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Rundgang im Gewächshaus - Woher unser Gemüse kommt

Dieser Beitrag ist mit freundlicher Unterstützung von Gutknecht Gemüse entstanden, die mir im Rahmen einer Betriebsführung für Blogger einen Einblick in ihre Gewächshausproduktion gewährt haben. Ich bedanke mich herzlich bei beim Unternehmen für die Einladung und bei Moana Werschler für die Organisation. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

Chemie im Alltag? Die ist auch in der Gemüseabteilung im Supermarkt immer wieder ein Thema. Zumindest lässt mich, was so durch die Sozialen Medien geistert, annehmen, dass ich nicht die einzige bin, die beim Einkauf darüber nachdenkt, welche ebenso beunruhigenden wie unsichtbaren Substanzen an unseren Gemüsen haften mögen: Rückstände von Pestiziden und die noch weniger greifbaren Folgen “nicht-natürlichen” Anbaus.

Aber ganz ehrlich: Bis vor wenigen Wochen hatte ich absolut gar keine Ahnung davon, wie unser Gemüse heutzutage angebaut wird. Wie die meisten von euch vermutlich auch. Ist das eine Grundlage für eine fundierte Einschätzung der Lage im Gemüseregal? Fehlanzeige! Selbst für mich als Chemikerin.

Wie baut man heute Gemüse an?

Richtig bewusst wurde mir das allerdings erst, als ich jemanden traf, der es besser wusste – und mir und anderen Bloggern die Möglichkeit eröffnete, der Sache auf den Grund zu gehen: Ich danke Moana Werschler von “Miss Broccoli” herzlich für die Organisation des spannenden Ausflugs in die Welt des modernen Indoor-Gemüseanbaus bei Familie Gutknecht in Kerzers! Dort habe ich nämlich aus nächster Nähe anschauen – und probieren! – dürfen, wie zeitgemässer Gemüseanbau in der Schweiz funktioniert.

Und das habe ich natürlich für euch getan, damit ich euch einen wirklich spannenden Einblick “aus erster Hand” in die Herkunft unserer liebsten Grundlage gesunder Ernährung geben kann. Und die mutet geradezu futuristisch an: Bei Gutknecht wird nämlich “Hors Sol” praktiziert – eine Anbaumethode, die dem Augenschein nach auch auf dem Mars funktionieren könnte.

Was wächst bei Gutknecht?

An einem heissen Juni-Tag führte mich mein Weg aus dem kleinen Dorf Kerzers (das unter Naturliebhabern und -forschern für sein Schmetterlingshaus “Papiliorama” bekannt ist) hinaus aufs flache Feld und durch ein Industriegebiet voller grosser Logistik-Niederlassungen. Dahinter wartete natürlich kein romantischer Familien-Ferien-Bauernhof. Der hätte auch kaum die Möglichkeit gehabt, das ganze Gebiet um den “Röstigraben” zwischen Deutsch- und Westschweiz mit frischem Gemüse zu versorgen.

Der Gutknecht-Gemüsehof hingegen kann das: Auf einer Gewächshaus-Fläche von 9 Fussballfeldern (das sind 6 bis 7 Hektar) werden das ganze Jahr über zahlreiche Gemüsesorten angebaut, die wir in den Auslagen von Migros, Coop, Spar, Lidl, Denner….eigentlich allen Supermärkten in der Region finden können. Dazu kommen 100 Hektar Anbaufläche an der frischen Luft für Obst und Gemüsesorten, die im Gewächshaus nicht gedeihen. Aber die waren für uns heute nicht von Interesse.

Uns und Pascal Gutknecht – einem der Hofbesitzer, der uns persönlich herumgeführt hat – ging es heute um die Gewächshäuser und das, was darin wächst: 29 (!) verschiedene Sorten Tomaten, dazu Auberginen, Zucchetti (in Deutschland sagt man Zucchini), Gurken, Peperoni (für Nicht-Schweizer: gemeint sind Paprika – die kleineren Scharfen, hierzulande Peperoncini genannt, gibt es bei Gutknechts allerdings auch), verschiedene Sorten frischer Kräuter und wer weiss, was wir noch alles nicht gesehen haben.

Unser Rundgang durch den Anbaubereich beginnt im Versuchsgewächshaus, in welchem in kleinerem Massstab mit Verbesserungen der Anbaumethode und neuen Sorten experimentiert wird. Das muss Pascal Gutknecht uns allerdings erst erklären – denn wir finden uns auf den ersten Blick in einer mächtigen gläsernen Halle mit Reihen um Reihen grüner Pflanzen mit Rispen voller kleiner Tomaten wieder. Die richtig grossen Gewächshäuser haben wir ja noch gar nicht gesehen.

Datteltomaten im Versuchs-Gewächshaus

Und hätte Moana uns nicht so gründlich vorinformiert, hätte der Anblick dieser Reihen vielleicht befremdlich gewirkt. Seit wann sind Tomaten lianenähnliche Schlingpflanzen? Und seit wann wachsen die auf frei hängenden Schwebebalken? Aber Moana hatte mich ja vorgewarnt: Die Gutknechts haben sich dem Hors Sol, einer etwas anderen, aber zukunftsweisenden Anbaumethode verschrieben.

 

Was ist Hors-Sol?

“Hors Sol” ist französisch für “ausserhalb des Erdbodens” – und genau darum geht es auch. Der Erdboden unter dem Gewächshaus wird nicht bepflanzt, sondern mit Platten oder Planen abgedeckt. Stattdessen werden Reihe um Reihe der schon erwähnten “Schwebebalken” an Ketten unter dem Gewächshausdach aufgehängt, sodass sie etwa 30 bis 40cm über dem Boden schweben.

Die Balken werden dann mit prallvollen Kunststoffsäcken bestückt, die an Gartenerde-Säcke aus dem Baumarkt erinnern. Statt Gartenerde enthalten sie jedoch Kokosfasern, die beim Anbau von Kokospalmen (zum Beispiel für das zunehmend populäre Kokosfett) abfallen. In diesen Kokosfaserballen wurzeln die Tomaten (oder andere Pflanzen), während sie dem durch das Glasdach fallenden Licht entgegen wachsen.

Wurzelballen in einer Hors Sol - Kultur

Was sind das für seltsame Lianen-Tomaten?

Und das tun sie mit grösstem Eifer: Alle Windungen zusammengenommen sind die Tomatenpflanzen im Versuchgewächshaus gut und gerne sechs bis sieben Meter lang! Dabei werden sie sorgfältig drapiert und ihre Spitzen an Führungsketten aufgehängt. Zudem herrscht akribische Ordnung: An der Spitze blüht alles, in der Mitte hängen schwer die reifenden Früchte und der untere Teil der Haupttriebe ist vollkommen kahl (Diese Ordnung ist naturgegeben – ihr könnt sie auch an den Tomatenpflanzen in eurem Garten beobachten – wenn ihr im untersten Bereich eurer Pflanzen kräftig “ausgeizt” und alle Blätter wegschneidet).

Dabei ist diese Pflanzung erst in der Mitte ihres Lebens angelangt: Die Tomaten wurden im Januar, also vor einem halben Jahr gesetzt und können bis zu ihrem Lebensende im Dezember eine Länge von 13 Metern erreichen! Das könnten eure Tomaten im Garten übrigens auch, wenn sie so viel Zeit und Platz zum Wachsen hätten.

In diesem Gewächshaus ist Wechselzeit: Die Kokosfaser-Säcke - Basis für die Hors Sol Kultur - warten auf neue Pflanzen

In diesem Produktions-Gewächshaus ist Wechselzeit: Die grossen Kokosfasersäcke bleiben dabei stets am Ort. Im Hintergrund wurden bereits junge Gurkenpflanzen gesetzt, die im Vordergrund folgen in den nächsten beiden Wochen.

Giesswasser und Dünger per Infusion

In jedem Wurzelballen steckt mindestens eine mit einem dünnen Schlauch versehene Sonde, sodass das Ganze untenherum ziemlich verkabelt wirkt. Durch die Schläuche können Giesswasser und darin gelöste Nährstoffe direkt in jeden Wurzelballen gepumpt werden. So erhält jede Pflanze “per Infusion” genau das, was sie gerade braucht.

So brauchen zum Beispiel die mächtigen “Coeur de Boeuf”-Tomaten eine Extraportion Calcium, um nicht an Wurzelfäule zu erkranken, während die kleineren Sorten sehr gut mit geringeren Mengen auskommen. Deshalb gibt es die Extraladung Calcium nur dort ins Giesswasser, wo sie benötigt wird.

Und wenn doch mal etwas überläuft, wird es gleich zur Wiederverwendung in den Giesswasser-Vorrat zurückgeführt.

Wie werden die Pflanzen im Gewächshaus befruchtet?

Damit haben die Pflanzen alles, was sie zum Wachsen brauchen: Licht, Wärme, Wasser, einen Untergrund zum Wurzeln, Nährstoffe… Aber ihr denkt jetzt womöglich: “Und wie soll das unter Glas mit den Bienli und den Blüemli funktionieren?” Richtig: Im Gewächshaus können die Pflanzen blühen – aber ohne Bestäubung werden aus den Blüten keine Früchte. Deshalb haben die Gutknechts ganz besondere Hilfsarbeiter eingestellt:

Pascal holt zwischen den Tomatenreihen einen handlichen Pappkarton mit einem feinmaschigen Gitter vor der oberen Öffnung hervor. Als er den kräftig anstösst, ertönt daraus ein ungehaltenes Summen. In dem Karton hat ein Hummelvolk sein Nest! Damit wir und die Kinder das Ganze in Ruhe betrachten können, hat Pascal das Einflugloch für den Moment verschlossen. Aber wie auf Bestellung nähert sich sogleich eine frei fliegende Hummel, die den Eingang sucht – nun aber für den Moment warten muss.

Hummelnest im Pappkarton zum Einsatz im Hors Sol Gewächshaus

Ein Hummelnest im Pappkarton: Durch das Gitter ist die Luftzufuhr garantiert. Die violette Scheibe ist drehbar und verschliesst in dieser Position das Einflugloch.

 

Im ganzen Gewächshausbetrieb gibt es 140 solcher Hummelnester und jedes davon wird von rund 250 Hummeln bewohnt. Das macht nach Adam Riese 35’000 Hummeln, deren Job es ist, auf Nektarsuche von Gemüseblüte zu Gemüseblüte zu fliegen und dabei Pollen von der einen zum Stempel der nächsten Blüte zu tragen.

Dabei sind Hummeln übrigens genügsamer als Bienen: Sie fliegen auch bei deutlich weniger Licht und Wärme (in Mutters Garten konnte ich das Mitte Juli selbst beobachten: Gegen 20:30 waren immer noch Hummeln am Sommerflieder zugange, während die Bienen schon längst verschwunden waren). Dazu kommt, dass Hummeln wesentlich friedfertiger als ihre kleineren Verwandten sind, sodass die 80 menschlichen Mitarbeiter bei Gutknecht Gemüse um vieles seltener von ihnen behelligt oder gar gestochen werden.

Hat die Hors-Sol-Methode Einfluss auf die Qualität des Gemüses?

Während wir die futuristisch anmutenden Pflanzungen näher in Augenschein nehmen, greift Pascal Gutknecht tief ins Grün und pflückt eine Rispe mit reifen Tomaten. Die verteilt er sogleich an uns und die Kinder – und sobald wir probieren, sind wir uns einig: Die sind megafein! Richtig süss und tomatig…

Hors Sol kommt ohne Pestizide aus!

Aber halt! Wir essen Tomaten aus solch einer Umgebung direkt vom Strauch? Denkt denn hier niemand über Pflanzenschutzmittel nach? Keine Sorge, sagt Pascal, in den Gutknecht-Gewächshäusern kommen überhaupt keine Pestizide zum Einsatz. Das wäre allein schon der Hummelvölker wegen schwierig. Das einzige, was an diesen Tomaten dran sein könnte, ist also allenfalls, was die Mitarbeiter an den Händen haben. Davon ausgehend, dass Pascal seine gewaschen hat, können wir die Kinder also bedenkenlos das Gemüse vertilgen lassen.

Und wie sie das tun! Neben Tomaten gibt es hier die als Naschwerk gezüchteten, besonders süssen Spitzpeperoni – auch unheimlich lecker.

Zweifarbige Spitzpeperoni (Spitzpaprika)

Zweifarbige Spitzpeperoni (Spitzpaprika): Absolut unbedenklich direkt ab Strauch und heiss begehrt bei den Kindern

 

Da kommt Pascal gar nicht so schnell mit dem Aufschneiden hinterher, wie die Kleinen ihm die Leckereien aus den Händen schnappen (heisst es nicht oft, dass Kinder kein Gemüse mögen würden? Hier wurde uns eindrücklich das Gegenteil bewiesen!). Selbst eine äusserlich eigenwillige Sorte im reifen Zustand grüner Zebratomaten mindert die Begeisterung nicht, sodass das Ganze schnell buchstäblich einer Raubtierfütterung gleicht.

Reife Zebratomaten in Rot und Grün

Eine besondere Rarität: Zebratomaten – beide Früchte in Pascals Händen sind reif!

Wie wird dann gegen Schädlinge vorgegangen?

Schon bald ist uns eine Merkwürdigkeit in der Tomatenpflanzung aufgefallen: Am Anfang jeder vielleicht fünften Pflanzreihe wächst am äussersten Ende des Schwebebalkens eine einzelne Auberginen-Pflanze. Das ist auch in den richtig grossen Tomatenhäusern so, sodass das nichts mit der Versuchsanlage zu tun haben kann. Jedenfalls nicht direkt.

Indikator-Aubergine

Diese Aubergine steht vor den Tomaten, um Schädlingsbefall frühzeitig sichtbar zu machen.

 

Stattdessen dient die Aubergine als Indikator für Schädlingsbefall. Sie hat nämlich unter allen Gemüsepflanzen im Gewächshaus die weichsten, empfindlichsten Blätter. Wenn Schädlinge ins Gewächshaus einfallen, lassen sie sich daher zu allererst auf der Aubergine nieder, wo sie von den Mitarbeitern schnell gesehen werden. Und dann wird in die biologische Trickkiste gegriffen:

Es werden Eier und Larven von nützlichen Krabbeltieren – natürlichen Feinden der Schädlinge, die in kleinen Briefchen beim Züchter eingekauft und wie Saatgut gelagert werden können, im Gewächshaus ausgesetzt.

Eine Ladung Nützlinge zur Schädlingsbekämpfung

Eine Ladung biologisches Schädlingsbekämpfungsmittel: Die winzigen aber nützlichen Bewohner des holzwolleähnlichen Substrats aus einem frisch geöffneten Briefchen machen sich eiligst davon (rote Kringel).

Schmeckt Hors Sol-Gemüse fad oder ist es weniger nahrhaft?

Was Pascal Gutknecht uns nun erklärt, könnt ihr auch hier in Keinsteins Kiste nachlesen (und erfahren, wie ihr Tomaten nachreifen lassen könnt): Der angenehme Geschmack reifer Tomaten oder anderer Gemüse kommt nicht aus dem “richtigen” Boden. Dafür ist einzig und allein Wärme verantwortlich. Und die gibt es hier im Gewächshaus reichlich (wir schwitzen schon ordentlich und mein Kamera-Handy läuft immer wieder heiss).

Dass die Tomaten im Supermarkt trotzdem oft kaum Geschmack haben, rührt daher, dass die Früchte auf ihrem Weg bis in die Supermarkt-Auslagen bzw. auf unseren Esstisch nicht warm bleiben. Damit sie schön prall und fest bei uns ankommen, werden sie nämlich beim Transport in die Märkte oft gekühlt – und wenn nicht dort, dann legen wir sie zu Hause nur all zu gerne in den Kühlschrank.

Das Problem dabei: Die Kälte führt zum Abbau von Aromastoffen, die von der Pflanze als Lockmittel für hungrige Pflanzenfresser geschaffen werden, welche die Samen verbreiten können. Und bei kalter Witterung macht die Verbreitung von Samen keinen Sinn (es würde schwerlich etwas daraus wachsen).

Da die Hors-Sol-Pflanzen über ihre “Infusion” alles erhalten, was sie zum Aufbau von Nähr- und Aromastoffen brauchen, fehlt ihnen aufgrund der Anbauweise nichts, um sowohl schmackhaft als auch gesund zu sein.

Frische Kräuter aus Hors Sol - Kultur

Pascal erklärts: Auch die frischen Kräuter erhalten hier alles, was sie brauchen, um würzig zu sein.

Wie ihr zu Hause an schmackhafte Tomaten kommt

Wenn ihr euch geschmackvolle Tomaten wünscht, kauft sie nach Möglichkeit ungekühlt, bringt sie in der kalten Jahreszeit raumwarm heim und legt sie dort nicht in den Kühlschrank! Lagert sie stattdessen bei Raumtemperatur (nicht unbedingt neben Äpfeln, es sei denn, die Tomaten wären unreif). Dann müsst ihr sie wohl schneller aufbrauchen, aber dafür schmecken sie um so mehr nach Tomate.

Und noch ein Tipp am Rande: Kleine Tomatensorten enthalten naturgemäss mehr Zucker als grosse und schmecken daher grundsätzlich süsser. Auch deswegen sind Kirschtomaten und andere “Winzlinge” als Nascherei besonders beliebt.

 

Warum wird dieses Gemüse nicht als “bio” verkauft?

Meine persönliche Vorstellung von bio-Anbau beläuft sich auf “frei von Pflanzenschutzmitteln ‘aus dem Labor’ und von umweltbedenklichen Düngemitteln. Damit wäre die pestizidfreie Hors-Sol-Methode mit ihrem wohldosierten wie geschlossenen Düngemittelkreislauf in meinen Augen des bio-Labels würdig. Das würde vor allem dem zu unrecht schlechten Image dieser Anbauweise gehörigen Auftrieb verleihen.

Leider sehen die Erfinder des bio-Labels das anders. Eine ihrer Bedingungen, die irgendwann in den 1980er Jahren für die Vergabe des Labels festgelegt wurde, ist nämlich der Anbau in “richtigem Erdboden”. Und die erfüllt die Hors-Sol-Methode mit ihren Kokosfasern auf Schwebebalken nunmal nicht.

Warum Pflanzen “ohne Boden” ganz natürlich sind

Dabei bestehen Kokosfasern und Humusboden aus der gleichen Sorte Rohstoff: Abgestorbenen Pflanzenresten. Im Humusboden sind die bloss etwas gründlicher zerkleinert und verdaut.

Freigelegter Wurzelballen in Hors Sol - Kultur

Ein freigelegter Wurzelballen in Kokosfasern: Sieht moosigem, durchwurzeltem Waldboden ziemlich ähnlich, gell?

 

Und überhaupt: An Pflanzen, die auf Überresten anderer Pflanzen wurzeln, ist überhaupt nichts unnatürliches. Haltet beim Spaziergang im Wald einfach einmal die Augen nach alten umgestürzten Baumstämmen und Wurzelstrünken auf. Die sind nämlich eine wahre Fundgrube – nicht nur für Pilze, Moose und Farne, sondern auch für viele “höhere” Pflanzen. Im Wald der Riesen-Sequoias an der Westküste Nordamerikas gibt solches Totholz sogar die besten “Baumkindergärten” für junge Mammutbäumchen ab!

Es wird Zeit für zeitgemässe Regeln

In einer Zeit, in welcher der Ruf nach nachhaltiger Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung ebenso immer lauter wird wie der nach Natur- und Umweltschutz, ist es dringend nötig, über 30 Jahre alte Regelungen neu zu überdenken.

Denn eine Möglichkeit, in einem kleinen Land mit extremen Jahreszeiten ganzjährig Gemüse anzubauen, ohne dabei auf chemische Pflanzenschutzmittel zurückzugreifen oder die Umwelt mit Düngemitteln zu belasten, sollte nicht das Schattendasein fristen, das ihr bislang bestimmt ist.

Die Nähe der Anbaustätten zu den jeweiligen Endkunden (also uns), die dank kurzer Transportwege schon zu einem deutlich kleineren CO2-Fussabdruck führt als Import-Gemüse ihn hat, ist zudem nur ein weiterer Punkt, der für die Nachhaltigkeit des Hors-Sol-Anbaus a la Gutknecht spricht.

CO2-Neutralität wird grossgeschrieben

Auch in Sachen Energieversorgung setzt man hier auf bestmögliche CO2-Neutralität. So sind alle Dächer der Anlage, die nicht aus Glas sind (das sind zum Beispiel Verarbeitungs- und Lagerbereiche, in welchen das Gemüse auf Europaletten verpackt und für den Abtransport bereitgehalten wird), mit Photovoltaik-Anlagen – also Solarzellen zur Stromerzeugung (wie die funktionieren, könnt ihr hier nachlesen) – bestückt. Diese Anlagen liefern mehr als genug Strom, um den ganzen Betrieb zu versorgen.

Für 2020 ist zudem der Bau einer eigenen Heizanlage für die kalte Jahreszeit geplant, welche mit Abfallholz befeuert werden soll. Zugegeben, das ist naturgemäss nicht ganz CO2-neutral (es sei denn, die Holzabfälle müssten so oder so zur Entsorgung verbrannt werden – dann würde die darin enthaltene Energie wenigstens sinnvoll genutzt). Allerdings ist offen, was die Gutknechts mit dem Abgas letztendlich anfangen (auch dafür gibt es nämlich Verwendungsmöglichkeiten).

Fazit

Wir haben nicht nur einen inspirierenden Vormittag in einer Welt verbracht, die uns normalerweise nicht zugänglich ist (es bei Gutknechts aber auch für euch sein kann – man kann die Führung über die Website für private Gruppen, Schul-, oder Betriebsausflüge buchen!). Wir haben auch jede Menge Spannendes gelernt – über überraschend natürlichen Gemüseanbau in futuristischer Umgebung.

Die Quintessenz dessen ist: Der Hors-Sol-Gemüseanbau hat sein verbreitet schlechtes Image nicht verdient. Denn die Gemüse aus dem Hors-Sol-Gewächshaus stehen solchen aus dem Garten an sich in nichts nach – und sind, bezogen auf die benötigten grossen Mengen, erst noch nachhaltiger produziert. So trägt das Gutknecht-Gemüse immerhin das “Suisse-Garantie”-Label, das nicht zuletzt für nachhaltige Produktion, Natürlichkeit und Frische steht.

Deshalb ist es an der Zeit, überholte Regelungen anzupassen, um diesem effizienten und umweltverträglichen Anbau ein besseres Image zu verleihen.

Und bis es soweit ist: Wenn Gemüse als “Hors Sol” ausgezeichnet seht (das ist in der Schweiz nicht Pflicht, aber erst heute habe ich die Kennzeichnung für Fleischtomaten im COOP entdeckt (und ratet einmal, was es heute zu essen gab)), kauft sie und freut euch, ein nachhaltiges Produkt ohne Pestizid-Belastung geniessen zu können.

Ich habe genau das jedenfalls im Hofladen auf dem Gutknecht-Gelände getan und mich für ein Ratatouille mit allem Nötigen eingedeckt. Mmmmhh, lecker!

Und welches Gemüse – aus welcher Anbauform – bevorzugt ihr? Warum?

Pressetermin: Umweltschutz in der Schule - das neue Pandamobil stellt sich vor

Dieser Beitrag ist anlässlich eines Presse-Events von WWF und Migros zur Vorstellung des neuen Pandamobils entstanden, bei welchem ich dabei sein durfte. Ich bedanke mich herzlich bei beiden Unternehmen für die Einladung und den Einblick in ihre Jugend- und Umweltarbeit! Darüber hinaus habe ich keine Zuwendungen für diesen Beitrag erhalten. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

Liebe LeserInnen,

Ich mag es selbst kaum glauben: 3 Jahre ist Keinsteins Kiste nun alt und mittlerweile üppig gefüllt mit spannendem Wissen, Experimenten und Anregungen rund um Natur und Wissenschaft. Drei Jahre, so sagt man, kann es auch dauern, bis man als Blogger oder Unternehmer seinen wirklichen Platz gefunden, seine Ziele, für die man brennt, klar vor Augen hat.

Mein klares Ziel für Keinsteins Kiste

Ich habe von Anfang an spannendes Wissen rund um Chemie und Co weitergeben und Lust auf mehr machen, zu weiterer Beschäftigung mit den oft zu Unrecht verrufenen Naturwissenschaften anregen wollen. Dabei bin ich in den unendlichen Online-Weiten immer wieder auf die seltsamsten Ansichten und Irrlehren gestossen – und auf die Verzweiflung angesichts vergeblicher Versuche, solchen etwas entgegen zu stellen. Eine einmal festgefahrene Einstellung lässt sich erfahrungsgemäss kaum wieder umstossen.

So ist mir in den letzten Jahren immer klarer geworden, dass es nur einen wirksamen Weg gibt, die Herzen für die Naturwissenschaft zu öffnen: Nämlich möglichst früh damit anzufangen – bevor sich Vorurteile und Falschinformationen festsetzen können. Also habe ich zunehmend an Kinder gedacht, wenn ich die Inhalte für Keinsteins Kiste ausgewählt habe – ohne dabei die Grossen – Eltern, Lehrpersonen, Interessierte – ganz und gar ausser Acht lassen zu wollen. Schliesslich macht es doch am meisten Spass, gemeinsam zu forschen und zu entdecken. So ergibt sich das endlich vollkommen passende neue Motto für die Kiste wie von selbst:

Natur und Wissenschaft für die ganze Familie

Und wozu ist Wissen um Chemie, Physik, Biologie und Co, wozu sind das Forschen und Entdecken gut? Natürlich um daran Freude zu haben und die Welt zu verstehen. Das Ganze kann euch aber noch mehr nützen:

Zum Einen, damit ihr selbst euch und eure Kinder in Zukunft auch sich selbst schützen können: Vor dem teilweise gefährlichen Unsinn, der vielerorts verbreitet wird.

Zum Anderen aber auch, damit unsere Kinder, die Erwachsenen von morgen, mit dem nötigen Wissen und Fertigkeiten gross werden, um unsere Welt zu schützen. Denn: Nur was das Herz liebt und versteht, wird als schützenswert empfunden!

Ein Mitstreiter teilt mein Ziel

Zum Glück bin ich mit solchen – zugegebenermassen verdammt grossen – Zielen nicht alleine. Pünktlich zum dritten Blog-Geburtstag ist mir nämlich ein ganz grosser Mitstreiter mit dem gleichen Ziel begegnet, der sich rege darin betätigt, den Schweizer Kindern die Natur, Tiere und Probleme ihrer Welt näher zu bringen. Und das schon seit 40 Jahren!

So lange tourt nämlich die Umweltorganisation WWF schon mit dem Pandamobil durch die Schweiz und ermöglicht Schul- und Kindergartenkindern, in einer rollenden Wanderaustellung auf dem eigenen Schulhof “ihre” Natur hautnah zu erleben. Dazu haben die umweltbewussten Verantwortlichen beim WWF dem Pandamobil zum 40sten ein ganz neues, nachhaltigeres Gewand gegeben, das ich bereits jetzt mit der lieben Rita Angelone vom Schweizer Familienblog “Die Angelones” besichtigen durfte. Und zwar beim Pressetermin auf dem Schulhof des Schulhauses Hohl mitten in Zürich.

Rita Angelone und Kathi Keinstein vor dem Pandamobil

Lieben Dank auch an Rita für die Einladung zum tollen Event! Es hat mir grossen Spass gemacht!

Was ist das Pandamobil?

Eigentlich bringt der WWF schon seit 43 Jahren Natur- und Umweltwissen auf Rädern unter die Schweizer Bevölkerung – und zwar anfangs mit einem zum “Quizmobil” umgerüsteten alten Saurer-Postauto, einem Omnibus Baujahr 1950, der auf Stadtplätzen vor allem den Grossen zum Mitraten beim Umwelt-Quiz offenstand. Ab 1978 rückten auf Schüler zugeschnittene, von einem Animateur begleitete Ausstellungen, die auf Schulhöfen zu bestaunen waren, an die Stelle des Quiz – das erste Pandamobil (und damit das weltweit erste rollende Umweltprojekt dieser Art!) war geboren.

Diesen Namen erhielt es allerdings erst 1995, als der lang veraltete Name “Quizmobil” endlich abgeschafft wurde. Im Jahre 2001 ging dann schliesslich das alte Postauto “in Rente” und die Migros, eine der grössten Supermarktketten in der Schweiz, kam als Sponsor des Pandamobils ins Boot.

Als Deutsche mutet mir besonders ein Teil der Geschichte der Migros speziell an: Da es lange Zeit nicht möglich war, alle kleinen Dörfer in der Schweiz mit Filialen auszustatten, rollten noch bis in die 1990er Jahre Autobusse voller Waren durch die Schweiz, die als “Pop-Up-Store” auf Rädern den Schweizern eine Einkaufsmöglichkeit in ihrer Nähe boten.

Ein solcher Migros-Verkaufsbus bekam schliesslich zum Pandamobil umgerüstet ab 2001 ein zweites Leben, das bis letztes Jahr angedauert hat. Doch inzwischen passt ein solches Dieselfahrzeug, das über die Strassen schnauft, nicht mehr zum Image einer auf Nachhaltigkeit bedachten Umweltorganisation.

Deshalb hat der WWF für das neue Pandamobil 2018 eine ganz neue Transportmöglichkeit ersonnen: Die Ausstellung befindet sich in einem farbenfroh lackierten Frachtcontainer, der nur ein kurzes Stück per LKW zum nächsten Bahnhof gefahren und dort auf einen Güterzug verladen werden kann. So legt er die wirklich grossen Strecken mit der Bahn zurück – die in der Schweiz übrigens zu grossen Teilen mit Strom aus Wasserkraft betrieben wird.

Das neue Pandamobil 2018

Ab dem August 2018 führen die Animatorinnen des WWF Primarschul- und Kindergartenkinder in der Ausstellung “Wer wacht in der Nacht? Was funkelt im Dunkeln?” in die geheimnisvolle Welt der nachtaktiven Tiere ihrer heimischen Umgebung ein. Dazu können Klassenlehrer oder Schulleitung das Pandamobil für ein Gastspiel von einem oder mehreren Tagen auf dem eigenen Schulhof anfragen. Während dieser Zeit können die Kinder den Container halbklassenweise erkunden. Und damit das nicht vollkommen unvorbereitet geschieht, hält der WWF zudem Lehrmaterial für die Einführung des Themas im Unterricht bereit.

Was gibt es im Pandamobil zu entdecken?

Das kann natürlich niemand besser herausfinden als die Kinder selbst. Deshalb durften einige Fünft- oder Sechstklässler (richtig: In der Schweiz gehen die Kinder sechs Jahre lang zur Primarschule – nicht vier Jahre wie in Deutschland!) unseres Gastgebers, der Primarschule Aussersihl, beim Pressetermin dabei sein und mit uns den Container erkunden.

Die Kinder sind neugierig auf das Innere des Containers

Neugier pur an der Pforte in die Nacht: Gleich werden sicher alle Fragen beantwortet.

 

Erkundungsgang durch die Tierwelt

Im Innern des Pandamobils werden wir sogleich in in eine typische Landschaft an einem Ortsrand irgendwo in der Schweiz versetzt. Dank raffinierter Lichtinstallationen können wir auf Knopfdruck der Animateurin per sofort verschiedene Grade der Dunkelheit erleben.

Zur Einstimmung starten wir mit den letzten Sonnenstrahlen des Abends, in welchen die Kinder aufgeregt den Waldrand und den Vorgarten erkunden. Schnell sind überall Tiere entdeckt – der Fuchsschwanz hinter der Baumwurzel, der Plüsch-Uhu in seiner Baumhöhle, aber auch Kleinere, wie das Modell der fetten Raupe am Baumstamm oder des Froschs, den ich zu meinen Füssen gar nicht bemerkt hatte. Dabei verläuft die Begegnung mit den sonst selten anzutreffenden Geschöpfen und dämmrige Ecken nicht immer ohne Scheu.

Käuzchen im Pandamobil

Nicht der Uhu, aber nahe verwandt: Der Kauz ist nur eine von vielen einheimischen Eulenarten, die Mensch in freier Wildbahn nur sehr selten zu Gesicht bekommt.

 

Per Knopfdruck wird der Tag zur Nacht

Dann heisst es “Licht aus” – und schon stehen wir inmitten einer mondhellen Nacht. Schnell stellen wir fest, dass uns Menschen nun nicht nur das Erkennen von Einzelheiten, sondern auch von Farben ziemlich schwer fällt. Doch nun bringt die Animateurin die sorgfältiger verborgenen Geschöpfe der Nacht zum Vorschein – wie den Feuersalamander und das Grosse Langohr, eine Fledermausart, die auch in Hohlräumen in Gebäuden einen Schlafplatz für den Tag findet. Die anfängliche Scheu ist endgültig staunender Neugier gewichen, während wir spannende Einzelheiten zur Fledermaus-Anatomie und Lebensweise gezeigt bekommen.

Im Pandamobil hören alle gespannt zu.

Alle hören gespannt zu, als die Animatorin die Besonderheiten der Fledermaus-Anatomie beschreibt.

 

Auch der Plüsch-Uhu im Wald hat seinen besonderen Auftritt – denn dessen Kopf ist mit einem Gelenk auf dem Rumpf befestigt, sodass er – ganz wie ein richtiger Uhu – seinen Kopf um 270 Grad – das ist ein Dreiviertelkreis! – auf den Schultern herumdrehen kann. Dem entgeht damit wirklich nichts!

Hier hat der Uhu sich versteckt!

Hier hat der Uhu sich versteckt!

 

Dass anfängliche Gefühle von Scheu und Ekel inzwischen vollständig vergessen sind, zeigt sich, als unsere Animateurin den in durchsichtigen Kunststoff eingegossenen Inhalt eines “Gewölles” – des unverdaulichen Anteils seiner Nahrung, den ein Uhu nach dem Fressen wieder auswürgt (der verschluckt seine Beute nämlich buchstäblich mit Haut und Haar – und Knochen) – herum zeigt. Das darin enthaltene winzige Mäuseskelett hat nämlich einen deutlich hörbaren “Jööh-Effekt”*.

*Für Nicht-Schweizer: Mit dem Ausruf “Jööh!” bringt man hierzulande etwa “Oh, wie niedlich!” zum Ausdruck.

Wenn Licht zu “Schmutz” wird

Schliesslich erleben wir die fast vollkommene Dunkelheit einer mondlosen Nacht in der Wildnis – wie sie in unserer direkten Umgebung nur noch selten zu finden ist. Denn das Aufleuchten der Fenster im Dorf an der Containerwand macht die grösste Schwierigkeit der tierischen Nachtschwärmer in der Nachbarschaft von Menschen deutlich: Die sogenannte Lichtverschmutzung! Denn während wir uns nun wieder recht gut im Container orientieren können, werden z.B. die Motten und andere Insekten zum Licht hingezogen und von ihren lebenswichtigen Aufgaben – wie der Nahrungssuche – abgelenkt. Und diese Insekten sind für das Gleichgewicht in der Lebensgemeinschaft der Wildnis zu wichtig, als dass sie beim Umkreisen von Lampen verhungern oder an der heissen Oberfläche zugrunde gehen sollten.

Pressetermine und die Tücken der Technik

Neben all dem spannenden Wissen über die nächtliche Natur lerne ich übrigens auch noch einen weiteren Nutzen von Presseterminen kennen, der besonders im Zeitalter der modernen Informationstechnologie zum Tragen kommt: Wo erstmals viele Menschen in der Öffentlichkeit um eine technische Einrichtung zusammen kommen, finden sich heute automatisch auch viele Handys und andere Mobilfunkgeräte ein. Und die sind mit der Lautsprecher-Anlage im Container, die eigentlich dezente Nachtgeräusche produzieren sollte, auf unangenehm laute Weise ins Gehege geraten.

Gut also, dass wir alle da waren – denn so wissen die Schöpfer des Pandamobils nun bescheid und haben noch zwei Monate, um das Problem zu beheben oder ein weiträumiges Handyverbot um den Container anzuordnen. Und ich bin sicher, dass sie das ohne weiteres hinbekommen.

Attrappe zur Anschauung: Fussabdruck eines Dachses

Fussabdruck des Dachses: Fussspuren-Attrappen wie diese sind nur eines von vielen liebevollen Details und Anschauungsmaterialien, die es im Pandamobil zu finden gibt. Die lebensecht wirkende Weinbergschnecke im Hintergrund ist übrigens auch eins!

 

Umweltbewusstsein geht auch interdisziplinär

Nachdem wir, erfüllt von all den Eindrücken und neuem Wissen, zurück auf dem sonnigen Schulhof sind, geht es für die Kinder sogleich daran, das Gelernte zu vertiefen und fachübergreifend weiter zu verwerten – Nachhaltigkeit wird an der Primarschule Aussersihl offensichtlich ganz gross geschrieben: Die Tiere, welchen wir begegnet sind, kann man nämlich auch auf französisch benennen, sodass die Französischlehrerin die begeisterte Gruppe sogleich mit neuen Vokabeln ausstattet.

Ich klinke mich an dieser Stelle allerdings aus dem Unterricht aus – obwohl ich da auch noch eine Menge lernen könnte – denn mir gehen bereits der Blog-Geburtstag und ihr – meine Leser – durch den Kopf.

Wie kommt das Pandamobil zu euren Kindern?

Wenn ihr und eure Kinder nun Lust bekommen habt, die Natur in eurer Nachbarschaft bei Nacht zu erkunden, bietet das Pandamobil eine spannende Möglichkeit dazu, die gleich noch aufregende wie lehrreiche Abwechslung in den Schulalltag bringt.

Mit der Ausstellung “Wer wacht in der Nacht? Was funkelt im Dunkeln?” wird der Container drei Schuljahre lang in der ganzen Schweiz auf Tour sein. Dann wird es eine neue Ausstellung geben. Wie ihr das Pandamobil zu euch holen könnt?

Ihr seid LehrerIn oder SchulleiterIn an einer Primarschule oder einem Kindergarten in der Schweiz? Dann könnt ihr das Pandamobil hier auf der Website des WWF Schweiz anfragen.

Ihr seid Eltern oder Verwandte von naturbegeisterten Schulkindern? Dann wisst ihr bestimmt, wann ihr den Lehrern eurer Kinder einen Wink mit dem Zaunpfahl geben und das Pandamobil (oder/und Keinsteins Kiste) empfehlen könnt – Elternabend und Sprechstunde sind sicher nur zwei Beispiele dafür.

Ihr wohnt nicht in der Schweiz? Das Pandamobil tourt leider nur innerhalb der Eidgenossenschaft. Doch der WWF hält auch in Deutschland und Österreich spannende Inhalte und Lehrmittel für die Schule bereit.

Die Tiere der Nacht im Familienkreis erleben

Gleich in welchem Land ihr wohnt: Wenn ihr nicht das Glück habt, das Pandamobil in eurer Schule erleben zu können, könnt ihr die nächtliche Welt der Tiere auch selbst erforschen! Entweder macht ihr euch im Familienkreis während oder nach Einbruch der Dunkelheit zu einer Nachtwanderung auf, oder ihr stattet dem Papiliorama in Kerzers einen Besuch ab. Dort wird nämlich in einer eigenen Ausstellungskuppel der Tag zur Nacht gemacht, sodass ihr die Tierwelt des nächtlichen südamerikanischen Dschungels erleben könnt. Fledermäuse sind natürlich inbegriffen!

Fazit

Auch wir “Grossen” haben rund um das Pandamobil viel Spannendes entdecken können und einen trotz nächtlicher Dunkelheit erhellenden Einblick in die liebevolle Arbeit für und mit unsere/n Nachwuchs-Forscher/n erhalten. Und das Staunen und die Freude unserer jungen “Probandinnen” und “Probanden” zeigt deutlich: Diese Arbeit kommt an! Da sollte die Kritik, welche NGOs (“Non-Government-” bzw. Nicht-Regierungs- Organisationen) – insbesondere Umweltschutzorganisationen wie dem WWF, immer wieder (aber nicht immer berechtigt) zuteil wird, ein so wunderbares Erlebnis nicht trüben. Denn was auch immer im schwer durchschaubaren Netz von Politik und Wirtschaft krumm laufen sollte: Die Sensibilisierung von Kindern für Natur und Umwelt mitsamt der Vermittlung des Wissens darüber ist in jedem Fall unterstützenswert. Schliesslich werden diese Kinder in ein paar Jahren diejenigen sein, die so vieles im Sinne unserer Umwelt so vieles besser machen können – wenn sie wissen wie und wofür.

Somit wünsche ich dem Pandamobil und seinen Schöpfern und Betreuern viel Erfolg auf dieser und künftigen Touren!

Und kennt ihr das Pandamobil bereits – vielleicht aus eurer eigenen Kindheit? Wenn nicht – welche anderen Aktionen oder Organisationen haben euch zum ersten Mal mit Umweltschutz-Themen in Berührung gebracht?

Robert Hofrichter : Im Bann des Ozeans - Expeditionen in die Wunderwelt der Tiefe

Dieser Artikel enthält Affiliate-Links aus dem Amazon-Partnerprogramm (gekennzeichnet mit (*) – (*) ) – euch kosten sie nichts, mir bringen sie vielleicht etwas für meine Arbeit ein. Ich habe für diese Rezension ein Rezensionsexemplar des Buches erhalten. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

***

1’337’323’000 Kubikkilometer – so viel Wasser enthalten die Ozeane dieser Welt. Gigantische Badewannen, die nicht nur Künstler und Poeten, sondern vor allem Meeresforscher und Biologen faszinieren. Robert Hofrichter ist einer von ihnen. Hier erzählt er die spannendsten Geschichten aus dem nassen Kosmos, der die Erde umgibt.

Auch auf mich hat das Meer schon immer seine unwiderstehliche Faszination ausgeübt. Ob als Kleinkind beim Strandurlaub, als Teenager bei der Erkundung von Watt und Stränden der Nordseeinsel Juist oder in jüngsten Jahren auf Reisen zu fernen Ozeanen, schon immer hatte das Meer einen besonderen Stellenwert in meinem Naturforscherleben.

So fiel mir diese Neuerscheinung rund um den wohl grössten Lebensraum der Erde (rund 70% unseres Planeten sind mit Wasser bedeckt!) gleich ins Auge. Schliesslich habe ich es mir zur Aufgabe gemacht, euch einen spannenden, für jedermann verständlichen Zugang zu Natur und Wissenschaft zu bieten. Da lasse ich mir gerne von einem Fachmann für diesen ebenso lebenswichtigen wie atemberaubenden Teil der Natur unserer Welt “helfen”. Denn ich teile Hofrichters Ansicht, dass Begeisterung der Grundstein nicht nur für das Verstehen der Natur, sondern auch der Notwendigkeit wie auch der Fähigkeit sie zu schützen ist.

Und vorweg kann ich sagen: Dieses Buch ist wirklich geschaffen, um jedermann ohne Vorkenntnisse zu begeistern – und zugleich habe selbst ich mit – so glaubte ich – umfassenden Vorkenntnissen das Buch regelrecht verschlungen, weil es immer wieder neues zu lernen gab.

Zum Inhalt des Buches

Wie oft schon habe ich in der Buchhandlung oder einer Bibliothek die ersten Seiten eines Buchs überflogen, um einen Eindruck zu gewinnen, ob das Werk in meiner Hand mir zusagen zu können. Hofrichter mag dieses Verhalten stöbernder Bücherwürmer vor Augen gehabt haben, als er das erste Kapitel aus kurzen Appetithäppchen zu allen später ausführlicher behandelten Themen zusammengesetzt hat. Und Themen und Geschichten rund um die Meere gibt es so viele, dass sie weit mehr als 240 Seiten füllen könnten.

Die äussere Gestalt der Weltmeere

Hofrichter erzählt uns, wie unsere Meere entstanden sind und woher nach aktueller Meinung der Wissenschaft all das Wasser auf unserem Planeten eigentlich kommt, von der Plattentektonik und der Veränderlichkeit der Ozeane. Er erklärt uns, wie die Gravitation dafür sorgt, dass der Meeresspiegel bei Weitem nicht glatt ist, sondern zu der verbeulten Kartoffelgestalt beiträgt, in der wir die Erde zuweilen in heutigen TV-Dokumentationen bewundern können.

Wir können von Monsterwellen und ihrer Entstehung lesen, erfahren, warum tiefe Meere selbst bei schlechtem Wetter blau erscheinen und vom gewaltigen Ausmass und der Bedeutung von Meeresströmungen.

Die physikalische “Gestalt” der Meere ist die Grundlage für eine schier unüberschaubare Vielfalt an Leben. Von deren Ursprüngen erfahren wir auf der Reise zurück in die Erdgeschichte, auf welcher Hofrichter die Erklärung nach heutigem wissenschaftlichen Stand für einen berüchtigten “Sprung” in der Evolution – die präkambrische Explosion (d.h. der Entstehung äusserst vielfältigen Lebens in geologisch extrem kurzer Zeit) – liefert.

Kuriositäten des Lebens im Wasser

Stellvertretend für die heutige Vielfalt in den Weltmeeren (die wohl niemals in einem einzigen Buch Platz fände) stellt Hofrichter in den folgenden Kapiteln ein wahres Kuriositätenkabinett zusammen – voll bin bizarren Sexualpraktiken, Schönheitssalons für Fische, farbenfroher Unterwasser-Grossstädte und den wohl giftigsten Gesellen, denen Mensch im und am Meer (besser nicht) begegnet.

Ein eigenes Kapitel ist den Mythen rund um Seeungeheuer von der Antike bis zu Jules Verne und ihren realen Vorbildern sowie bereits ausgestorbenen aber vormals sehr wirklichen Monstern der Meere gewidmet. Besonders vehement räumt Hofrichter anschliessend mit dem verbreiteten Bild der wahren heutigen “Ungeheuer” der Meere auf: Statt von freundlichen, hilfsbereiten und sensiblen Flippern berichtet der Meeresbiologe von unserem heutigen Wissen um sexgeile, bekiffte und kindsmordende Delfine.

Schliesslich geht es tief hinab in die unauslotbare Schwärze der Tiefsee. Auf einer Reise durch die verschiedenen Schichten der Ozeane stellt Hofrichter uns die skurrilsten Lebensformen vor, die ewige Nacht und unvorstellbaren Umgebungsdruck meistern. So dringt er mit uns dahin vor, wo noch kein Mensch zuvor gewesen ist (und das ist weder auf dem Mond – da waren schon 12 – noch auf dem Grund der tiefsten Tiefsee – da waren immerhin drei Menschen), sondern bis zu 2000 Meter tief im Boden darunter. Dort gibt es nämlich nach heutigem Wissensstand immer noch Leben!

Das weckte bei mir anlässlich einer kürzlich gessehenen Dokumentation über den Saturnmond Enceladus, auf welchem es möglicherweise flüssiges Wasser geben soll, Fantasien…

Das Meer auf unseren Tellern

Im Gegensatz zu mir bleibt Hofrichter jedoch auf der Erde und in ihren Meeren. So geht er schliesslich auf die Nutzung von Meeresfrüchten durch Menschen im Laufe der Geschichte ein, die schon früh Züge einer Ausbeutung der nur scheinbar unendlichen Nahrungsquelle Meer angenommen haben. Von prähistorischen Robbenjägern und -sammlern über antike Heilmittel und römische Modeerscheinungen reicht dieser Bogen bis zur teils fragwürdigen kulinarischen Vielfalt von heute:

Ob nun aus Glauben an potenzfördernde Kräfte, Geltungssucht, Tradition oder schlichter Notwendigkeit: Heute wird gefühlt alles gegessen, was aus dem Meer kommt. Und wenn ich “alles” schreibe, dann meine ich alles. Da erscheint mir auch die Zukunftsprognose nicht rosig, dass ausgerechnet Quallen ein Grundnahrungsmittel der Zukunft sein könnten.

Ein Blick in die Zukunft

Der Zukunft ist dann auch das letzte Kapitel des Buches gewidmet. Obwohl ich mich nach der Überleitung auf grosse Ernüchterung gefasst machte, kommt dieses Kapitel letztlich erfrischend optimistisch daher. So stellt Hofrichter zunächst fest, was nicht zu leugnen ist: Die Welt ist im Wandel – und in vielen Belangen nicht so, wie es uns wohl bekäme. Nichts desto trotz stehe es uns aber frei, wie wir diesem Wandel begegnen.

Die aus Jørgen Randers’ Werk “2052” zitierten “Ratschläge für ein besseres, nachhaltigeres und glücklicheres Leben” dazu erscheinen auf den ersten Blick bizarr, auf den Zweiten jedoch um so schlüssiger. Kurzum: Wir mögen unser Möglichstes tun, um die Wunder unserer heutigen Welt zu bewahren, und uns ebenso auf eine Zeit vorbereiten, in welcher es immer weniger davon gibt.

Hofrichter und ich an der Adria

So schildert Hofrichter lebhaft, wie die Unterwasserwelt der Adriaküste im Laufe seines Lebens, von seiner Kindheit in den 1960er Jahren und während seiner Karriere als tauchender Meeresbiologe bis heute in erschreckender Weise verarmt ist. Ganz besonders kann ich diesen Abschnitt nachempfinden, da ich selbst Anfang der 2000er Jahre den überwältigenden ersten Kontakt mit der farbenfrohen Vielfalt im klaren Wasser eben dieser Region (okay, nicht direkt vor Istrien, aber doch nur ein überschaubares Stück weiter südlich auf Höhe der Insel Pag) erlebt habe.

So weiss ich nicht, was mir schwerer fällt: An die dramatischen Veränderungen in den letzten 50 Jahren zu glauben oder mir vorzustellen, was sich der Generation Hofrichters und damit meiner Eltern in ihrer Jugend dargeboten hat. Eines wird dabei aber in jedem Fall deutlich: Es ist unendlich wichtig, dass wir jenen zuhören, die noch davon zu erzählen wissen.

Zum Schluss: Hoffnung

Denn zuende geht die atemberaubende Reise “im Bann des Ozeans” aber mit einem Grund zur Hoffnung. Laut Hofrichter sei es nämlich denkbar einfach, die Landschaften der Meere zu schützen. Wie Wissenschaftler es nämlich bereits mehrfach in Schutzgebieten durchführen und beobachten konnten, halte man sich mit Ausbeutung und Verschmutzung zurück und übe sich ein paar Jahre bis Jahrzehnte in Geduld. Dann kehrt das Leben in die verarmten Gebiete zurück und die Landschaft unter dem Meer regeneriert sich selbst!

 

Mein Eindruck vom Buch

Mit “Im Bann des Ozeans” nimmt Dr. Robert Hofrichter, seines Zeichens Zoologe, Biologe, Naturschützer, Naturfotograf und Journalist – achja, und Autor – das breite Publikum mit auf eine wahrlich atemberaubende Expedition “in die Wunderwelt der Tiefe”. Er beweist damit, dass es tatsächlich Wissenschaftler gibt, die das Talent zum Erzählen haben. Und dieser Erzählung kann man mit oder ohne Vorbildung genüsslich folgen.

Neue Medien statt klassischer Literaturliste

Dabei zeigt Hofrichter nicht zuletzt ein Gespür für neue Medien: Zahlreiche Anregungen zum Heraussuchen und Ansehen von Youtube-Videos und anderen Internet-Inhalten helfen dabei, in den unendlichen Weiten des WWW wirklich weiterführende Informationen zu finden bzw. diese in einen aus wissenschaftlicher Sicht vertretbaren Rahmen zu rücken.

Dafür verzichtet der Autor auf eine “klassische” Liste weiterführender Literatur (auch das Gütersloher Verlagshaus selbst verzichtet auf die typische “Eigenwerbung” für andere Erscheinungen auf der letzten Seite und legt stattdessen die eigene Philosophie dar), was ich als echter Bücherwurm persönlich etwas schade finde.

Gefährdung der Weltmeere ohne Untergangsstimmung

Bei allen geschilderten Wundern lässt Hofrichter nicht ausser Acht, welche Gefahren dem Lebensraum Meer und seinen Bewohnern durch die Folgen unseres Lebenswandels drohen – seien es Korallenbleiche in Folge der Klimaerwärmung oder Schadstoffe auf dem Grund der Tiefsee. Ebenso gräbt der Autor so manchem weit verbreiteten Klischee oder Irrglauben dezent aber nachhaltig das Wasser ab.

Dabei wird jedoch weder ein mahnender Zeigefinder noch deprimierende Untergangsstimmung spürbar, sodass sich diese Reise wahrlich zum Genuss wird und vor allem eines hinterlässt: Hoffnung – und die Begierde, daran teil zu haben.

Meine Tipps zum Weiterlesen

Bei all dem ist es nur natürlich, dass auf 240 Seiten oft nicht mehr als eine oberflächliche Behandlung schier uferloser Themen Platz findet. Aber dafür sind Bücher wie dieses schliesslich auch da: Sie machen Lust auf mehr.

Und mehr gibt es beispielsweise bei Frank Schätzing, dem Autor des bekannten Thrillers “der Schwarm”. Seine (*)Nachrichten aus einem unbekannten Universum: Eine Zeitreise durch die Meere(*) von 2006 sind nicht ganz so brandaktuell wie Hofrichters “Im Bann des Ozeans”, doch gewährt Schätzing in so manches Thema, das sich auch “Im Bann des Ozeans” wiederfindet, einen ausführlicheren Einblick (Ich habe das Buch gleich nach seinem Erscheinen gelesen und es steht auch auf der ewigen Rezensionsliste für die Bücherkiste).

Die Fans der grössten Giftnudeln des Planeten kommen dagegen bei Dietrich Mebs auf ihre Kosten: Der ist nämlich Spezialist für die giftigen Lebewesen der Erde – deren gefährlichste wenig überraschend im Meer zu finden sind (meine Rezension findet ihr hier).

Eckdaten rund ums Buch

(*) Robert Hofrichter: Im Bann des Ozeans – Expeditionen in die Wunderwelt der Tiefe (*)

Gütersloher Verlagshaus, 2018
Gebundene Ausgabe mit Schutzumschlag, 240 Seiten
ISBN 978-3-579-08678-1

 

Fazit

Mit seinen “Expeditionen in die Wunderwelt der Tiefe” hat Robert Hofrichter die Chance ergriffen, Erwachsene und ältere Schüler jeden Bildungsstandes in den Bann zu schlagen und für die wundersame Welt der Meere zu begeistern. Wer das Abenteuer Wissenschaft liebt, findet hier eine begeisternde Lektüre für entspannte Sommertage – warum nicht gleich vor Ort am Strand? – die dennoch zum Nachdenken anregt.

In diesem Sinne wünsche ich euch viel Vergnügen und Petri Heil bei eurer Expedition im Bann des Ozeans!

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, , 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 -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 , 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 -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 -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 -Ionen und damit wenig -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  liegt, auf die Seite von  – 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?

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  kommt es an: Es ist eine merklich starke Base, d.h. es kann ein -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:

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

Dabei kann nämlich aus der enthaltenen hypchlorigen Säure giftiges Chlor-Gas () 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 () 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 -Ionen aufnehmen kann, die er zum Beispiel Wassermolekülen “entwenden” kann. Das führt dazu, dass Basen in Wasser häufig -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 -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 -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,  und Sauerstoff, ) 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?

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 (), 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, ). Beim Entzünden des Gemischs entstehen aus einer kleinen, kompakten Menge von Feststoffen eine grosse Menge von Gasteilchen (Stickstoff – , Kohlenstoffdioxid – , Kohlenstoffmonoxid –  – reagiert mit Sauerstoff weiter zu , Methan – , Schwefelwasserstoff – , Wasserstoff –  – reagiert mit Sauerstoff weiter zu Wasserdampf, ), die von Natur aus Platz einnehmend und mit hoher Bewegungsenergie (entspricht Wärme!) auseinanderstreben.

Der wesentlich kleinere Anteil der Reaktionsprodukte sind feste Salze (Kaliumcarbonat – , Kaliumsulfat – , Kaliumsulfit – , Kaliumsulfid – , Kaliumthiocyanat oder -rhodanid –  (im Übrigen wie alle anderen genannten Feststoffe ungefährlich), Ammoniumcarbonat – , und Reste von Kohle –  und Schwefel – , 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 – ) oder/und Perchlorate (wie Kaliumperchlorat – ), 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!

Photovoltaik : Solarpanel im Detail

Wie funktioniert eine Solarzelle? Welche Stoffe können aus Sonnenlicht Strom erzeugen? Und inwieweit ist die Photovoltaik umweltverträglich?

Diese Geschichte ist Peter Lustig gewidmet, der mit seiner Sendung “Löwenzahn” (und später auch “mittendrin”) zu meinen grossen Vorbildern gehört. In meiner Kindheit vor dem Internet-Zeitalter, als Wissen ausserhalb der Schule noch fast ausschliesslich in der Stadtbibliothek zu finden war, weckte “Löwenzahn” nicht nur meine Begeisterung für die Wissenschaft(en) als solche, sondern legte ebenso einen Grundstein für mein Bestreben, gesammeltes Wissen verständlich und alltagsnah weiterzugeben.

Schon 1989 nutzte Peter Lustig die Sonnenkraft, um den joggenden Energie-Baron Rauch und seine Zuschauer gleichsam zu begeistern:

Was damals noch exotisch, wenn nicht gar futuristisch erschien, ist heutzutage für relativ kleines Geld bei jedem Elektronikhändler erhältlich: Solarmodule in allen Grössen, die aus Sonnenlicht Strom erzeugen. Auf unserem Balkon betreiben sie die abendliche Beleuchtung und einen Springbrunnen, während eine tragbare “Powerbank” im Hosentaschenformat bei sonnigem Wetter einen endlos gefüllten Handy-Akku ermöglicht. Und auf dem Dach meines Elternhauses erzeugt ein richtiges kleines Photovoltaik-Kraftwerk seit vielen Jahren schon einen guten Teil des Stroms, den die zwei verbliebenen Hausbewohner verbrauchen. Ich mag mir vorstellen, dass Peter diese atemberaubende Entwicklung in den letzten 17 Jahren mit Begeisterung verfolgt hat – und weiter verfolgt hätte, wenn ihm mehr Zeit beschieden gewesen wäre.

In diesen 17 Jahren habe auch ich zahlreiche weitere Fragen und Antworten rund um die Photovoltaik gefunden und bin auf die Zukunft dieser Technik zur Nutzung der Sonne als schier unerschöpflicher Energiequelle nicht minder gespannt als damals.

Eines verrät Peter Lustig über seine solarbetriebenen Erfindungen allerdings nicht: Wie sie im Einzelnen funktionieren. Die spannenden Vorgänge, welche aus Sonnenenergie elektrischen Strom entstehen lassen, bilden jedoch die Grundlage für alle Gedanken um den Nutzen von Solarmodulen und Aussichten in die Zukunft. Deshalb erzählt dieser Artikel in erster Linie davon, wie Photovoltaik, die Gewinnung von Strom aus Sonnenlicht, im Einzelnen funktioniert und von den Stoffen, welche dafür verwendet werden. Nutzen und Gefahren für die Umwelt, welche diese Technik mit sich bringen, sollen dabei schliesslich nicht zu kurz kommen.

Wie entsteht in Solarzellen Strom?

Elektrischer Strom im Bändermodell

Elektrischer Strom ist ein Strom geladener Teilchen, im Hausgebrauch meist Elektronen, welcher durch ein leitendes Material strömt wie Wasser durch ein Flussbett. Strom erzeugen bedeutet also bewegliche Teilchen bereit zu stellen und sie an den Ort ihrer Bestimmung zu leiten.

Nun sind Elektronen für gewöhnlich fester Bestandteil von Atomen, die unsere Materie bilden. In Farben, Licht und Glanz – Warum die Welt uns bunt erscheint findet ihr die Beschreibung der Elektronenhülle einzelner Atome, in welcher die Elektronen wie auf Etagen eines Hochhauses ihre “Wohnungen” bzw. Energieniveaus beziehen. Zwei Dinge habe ich dort jedoch verschwiegen, weil sie nicht für die Entstehung von Farben, aber umso mehr für die Entstehung von Strom von Belang sind.

  1. Wenn mehrere Atome zu einer Verbindung zusammenfinden, entsteht aus den einzelnen Elektronenhüllen-Häusern eine wahre Vielfalt von bezugsfertigen Energieniveaus – je mehr Atome beteiligt sind, desto mannigfaltiger geht es in der gemeinsamen Elektronenhülle zu. In besonders grossen Atom-Verbünden, wie den Metallen, aber auch in sogenannten Molekülkristallen wie einem Diamanten (ja, jeder Diamant ist ein einziges, riesengrosses Molekül!), kann man sich eine wahre Grossstadt aus Energieniveaus vorstellen.
  2. Wie eine Grossstadt mit ihren Stadtvierteln kann auch der bunte Haufen der Energieniveaus in Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften eingeteilt werden. Die Chemiker nennen diese Bereiche “Bänder” und sprechen vom Bändermodell, wenn sie damit die komplexen Verhältnisse in den Stoffen einfach beschreiben wollen.

Die unteren Geschosse einer Elektronenhüllen-Grossstadt werden darin zu einem Bereich zusammengefasst, in dem es gesittet zugeht, wie in der Geschichte zu den Farben beschrieben: Jedes Elektron hat seinen festen Platz in seinem Atom und kann mit Energiezufuhr allenfalls die Etage wechseln. Dieser Bereich wird “Valenzband” genannt. In einem anderen Bereich werden die bezugsfertigen Energieniveaus jedoch so zahlreich und liegen so dicht beieinander und nebeneinander, dass Elektronen sich darin von einem Atom zum anderen bewegen können, wie durch eine mit Türen verbundene Zimmerflucht. Weil durch dieses Band demnach ein Strom fliessen kann, wird es “Leitungsband” genannt.

Bändermodell : Leiter und Nichtleiter

Darstellung der Elektronenhülle von nichtleitenden und leitenden Stoffen im Bändermodell (nach: Energy Band Model (DE) by Cepheiden (Own work) [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons)

In den Stoffen, die aus Nichtmetallen bestehen – wie zum Beispiel Diamant, findet man das Leitungsband nun bei wesentlich höherer Energie als das Valenzband. Dazwischen liegt ein Bereich, in dem es keine besetzbaren Energieniveaus gibt – die sogenannte Bandlücke.  Die Elektronen solcher Stoffe besetzen allesamt Energieniveaus im Valenzband und haben unter normalen Umständen keine Möglichkeit, die Bandlücke zu überwinden und ins Leitungsband zu gelangen: Diamant und andere Nichtmetallverbindungen leiten keinen Strom – sie sind Nichtleiter.

In Metallen hingegen, die aus besonders dicht gepackten Atomen bestehen, sind die Energien von Valenz- und Leitungsband sich so ähnlich, dass sich die beiden Bänder mindestens teilweise überlappen, d.h. es gibt keine Bandlücke. So haben Elektronen im Valenzband gleichsam die Möglichkeit, sich entlang des Leitungsbandes durch das Metall zu bewegen: Metalle sind elektrische Leiter. Wenn man an ein Metall also eine Spannung – sprich einen Elektronenüberschuss an einem und einen Elektronenmangel am anderen Ende – anlegt, werden die beweglichen Elektronen ähnlich Wassermassen im Flussbett durch das Leitungsband geschoben.

Wie aus Licht Strom entstehen kann

Um jedoch aus Licht elektrischen Strom zu erzeugen, braucht man einen Stoff, dessen Bandlücke so schmal ist, dass Elektronen aus dem Valenzband sie durch Aufnahme von Lichtquanten (Photonen), überwinden und ins Leitungsband gelangen können. Solch ein Stoff wird Halbleiter genannt: Er leitet nur bei ausreichender Energiezufuhr Strom.

Halbleiter : Bändermodell

Darstellung der Elektronenhülle eines Halbleiters im Bändermodell: Durch Anregung, beispielsweise mittels Lichtenergie, können Elektronen (-) vom Valenz- ins Leitungsband wechseln. Die zurückbleibenden unbesetzten Stellen (Defektelektronen oder “Löcher”) können sich im Valenzband ebenso bewegen wie die Elektronen im Leitungsband. (nach: Energy Band Model (DE) by Cepheiden (Own work) [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons)

Wenn ein solcher Halbleiter erst einmal ins Leiten kommt, gelangen nicht nur Elektronen ins Leitungsband und werden dort beweglich, sondern auch die unbesetzt zurückbleibenden Energieniveaus im Valenzband ziehen die Elektronen der Nachbaratome gehörig an. Sobald ein Elektron dieser Anziehung nachgibt, hinterlässt es seinerseits ein anziehendes, unbesetztes Niveau ein Atom weiter. So können sich unbesetzte Niveaus, kurz “Löcher”, ebenso durch das Valenzband bewegen, wie die angeregten Elektronen durch das Leitungsband.

Der Trick, welcher die Stromerzeugung in Halbleitern ermöglicht, besteht darin, in das Netz der Halbleiteratome Fremdatome eines anderen Elements einzuschmuggeln, die etwas andere Energieniveaus als ihre Umgebung haben.  Solche “fremden” Energieniveaus können innerhalb der Bandlücke des Halbleiters liegen und somit “Trittstufen” für anzuregende Elektronen bilden. Das Einschmuggeln von Fremdatomen in Halbleiter nennt man Dotierung (englisch “doping”).

Liegen solche besetzten Energieniveaus im oberen Bereich der Bandlücke, also nahe dem Leitungsband, können die Elektronen daraus leicht ins Leitungsband übergehen – während das in der Bandlücke verbleibende Loch mangels Nachbarn unbeweglich bleibt. Da auf diese Weise mehr negativ geladene Elektronen als Löcher beweglich werden, spricht man von einer n-Dotierung.

Liegen unbesetzte fremde Energieniveaus hingegen im unteren Bereich der Bandlücke, nahe dem Valenzband, können Elektronen aus dem Valenzband leicht auf diese Niveaus angeregt werden, bleiben darin jedoch unbeweglich. Anders verhält es sich mit den so entstehenden Löchern, die gemeinsam mit allen “gewöhnlichen” Löchern durch das Valenzband wandern können. Da ein Loch einer positiven Ladung entspricht, spricht man hier von einer p-Dotierung.

Halbleiter: n-Dotierung vs. p-Dotierung

Dotierung von Halbleitern: Durch das Einbringen von Fremdatomen in sonst gleichförmiges Halbleitermaterial entstehen zusätzliche Energieniveaus, die innerhalb der Bandlücke des ursprünglichen Halbleiters liegen. Ladungen, die darin zu liegen kommen, sind unbeweglich und können sich zu grossflächigen elektrischen Polen (–> Raumladungszone) aufsummieren. (nach: Energy Band Model (DE) by Cepheiden (Own work) [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons)

Legt man nun einen n-dotierten Halbleiter direkt auf einen p-dotierten Halbleiter, können die überschüssigen Elektronen aus dem n-Halbleiter ungehindert in den p-Halbleiter einwandern und dort Löcher füllen, ebenso wie überschüssige Löcher aus dem p-Halbleiter in den n-Halbleiter gelangen und gefüllt werden können. Die unbeweglichen Löcher und Elektronen innerhalb der Bandlücke, auch “Raumladungen” genannt, bleiben jedoch wo sie sind. So entsteht auf der n-Seite alsbald ein Überschuss an unbeweglichen Löchern, also ein positiv geladener Bereich, während auf der p-Seite ein Überschuss an Elektronen entsteht, also ein negativ geladener Bereich – kurz gesagt: ein elektrischer Pluspol und ein elektrischer Minuspol wie in einer Batterie!

Alle weiteren beweglichen Ladungen, die innerhalb des Wirkungsbereichs dieser Pole – der Raumladungszone – entstehen oder durch Diffusion in diese hinein geraten, werden von den Polen angezogen und voneinander getrennt: Elektronen wandern in Richtung des Pluspols auf die n-Seite, Löcher in Richtung des Minuspols auf die p-Seite. Sind die Halbleiter, die solch eine Raumleitungszone teilen, Teil eines Stromkreises, können die sortierten Ladungen entlang dieses Kreises fliessen und genutzt werden.

Kurzum: Sonnenlicht-Quanten, die auf einen zweilagigen dotierten Halbleiter fallen können Elektronen über bzw. in die Bandlücke des Halbleitermaterials befördern und somit bewegliche Elektronen bzw. Löcher erzeugen. Wenn dabei eine Raumladungszone zwischen unterschiedlich geladenen, unbeweglichen Polen entsteht, können darin Elektronen und Löcher voneinander getrennt und genutzt werden. Der sonnenbeschienene Halbleiter wird damit zu einer schier endlos funktionierenden Batterie.

 

Welche Stoffe können das: Woraus bestehen Solarzellen?

Es wird euch wahrscheinlich wenig überraschen, dass unter den chemischen Elementen die Halbmetalle – jene Stoffe, die Eigenschaften von Metallen und Nichtmetallen in sich vereinen – auch als Halbleiter taugen. Denn die Anordnung ihres Valenz- und Leitungsbandes liegt irgendwo zwischen den typischen Anordnungen für Metalle und Nichtmetalle.

Halbmetalle

Halbmetalle: Die hier orange, gelb bzw. gelbgrün dargestellten Elemente haben (in mindestens einer ihrer Erscheinungsformen) teils Metall-, teils Nichtmetall-Eigenschaften. Dementsprechend weisen sie kleine Bandlücken auf, was sie zu Halbleitern macht.

 

Die meisten dieser Halbmetalle sind auf und in der Erde allerdings ziemlich selten zu finden. Die grosse Ausnahme bildet allerdings das Silicium: Dieser chemische Verwandte des Kohlenstoffs ist das dritthäufigste Element des Planeten Erde (nur Eisen und Sauerstoff sind häufiger). Es gibt kaum ein Gestein oder Sandkorn, das nicht Quarz – Siliciumdioxid – enthält, und die Silikate machen die mit Abstand grösste Gruppe unter den Mineralien aus. Gar 26% der Materie unserer Erdkruste setzen sich aus Silicium zusammen.

Da wundert es nicht, dass 92% der heute produzierten und verwendeten Solarzellen aus Silicium bestehen, denn anders als bei Elementen wie Gallium, Selen oder Tellur, die ebenfalls als Solarzellen-Material taugen, müssen wir uns nicht sorgen, dass das Silicium uns eines Tages ausgehen könnte.

Aus Quarzsand wird zunächst geschmolzenes Silicium gewonnen, welchem sehr kleine Mengen Bor (zur p-Dotierung) bzw. Phosphor (zur n-Dotierung) beigegeben. Aus der fertig aufbereiteten Schmelzen können somit bereits dotierte Silicium-Kristalle “gezüchtet” werden. Diese Kristalle können in dünne Scheiben, sogenannte Wafer, gesägt werden, sodass möglichst viel Oberfläche dem Sonnenlicht ausgesetzt werden kann.

Elementares Silizium : (noch) Rohstoff Nr.1 für die Photovoltaik

Elementares Silicium: oben links: Polykristallines Silicium am Stück, unten links: polykristalliner Silicium-Wafer (Solarzellen erhalten ihre typische blaue Färbung erst durch eine Deckschicht), rechts: Silicium-Einkristall, der in monokristalline Wafer zersägt werden kann. (oben links und rechts: by Stahlkocher[GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons, unten links: by Armin Kübelbeck (own wafer scanned on a Canon Pixma MP 800) [GFDL oder CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Ein funktionierendes Solarmodul enthält neben solchen Wafern eine zusätzliche Kontaktschicht zur Abnahme des erzeugten Stroms, welche bei heute betriebenen Solarzellen meist aus teurem weil seltenem Silber besteht. Kupfer und Aluminium erfüllen jedoch den gleichen Zweck, sodass es nun an den Herstellern ist, diese günstigeren Materialien zum Einsatz zu bringen.

 

Wie effektiv ist die Stromgewinnung mit Solarzellen?

Wenn eine Energieform in eine andere umgewandelt wird, so erklärt es die Energie höchstselbst in ihrem Brief an die Menschheit, wird aus einem Teil der ursprünglichen Energie praktisch immer Wärme, ob man das nun will oder nicht. Der prozentuale Anteil der Sonnenenergie, welcher nicht in Wärme, sondern in die angestrebte elektrische Energie umgewandelt werden kann, wird deshalb als Wirkungsgrad einer Solaranlage bezeichnet. Da ist selbstredend, dass Solarzellenhersteller einen möglichst hohen Wirkungsgrad für ihre Module anstreben.

Deswegen werden Solarzellen in verschiedenen Bauweisen entwickelt und hergestellt:

Wer sich die Mühe macht grosse Silicium-Einkristalle zu züchten und daraus Wafer zu schneiden, kann daraus monokristalline Zellen herstellen, die einen Wirkungsgrad von über 20% erreichen können. Das bedeutet, nur 20% der eingefangenen Sonnenenergie wird zu Strom, die übrigen 80% gehen als Wärme verloren.

Preiswerter sind polykristalline Zellen, die aus einem Verbund vieler Siliciumkristalle gesägt werden. Solche sind an ihrer an Eisblumen erinnernde Oberflächenstruktur gut zu erkennen. Sie erreichen jedoch nur einen Wirkungsgrad von 16-18,6%.

Darüber hinaus gibt es sogenannte Dünnschicht-Zellen, die durch Aufdampfen von Siliciumatomen auf eine Trägerfläche geschaffen werden. Solche Zellen finden vornehmlich in Kleinstgeräten, wie z.B. einem Solartaschenrechner, Verwendung. Denn solchen genügt ihr vergleichsweise geringer Wirkungsgrad von 5-7% bis 15% je nach Bauweise.

Eine Alternative zum Silicium stellen Module aus Cadmiumtellurid dar. Diese sind jedoch wegen ihres Gehalts an dem giftigen Schwermetall Cadmium umstritten und haben einen Wirkungsgrad von nur mehr 10%. Aus diesen Gründen werden solche Module in der Schweiz gar nicht erst eingesetzt.

Den wohl höchsten Wirkungsgrad haben aktuell aber wohl Galliumarsenid-Module mit bis zu 41,1%. Da ihre Hauptbestandteile Gallium und Arsen aber relativ selten vorkommen und letzteres zudem giftig ist, sind Module dieser Bauart nicht für den Alltagseinsatz geeignet. In der Raumfahrt hingegen, wo jedes Gramm an zu transportierendem Material Unsummen kostet, ist Galliumarsenid das Material der Wahl für die Solarmodule von Satelliten und Raumfahrzeugen.

 

Inwiefern belastet die Herstellung  von Solarmodulen die Umwelt?

Der Schmelzpunkt von Silicium liegt bei 1414°C, sodass zur Gewinnung von geschmolzenem Silicium Quarzsand mit Kohle im Lichtbogenofen auf Temperaturen darüber erhitzt werden muss. Um das so entstehende Rohsilicium zu reinigen, wird es bei 300°C mit Chlorwasserstoff (HCl) zu Trichlorsilan (auch bekannt als Silicochloroform oder TCS) (SiHCl3) umgesetzt.

Entstehung_TCS

Trichlorsilan wird schon ab 32°C gasförmig, sodass es sich leicht von den Chlorverbindungen von Verunreinigungen, die allesamt einen viel höheren Siedepunkt haben, trennen lässt. An glühenden Stäben aus reinstem Silicium kann aus dem Trichlorsilan das elementare Silicium wieder zurückgewonnen werden.

Abbau_TCS

Wer aus dem so entstehenden polykristallinen Silicium grosse Einkristalle für monokristalline Wafer gewinnen möchte, muss das Silicium noch einmal schmelzen um daraus die gewünschten Kristalle wachsen zu lassen.

Lohnt sich dieser Energieaufwand?

Die Herstellung von Silicium-Wafern verschlingt also eine ganze Menge Energie in Form von elektrischem Strom, mit welchem die verschiedenen Heizöfen und Maschinen betrieben werden. Da es sich empfiehlt für die Herstellung “umweltfreundlicher” Solarzellen erneuerbare Energien zu verwenden, waren wasserkraftreiche Länder wie Norwegen und Brasilien lange Zeit führend in der Produktion von Rohsilicium, während heute China ganz vorne mit dabei ist.

Das Ergebnis ist jedoch die Mühe wert: Ein modernes Solarmodul braucht zwar circa zwei Jahre, um den für seine Herstellung verbrauchten Strom neu zu gewinnen, kann jedoch (von den Herstellern garantiert!) 20 bis 30 Jahre lang arbeiten. Damit können Solarmodule mindestens 10 mal mehr Strom erzeugen, als ihre Herstellung kostet!

Hinzu kommt, dass reines Silicium nicht nur für Solarmodule, sondern auch für Halbleiterbausteine in Computern gebraucht wird. Der ganze Aufwand lohnt sich also gleich doppelt. Und dazu muss dieses Silicium noch um ein Vielfaches reiner sein als das Solar-Silicium. Was also den hohen Ansprüchen der Chip-Hersteller nicht genügt, kann gut und gerne zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden, ehe es auf dem Abfall landet.

 

Wie giftig ist die ganze Chemie dahinter?

Silicium selbst ist ein lebenswichtiges Spurenelement, das in fast allen Lebewesen einschliesslich des Menschen vorhanden ist. Sowohl elementares Silicium als auch Quarz, Kieselsäure und ihre Salze, die Silicate, sind somit fast völlig ungiftig.

Das bei der Gewinnung des Reinstsilicium zwischenzeitlich entstehende Trichlorsilan ist ebenfalls ungiftig, bezogen auf die Fähigkeit von Giften sich in Organismen oder der Umwelt anzureichern und Langzeitschäden zu verursachen. Dafür ist es äusserst hoch entzündlich und wirkt, ebenso wie Chlorwasserstoff, der mit Wasser Salzsäure bildet, stark ätzend. So müssen in Anlagen, die mit Trichlorsilan arbeiten, entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Sind diese gegeben, ist der Umgang mit diesen Stoffen weitgehend sicher. Vor allem aber entstehen dabei keinerlei giftige Abfälle, wie sie beispielweise die Crux der Kernkraft sind!

Beim Einbau der Silicium-Bauteile in Solarmodule kamen bis in die jüngste Vergangenheit Silber und kleinere Mengen Blei zum Einsatz. Diese beiden Schwermetalle können inzwischen jedoch durch preiswerteres und unproblematischeres Kupfer bzw. Aluminium ersetzt werden.

Die Glasscheiben, die schlussendlich die Solarzellen vor Umwelteinflüssen schützen sollen, dürfen nach Möglichkeit kein Licht über den sichtbaren Bereich hinaus absorbieren (in Wie du dank UV-Filtern deine Ferien geniessen kannst könnt ihr nachlesen, dass “normales” Glas durchaus nicht alles Licht durchlässt), sodass möglichst alles Licht die eigentlichen Solarzellen erreichen kann. Deshalb enthalten manche Solarzellen-Gläser das Halbmetall Antimon (Formelzeichen Sb), welches dem Glas die gewünschte Durchlässigkeit verleiht, wegen seiner chemischen Verwandtschaft zum Arsen aber nicht ganz unumstritten ist. Aus dem Glas austreten kann das Antimon aber nicht so leicht. Anfassen ist also durchaus erlaubt und ungefährlich. Erst wenn Solar-Gläser auf Deponien herumliegen, kann mit der Zeit Antimon ins Grundwasser gelangen.

Was wir tun können: Recycling

Der genannten Schwermetalle wegen und weil sich Solar-Silicium durchaus wiederverwenden lässt, sind Rücknahme und Recycling von Solarmodulen in der europäischen Union mittlerweile gesetzlich vorgeschrieben. Demnach sind Hersteller von Solarmodulen verpflichtet, mindestens 85% ihrer Module zurückzunehmen und zu recyceln. Auch die Schweiz orientiert sich an der WEEE-Direktive der EU. Hier organisiert die Stiftung SENS als Partner des europäischen Verbandes PV Cycle die Rücknahme der Photovoltaik-Module.

Für uns heisst das: Defekte Solarzellen bzw. Photovoltaik-Module gehören, ähnlich wie Elektronik-Schrott, an die dafür vorgesehenen Sammelstellen zurückgebracht!

Wie das Recycling im Einzelnen funktioniert, könnt ihr auf SolarContact nachlesen.

 

Zu guter Letzt: Wie sehr dient die Nutzung der Sonnenkraft dem Klimaschutz?

Besonders verlockend ist an der Photovoltaik, wie schon Peter Lustig wusste, dass die Gewinnung von Strom aus Sonnenstrahlen, die auf eine Halbmetallplatte fallen, so vollkommen ohne Erzeugung von ungeliebten Abgasen vonstattengeht. Tatsächlich muss aber auch jener “Dreck” mit eingerechnet werden, welcher bei der Herstellung der Solarmodule anfällt.

Zu diesem Zweck wird für die verschiedenen Kraftwerkstypen der Ausstoss von -Äquivalenten berechnet, der einen direkten Vergleich zwischen verschiedenen Wegen der Energiegewinnung möglich macht.

Nach dieser Rechnung wurden früher – wohl zu Peter Lustigs Zeiten – für eine Kilowattstunde (kWh) Photovoltaik-Strom 97g des Treibhausgases  freigesetzt. Mit den heutigen Modulen kommt man hingegen nur mehr auf 42g  je kWh.

Im Vergleich dazu erzeugt ein Gaskraftwerk 452g  pro kWh, während ein Braunkohlekraftwerk sage und schreibe 1347g  pro kWh in die Luft schleudert! Ähnlich “sauber” wie Photovoltaik-Strom sind damit allenfalls der Strom aus Wind- und Wasserkraft sowie der Atomstrom (welcher jedoch mit den bekannten Umweltrisiken behaftet ist).

Im Mittel werden für den in Europa erzeugten und genutzten Strom zur Zeit 552g  pro kWh freigesetzt. Da ist also noch einiges an Verbesserung durch die vermehrte Nutzung von Sonnenkraft, aber auch jener von Wind und Wasser, vorhanden!

Diese Zahlen und viele weitere interessante Fakten rund um Solarmodule hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) zum Nachlesen zusammengetragen.

Hier heisst es bis zur nächsten Geschichte jedoch erstmal “Abschalten” – oder eure Gedanken in einen Kommentar fassen, zum Beispiel zu:

Welche Rolle spielen Photovoltaik bzw. Solarzellen in eurem Alltag?

 

 

Mit diesem Post möchte ich allen Lesern, Fans und Förderern von Keinsteins Kiste danken. Ohne euch gäbe es diese Seite nicht! Und obwohl die Kiste erst ein halbes Jahr alt ist, habe ich 2015 viele tolle Menschen und Mitblogger kennen lernen und wunderbare Erfolge feiern dürfen.

 

Aber die Geschichte dahinter beginnt vor mehr als einem halben Jahr: Durch Verzögerungen beim Studium zur Untätigkeit verdammt fühlte ich mich im Frühling 2015 wie eine überreife Pflaume: Heiss darauf zu verwerten, was ich in langen Studien- und Lebensjahren gelernt hatte, aber – scheinbar – ohne Möglichkeit dazu.

So las ich in einer völlig themenfremden Facebook-Gruppe von einem Medium, das ich bis anhin bloss mit Mode, Kosmetik und der Generation nach mir verbunden hatte: Von einem Blog. Dani Wolf von Glucke und So ist jedoch gestandene Mama in meinem Alter und schreibt einen Familienblog. Damit war meine Neugier geweckt. Beim Stöbern auf Danis Seite habe ich ganz schnell Blut geleckt – und meine erwähnte Überreife trug mich über alle Bedenken angesichts der Flut von Eindrücken und Funktionen hinweg: Ich bin zwar nicht Mutter, aber das kann ich doch auch!

Darauf folgten zwei Tage intensiven Stöberns und Lesens – wie baut man eigentlich einen Blog auf? – und dabei war besonders eine Seite ganz zentral: Der Affenblog von Vladislav Melnik. So kontrovers der Affenblog und sein Schöpfer in manchen Communities auch diskutiert werden mag: Ich habe bei der gründlichen Lektüre – insbesondere als Blog-Anfängerin – sehr viel mehr gelernt als einen Schreibstil zum Kopieren (welchen ich – so denke ich – nicht brauche). Die wichtigste Lektion, die ich von Vladislav lernte, ist wohl: Nicht lange grübeln und planen, mach einfach dein Ding und schau, was passiert – und zwar auf dem eigenen Webspace!

Also habe ich gemacht: Nachdem ich mir in zwei bis drei Wochen die Handhabe von WordPress und die Gestaltung eines Blogs auf dem XAMPP-Heimserver selbst angeeignet hatte, ging Keinsteins Kiste am 14. Juni mit dem ersten Post um das Chemische Gleichgewicht mit Le Chatelier und den Ferienfliegern online. Und was war ich stolz!

 

Beim Ausloten meiner Nische – Naturwissenschaft im Allgemeinen und Chemie im Besonderen – stiess ich schnell auf zwei grosse Portale mit Blogs zu wissenschaftlichen Themen – und konnte durch Kommentieren, unter anderem auf scienceblogs.de sehr schnell die ersten Stammleser gewinnen.

Zwei Leser dieser ersten Stunde sind Christian Thiele von Thieles Tierwelt und der Drachenkater, die mir seit den ersten Tagen der Kiste das wertvolle Gefühl geben, nicht ins Leere zu schreiben. Ebenso lieb und teuer ist mir die überschwängliche Begeisterung, mit welcher Ubuntu-Fan und -blogger Andre Nitschke alias Gnude jeden meiner Artikel quittiert – und das, obwohl ich konsequent MS Windows nutze!

Besonders danken möchte ich Normann Sötje alias Pyramideneule, der aus seiner Begeisterung für meine Texte heraus das Theme gestiftet hat, welches Keinsteins Kiste seit Ende August ihr heutiges Aussehen verleiht. Für 2016 haben wir eine kleine interdisziplinäre Kooperation ins Auge gefasst: Es wird um Insekten mit “Chemie-Waffen” gehen.

 

Nach den Sommerferien-Pause ermöglichte Florian Freistätter von Astrodicticum Simplex mir und der Kiste den Erfolg des Jahres: Die Teilnahme an dem von ihm organisierten Blog-Schreibwettbewerb 2015 auf scienceblogs.de. Neben einem Gastpost mit dem Wettbewerbsbeitrag “Wahrheiten über die Energie” auf einem beliebten Scienceblogs.de-Blog brachte mir das nämlich einen 5. Preis und eine grosse Menge neugieriger Besucher ein! Keine Frage: Da bin ich bei der Neuauflage 2016 natürlich wieder mit dabei.

Seither pflege ich mit meiner Mitbewerberin Emmygunde von emmygundespatzeküken.de regelmässigen Kontakt und lese mit Begeisterung jede ihrer herzerwärmenden Geschichten, die sich häufig um ihr aufgewecktes und wissenschaftsbegeistertes Kind drehen. Als “persönlicher Expertenmensch” des “Küken” genannten Kindes durfte ich auch hier schon in einem Kooperationspost Emmygunde und Herr Alias das Rätsel um geisterhafte Filmaufnahmen lösen.

Zudem stellte ich fest, dass meine Nische rund um die Chemie doch nicht ganz so leer war wie ich glaubte. So begegnete ich in der virtuellen Wissenschafts-Welt dem “Chemischen Reporter Marco Körner, und Ole von Banana-Bond, die sich einem ganz ähnlichen Ziel verschrieben haben wie ich: Die Chemie des Alltags – aber auch der modernen Forschung – allen Neugierigen nahe zu bringen.

Solche Neugierigen wie auch eine weitere Nischen-“Mitbewohnerin” fanden sich in dem Ende September neu gegründeten Forum auf meinbloggerforum.de, mit welchem Tenzi von Realitätswunder.de und ihre Moderatoren eine wunderbare Anlaufstelle für Blogger aus allen Sparten geschaffen haben.

Dort lernte ich nämlich auch die bloggende Chemie-Studentin Maike alias Missdeclare kennen, die sich unter anderem sehr dafür interessiert, was in all den Dingen und Produkten, die unseren Alltag füllen, enthalten ist. Und schliesslich durfte ich auf ihrem Blog am 12. Dezember meinen ersten “regulären” Gastbeitrag über die spannenden Stoffe und  Vorgänge in der Zahnarztpraxis veröffentlichen.

 

Als eine wunderbare Gelegenheit zum “Gelesen-Werden” haben sich Blogtouren und -paraden erwiesen: Nachdem ich im Rahmen einer Blogtour zum Thema Umweltschutz, organisiert im Forum blogger-treff.de, über kompostierbare Kunststoffe geschrieben hatte, fand mein Artikel zur Halloween-Blogparade “Kürbis und Flammen” von Arne Kerlin und Sarah von Flaneurin richtig grossen Anklang: Wie man einen Kürbis mit geisterhaftem kaltem Feuer erstrahlen lässt, und wie das funktioniert, erwies sich augenscheinlich als überaus spannend. Wenn die beruflichen Umstände es erlauben, ist für die Wiederholung zu Halloween 2016 ein Kürbis mit Thermit-Reaktion bereits eingeplant.

Zum guten Schluss: Guter Content ist ein ganz wichtiger Faktor für eine gute Reichweite – das predigt jeder, der etwas über das “Wie” beim Bloggen zu sagen hat. Und den Aufruf-Zahlen zufolge haben die berauschende Hochzeitsfeier meiner Schwester und die zeitgleich anlaufende Oktoberfest-Saison mich Ende September zu meinem beliebtesten Content neben dem Wettbewerbs-Beitrag inspiriert: “Biochemischer Katzenjammer” beschreibt, was bei reichlichem Alkohol-Konsum im menschlichen Körper geschieht und wie es zu den spürbaren Symptomen des “Katers” kommt.

Nachdem alle Neujahrs-Kater hoffentlich inzwischen verflogen sind, wünsche ich euch – allen treuen und neuen Lesern und Mitbloggern – ein tolles und erfolgreiches Jahr 2016 voller neuer, spannender Geschichten!

 

Eure Kathi Keinstein

 

Zu niedrige Abgaswerte hier, zu viel  dort – manipulierte Computerdaten und gewaltige Schadenssummen…in allen Medien liest man seit Wochen von skandalösen Praktiken rund um Abgasmessung und -deklarierung beim Autobauer VW und anderen. Aber was ist eigentlich das Problem mit dem Autoabgas, und was wird da so zweifelhaft gemessen, dass daraus ein weltumfassender Skandal erwachsen konnte?

Als ich vor den Sommerferien meine Probe-Lektion zum Einstieg in die berufspraktische Lehrerausbildung antrat, ahnte noch niemand etwas von all dem Aufruhr. In der Unterrichtsstunde, die ich halten sollte, waren Luftschadstoffe, wie sie auch in Autoabgasen zu finden sind, das Thema. Der Plan war, im Unterricht diese Schadstoffe im Abgas eines Autos nachzuweisen. Da ich selbst kein Auto besitze, war ein Car-Sharing-Fahrzeug die Abgasquelle meiner Wahl – und die Spannung war besonders gross, als sich das angemietete Auto gleich vor dem Schulhaus als VW Golf Variant mit Dieselmotor und “AdBlue”-Label entpuppte. Denn als Enkelin eines lebenslangen VW-Mitarbeiters habe ich eine besonders enge Beziehung zu Fahrzeugen dieser Marke (in meiner Familie wird seit ich denken kann keine andere Marke gefahren). Würde mir solch ein modernes Auto überhaupt genügend Schadstoffe für den Nachweis liefern?

Entsprechend habe ich mir alle Mühe gegeben, allem modernen Abgas-Management zum Trotz eine ausreichende Menge an Schadstoffen zu sammeln (ein Müllsack am Auspuff bei laufendem Motor leistet da gute Dienste). Der Versuch – eine Farbreaktion zum Nachweis von Stickstoffoxiden – lieferte dann auch ein überwältigendes Ergebnis: Was rosa werden sollte, präsentierte sich quietschpink: Es hatte Stickstoffoxide satt!

Erst über zwei Monate später, als der VW-Skandal Ende September die ersten Schlagzeilen machte, kam mir jener Versuch mit ganz neuer Brisanz versehen wieder in den Sinn: War der so gelungene Nachweis tatsächlich auf gute Planung und geschickte Probenentahme zurückzuführen, oder hatte ich es schlichtweg mit einer weniger effektiv gereinigten Abgasen zu tun als angenommen?

Aber fangen wir am Anfang an:

Verbrennungsvorgänge im Motor und was dabei entsteht

In den Fahrzeugen auf unseren Strassen findet man zwei Typen von Verbrennungsmotoren, die mit Flüssigtreibstoff laufen.

Der Ottomotor verbrennt Benzin, ein Gemisch aus relativ leichten Kohlenwasserstoffen – Molekülen mit rund um 7 Kohlenstoff-Atomen. Deshalb wird der Ottomotor in der Umgangssprache auch “Benzin-Motor” genannt. Kohlenwasserstoffe sind hoch entzündlich und verbrennen, einmal angezündet, mit Luftsauerstoff im Idealfall zu Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf:

Für einen vollständigen Reaktionsverlauf braucht es jedoch eine ideale Mischung der Ausgangsstoffe. Und die ist im engen Zylinder eines Ottomotors nicht gegeben. Dort gelangt nämlich nur eine vergleichsweise kleine Menge Sauerstoff hinein (mit voller Absicht, denn die Autobauer ziehen eine effiziente Motorleistung der perfekten Verbrennung vor). So werden nicht wenige der Kraftstoff-Moleküle auf “Sparflamme” verbrannt, wobei anstelle des  Kohlenstoffmonoxid, , entsteht.

Die Verbrennung des Kraftstoffs setzt so viel Energie frei, dass sie – für kurze Zeit in einem engen Raum stattfindend – einen Kolben aus einem  Zylinder drücken und damit den Motor in Bewegung versetzen kann. Leider wird dabei in der Enge des Zylinders zusätzlich eine grosse Menge Wärme erzeugt. Und leider ist der Sauerstoff nicht allein in unserer Atmosphärenluft. Einen sehr viel grösseren Anteil (70% der gesamten Luft) daran hat das Gas Stickstoff, , welches normalerweise sehr reaktionsträge ist und kein Problem darstellt. Im Ottomotor wird allerdings auf engem Raum so viel Energie freigesetzt, dass sogar der Luftstickstoff zu brennen anfängt. Und was dann entsteht, ist für Mensch und Umwelt höchst unangenehm. Um nicht zu sagen hoch giftig: Es entstehen Stickstoffoxide.

Im Dieselmotor wird anstelle von Benzin Dieselöl verbrannt. Auch dieses besteht aus Kohlenwasserstoffen und unterscheidet sich vom Benzin vor allem darin, dass seine Moleküle wesentlich grösser und schwerer sind: Sie enthalten um die 18 Kohlenstoffatome sowie entsprechend mehr Wasserstoff als die Bestandteile des Benzins. Die vollständige Verbrennung von Dieselöl liefert somit die gleichen Produkte wie die Verbrennung von Benzin, nur gibt ein Diesel-Molekül wesentlich mehr davon her – nachdem es mit wesentlich mehr Sauerstoff-Molekülen reagiert hat:

Um diese Reaktion mit dem nötigen Treibstoff zu versorgen wird der Kraftstoff im Dieselmotor mit wesentlich mehr Luft verbrannt als im Ottomotor. Mehr Luft bedeutet allerdings nicht nur mehr Sauerstoff, sondern auch mehr Stickstoff – also insgesamt mehr Moleküle, die zu Stickstoffoxiden reagieren können.

 

Warum diese Abgase giftig sind

Das Stickstoffmonoxid () ist nicht sehr beständig – es reagiert schon bei “normalen” Temperaturen mit weiterem Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid () weiter. Stickstoffdioxid  ist ein braunes Gas, das unangenehm chlorähnlich riecht. Und dieses Gas hat es in sich. Es löst sich nämlich in Wasser, um dann sofort mit diesem zu Salpetersäure bzw. salpetriger Säure zu reagieren:

Stickstoffdioxid ist das gemischte Anhydrid (d.h. die wasserfreie Ausführung) von salpetriger Säure () und Salpetersäure ().

Salpetersäure ist eine starke Säure (und salpetrige Säure steht ihr da in wenig nach) und überdies ein starkes Oxidationsmittel – wo sie entsteht, wirkt Salpetersäure ätzend und geht zudem eine Vielzahl von Redox-Reaktionen ein.  Und Wasser gibt es in der Atmosphäre reichlich. Wenn Stickstoffdioxid auf die Wassertröpfchen in Wolken trifft, sind saure Wolken das Resultat, und aus sauren Wolken fällt saurer Regen. Dass der vielen Lebewesen nicht bekommt, wissen wir spätestens seit dem Waldsterben vor und in den 1980er Jahren.

Wenn Menschen (und Tiere) Stickstoffdioxid einatmen, trifft das Gas ebenfalls auf Wasser: Die Schleimhäute der Atemwege sind voll davon. Und wenn Stickstoffdioxid sich darin löst….niemand wird gern Säure in Bronchien und Lunge haben, zumal jeder sich vorstellen können wird, wie das beisst und kratzt und Husten auslöst (bei sehr hohen Konzentrationen eingeatmet führt das bis zu einem gefährlichen Lungenödem, weshalb Stickstoffdioxid als hochgiftig eingestuft wird!). Und dass Autoabgase genug Stickstoffdioxid enthalten können, um die Schleimhäute zu reizen, ist kein Geheimnis. Darüber hinaus gilt  als krebserzeugend und ist an der Entstehung von Ozon in unserer Atemluft beteiligt. Es gibt also mehr als genügend Gründe, Stickstoffdioxid nach Möglichkeit zu meiden.

Kohlenstoffmonoxid (CO) ist ebenfalls giftig, wenn auch auf etwas andere Art und Weise. Dieses Gas kann nämlich – einmal eingeatmet – durch die Lunge in unser Blut gelangen (und davon merkt man in der Regel nichts, denn Kohlenstoffmonoxid ist farb- und geruchlos und wirkt nicht reizend). Dort bindet es an eben jene Bindungsstellen des roten Blutfarbstoffs, die für den Transport von Sauerstoff vorgesehen sind. Und anders als Sauerstoff lässt sich Kohlenstoffmonoxid so schnell nicht mehr davon lösen, sodass Sauerstofftransporter, die einmal Kohlenstoffmonoxid binden, für mehrere Stunden ausser Gefecht gesetzt sind. Bei einigen wenigen blockierten Bindungsstellen ist die Wirkung überschaubar – doch schon winzige Anteile an CO in der Atemluft genügen um die Sauerstoffzufuhr zu Zellen und Gewebe merklich lahm zu legen – im schlimmsten Fall mit Todesfolge.

Weitaus weniger unangenehm ist da des Kohlenstoffmonoxids nächster Verwandter, das Kohlenstoffdioxid. Dieses muss man schon in ausreichenden Mengen mit uns in einen engen Raum sperren, damit es den menschlichen Körper daran hindern kann sein selbst erzeugtes  abzuatmen, sodass ein gefährlicher Rückstau im Atmungsvorgang entsteht. Viel grösser sind da die Schwierigkeiten, die uns Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre als Treibhausgas bereitet. Doch Treibhauseffekt und Klimaerwärmung sind langsame, langfristige Vorgänge, die weitaus weniger rasch zu bevölkerungsweiten Hilfeschreien führen als akute Vergiftungserscheinungen. So wird die Entstehung von Kohlenstoffdioxid anders als die Entstehung weitaus giftigerer Abgase in der Regel billigend in Kauf genommen.

 

Wie man die Freisetzung giftiger Abgase vermeidet

Im Laufe des 20. Jahrhunderts, als Strassenverkehr und industrielle Verbrennungsanlagen wie Kraftwerke immer zahlreicher wurden, bemerkte man rasch die Probleme, die eine allzu freizügige Abgabe giftiger Abgase mit sich brachte: Smog über Städten und Industriezentren, welcher besonders in Los Angeles berüchtigt war.

Aus Chemikersicht erscheint das Abgasproblem jedoch lösbar (zumindest weitgehend). Die verschiedenen giftigen Abgase, in den meisten Fällen Produkte “unvollständiger” Reaktionen, haben nämlich eines gemeinsam: Ihre Moleküle enthalten nicht wenig Energie und würden durchaus weiterreagieren (und das nicht nur mit Blutfarbstoff und Körperwasser!), wenn sie denn könnten – d.h. wenn sie einen genügend energiereichen Tritt in den Hintern bekämen. Dieser “Tritt”, auch Aktivierungsenergie genannt, müsste jedoch stärker sein, als ein Verbrennungsmotor ihn bei wirtschaftlichem Betrieb leisten könnte (Energie ist schliesslich teuer). Für solche Fälle kennen die Chemiker (die vermutlich bei der Natur abgeschaut haben) jedoch ein wirksames Workaround: Wird unwilligen Reaktionspartnern der richtige Stoff beigegeben, eröffnet dieser Stoff ihnen neue Wege zur Reaktion – Wege, die so bequem sind, dass sie ohne zusätzlichen Energie-Tritt in den Hintern begangen werden können! Ein Stoff, der eine solche wegweisende Wirkung hat, wird Katalysator genannt.

Ein Katalysator ist ein Stoff, der Reaktionspartnern eine Reaktion auf einem alternativen Reaktionsweg bei verringerter Aktivierungsenergie ermöglicht.

 

Für Reaktionen mit Verbrennungsabgasen eignen sich Edelmetalle als Katalysatoren – das hatte man schon in den 1950er Jahren erkannt und ein Prinzip für die Reinigung von Autoabgasen entwickelt. Dummerweise verbot sich damals der Einsatz dieser Technik, da der damalige Ottokraftstoff Blei-Verbindungen zur Erhöhung der Klopffestigkeit enthielt – und Blei ist Gift für Edelmetallkatalysatoren: Es macht sie postwendend unbrauchbar. Erst als sich in den 1980er Jahren die Verwendung bleifreier Kraftstoffe zunehmend durchsetzte, begann der Abgaskatalysator seinen Siegeszug. Nachdem er Anfang der 1980er in den USA eingeführt worden war, war die Schweiz 1986 das erste europäische Land, das per Gesetz den flächendeckenden Einsatz von Katalysatoren vorschrieb. Deutschland setzte ein ähnliches Gesetz nach schrittweiser Einführung erst 1993 um.

Dass Abgaskatalysatoren, kurz KAT genannt, Mitte der 1990er neumodisch und im Rahmen der boomenden Umweltschutzbewegungen “in” waren, mochte sich auch darin niedergeschlagen haben, dass eine Schulfreundin mir damals den Spitznamen “Kat Diesel” verpasste (auch für Dieselmotoren gibt es Abgaskatalysatoren – die waren derzeit wohl noch neumodischer).

Gemeinsam ist allen Abgas-Katalysatoren die Art und Weise ihrer chemischen Hilfeleistung: Sie befinden sich hinter dem Motorenausgang in jenem Rohr, das letztendlich zum Auspuff führt, sodass die Abgase über das Edelmetall strömen können. Unerwünschte Moleküle können so mit den Atomen an der Metalloberfläche reagieren, bleiben daran haften und ihre Atome werden an Ort und Stelle neu zusammengefügt, ehe sie sich in harmloseren Verbindungen wieder auf den Weg durch den Auspuff nach draussen machen.

Katalysator im Auto

Im Einzelnen sind die verschiedenen Katalysatoren jeweils an “ihren” Motorentyp angepasst.

Der Katalysator zum Ottomotor: Drei Wege zu sauberer(er) Luft

Die Abgase, welche aus einem Motor in Richtung Auspuff strömen, müssen innerhalb kurzer Zeit quasi im Vorbeiflug zu neuen Molekülen umgebaut werden. Da dieser Umbau nur an einer Edelmetall-Oberfläche stattfinden kann, liegt auf der Hand, dass diese Oberfläche grösstmöglich sein sollte, damit darauf möglichst viele Gasmoleküle gleichzeitig umgebaut werden können. Unglücklicherweise sind Edelmetalle sowohl unheimlich schwer als auch unheimlich teuer. Und weil weder zu hohe Kosten noch vermehrter Kraftstoffverbrauch durch zusätzliches Gewicht zu sauberer Luft beitragen, werden in einem Abgaskatalysator nur kleinstmögliche Mengen an Edelmetallen verbaut.

So ist das Herzstück des Katalysators ein Block aus Keramik, der aus wabenartig aneinander gelagerten Röhren besteht. Dieser Träger wird so in das Auspuffrohr eingebracht, dass das aus dem Motor strömende Abgas auf all diese Röhren verteilt den Block durchströmt. Um die überströmte Oberfläche weiter zu vergrössern ist die Innenfläche der Keramikröhren mit einer sandpapierartig rauen Schicht aus Aluminiumoxid bedeckt. Dieser Wash-Coat hat eine rund 7000 mal grössere Oberfläche als der Keramikträger als solcher. Das genügt um die durchströmenden Abgase in ausreichendem Umfang umzusetzen.  Die gewünschten Reaktionen finden an einer hauchdünnen Schicht aus Platin und Rhodium (evtl. auch Palladium) statt, welche auf den Wash-Coat aufgedampft ist. Diese katalytisch aktive Schicht eines einzelnen KATs besteht aus insgesamt nur 4 bis 9 Gramm der Edelmetalle.

Damit der spröde Keramikträger im fahrenden Auto nicht zerbricht, ist er in eine wärmeresistente Dämmung (die Abgase, die frisch aus dem Motor kommen, sind heiss und müssen auch heiss sein, damit der KAT funktionieren kann!) aus Drahtgestrick oder Keramikfasermatten eingehüllt und von einem Stahlgehäuse ummantelt.

Otto_Kat_Aufbau

Aufbau eines Drei-Wege-Katalysators: Die heissen Abgase aus dem Motor strömen von links ein, vorbei an der von oben eingeführten Lambda-Sonde. Nach dem Durchströmen des Keramik-Trägers (gelb) treten die aufbereiteten Gase rechts wieder aus. (nach: Vortrag: Autokatalysator von Karin Hotz und Johannes Bösch, www.swisseduc.ch)

An der katalytisch aktiven Schicht können unter diesen Voraussetzungen drei verschiedene Reaktionen ablaufen. Bei allen handelt es sich um Redox-, also Elektronen-Übertragungs-Reaktionen. Die Elektronenabgabe, also die Oxidation, wird dabei jeweils vom Platin katalysiert (auf den energiearmen Weg gebracht), die Reduktion jeweils vom Rhodium.

  1. Stickstoffdioxid kann mit nicht oder nur teilweise verbrannten Kraftstoffresten zu Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Wasser reagieren. Kraftstoffreste sind verschiedene Kohlenwasserstoffe oder Bruchstücke davon, die ihrem Namen gemäss Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten. Sie sind starke Treibhausgase und gelten, besonders wenn es sich um Benzol und andere aromatische Moleküle handelt, als krebserzeugend. Stellvertretend für alle unverbrannten Kohlenwasserstoffe steht in der folgenden Reaktionsgleichung Methan ():
  2.  Stickstoffdioxid reagiert mit Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid und Stickstoff:
  3. Kohlenstoffmonoxid kann mit verbleibendem Luftsauerstoff zu Kohlenstoffdioxid weiter oxidiert werden:

Diese drei Reaktions-“Wege” haben dem Katalysator zum Ottomotor zu seinem Namen “3-Wege-Katalysator” verholfen. Sie alle werden gleichzeitig begangen und führen dazu, dass der grösste Teil der giftigsten Abgase (rund 95%) zu harmloseren Stoffen umgesetzt wird. Der elementare Stickstoff N2 macht 70% unserer Atmosphäre aus, sodass sich neu entstehender Stickstoff nahtlos einfügt. Darüber hinaus bleiben die Produkte der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen.

 

Ein Abgas-Katalysator vermindert die Freisetzung von hochgiftigen Abgasen wie  und , nicht aber die Freisetzung des Treibhausgases !

 

Stattdessen wird die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe quasi vervollständigt – so wie sie nach der Gleichung für den Idealfall ablaufen sollte.

 

Für den besten Umsatz: Vom ungeregelten zum Regel-KAT

Damit ebendies so reibungslos funktionieren kann, muss die Zusammensetzung des Abgasgemischs genau passend abgestimmt sein. Dazu ist am Eingang des Katalysator-Gehäuses die sogenannte Lambda-Sonde angebracht, eine Elektrode, die anhand der Gesetze der Elektrochemie den Sauerstoffgehalt des Abgases misst und über eine Elektronik an die Einspritzanlage des Motors meldet. So kann die Herstellung des Kraftstoff-Luft-Gemischs stets so geregelt werden, dass hinten genau das herauskommt, was der Katalysator für eine optimale Wirksamkeit braucht. Entsprechend werden mit einer Lambda-Sonde versehene Katalysatoren auch als “Regel-KAT” bezeichnet.

Das Verhältnis von Kraftstoff zu Luft im Motor wird von den Automobil-Technikern übrigens Luftzahl genannt und mit dem griechischen Buchstaben λ (Lambda) abgekürzt – daran angelehnt erhielt die Sonde, die dieses Verhältnis regelt, ihren Namen.

 

Und für Dieselmotoren: DeNOx-Systeme

Um die schweren Diesel-Moleküle zu verbrennen, wird der Kraftstoff im Diesel-Motor mit einem wesentlich höheren Luft-Anteil als im Ottomotor verbrannt. Der darin enthaltene zusätzliche Sauerstoff wird aber wiederum nicht vollständig verbraucht, sodass auch im Abgas mehr Sauerstoff zu finden ist. Der “Marsianer” Marc Whatney würde sagen: “Die Chemie ist eben eine unordentliche Schlampe…”. Und diese Schlamperei hat umständliche Folgen. Sauerstoff ist als Oxidationsmittel nämlich nicht nur für Verbrennungsreaktionen gut. In grösserer Menge sorgt er auch dafür, dass die Reduktion von Stickstoffdioxid zu  im Diesel-Abgas nicht funktioniert.

Deshalb müssen für die vollständige Aufbereitung von Diesel-Abgasen stets mehrteilige Systeme eingesetzt werden, die unter anderem unter dem etwas schwammigen Begriff DeNOx-Kat bekannt sind (NOx steht dabei für verschiedene Stickstoffoxide).

Eine mögliche Kombination besteht dabei aus einem Oxidations-Katalysator (Oxi-Kat), der Kohlenstoffmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu Kohlenstoffdioxid und Wasser “fertig” verbrennen kann, und einem SCR-Katalysator. Das SCR steht für “selektive katalytische Reduktion” – dieser Katalysator fördert also die Reduktion eines ausgewählten (selektierten) Abgas-Bestandteils: Die der Stickstoffoxide. Zusätzlich kommen bei Dieselfahrzeugen Russpartikelfilter zum Einsatz, da die Verbrennung von Dieselöl nicht molekulare Kohlenwasserstoff-Reste hinterlässt, sondern auch grössere, stark kohlenstoffhaltige Rückstände, die gemeinhin als Russ bekannt sind und ebenfalls nicht in unsere Atemluft gehören.

DeNOx-System

Aufbau eines DeNOx-Systems: Die heissen Abgase aus dem Dieselmotor strömen von links zunächst durch den Oxidations-Katalysator. Von CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen befreit wird ihnen anschliessend verdampfende Harnstofflösung zugesetzt, aus welcher auf dem Weg zum SCR-Katalysator Ammoniak entsteht. Beim Durchströmen des SCR-Kats reduziert dieser Ammoniak die Stickstoffoxide, ehe die aufbereiteten Gase rechts wieder austreten. (nach: „Diesel tech“ von Hastdutoene – Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons.)

Die Reaktionen im Oxi-Kat entsprechen der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen sowie dem dritten Weg des 3-Wege-Kats zur Oxidation von Kohlenstoffmonoxid.

Im SCR-Katalysator werden schliesslich die Voraussetzungen geschaffen, um die Stickstoffoxide zu elementarem Stickstoff zu reduzieren. Da man den hinderlichen Sauerstoff nicht einfach verschwinden lassen kann, werden diese Voraussetzungen durch die Zugabe von Ammoniak als Reduktionsmittel geschaffen: Ammoniak drängt den Stickstoffoxiden die zu ihrer Reduktion nötigen Elektronen praktisch auf, ohne dass der überschüssige Luftsauerstoff ihn daran hindern könnte.

 

Entstickung mit Harnstoff

Da Ammoniak ein unangenehm riechendes, gesundheitsschädliches Gas ist, wird es nicht als solches im Auto mitgeführt. Stattdessen wird Harnstoff (“Urea”,  ) verwendet, ein ungefährlicher Feststoff, der bei Temperaturen über 133°C Ammoniak () freisetzt:

Das Nebenprodukt Isocyansäure () reagiert mit anwesendem Wasserdampf weiter:

Harnstoff-Lösung in Wasser wird an Tankstellen unter dem Namen AdBlue verkauft (da Harnstoff bei der Düngemittelproduktion reichlich anfällt herrscht daran kein Mangel) und muss von Diesel-Fahrern, die einen SCR-Katalysator nutzen, regelmässig in einen gesonderten Tank nachgetankt werden.

AdBlue

Adblue tanken: Diesel-Zapfsäule mit Zusatz-Zapfhahn für Harnstofflösung (links) – und hier kommt die Lösung hinein… (rechts)(nach: „AdBlue Tankstelle“ von Beademung – Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 de über Wikimedia Commons bzw. „Tankeinfuellstutzen AdBlue“ von Kickaffe (Mario von Berg) – Lizenziert unter CC-BY-SA 4.0 über Wikimedia Commons.

Das Ammoniak-Gas wird den Abgasen vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator beigefügt, sodass es an der Oberfläche der katalytischen Schicht die Stickstoffoxide reduzieren kann:

Diese Reaktion läuft jedoch erst bei Temperaturen ab 250°C in nennenswertem Umfang ab. Bei zügiger Fahrt kommen die Abgase mit solch hohen Temperaturen aus dem Motor, sodass die Umsetzung im laufenden Fahrzeug kein Problem darstellt. Nach dem Anlassen eines kalten Motors muss dieser allerdings erst warm werden, ehe der SCR-Katalysator seine ganze Leistung bringen kann.

Genau darum wissend habe ich mich vor meinem Schulversuch bemüht, meine Abgase sofort nach dem Starten des Motors im Leerlauf zu sammeln (zur Erinnerung: Mein Test-Golf trug ein “AdBlue”-Label, welches das Vorhandensein eines SCR-Katalysators verrät). Das überragende Ergebnis bei dem Nachweis der Stickstoffoxide im gesammelten Abgas beweist daher zunächst, dass ich mich bei diesem Vorhaben ausreichend geschickt angestellt und meine Sammelaktion durchgeführt hatte, bevor Motor und Katalysator ihre Betriebstemperatur erreichen konnten.

 

Und worin besteht nun der Abgas-Skandal?

Der Teufel steckt in dem Computerprogramm, das die passende Zusammenstellung der Reaktionspartner in den Katalysatoren regelt. Diese Software ist in den betroffenen Fahrzeugen so geschrieben, dass sie erkennt, wenn das Auto auf dem Prüfstand einer Werkstatt einem Abgastest unterzogen wird. Daraufhin steuert die Software den  Motor so, dass möglichst wenig Stickstoffoxide entstehen – ohne dass er dabei die im Strassenverkehr optimale Leistung bringt.

Die “Fähigkeit” der Software einen Testlauf auf dem Prüfstand zu erkennen ist eigentlich für Autos entwickelt worden, die mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) ausgerüstet sind. Diese Funktion, die die Gefahr des Schleuderns (und seit dem “Elchtest-Debakel” mit der Mercedes-A-Klasse 1997 auch das Umkippen) von Fahrzeugen vermindern soll, muss für den reibungslosen Ablauf von Untersuchungen auf dem Prüfstand nämlich vorübergehend abgeschaltet werden. Die Verwendung einer solchen “Abschalteinrichtung” zum “Doping” von Katalysatoren ist hingegen und nachvollziehbarer Weise verboten!  Schliesslich sollen Abgastests ja die -Freisetzung unter realen und nicht unter idealisierten Bedingungen prüfen.

Neben verbotenen, manipulativen Computerprogrammen ist jüngst ein zweiter Vorwurf laut geworden, bei welchem es um die -Freisetzung geht. Dass der Einsatz von Katalysatoren die -Entstehung bei der Kraftstoff-Verbrennung nicht vermindert, haben die Gleichungen für die katalysierten Reaktionen deutlich gezeigt. Da hilft auch Manipulation der Technik nicht weiter. So haben findige Rechen”genies” offenbar schlichtweg falsche Angaben zur -Freisetzung ihrer Fahrzeuge gemacht, um besser da zu stehen.

Das Problem dabei: In Deutschland fliesst die Freisetzung (Emission) des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid () durch ein Fahrzeug in die Berechnung der dafür zu entrichtenden Kraftfahrzeug-Steuer ein. Fahrer, die sich ein vermeintlich emissionsarmes Auto angeschafft haben, müssen nach der Aufdeckung und Richtigstellung der entsprechenden Angaben nun mit unverhofft höheren Steuerabgaben rechnen. Da erscheint es mir nur recht und billig, dass VW sich bereit erklärt, diese Mehrkosten zu übernehmen.

 

Fazit

Abgas-Katalysatoren reinigen Verbrennungs-Abgase sehr effektiv von hochgiftigen Stoffen. Die Abgas-Freisetzung, insbesondere den -Ausstoss, können sie jedoch nicht völlig verhindern. Eine möglichst effiziente Aufbereitung von Abgasen ist aufwändig und kostenintensiv. Immer strengere Auflagen für die Automobil-Hersteller und -Betreiber scheinen da geradezu zum “Schummeln” zu verleiten.

Verbrennungsabgase entstehen übrigens auch bei der Herstellung von Strom und Komponenten für Fahrzeuge mit Elektromotoren. Der umweltbewussteste Weg von A nach B führt damit letztendlich über den Verzicht auf Kraftfahrzeuge wenn möglich, und damit über die Nutzung von Fahrgemeinschaften, öffentlichen Verkehrsmitteln oder der eigenen Füsse auf Velo und Gehweg.

 

Und welche Sorte Katalysator nutzt ihr?