-Farbstoffe zählen, aus Sicht des menschlichen Körpers “Fremdstoffe”, welche pseudoallergische Reaktionen auslösen können. Dabei handelt es sich um unspezifische Abwehrreaktionen auf die Gegenwart eines Fremdstoffs: Wie bei einer Allergie können Entzündungssymptome auftreten, von Hautauschlag (Neurodermitis) bis hin zu Asthma. Das Ausmass dieser Symptome hängt dabei von der jeweiligen Dosis des Auslösers ab. Das heisst, ausreichend geringe Mengen des Auslösers werden mitunter gar keine spürbare allergische Reaktion auslösen.

Im Unterschied dazu werden bei einer “echten” Allergie Antikörper gegen den Auslöser (das “Allergen”) gebildet, welche  das Immunsystem in Gang setzen und so die Abwehrreaktion auslösen. Da dieser Weg der Abwehr nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip funktioniert, können schon kleine Mengen eines Allergens eine heftige Reaktion nach sich ziehen.

Pseudoallergische Reaktionen auf Farbstoffe können also durch die Verwendung ausreichend kleiner Mengen weitgehend vermieden werden. Allerdings ist z.B. bei Personen, die auch auf den Aspirin-Wirkstoff Acetylsalicylsäure pseudoallergisch reagieren, häufig eine besondere Empfindlichkeit gegenüber Lebensmittelfarbstoffen beobachtet worden.

Hyperaktivität und Konzentrationsstörungen

Seit 2007 ist eine Studie populär, die einen Zusammenhang zwischen der Aufnahme von Lebensmittelfarben aus der Gruppe der Azo-Farbstoffe und Hyperaktivität bzw. Konzentrationsstörungen von Kindern festgestellt haben will. Nach dem Arbeitsort ihrer Autoren wird diese Studie kurz als “Southhampton-Studie” bezeichnet. Sie führte dazu, dass in der EU in jüngster Zeit eine Kennzeichnungspflicht für Lebensmittel mit Azo-Farbstoffen eingeführt worden ist: Solche Produkte müssen neuerdings eine Aufschrift “kann Aktivität und Aufmerksamkeit bei Kindern beeinträchtigen” tragen. Ostereier-Farben sind übrigens davon ausgenommen – die bunten Eierschalen werden schliesslich nicht verzehrt, heisst es – weshalb ich auf den Verpackungen “meines” deutschen Herstellers auch keinen solchen Hinweis gefunden habe.

Das Schweizer Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV) bezeichnet die Southampton-Studie allerdings in vielen Punkten als unwissenschaftlich (die Kritikpunkte reichen von der Erhebung von Daten durch ungeschultes, nicht neutrales Personal bis zu unklaren Messgrössen und Untersuchungsgegenständen) und die Schlussfolgerungen daraus als widerlegt. Aus diesem Grund, so das BLV, gibt es in der Schweiz keine entsprechende Kennzeichnungspflicht.

Das Verhalten von Kindern bzw. Schülern ist ebenfalls Forschungsgegenstand in der Erziehungswissenschaft und Didaktik. So habe ich aus meiner Literatur aus der Lehrerausbildung den Eindruck gewonnen, dass wohl kaum ein Forschungsgegenstand schwieriger zu erfassen ist, als Einflüsse von Massnahmen – seien es Chemikalien oder Unterrichtsmethoden – auf das Verhalten von Kindern. Deshalb erfordern der Entwurf, die Durchführung und nicht zuletzt die Auswertung derartiger Studien in meinen Augen allerhöchste Sorgfalt und Vorsicht, sodass ich dazu neige, dem BLV und seinen Kritikpunkten in Sachen Lebensmittelfarbstoffen bei zu pflichten.

Insbesondere einen Zusammenhang zwischen Lebensmittelfarbstoffen und dem als ADHS (Aufmerksamkeits-Defizit-/Hyperaktivitäts-Syndrom) bezeichneten Syndrom, welches gerne in diesem Kontext genannt wird, kann ich nicht nachvollziehen. Viel einleuchtender erscheint mir da, dass pseudoallergischer Juckreiz und ähnliche Reaktionen Kinder unruhig und unaufmerksam werden lassen.

 

Welche Alternativen gibt es zu synthetischen Ostereier-Farben?

Es liegt mir fern, die synthetischen Ostereier-Farben als “gut” oder “schlecht” abzustempeln. Vielmehr möchte ich Hintergrundwissen liefern, anhand dessen jeder selbst entscheiden mag, was für ihn, sie oder seine/ihre Kinder das Beste ist. Auf diesem Grundsatz – jeder hat das Recht selbst zu entscheiden, was er verwendet oder gar zu sich nimmt – basiert in meinen Augen auch unser Lebensmittelrecht, sowohl in der Schweiz als auch in der EU, welches die Auflistung von Inhaltsstoffen auf der Verpackung von Lebensmitteln und anderen Waren vorschreibt.

Nach allem, was ich nun gelesen habe, sehe ich keinen Grund zu der Annahme, dass synthetische Ostereier-Farben per se gefährlich sein bzw. unweigerlich krank machen sollten. Ganz und gar unbedenklich sind sie deshalb aber noch lange nicht – nicht zuletzt, weil jeder Körper anders auf einen Stoff reagieren kann. Das gilt übrigens für viele sogenannte Naturstoffe ebenso wie für synthetische Verbindungen, denn auch die meisten Naturstoffe sind aus Sicht des menschlichen Körpers letztlich Fremdstoffe. Und Allergien – auch “echte” – auf “ganz normale” Lebensmittelbestandteile sind uns zu Genüge bekannt.

Wer sich schliesslich für die Naturstoff-Variante für seine Ostereier entscheidet, kann eine ganze Reihe wunderschöner Naturfarbstoffe in Lebensmittel-Pflanzen wie Rote Bete (in der Schweiz “Rande”) (rot), Curcuma (gelb), Spinat (grün), Zwiebelschalen (braungelb) oder Rotkohl bzw. Blaukraut (blauviolett) finden.

Eine tolle Anleitung zum Färben mit diesen Farbstoffen und Verzieren der Eier mit Essig-Mustern gibt es auf der Website von GEOLino. Und die dort gezeigten Eier sind fast so strahlend bunt wie die synthetischen Designerfarben – der wärmeren Farbtöne wegen finde ich sie sogar schöner als jene, die auf den Verpackungen der synthetischen Färbemittel abgebildet waren!

Ob nun synthetisch oder mit Naturstoff-Eiern: Ich wünsche euch frohe, farbenreiche Ostern!

Und womit färbt ihr eure Ostereier?