Beiträge

Rauchen schadet der Gesundheit – das weiss jeder, denn es steht schliesslich auf jeder Tabak-Packung. Dass Zigarettenabfälle ebenso der Umwelt schaden, wird dabei jedoch verschwiegen. Und wer kennt sie nicht, die in Bahngleisen, an Strassenrändern, in Parks und an Stränden herumliegenden Zigarettenkippen, die viele Leute achtlos in die Gegend werfen. Selbst in der deutschsprachigen Schweiz findet man sie noch. Und hier sei das achtlose Wegwerfen von Zigarettenkippen innerhalb Europas noch am meisten verpönt.

 

Wie ein winziger Stummel zum Problem wird

Einze Zigarettenkippe ist doch winzig, oder nicht? Die Weltgesundheitsorganisation WHO schätzt das Gewicht eines Filters, 5x5x15mm, auf 0,17g. Was kann so ein kleines Ding schon stören? Die Menge machts: Von 5 bis 6 Billionen (das ist eine 5 oder 6 mit 12 Nullen!) Zigaretten, die weltweit in einem Jahr geraucht werden, landeten laut WHO im Jahr 2014 bis zu 4 Billionen Filter irgendwo in der Gegend – und nicht im vorgesehenen Aschenbehälter. Das sind bis zu 680’000 Tonnen Zigarettenkippen!

Und wir alle wissen, wie abstossend es aussieht, wenn die überall herumliegen. Dabei ist der äussere Eindruck noch das kleinste Problem.

 

Warum gibt es Zigarettenfilter, wenn die so viel Abfall machen?

Bis in die 1950er Jahre bestanden Zigaretten nur aus Tabak und einer Papierhülse, die weitestgehend verbrannten. Dann fand man heraus, dass der Tabakrauch neben dem Nicotin, auf das man es abgesehen hatte, reihenweise (weitere) gesundheitsschädliche Stoffe enthält: Schwermetalle, Verbrennungsrückstände wie aromatische Kohlenwasserstoffe, Teer und viele mehr… und die alle atmeten die Raucher ungehindert ein – und wurden all zu schnell krank davon.

Nun tragen krankmachende Produkte nicht gerade zum guten Ruf eines Industriezweigs bei. Deshalb ersannen die Hersteller eine Vorrichtung, um die gesundheitsschädlichen Stoffe (zumindest teilweise) vom übrigen Rauch abzutrennen, bevor der Raucher ihn einatmet: Einen Filter.

Wie ein Filter funktioniert

Ein Filter ist ein poröses – also ein von winzigen Öffnungen durchzogenes – Material, durch welches der Rauch hindurchströmt. Dabei bleiben bestimmte Partikel – weil sie zu gross für die Öffnungen sind – in dem Material hängen, während kleine Moleküle ungehindert hindurch gelangen können.

Ein ganz einfacher Filter ist das Spielzeugsieb im Sandkasten: Feiner Sand gelangt hindurch, gröbere Kiesel bleiben in den Maschen hängen. Auch ein Kaffeefilter funktioniert so: Wasser mit darin gelösten Farb- und Aromastoffen gelangt hindurch, während die groben Kaffeesatz-Partikel im Filter zurückbleiben.

Das passende Material, um Billionen handliche, möglichst leichte Filter für Zigarettenrauch herzustellen, war seinerzeit und bis heute ein Kunststoff namens Celluloseacetat.

 

Was ist Celluloseacetat?

Cellulose: Ein Naturstoff

Cellulose ist ein Biopolymer, d.h. ein riesenlanges Kettenmolekül, das von Lebewesen hergestellt wird. Und zwar in diesem Fall von Pflanzen. Die speichern nämlich ihre energiereichen Zucker – speziell Glucose, die sie per Fotosynthese herstellen – indem sie die kleinen Zucker-Moleküle zu langen Ketten aneinander knoten: Cellulose ist damit ein Vielfachzucker, ein Polysaccharid. Die Rohform, in welcher Cellulose in der Industrie aus Pflanzen gewonnen wird, ist besser als “Zellstoff” bekannt. Sie dient unter anderem zur Herstellung von Papier.

Ein Ausschnitt aus einem Cellulose-Molekül - dem Rohstoff für die Herstellung von Zigarettenfiltern

Zellulose – ein Biomolekül. Die Zeichnung zeigt ein sich immer wiederholendes Kettenglied.

Es gibt reichlich Mikroorganismen, die sich von lebenden oder toten Pflanzenteilen ernähren. Die leben entweder eigenständig oder besiedeln den Verdauungstrakt verschiedener pflanzenfressender Tiere (und des Menschen!). Dort übernehmen sie für ihre grossen Wirte die Verarbeitung der Cellulose zu verwertbaren Einfach- oder Zweifachzuckern. Damit ist Cellulose gut biologisch abbaubar.

Essigsäure: Ein weiterer Naturstoff kommt dazu

Wenn man die Cellulose aber mit reiner Essigsäure (und einem passenden Katalysator) zusammenbringt, können die Essigsäure-Moleküle mit den OH-Gruppen der Glucose-Ringe in der Cellulose reagieren. Die Reaktion wird Veresterung genannt: Aus einer Säure (hier Essigsäure) und einem Alkohol (ein Stoff mit OH-Gruppen, hier die Cellulose – ja, Zucker sind chemisch gesehen Alkohole) entsteht ein sogenannter Ester.

Chemiker benennen solche Stoffe als [Säure][Alkohol]-Ester (hier so etwas wie “Essigsäurecellulosyl-Ester”) oder als [Alkohol][Salz/Rest der Säure] (hier: “Celluloseacetat” – denn die Salze und andere Verbindungen der Essigsäure heissen “Acetate”). Da die Cellulose an diesem Molekül den Löwenanteil hat, ist der zweite Name treffender. Deshalb hat sich “Celluloseacetat” als Name für diesen Ester allgemein durchgesetzt.

Celluloseacetat: In dieser Ausführung sind zwei von drei OH-Gruppen der Zucker-Ringe mit Essigsäure verestert.

Celluloseacetat für Zigarettenfilter: Zwei von drei OH-Gruppen der Cellulose sind nun mit je einem Essigsäurerest (CH3COO-) verestert.

Je nachdem, wie viele OH-Gruppen der Cellulose so verestert sind, haben die verschiedenen Celluloseacetate leicht unterschiedliche Eigenschaften. Für die Herstellung von Fasern – auch für Zigarettenfilter – eignet sich die Sorte mit zwei von drei veresterten OH-Gruppen pro Glucose-Ring besonders gut.

Aber: Aus zwei Naturstoffen wird ein Kunststoff

Und da auch Essigsäure ein Naturstoff ist, könnte man meinen, Celluloseacetat trage seine Bezeichnung als “Biokunststoff” zu Recht. Es gibt allerdings ein Problem damit:

Die Essigsäurereste an den Zuckerketten sind so sperrig, dass die massgeschneiderten Enzyme von cellulosefressenden Mikroben die Acetylcellulose kaum mehr spalten können. Und da Acetylcellulose ein Kunststoff ist, hält die Natur dafür keine (bekannten) massgeschneiderten Enzyme bereit. Somit hat Acetylcellulose eine unliebsame Eigenschaft mit den Erdölkunststoffen gemein: Sie ist nur schwerlich biologisch abbaubar (das dauert mindestens 15 Jahre, in Salzwasser angeblich sogar bis 400 Jahre!).

Das mag den Herstellern von Textilfasern vielleicht gefallen: Wer möchte schon Kleidung oder Regenschirme, die sich bei Wind und Wetter langsam auflösen? Wenn es um Wegwerfprodukte wie Zigarettenfilter geht, wird die mangelnde oder fehlender Abbaubarkeit aber zum Problem. Denn einmal weggeworfen bleibt so ein Kunststoff viel zu lange unbehelligt liegen.

 

Kann man Celluloseacetat recyceln?

Mit vielen Kunststoffen kann man das. Auch mit Celluloseacetat dürfte das nicht all zu schwer sein. Ester sind nämlich empfindlich gegenüber basischen Stoffen. Eine Base katalysiert nämlich die sogenannte Ester-Verseifung (mit dieser Reaktion wird auch Seife hergestellt, deshalb heisst sie so!) : Aus einem Ester werden in basischer Umgebung wieder Säure und Alkohol – also Essigsäure und Cellulose. Und die mag man voneinander trennen, um die Cellulose weiter abzubauen oder wiederzuverwerten…

Oder man verwendet zur Herstellung von Zigarettenfiltern statt Acetylcellulose einen anderen, biologisch abbaubaren Stoff. Dann müsste man die Billionen von Kippen nicht einmal wieder einsammeln, um sie zu recyceln…

Schön wäre es, wenn das so einfach wäre. Leider wird dabei nicht berücksichtigt, welchem Sinn und Zweck Zigarettenfilter dienen: Die filtern giftige Stoffe aus dem Rauch. Die dann zwangsläufig im Filter hängen. Und die vor dem Recycling da wieder raus zu bringen wäre aufwändig und teuer – und sie in abbaubaren Filtern liegen zu lassen nicht weniger gefährlich.

 

Das eigentliche Problem mit Zigarettenfiltern

… ist somit nicht der Kunststoff, aus dem sie bestehen. Sondern das, was nach dem Rauchen darin ist. Und in Zigarettenrauch lassen sich bis zu 9600 verschiedene Stoffe nachweisen, von welchen laut WHO mindestens 7000 gefährlich sind.

Im Zigarettenfilter bleiben davon vor allem jene hängen, die zu grösseren Partikeln zusammen klumpen und so nicht mehr durch die Poren passen.

Dazu gehören unter anderem

  • Kohlenwasserstoffe (“Teer”: sowohl langkettige, wie man sie auch als Erdölbestandteile kennt, als auch ringförmige (“cyclische”) und aromatische Kohlenwasserstoff, darunter Benzol, Toluol und die ebenso als krebserregend bekannten PAK bzw. PAH (Polyaromatischen Kohlenwasserstoffe bzw. polyaromatic hydrocarbons)
  • Phenol und damit verwandte Stoffe, die ebenfalls zu den aromatischen Verbindungen zählen und giftig sind
  • Nicotin und andere Giftstoffe aus der Gruppe der Alkaloide
  • Schwermetallionen z.B. von Cadmium, Quecksilber, Kupfer, Arsen, Nickel, Blei
  • Rückstände von Pflanzenschutzmitteln (aus dem Tabak-Anbau)
  • Spuren radioaktiver Isotope wie Polonium 210 (die werden von der Tabakpflanze besonders eifrig aus der Luft gesammelt)

 

Neue Zigarette im Vergleich mit Zigarettenkippe: Rückstände aus dem Zigarettenrauch färben den gebrauchten Filter bräunlich.

Links: Filter einer neuen Zigarette – das saubere Zelluloseacetat ist weiss.
Rechts: Filter einer gerauchten Zigarette: Rückstände aus dem Rauch färben den Filter gelblich braun (By Akroti [CC BY-SA 2.5 ], from Wikimedia Commons)

Achtung! Zigarettenfilter halten nicht was sie versprechen!

All diese Stoffe werden vom Zigarettenfilter höchstens zur Hälfte abgefangen, sodass sie auch im eingeatmeten Rauch enthalten sind! Passivraucher bekommen überdies den ungefiltert aufsteigenden Rauch vom anderen Ende der Zigarette mit!

 

Welcher Schaden durch weggeworfene Zigarettenkipppen entsteht

Das ist eine stattliche Liste als Umweltgifte und als gesundheitsschädlich berüchtigter Stoffe. Und sie alle landen tagtäglich dort, wo wir zur Arbeit gehen, wo unsere Kinder spielen, wo wir unsere Ferien geniessen möchten. Und dort will sie wirklich niemand haben. Denn Wind und Wetter ausgesetzt lösen sich die Schadstoffe mit der Zeit aus den Kippen, gelangen in Böden und Gewässer.

Besonders das Nicotin und andere Stoffe aus der Gruppe der Alkaloide sind akut giftig. Und das nicht nur für Kleinlebewesen (deshalb wurde Nicotin als Pflanzenschutzmittel im Ackerbau verwendet, bis es in den 1970er Jahren als zu giftig verboten wurde!). Ebenso können sich kleine Kinder, die Zigarettenkippen finden und verschlucken, daran vergiften.

Schon ein bis drei Kippen können bei Kleinkindern Vergiftungserscheinungen wie Übelkeit, Durchfall und Erbrechen auslösen. Und das passiert gar nicht so selten. Allein der Giftnotruf Berlin hat im Jahr 2008 921 Fälle von verschluckten Tabakabfällen bei Kleinkindern gezählt. Anfang der 2000er Jahre waren es noch rund 260 Fälle im Jahr.

 

Was wird gegen den Sondermüll auf den Strassen getan?

Kein Wunder, treiben Städte, Gemeinden und Tourismusbetriebe einen Riesenaufwand, um die Kippen zu beseitigen. Allein in der “sauberen” Schweiz legen Städte und Gemeinden Jahr für Jahr 55 Millionen Franken nur für das Beseitigen von Zigarettenkippen hin!

Andere Länder greifen zu wahrhaft drakonischen Massnahmen: In Singapur, das wir bald besuchen werden, gibt es schmerzhaft hohe Bussgelder für das Wegwerfen von Zigarettenkippen (und anderen Abfällen). Sogar mit Stockschlägen oder Gefängnisstrafen muss man laut den Reiseinformationen des Eidgenössischen Departements für auswärtige Angelegenheiten EDA rechnen.

Selbst das hilft jedoch nur so lange, wie konsequent überwacht und bestraft wird. Dass viele Stoffe in Zigarettenkippen eigentlich als Sonderabfall entsorgt gehören, ist zu vielen Menschen rund um den Globus nicht bewusst. Auch in Mitteleuropa.

 

Was ihr gegen die Kippenflut tun könnt

  1. Ihr alle könnt dazu beitragen, dass weniger Zigarettenkippen eure Umwelt verdrecken. Und zwar so:
  2. Nicht (mehr) rauchen: Die wirkungsvollste Methode – und sowieso besser für eure Gesundheit. Auch wenn es oft leichter gesagt als getan ist.
  3. Wenn ihr doch (noch) raucht: Nicht dort rauchen, wo Kinder spielen oder ihr die Natur geniessen möchtet
  4. Ganz wichtig: Wenn ihr raucht, entsorgt Asche und Kippen in einen dafür vorgesehenen Abfallbehälter! Werft sie niemals einfach weg!
  5. Wenn ihr dort rauchen möchtet, wo es keine fest angebrachten Aschenbehälter gibt: Nehmt einen verschliessbaren Aschenbecher mit, damit ihr Asche und Kippen später richtig entsorgen könnt!
  6. Wenn ihr andere beobachtet, die ihre Kippen einfach in die Gegend werfen: Weist sie auf die Gefährlichkeit der Zigarettenabfälle und allenfalls vorhandene Ascheimer hin.
  7. Sprecht mit euren Kindern offen und eindringlich darüber, dass auch Zigarettenkippen “richtig giftig” sind. Dass sie nicht in den Mund genommen werden dürfen oder auch nur herumliegen sollten. Im besten Fall bleibt etwas davon hängen, wenn sie später einmal als Jugendliche unter sich sind.
  8. Nehmt die Säuberung “eures” Spielplatzes, Dorfplatzes, Seeufers oder Lieblings-Naherholungsgebietes selbst in die Hand – am besten mit der ganzen Familie. Sammelt herumliegende Kippen ein, um sie ordnungsgemäss zu entsorgen. Nicht vergessen: Schutzhandschuhe tragen!

 

Sind E-Zigaretten eine Lösung für das Kippenproblem?

Warum steht “Steigt auf E-Zigaretten um” nicht auf der Liste oben? Diese handlichen elektrischen Geräte erzeugen Wärme, welche eine Flüssigkeit mit oder ohne Nikotin aus Tabak oder anderen Erzeugnissen zum Verdampfen bringt. Der Dampf kann dann anstelle von Zigarettenrauch eingeatmet werden.

Sollte das nicht alle Probleme mit giftigem Rauch und Kunststoff-Filtern lösen?

Auch E-Zigaretten bestehen aus Kunststoffen, Metallen, Elektronik, enthalten Batterien und müssen mit Patronen – Behältern für die zu verdampfenden “Liquids” – bestückt werden.

Eine E-Zigarette der vierten Generation: ein hochtechnisches Stück Elektronik

Eine E-Zigarette wie diese ist ein hochtechnisches elektronisches Gerät, das aus einer Vielzahl von Stoffen besteht und alle Umweltprobleme von Elektronik und ihrer Herstellung mit sich bringt. (By Jacek Halicki [CC BY-SA 4.0 ], from Wikimedia Commons)

Laut WHO ist der noch junge E-Zigaretten-Markt weitgehend unreguliert. Das heisst vor allem, er ist in seiner Vielfalt unüberschaubar. Viele Produkte sind für den Einweggebrauch bestimmt oder von beschränkter Lebensdauer. Die Zusammensetzung der Liquids unterscheidet sich zudem stark zwischen verschiedenen Marken und Herkunftsländern.

Darüber, was nun wo genutzt wird und welche Folgen für Umwelt und Gesundheit das haben mag, gibt es noch wenig Daten. Und die Vielfalt der Produkte macht einheitliche Aussagen darüber schwer.

Laut WHO sei jedoch abzusehen, dass das Umsatteln von Tabak auf E-Zigaretten das Abfallproblem nicht löst. Dazu müsste sich nämlich erst etwas an der laxen Einstellung der Raucher bzw. Dampfer zur Umweltverschmutzung ändern. An die Stelle der Zigarettenkippen von heute würden sonst leere Liquid-Behälter und Überreste ausgedienter E-Zigaretten treten – mit Resten der Liquids und aller Stoffe, die in den Geräten verarbeitet sein mögen.

Somit ist das Umsteigen auf E-Zigaretten in meinen Augen kein sicherer Weg, um die Umweltbelastung durch “Zigarettenabfälle” zu vermindern. Zumindest keiner, der nicht auch durch umweltbewussten Umgang mit Rauchwaren begangen werden könnte.

 

Fazit

Weggeworfene Zigarettenkippen verschandeln nicht nur den Anblick unserer Umwelt. Sie enthalten überdies eine bunte Sammlung gefährlicher Stoffe, die aus den Filtern in die Umgebung freigesetzt werden. Eine Kippe mag bedeutungslos klein wirken – weltweit kommen aber bis zu 680’000 Tonnen schadstoffbeladener Kippen pro Jahr zusammen!

Der übliche Zigarettenfilter besteht aus dem biologisch schwer abbaubaren Kunststoff Celluloseacetat. Der ist für sich nicht giftig, kann aber über Jahrzehnte in der Umwelt verbleiben. Ein biologisch abbaubarer Ersatzstoff würde sich zwar schneller auflösen, ändert aber an der “Beladung” des Filters mit Schadstoffen nichts. Deshalb sind biologisch abbaubare Zigarettenfilter keine Lösung.

E-Zigaretten sind ebenfalls keine Lösung, so lange das Bewusstsein für die Gefährlichkeit von Rauch- bzw. Dampf-Abfällen fehlt.

Deshalb mein Aufruf an euch: Lasst das Rauchen wie das Dampfen. Und wenn das keine Option ist, entsorgt eure Abfälle dort, wo sie hingehören: In den Aschenbecher bzw. Ascheimer! Und wenn ihr andere dabei beobachtet, wie sie ihre Kippen (oder Liquid-Behälter) achtlos in die Gegend werfen: Weist sie auf die Gefährlichkeit hin!

Und hier der Bericht “Tobacco and its environmental impact” der WHO, 2017 , aus welchem ich die Weltgesundheitsorganisation im Artikel zitiert habe.

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?

Polylactid - Werkstoff mit Potential in Sachen Umweltschutz

Kürzlich haben Reto und ich im Urlaub eine spannende Entdeckung gemacht. An einem heissen Tag im den Denver Botanic Gardens im US-Bundesstaat Colorado trieb uns der Durst in die dortige Freilicht-Cafeteria. Wir erstanden dort handgebrauten Eistee in grossen, durchsichtigen Plastikbechern – und diese Becher waren das Spannende – besonders für Chemiker, Science-Begeisterte und Umweltfreunde. Sie trugen nämlich eine aufgedruckte grüne Banderole mit der grossen Aufschrift “100% compostable – please discard in marked containers” – also “100% kompostierbar – bitte in vorgesehene (beschriftete) Abfallbehälter entsorgen”.

Kompostierbarer Kunststoff als Mittel gegen Müllberg und Erdöl-Krise?

Ein kompostierbarer Plastikbecher? Der sich zudem noch wie ein ganz normaler Plastikbecher anfühlt und zu verhalten scheint? Meine wissenschaftliche Neugier war sofort geweckt. Als der Eistee seiner Bestimmung zugeführt worden war, entdeckte ich auf dem Boden des Bechers ein vertrautes Symbol: Ein Dreieck aus drei umlaufenden Pfeilen mit der Ziffer 7 in der Mitte. Und den drei Buchstaben “PLA”.

Das Pfeildreieck ist heutzutage auf praktisch allen Kunststoff-Verpackungen zu finden und gibt Auskunft über die Art des Kunststoffs, und in welchen Recyclingweg er einfliessen soll. Dafür wird den verbreitetsten Kunststoff-Typen je eine Ziffer zugeordnet. Die Ziffer 7 steht dabei für “sonstige Kunststoffe” – eben jene, die noch nicht so verbreitet sind. Die Buchstaben darunter geben die genaue Kunststoffsorte an. “PLA” steht für Polymilchsäure (engl. Poly Lactic Acid), oder auch Polylactid. Beide Namen stehen für den gleichen Stoff und beziehen sich auf zwei verschiedene Herstellungswege.

Bei Milchsäure klingeln bei Biochemikern und Medizinern, aber auch bei Molkereimitarbeitern die Glocken: Das (oder besser das Anion der Milchsäure, Lactat) ist ein Stoff, der im Stoffwechsel fast jedes Lebewesens produziert wird und dort häufig als “Abfall” anfällt. Und aus diesem Naturstoff hat jemand ein Polymer gemacht und Plastikbecher hergestellt, die sich wieder zu Naturstoffen kompostieren lassen? Lässt sich mit solch einem Biokunststoff etwa das immer rarer werdende Erdöl als Rohstoff für herkömmliche Kunststoffe ersetzen? Könnten damit unsere stetig wachsenden Müllberge bald der Vergangenheit angehören?

Aber fangen wir am Anfang an:

Was ist ein Polymer?

Die Vorsilbe “Poly” ist aus dem Altgriechischen abgeleitet und steht für “viel”. Und Polymere sind in der Tat Moleküle mit viel drin: nämlich mit vielen Atomen. Im Chemieunterricht in der Schule bekommt man es häufig mit sehr kleinen Molekülen mit zwei bis zehn Atomen zu tun. Für die organischen Chemiker sind diese Moleküle geradezu winzig. Sie bezeichnen nämlich auch noch Moleküle wie unsere Vitamine mit (ca. 50) Atomen als klein. Dahingegen sind Polymere wahre Riesenmoleküle mit tausenden von Atomen, die lange Ketten und manchmal richtige Netzwerke bilden.

Das Besondere dabei ist, dass diese Ketten aus sich immer wiederholenden Kettengliedern bestehen. Es gibt nämlich bestimmte sehr kleine Moleküle, die unter den richtigen Umständen miteinander reagieren und sich wie Glieder zu einer Kette verbinden können. Ein bekanntes Beispiel dafür ist das Gas Ethen – auch als Ethylen bekannt. Das kann man in Gasflaschen füllen und herumtransportieren und bei Bedarf verbrennen – es ist nämlich sehr reaktionsfreudig. Wenn man allerdings ein Ethylen-Molekül auf die richtige Weise reaktiv macht, d.h. “aktiviert”, kann es ein anderes Ethylen-Molekül angreifen, sich mit diesem verbinden und es wiederum aktivieren. So entsteht Glied für Glied ein lange Kettenmoleküle, aus denen ein fester, reaktionsträger Kunststoff hergestellt werden kann: Polyethylen.

Ein Polymer ist also Stoff, der aus kettenartigen Riesenmolekülen besteht, die wiederum aus miteinander verbundenen kleinen Molekülen aufgebaut sind. Diese kleinen Moleküle werden vor der Reaktion zur Kette Monomere genannt.

Und eine solche Polymerisationsreaktion, oder kurz Polymerisation kann man auch mit Milchsäure machen. Das Schöne daran ist: Milchsäure kann man billig in einem weit verbreiteten Verfahren herstellen. Oder besser, man lässt sie herstellen.

Milchsäureherstellung mittels Fermentierung

Fast jedes Lebewesen kann Glucose – Traubenzucker – zu Milchsäure (bzw. ihrem Anion Lactat) abbauen. Damit können diese Lebewesen Energie gewinnen. Im Zuge das Abbaus wird chemische Energie aus dem Zucker frei, welche in einem sehr vielseitigen Molekül, genannt ATP (Adenosintriphosphat), zwischengespeichert wird. ATP wiederum dient als “Kraftstoff” für vielerlei Reaktionen und Prozesse in einem Organismus, die Energie benötigen.

Milchsäuregärung


Schema für die Milchsäuregärung: Der Abbau von Glucose zu Pyruvat ist eine Redox-Reaktion. Das hierfür benötigte Oxidationsmittel NAD+ wird im Zuge der Weiterreaktion des Pyruvats zu Lactat (dem Anion der Milchsäure) zurückgewonnen.

Der Abbau von Glucose zu Lactat zwecks ATP-Erzeugung wird von verschiedenen Enzymen katalysiert. Der gesamte Prozess wird Fermentierung oder auch Milchsäure-Gärung genannt. Es gibt eine ganze Reihe von Bakterienstämmen, deren Lebensinhalt darin besteht Zucker zu Milchsäure (und nichts anderem) zu vergären. Diese Bakterien der Gattung Lactobacillus werden seit je her zur Herstellung von Milchprodukten wie Käse, Joghurt oder Kefir eingesetzt. So liegt nahe, dass diese Bakterien für den Menschen nicht gefährlich sind. Im Gegenteil: Bestimmte Lactobacillus-Arten besiedeln unsere Schleimhäute und sorgen dafür, dass Krankheitserreger dort keinen Platz finden um sich zu vermehren.

Und eben diese Bakterien werden genutzt, um Milchsäure als Rohstoff für Polylactid-Kunststoff zu gewinnen. Dazu muss man die Bakterien mit Glucose füttern. Und Glucose findet man reichlich in Pflanzen, zum Beispiel in Stärke (Stärke ist nämlich nichts anderes als ein Polymer aus Zuckermolekülen). Deshalb wird in den USA Mais angebaut um Bakterienfutter für die Milchsäuregärung zu gewinnen (andere Pflanzen tun es aber mindestens genauso, wie z.B. Zuckerrohr). Aktuell wird sogar daran geforscht, Pflanzenabfälle, die beim Ackerbau entstehen, als Bakterienfutter zu verwenden (Assoziation Ökologischer Lebensmittelhersteller (AÖL), 2014).

Von der Milchsäure zum Plastik

Die fertig gegorene Milchsäure kann auf zwei Wegen zu dem Polylactid genannten Kunststoff verarbeitet werden.

Zum einen kann Polymilchsäure (chemisch dasselbe wie Polylactid) durch eine Polykondensation von Milchsäure-Monomeren hergestellt werden. Wer die drei organischen Reaktionstypen an unserer Grillparty kennengelernt hat, weiss, dass bei der chemischen Reaktion namens Kondensation zwei Moleküle (bei der Polykondensation sind das die angefangene Kette und das jeweils nächste Monomer) zu einem grösseren Molekül reagieren und stets ein neues, kleines Molekül übrig bleibt. Bei der Polykondensation von Milchsäure ist dies ein Wassermolekül für jedes angehängte Monomer. Und all diese Wassermoleküle müssen irgendwo hin.

Polykondensation von Milchsäure


Polykondensation von Milchsäure: Der grüne Rahmen markiert ein Milchsäure-Kettenglied, die roten Rahmen markieren die Atome, die als Wassermolekül übrig bleiben. Anfang und Ende der Kette aus n Milchsäure-Molekülen entstehen aus einem weiteren (n + 1) Milchsäure-Molekül.

Deshalb muss die Polykondensation von Milchsäure in einem Lösungsmittel durchgeführt werden, in welchem sich das Wasser löst. Und dieses Lösungsmittel muss anschliessend vom Kunststoff getrennt und bestenfalls aufbereitet und wiederverwendet werden. Das ist im industriellen Massstab aufwändig und relativ teuer.

So geht man bevorzugt den zweiten Weg.

Polylactid kann nämlich zum anderen durch eine ringöffnende Polymerisation von Lactid-Monomeren gewonnen werden. Ein Lactid-Molekül besteht aus zwei Milchsäure-Molekülen, die miteinander zu einem Ring aus sechs Atomen verbunden sind. Solch ein Lactid-Ring kann eine Komplexreaktion mit bestimmten metallorganischen Verbindungen (also organischen Molekülen, die mindestens ein Metall-Atom enthalten) eingehen und im Zuge dessen geöffnet werden. Das so aktivierte Lactid kann einen weiteren Lactid-Ring öffnen und ihn zwischen sich und dem Metall-Atom einfügen (wie das genau vor sich geht ist noch nicht ganz geklärt). Dabei bleibt, anders als bei der Polykondensation, kein kleines Molekül übrig.

Ringöffnungspolymerisation zur Herstellung von Polylactid


Ringöffnungs-Polymerisation von Dilactid: Die metallorganische Verbindung XiM-OR (M steht für ein Metallatom, Xi für i weitere daran gebundene Atome, R für einen organischen Rest) bildet mit Dilactid einen Komplex. Anschliessend binden das Metall und der organische Rest in noch ungeklärter Weise an die markierten Atome und nehmen den geöffneten Ring in die Mitte. Das C-Atom rechts oben steht in der zweiten Zeile ganz links neben dem RO, und die Atome des Rings gegen den Urzeigersinn gelesen finden sich von links nach rechts in der unteren Zeile wieder. So werden n weitere Ringe (n LA) geöffnet und in die Kette eingefügt, ehe das Metall-Atom am Kettenende gegen ein Wasserstoff-Atom ausgetauscht wird.

So kann die ringöffnende Polymerisation ohne Lösungsmittel durchgeführt werden. Allerdings muss die metallorganische Verbindung in kleinen Mengen als Katalysator dazugegeben werden. Zudem neigen die Polylactid-Ketten dazu miteinander zu reagieren, sodass man weitere Stoffe (Radikalfänger) beimengt, um eben dies zu verhindern.

Alles in allem können zur industriellen Herstellung von Polylactid auf diesem Weg lange, schraubenartige Reaktoren, sogenannte Extruder, eingesetzt werden, an deren einem Ende die Monomere samt Katalysator und Zusätzen hineingegeben werden, während am anderen Ende das Polymer in Form von Kunststoff-Fäden oder -Folie hinauskommt. Die Polymerisation findet während des Durchlaufs durch die Maschine statt.

Wofür kann man PLA benutzen?

In der Medizintechnik ist Polylactid schon lange als Werkstoff beliebt. Da der menschliche Körper selbst Lactat erzeugt, werden Polylactid und seine Abbauprodukte (letztlich Lactat) vom Organismus nicht als Fremdstoffe wahrgenommen. Darüber hinaus kann Polylactid im menschlichen Körper abgebaut werden. So werden schon seit 1966 bei Operationen Nähfäden aus Polylactid verwendet, die nach ein paar Wochen im Körper zersetzt sind und somit nicht gezogen werden müssen. Eine andere Anwendung in dieser Richtung ist die Herstellung von Knochenprothesen, die aufgrund ihrer Abbaubarkeit mit der Zeit durch nachwachsendes Knochengewebe ersetzt werden können.

Im Botanischen Garten in Denver haben wir das Polylactid jedoch in einer viel alltäglicheren Anwendung kennengelernt: Als Einweggeschirr bzw. Verpackungsmaterial (denn nicht nur die Becher, auch Trinkhalme, Plastik-Teller und -besteck – eigentlich alles, was in der Cafeteria ausgegeben wurde, war mit dem Hinweis auf Kompostierbarkeit versehen).

Bei der Verwendung eines Kunststoffs ist man jedoch gut beraten, auf seine besonderen Eigenschaften zu achten. Reines Polylactid nämlich wird schon ab 50-60 °C sehr weich und verformt sich. Deshalb muss es mit Zusatzstoffen hitzebeständig gemacht werden, bevor man heisse Speisen und Getränke darin servieren kann.

Kunststoff auf dem Komposthaufen?

Die Aufschrift “100% compostable” verleitet in der Tat dazu anzunehmen, wir könnten unsere Becher nun einfach auf den Komposthaufen werfen und warten, bis sie von selbst verrotten. Mit bestimmten anderen Biokunststoffen klappt das wirklich, aber mit Polylactid ist das leider nicht ganz so einfach.

Um Polylactid zu kompostieren muss man es nämlich in industriellen Anlagen in 95% Luftfeuchtigkeit auf 60°C warm halten und passende Mikroorganismen dazugeben, die bei solch hohen Temperaturen leben können (AÖL, 2014). Kompostierung ist nämlich der von Enzymen katalysierte Abbau von organischem Material – idealerweise zu nährstoffreichem Humus. Und Enzyme werden von Lebewesen bereitgestellt und genutzt. Für den Abbau von Polylactid übernehmen das thermophile, also wärmeliebende Bakterien.

Es ist also keine gute Idee Polylactid-Verpackungen einfach in die Landschaft zu werfen. Dort werden sie nicht von selbst verrotten. Deshalb hatte der Betreiber des Botanischen Gartens rund um die Cafeteria Abfalleimer mit dem Hinweis “nur für kompostierbare Kunststoffabfälle” aufgestellt um das gebrauchte Geschirr zu sammeln und in seine eigene oder eine externe Kompostieranlage zu schaffen.

Wie umweltfreundlich ist das Ganze?

Wenn man bestimmen möchte, wie umweltfreundlich ein Kunststoff tatsächlich ist, gibt es eine ganze Reihe von Faktoren zu berücksichtigen, die von der Erzeugung und Verwendung bis hin zur Entsorgung des Kunststoffs eine Rolle spielen. Wichtige solche Faktoren sind:

Landnutzung und Nahrungsmittelkonkurrenz

Zur Herstellung von Milchsäure, dem Ausgangstoff für die Erzeugung von Polylactid, müssen (zumindest heute) Pflanzen angebaut werden, um daraus Bakterienfutter zu gewinnen. Die dazu nötige Ackerfläche nimmt Platz ein, und der Mais oder andere Pflanzen, die als Bakterienfutter dienen, können nicht als Nahrungsmittel für Menschen genutzt werden.

Im Augenblick wird noch so wenig PLA produziert, dass der Platzbedarf verschwindend ist und der Ackerbau zwecks Erzeugung von Biogas und Biosprit eine vielfach grössere Konkurrenz zum Nahrungsmittelanbau darstellt. Für die Zukunft stehen für einen vollständigen Ersatz unserer Kunststoffe durch Biokunststoffe Schätzungen von 1 bis 12% der weltweit verfügbaren Ackerfläche für den dafür notwendigen Rohstoffanbau im Raum (AÖL, 2007).

Umweltverträglichkeit des Rohstoff-Anbaus

Bei jeder Art von Ackerbau ist kritisch abzuwägen, inwieweit Monokulturen und der Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln sich schädlich auswirken und minimiert werden können. Zudem werfen gentechnisch veränderte Nutzpflanzen (der in den USA zur PLA-Herstellung angebaute Mais ist in der Regel gentechnisch verändert) immer wieder heftige Diskussionen auf.

Sozialverträglichkeit

Werden die Rohstoffe für die PLA-Herstellung unter “fairen” Bedingungen angebaut und verarbeitet? Wie bei allen Ackerbau- und anderen Produkten ist hier oft massgeblich, in welchen Ländern mit welcher Gesetzgebung die Rohstoffe angebaut werden.

Umweltverträglichkeit von Zusatzstoffen

Nicht nur der Katalysator, der zur Herstellung des Polylactids erforderlich ist, bleibt ein Teil des entstehenden Kunststoffs. Auch zur Vermeidung von unerwünschten Quervernetzungen, zur Erhöhung der Biegsamkeit (reines PLA ist relativ spröde) und der Wärmebeständigkeit werden Zusätze verwendet, deren Auswirkungen auf die Umwelt in die Bewertung des fertigen Kunststoffprodukts mit einfliessen. Denn wieviel nützt ein vollständig kompostierbares Polymer, wenn der Hitzeschutz-Stoff darin am Ende übrig bleibt und auch noch Schwierigkeiten bereitet?

Sicherheit

Neben der Sicherheit beziehungsweise der Schonung unserer Umwelt legen wir mindestens genauso viel Wert auf unsere eigene, gesundheitliche Sicherheit. Da PLA aus Milchsäure, einem in unserem Organismus allgegenwärtigen Stoff, aufgebaut ist, gilt es als gesundheitlich unbedenklich. Aber wie sieht das mit den Zusatzstoffen aus?

Recycling/Kompostierung

PLA lässt sich industriell herstellen und vielseitig anwenden…aber wohin damit, wenn man es nicht mehr braucht? Der Kunststoff ist kompostierbar, allerdings nur in speziellen industriellen Anlagen. Die müssen zuerst gebaut und dann unterhalten werden, zumal eine gemeinsame Entsorgung mit vergleichbaren herkömmlichen Kunststoffen wie PET nicht möglich ist. Denn die von PET abweichenden Eigenschaften des Polylactids würden in auf PET ausgerichteten Maschinen zu erheblichen technischen Problemen führen (AÖL, 2014).

Ökobilanz

Anbau und Transport von Rohstoffen, Herstellung und Entsorgung von Produkten gehen mit der Entstehung von teils umweltbelastenden Abfallstoffen einher. Da Pflanzen ihre Glucose und andere Kohlenstoffverbindungen letztlich mittels Fotosynthese aus Kohlendioxid (CO2) gewinnen, welches sie der Atmosphäre entnehmen, kann bei der Entsorgung (Kompostierung, Verbrennung,…) von Pflanzen und reinen Pflanzenprodukten nicht mehr CO2 entstehen, als sie zuvor aufgenommen haben.

Das deutsche Bundesumweltamt äussert in einer Broschüre aus dem Jahr 2009, dass durch die Nutzung von Biokunststoffen wie PLA anstelle von herkömmlichen Kunststoffen, die aus Erdöl hergestellt werden, fossile Rohstoffvorkommen geschont werden, da diese durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden. Darüber hinaus kann der CO2-Ausstoss dank der oben beschriebenen CO2-Bilanz verringert werden.

Die Gesamt-Umweltbelastung, die die Nutzung von PLA-Bechern wie unseren im Botanischen Garten mit sich bringt, entspreche jedoch jener, die PET-Becher mit sich bringen. Das bedeutet, Mehrweg-Becher seien in ökologischer Hinsicht auch kompostierbaren Kunststoffen deutlich überlegen.

Fazit

Polylactid, kurz PLA, zählt zu den Biokunststoffen und ist – unter industriell herstellbaren speziellen Bedingungen – biologisch abbaubar. Da PLA aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird, trägt seine Verwendung zur Schonung begrenzter fossiler Rohstoffe wie Erdöl bei und mindert den CO2-Ausstoss.

Allerdings sind PLA laut dem Bundesumweltamt ganzheitlich (also unter Berücksichtigung aller genannter Faktoren) betrachtet (noch) nicht umweltfreundlicher als der gängige Kunststoff PET. Ein System mit Mehrweg-Getränkebehältern ist also immer noch um Längen schonender.

In einem Betrieb wie dem Botanischen Garten Denver, der seinen PLA-Abfall zentral sammelt und kompostiert oder recycelt, finde ich diesen und andere Biokunststoffe nichts desto trotz spannend. Zumal gerade ein Gartenbetrieb den anfallenden Kompost wiederum weiterverwenden kann. Und wenn die Forschung bezüglich der Vergärung von Pflanzenabfällen zu Ergebnissen führt, tut sich hier womöglich ein attraktiver Ersatz für unsere Kunststoffe aus Erdöl auf. Die Zukunft wird es zeigen.

Und wo hattet ihr schonmal mit kompostierbaren oder anderen Biokunststoffen zu tun?

Der Blogtour Fahrplan

07.09. pyramideneulehttp://welt.pyramideneule.de Thema: Wildvögel füttern
08.09. Kathi Keinsteinhttps://www.keinsteins-kiste.ch/ Thema: Kompostierbare Kunststoffe
09.09. MrAndroid http://www.mrmrs-android.de/ Thema: Jedes Jahr ein neues da – Wieso du dein Smartphone behalten solltest
10.09. Zaxumo – http://zaxumo.blogspot.de/ Thema: Umweltfreundliche Kosmetik

12.09. Lilyanahttp://www.buecherfunke.de/ Thema: Ebooks
13.09. Lebenslounge – http://www.lebenslounge.com/ Thema: Recycling im Haushalt

 

Ozon als LEbensretter

Das vielseitige Gas Ozon ist ebenso begehrt wie es ungeliebt ist. Im ersten Teil dieses Artikels erfährst du, was Ozon eigentlich ist und warum es in unserer Atemluft in grösseren Mengen nichts zu suchen hat. Dieser Teil beschäftigt sich mit Ozon, ohne welches wir nicht leben könnten und mit den Möglichkeiten dieses Gases uns zu heilen.

Wann und wo ist Ozon für uns lebenswichtig?

Im Jahre 1985 versetzte die Entdeckung eines wachsenden Ozonlochs über der Antarktis, der südlichsten Region der Erde, die Menschheit in Aufruhr. Denn schon damals wusste man, dass Ozon in der Stratosphäre für uns lebenswichtig ist, und Wissenschaftler (z.B. Crutzen und Molina&Rowland) hatten bereits seit 15 Jahren eine Ausdünnung der Ozonschicht aufgrund von menschlichen “Hinterlassenschaften” vorausgesagt. Mit einem Loch hatte hingegen niemand gerechnet. Aber wie kann eine Luftschicht, noch dazu in einer mittleren Schicht der Atmosphäre, ein Loch haben?

Für die Antwort müssen wir uns in grosse Höhe begeben: In der etwa 500km dicken Erdatmosphäre nimmt die Stratosphäre den Bereich von etwa 15 bis 50 Kilometern Höhe ein. Direkt darunter liegt die Troposphäre, jene Luftschicht, die wir atmen. Beide Schichten sind aus physikalischen Gründen relativ scharf voneinander getrennt, d.h. Inhaltsstoffe einer Schicht können nur unter erschwerten Bedingungen in die andere Schicht gelangen.

Die Schichten oberhalb der Stratosphäre sind so dünn, dass energiereiche UV-C-Strahlung (etwas über UV-Strahlung und ihre Einteilung findest du in diesem Artikel) hindurchdringt und in der Stratosphäre Ozon erzeugt. UV-C-Strahlung kann nämlich Sauerstoff-Moleküle spalten:

Aus dem ersten Teil weisst du ja bereits, dass Sauerstoff-Atome nicht lange allein bleiben, sondern sich schnellstens etwas zum Reagieren suchen:

Genauso kann Ozon durch UV-B-Strahlung, die in der Stratosphäre auch reichlich vorhanden ist, gespalten werden:

Die Energie der UV-Strahlung wird dabei teilweise für die Umgruppierung der Atome verwendet, teilweise durch Anschubsen eines beliebigen dritten Moleküls als Wärme weitergegeben. So führt allein das Vorhandensein von Sauerstoff (O2) zum Spalten in der Stratosphäre dazu, dass die UV-C-Strahlung die Erdoberfläche gar nicht erreicht, während das Ozon den entscheidenden Teil der UV-B-Strahlung aufhält. Nur deshalb können wir uns an der Erdoberfläche bewegen, ohne innerhalb kürzester Zeit einen Sonnenbrand zu bekommen oder schlimmere Hautschäden zu erleiden.

Zwischen der Entstehung und dem Abbau von Ozon stellt sich bei UV-Lichteinfall ein Gleichgewicht ein. In der mittleren Stratosphäre gibt es noch genug UV-C-Strahlung, die Ozon entstehen lässt, während ein Teil der UV-B-Strahlung bereits vom Ozon darüber aufgehalten worden ist. So liegt hier das Gleichgewicht am weitesten auf der Seite des Ozons: Die Ozon-Konzentration ist in der mittleren Stratosphäre am höchsten.

Können wir die Ozonschicht in der Stratosphäre direkt wahrnehmen?

Manchmal können wir das Ozon in der Stratosphäre sogar sehen. Bei Tag ist der klare Himmel blau, weil das einfallende Sonnenlicht vom Luftsauerstoff O2 so gestreut wird, dass hauptsächlich blaues Licht bei uns ankommt. Morgens vor Sonnenaufgang und abends nach Sonnenuntergang, wenn kein direkt einfallendes Licht mehr gestreut wird, zeigt sich, dass Ozon auch sichtbares Licht, vornehmlich im gelben, orangen und roten Bereich, absorbiert. Das blaue Licht bleibt übrig und beschert uns regelmässig im ersten und letzten Licht des Tages eine “blaue Stunde”.

Neben zahlreichen Poeten hat sich der Geophysiker Edward O. Hulburt, der diesen Zusammenhang 1952 erstmals erkannte, voll Staunen geäussert:

„Der nichtsahnende Beobachter, der während des Sonnenuntergangs auf dem Rücken liegend in den klaren Himmel schaut, sieht nur, dass der Himmel über ihm, der vor dem Sonnenuntergang blau war, dasselbe leuchtende Blau beibehält, während die Sonne untergeht und es anschließend während der Dämmerung immer dunkler wird. Er ist sich nicht bewusst, dass die Natur, um dieses anscheinend so selbstverständliche und naheliegende Ergebnis zu produzieren, recht großzügig ganz tief in die optische Trickkiste gegriffen hat.“

 

Warum hat die Ozonschicht ein Loch?

Sauerstoff gibt es in der Stratosphäre stets genug, sodass wir uns hier unten in der Troposphäre wegen UV-C-Strahlung keine Sorgen machen müssen. UV-B-Strahlung wird hingegen nur absorbiert, wenn es auch Ozon hat! Deshalb wird die Dicke – oder besser Dichte – der Ozonschicht in der Stratosphäre seit einigen Jahrzehnten vermessen und genau überwacht.

Die Dicke der Ozonschicht wird in Dobson-Units (DU) gemessen, einer Einheit, die nach Gordon Dobson, dem Erfinder des zur Messung der Schichtdicke verwendeten Spektralphotometers, benannt ist. 100 DU entsprechen dabei einer 1 mm dicken Schicht aus reinem Ozon auf Meereshöhe, die sich in Wirklichkeit aber auf die ganze Stratosphäre verteilt [1]. Das “Loch” in der Ozonschicht ist somit auch kein Loch im eigentlichen Sinne, sondern vielmehr ein Bereich, in dem weniger Ozon in der ganzen Stratosphäre zu finden ist. Die durchschnittliche “gesunde” Ozonschicht der Erde hat übrigens eine Dichte in der Grössenordnung von 300 – 500 DU.

Die Ozonschicht ist aber weder gleichmässig noch gleichbleibend dick.
Da Ozon erst durch (UV-)Licht entsteht, ist die Ozonschicht immer da, wo die Sonne ist. Und die scheint am intensivsten am Äquator, sodass dort am meisten Ozon gebildet wird. Von da aus wird das Ozon in Richtung der Pole verteilt: Im Frühling auf der Nordhalbkugel vornehmlich in Richtung Nordpol, im Herbst der Nordhalbkugel, wenn auf der Südhalbkugel Frühling herrscht, dem Licht folgend in Richtung Südpol. So ist absehbar, dass die Ozonschicht nahe der Pole schon von Natur aus dünner ist als über dem Äquator.

Was die Antarktis anfällig für ein Ozonloch macht
Am Südpol bildet sich zudem im Polarwinter ein wirklich sehr kalter Luftwirbel. Dieser Polarwirbel kreist über der Antarktis weitgehend ungestört vor sich hin, sodass seine Temperatur ohne Zustrom wärmerer Luft von aussen auf bis zu -80°C sinken kann. Am Nordpol gibt es einen ähnlichen Wirbel, doch da es rund um die Arktis viele Berge gibt, die die Luftströmung aufmischen und so den Zustrom wärmerer Luft ermöglichen, wird dieser längst nicht so kalt.

Bei den extrem niedrigen Temperaturen im Süd-Polarwirbel können in der Stratosphäre Salpetersäure (HNO3) und Wasser zu Eiswolken gefrieren (normalerweise ist die Stratosphäre zu trocken für die Entstehung von Wolken). An diesen Wolken sammeln sich Stickstoff- und Chlorverbindungen wie Chlornitrat (ClONO2) und hypochlorige Säure (HClO) an. Stickstoff- und Chlorverbindungen, aus welchen diese Stoffe entstehen können, werden in der Natur von aktiven Vulkanen oder Pflanzen freigesetzt (aber das ist eine andere Geschichte). In den Stratosphärenwolken können Chlornitrat und hypochlorige Säure den langen, lichtlosen Polarwinter ohne Reaktion überdauern.

Erst wenn im Süd-Frühling die Sonne aufgeht (und dann geht sie für Monate nicht mehr unter!) und UV-Licht auf die Wolken fällt, werden die darin gelagerten Stoffe schnell gespalten:

Teilchen wie das ClO• nennt man Radikale, und das völlig zu Recht. Der Punkt in der Formel bedeutet ein einsames Elektron in der Elektronenhülle des Teilchens. Und da die Elektronen eines Atoms oder Moleküls sehr viel lieber zweisam sind, sucht sich das Teilchen mit radikalem Eifer etwas zum Reagieren, um ein weiteres Elektron zu erhalten. Und dabei lassen sie nicht selten andere Radikale zurück:

Richtig: Atomarer Sauerstoff ist auch ein Radikal, das z.B. durch Abspaltung von einem NO2-Molekül durch UV-Strahlung (s. Teil 1 dieses Artikels) entsteht.

Die so entstehenden Chlor-Radikale greifen wiederum Ozon an:

Es entsteht ein neues ClO•-Radikal, welches wiederum zu einem Chlor-Radikal reagieren und ein neues Ozon-Molekül angreifen kann! Chlor-Radikale reagieren also nicht nur leicht mit Ozon. Zudem können wenige Chlor-Radikale, die immer wieder in den Reaktionen Verwendung finden, viele Ozon-Moleküle abbauen. Chlor-Radikale wirken als Katalysator auf den Ozonabbau!

Die extreme Kälte des Polarwirbels im Polarwinter fördert also die Anreicherung von Stoffen in der Stratosphäre, die bei Einwirkung von Sonnenlicht Radikale bilden, welche als Katalysator auf den Abbau von Ozon wirken. Deshalb ist die Ozonschicht über der Antarktis im Süd-Frühling schon seit Beginn der Messungen etwas dünner als anderswo.

Wie haben wir uns daraus ein Problem geschaffen?

Ab den 1930er Jahren wurden sogenannte FCKW technisch hergestellt und vermehrt als Kältemittel in Kühlschränken und als Treibgas für Sprühdosen eingesetzt. FluorChlorKohlenWasserstoffe, bzw. nach den Spielregeln der Chemiker, die ihre Stoffe in alphabetischer Reihenfolge benennen, CFKW, sind Kohlenwasserstoffe, bei denen einige oder alle Wasserstoff-Atome durch Fluor- bzw. Chloratome ersetzt sind. Solche Verbindungen sind unter normalen Umständen reaktionsträge, weshalb sie damals als ungefährlich galten. Daran, dass solch unreaktive Moleküle in der Luft auch nicht abgebaut werden können und so lange erhalten bleiben, bis sie den beschwerlichen Weg in die Stratosphäre meistern, hat damals noch niemand gedacht.

So geraten die FCKW in der Stratosphäre an UV-C-Strahlung, die selbst Moleküle spaltet, die sonst nicht reagieren, wie zum Beispiel:

Es entstehen also reichlich zusätzliche Cl•-Radikale, die den Ozonabbau beschleunigen. Und so weit gingen die Voraussagen der Wissenschaftler schon in den 1970er Jahren. Nur hat damals niemand darauf gehört. Erst als 1985 bekannt wurde, dass die minimale Dicke der Ozonschicht über der Antarktis, die jeden Süd-Frühling durchlaufen wird, innerhalb von drei Jahrzehnten von rund 300 DU auf unter 100 DU abgesunken war, war das Erschrecken gross. Denn mit einem so schnellen Abbau hatten nicht einmal die Wissenschaftler gerechnet.

So hat die Weltpolitik für einmal phänomenal schnell reagiert und schon 1987 die Verwendung von FCKW mit der Unterzeichnung des Montrealer Protokolls eingeschränkt und in der Londoner Konferenz 1990 bis zum Jahr 2000 ganz verboten. In Folge dessen wird das Ozonloch wieder kleiner – Simulationen sagen voraus, dass die Ozonschicht sich wieder ganz erholen wird, wenn wir uns weiterhin beflissen an die genannten Protokolle halten.

Das Ozon-Loch 1979 bis 2011

Das Ozonloch im Laufe der letzten Jahrzehnte: vor seiner “Entdeckung” (peinlich für die NASA: sie hatten es bereits registriert und bis 1985 für fehlerhafte Messwerte gehalten), zum Zeitpunkt des Montrealer Protokolls, bei seiner maximalen Ausdehnung 2006 und sichtlich kleiner im Jahre 2011 (Bildquelle: NASA)

Damit hat das Schreckgespenst Ozonloch, das erst durch das Zusammenwirken des kalten Polarwirbels mit den von Menschenhand freigesetzten FCKW entstanden ist, uns vor dem eigentlichen Problem bewahrt: Dem weltweiten und längerfristigen Abbau der Ozonschicht durch solche Stoffe.

Gibt es weitere Gefahren für die Ozonschicht?
Nun rückt allerdings eine zweite Einflussmöglichkeit auf die Ozonschicht zunehmend in den Fokus der Öffentlichkeit, nämlich die Freisetzung von Lachgas (N2O). Lachgas entsteht in grösseren Mengen beim Einsatz von stickstoffhaltigen Düngern oder als Abgas von Kraftfahrzeugen und Kraftwerken. Es kann mit atomarem Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid reagieren, welches sich dann am Ozonabbau beteiligen kann:

Im Vergleich zur Wirkung der FCKW ist die ozonabbauende Wirkung von Lachgas aber verschwindend (man erwartet einen Ausdünnung der Ozonschicht von 2,6DU bis Ende des Jahrhunderts durch Lachgas). Viel bedeutender ist, dass Lachgas ein hochwirksames Treibhausgas ist…aber das ist eine andere Geschichte.

Was Ozon noch kann

Ozon in unmittelbarer Nähe ist nicht nur für uns giftig (siehe Teil 1 dieses Artikels), sondern es tötet auch Keime, wirkt entzündungshemmend und sogar durchblutungsfördernd. So findet es vielfältigen Einsatz in der Medizin. Zahnärzte nutzen Ozon zur Karies-Frühbehandlung oder zum Desinfizieren ausgeräumter Wurzelkanäle sowie – in Wasser gelöst – als desinfizierende Mundspülung. In der Komplementärmedizin werden Wunden und andere Hautschäden zur Desinfektion mit Ozon “begast” (in einem Beutel oder unter einer Glocke, damit das Gas dort bleibt, wo es hin soll und nicht eingeatmet wird).

Ausserdem wird Ozon im eigenen, zuvor entnommenen Blut des Patienten gelöst sogar als Infusion gegeben oder gespritzt um Durchblutungsstörungen und ihre Folgen zu behandeln. Allerdings haben auch andere Gase ebenso durchblutungsfördernde Wirkung. Weitere heilsame Wirkungen des Ozons gelten zudem als nicht wissenschaftlich belegt.

Zu guter Letzt findet Ozon oft als Ersatz für das giftigere Chlor-Gas (Cl2) Verwendung. “Chlorfrei gebleichte” oder anderweitig “chlorfrei” behandelte Produkte, von Papier bis hin zu keimfrei aufbereitetem Trinkwasser sind meist mit Ozon behandelt – denn Chlor wirkt ähnlich wie Ozon oxidierend. Aber das ist eine andere Geschichte.

Fazit: Ozon ist ein Gas mit vielen Gesichtern

Ozon in der Stratosphäre bewahrt uns vor Schaden durch UV-Strahlung, während Ozon in unserer direkten Umgebung giftig für viele Lebewesen ist. Während wir unsere Ozonschicht hüten und mit dem vielgesichtigen Gas gezielt Keime töten, haben wir viel daran zu tun, unsere Atemluft möglichst frei von überschüssigem Ozon zu halten.

Und wo ist dir zuletzt Ozon begegnet?

[1] S.Brönnimann (2002): Ozon in der Atmosphäre. Verlag Paul Haupt, Bern, Stuttgart, Wien.

Ozon im Smog: Vom Sauerstoff zum Luftschadstoff

Was ist Ozon? Wie entsteht schädliches Ozon? Wann kann Ozon uns schaden? Wann (und wo) ist Ozon für uns lebenswichtig? Und wann ist Ozon ein Heilmittel?

Von Ozon hat sicher jeder schon gehört, und es wurden haufenweise Bücher darüber geschrieben. Warum also über Ozon schreiben? Während der Recherche für diesen Artikel bin ich in der Zentralbibliothek in Zürich gewesen und habe festgestellt, dass der Recherchecomputer mich auf der Suche nach Ozon fast immer ins Magazin mit den Erscheinungen vor 2010 hinunter schickt. Ist das Thema demnach in den letzten Jahren tatsächlich ins Abseits unseres Gedächtnisse geraten? Dabei sind gerade heute die unangenehmen Auswirkungen von Ozon in unserer Atemluft wieder einmal spürbar.

So dreht sich der erste Teil dieses Doppel-Artikels um Ozon als Luftschadstoff, während der zweite Teil euch die nützlichen und sogar für uns lebenswichtigen Eigenschaften dieses Stoffs mit zwei Gesichtern näherbringen soll.

An einem heissen Tag im Juli…

Es ist der 2.7.2015, die Sonne strahlt ungetrübt auf Mitteleuropa hinab. Heute ist ein Werktag. Die Städte sind belebt, es wird gearbeitet, die Strassen sind voller Autos. Und die Tageshöchsttemperaturen reichen in der Region Zürich bis 34°C. Ich habe das Glück in einem Dorf am Zürichsee zu sitzen und mir die Live-Messdaten für Schadstoffe in der Luft in Zürich und vielen Städten Deutschlands im Netz ansehen zu können. Da muss ich mir wegen dem, was ich da sehe, eigentlich weniger Gedanken machen. Die Leute, die in der Stadt unterwegs sind, aber schon.

In Zürich werden heute um die Mittagszeit Stundenmittelwerte von bis zu 174 μg Ozon pro m³ gemessen. In vielen Städten in West- und Südwestdeutschland sind gestern bereits Spitzenwerte um die 200 μg Ozon pro m³ gemessen worden. In Baden-Baden ganz im Süden Baden-Württembergs ist bei über 240 μg Ozon pro m³ sogar Ozon-Alarm ausgelöst worden!

Wer sich bei solchen Konzentrationen draussen bewegt, kann mit Kratzen und Brennen im Hals, Kopfschmerzen und Augenbrennen zu tun bekommen. Diese Symptome haben nicht unbedingt mit einer Sommergrippe zu tun, sondern mit einer Anreicherung des Gases Ozon in der Luft. Denn wir sind für Ozon-Konzentrationen von nur 40 – 80 μg Ozon pro m³ geschaffen…. Aber von Anfang an:

Was ist Ozon?

Ozon ist eine besondere Form (Chemiker sagen “Allotrop” dazu) des Elements Sauerstoff. Während die üblichen Sauerstoff-Moleküle (O2), die wir atmen, aus je zwei Sauerstoff-Atomen bestehen, besteht ein Ozon-Molekül aus drei Sauerstoffatomen (O3). Deshalb wird Ozon manchmal auch “Trisauerstoff” genannt.

Sauerstoff_vs_Ozon


Die Strukturformeln von Luftsauerstoff (links) und Ozon (rechts).
Die wahre Struktur des Ozon-Moleküls liegt in der Mitte zwischen den beiden gezeigten Formeln, d.h. beide Bindungen sehen gleich aus und das Molekül ist symmetrisch! Da man in der Formelsprache aber keine 1,5-fach-Bindungen zeichnen kann, geben die Chemiker solche mesomeren Grenzformeln an und meinen “die Wahrheit ist in der Mitte”.
Das Ozon-Molekül ist zudem elektrisch ungeladen. Die gezeigten Formalladungen ergeben sich aus den chemischen Spielregeln für die Verteilung der Elektronenpaare (Striche) auf die Atome und ergeben beim Ozon in der Summe eine Ladung von Null.
Allerdings deutet das Vorhandensein von Formalladungen in der Strukturformel schon darauf hin, dass wir es mit einem reaktionsfreudigen Molekül zu tun haben.

 

Ozon ist, ähnlich wie der Atem-Sauerstoff, ein farbloses bis bläuliches Gas. Dass Ozon nicht zum Atmen taugt, merkt man bei grösseren Mengen allerdings schnell, denn es hat einen unangenehm stechenden, chlorähnlichen Geruch, wie du ihn vielleicht von älteren Fotokopierern oder Laserdruckern kennst. Dieser Geruch kommt nicht von ungefähr, denn Ozon wirkt stark oxidierend und ist dabei alles andere als wählerisch: Es geht mit vielen Stoffen Redox-Reaktionen ein – auch mit den Bestandteilen von Menschen bzw. ihrer Atemwege. Deshalb wird Ozon von den Gefahrstoffexperten als sehr giftig gekennzeichnet.

Nichts desto trotz ist Ozon ein natürlicher Bestandteil unserer Atemluft. Allerdings kommen in der Troposphäre, genauer der planetaren Grenzschicht, dem untersten Teil der Atmosphäre, den wir atmen, in der Natur nur 40 – 80 μg Ozon pro m³ Luft vor. Das entspricht an einem angenehm warmen Tag 40 bis 80 Millionstel Gramm in rund 1,2 Kilogramm Luft!

An diese kleinen Mengen haben sich unsere Körper im Lauf der Jahrhunderttausende langen Geschichte unserer Entwicklung angepasst. Steigt die Ozon-Konzentration jedoch in kurzer Zeit auf über etwa 100 bis 120 μg/m³, wird es unangenehm, und ab etwa 180 bis 200 µg/m³ über mehrere Stunden zunehmend gesundheitsschädlich. Deshalb können wir Ozon in der Atemluft gar nicht brauchen. Deshalb hat die Schweizer Regierung bestimmt, dass die Ozon-Konzentration in der Atemluft nicht über 120 µg/m³ liegen darf. In den EU-Staaten sind sogar nur 110 µg/m³ erlaubt. Und trotzdem werden diese Grenzwerte immer noch sehr oft überschritten.

Wie entsteht Ozon in der Troposphäre?

Wie es dazu kommt, dass sich Ozon in unserer Atemluft ansammelt? Das haben wir uns selbst zuzuschreiben. Zumindest dann, wenn wir mit einem Auto oder anderen Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor durch die Gegend fahren (oder fliegen), oder unseren Strom mit einem Dieselaggregat herstellen. Denn damit diese Motoren laufen und etwas antreiben können, muss es in ihnen so heiss werden, dass neben dem Treibstoff auch der Stickstoff aus der Luft (und die besteht zu 70% aus Stickstoff!) verbrannt wird. Dabei entsteht aus Stickstoff, der mit Sauerstoff reagiert, das Gas Stickstoffmonoxid (NO):

Normalerweise ist Stickstoff sehr reaktionsträge, d.h. er reagiert freiwillig gar nicht gerne und brennt deshalb auch nur, wenn man ihm ordentlich einheizt. (Wer sich bereits am Flughafen mit Le Châtelier unterhalten hat, dem kommt das vielleicht bekannt vor: Ja, die Reaktion ist Teil eines Gleichgewichts, das im Kolben eines Motors durch einen Zwang, die hohe Temperatur, auf die rechte Seite verschoben wird!) Entsteht dabei erst einmal Stickstoffmonoxid, dann reagiert dieses Gas auf dem Weg durch den Auspuff nach draussen mit mehr Sauerstoff schnell zu Stickstoffdioxid (NO2) weiter.

Das Gas Stickstoffdioxid ist nicht nur seinerseits sehr giftig (das ist eine andere Geschichte…), seine Moleküle sind auch empfindlich gegen Sonnenlicht. So kann ein NO2-Molekül, das von Licht getroffen wird, auseinander fallen:

Wer im Chemie-Unterricht aufgepasst oder sonst Ahnung von Chemie hat, mag jetzt protestieren: Sauerstoff-Atome kommen doch nicht einzeln vor! Deshalb sucht sich dieses Sauerstoff-Atom auch schleunigst ein neues Molekül, mit dem es reagieren kann. Und da Luft zu 78% aus reaktionsträgem Stickstoff und zu gut 20 Prozent aus molekularem Sauerstoff (O2) besteht, ist dieses neue Molekül in der Regel Sauerstoff:

Dies ist der einzige, aber reichlich begangene Weg, auf dem in unserer Atemluft Ozon entsteht. Deshalb steigt die Ozon-Konzentration im Laufe des Vormittags, nachdem sich zahllose Auto- und Lastwagenfahrer auf den Weg zur Arbeit gemacht und reichlich Stickstoffdioxid hinterlassen haben, an sonnigen Tagen schnell an. Und diese Ozon-Ansammlung bleibt uns erhalten, bis die Sonnenstrahlung nachlässt und die Motoren im Feierabendverkehr reichlich neues Stickstoffmonoxid erzeugen, welches statt mit Sauerstoff auch mit dem reaktionsfreudigeren Ozon reagieren kann:

Stickstoffoxide aus Autoabgasen führen zur Entstehung von Ozon


Stickstoffoxide aus Autoabgasen führen zur Entstehung von Ozon:
(1) Kraftfahrzeuge stossen Stickstoffmonoxid aus. Im Berufsverkehr am Morgen und am Abend entsteht besonders viel Stickstoffmonoxid.
(2) Stickstoffmonoxid wird vom Luftsauerstoff oxidiert: Es entsteht Stickstoffdioxid.
(3) Wenn es warm ist, spalten Sonnenstrahlen ein Sauerstoffatom aus dem Stickstoffdioxid ab.
(4) Das Sauerstoffatom reagiert mit Luftsauerstoff zu Ozon.
(5) Wenn Ozon auf Stickstoffmonoxid trifft, reagieren sie miteinander: Es entstehen Sauerstoff und Stickstoffdioxid.

 

Wie du dich vor Ozonbelastung schützen und die Ozonentstehung verhindern kannst

Deshalb empfehlen Umweltbehörden, wie z.B. das deutsche Umweltbundesamt, an Ozon-reichen Tagen erst am späten Nachmittag und Abend Sport zu treiben. Wer darüber hinaus der Ozonbelastung entkommen möchte, sollte sich z.B. im Wald aufhalten: Dort sind meistens wenig bis keine Autos und es ist schattig.

Richtig problematisch wird das Ozon in der Atemluft allerdings, wenn zu allen genannten Umständen eine Inversionswetterlage kommt: Dann liegt eine wärmere Luftschicht über der Schicht, die wir atmen, und hält diese förmlich in Bodennähe fest. Die in den Städten entstehenden Luftschadstoffe – auch das Ozon – können sich nun nicht einmal mehr nach oben hin verteilen. Dieses so angestaute, dunstig-giftige Luftgemisch wird als Sommersmog bezeichnet. Der Begriff kommt aus den USA und setzt sich aus den englischen Wörtern “smoke” (Rauch) und “fog” (Nebel) zusammen. In den 1940er-Jahren, als man noch kaum etwas über Ozon wusste, mussten die Bewohner von Los Angeles als erste dieses Phänomen erleben: Der höchste damals dort gemessene Spitzenwert betrug sage und schreibe 1160 μg Ozon pro m³ !

Um solche gemeingefährlichen Ozon-Konzentrationen erst gar nicht mehr entstehen zu lassen, stattet man heute die Autos mit einem 3-Wege- oder einem Denox-Katalysator aus. In so einem Gerät laufen Reaktionen ab, welche einen grossen Teil der Stickstoffoxide aus dem Abgas entfernen, bevor es nach draussen gelangt und zur Ozonentstehung führen kann (Aber das ist eine andere Geschichte….).

Da jedoch auch solche Katalysatoren niemals perfekt arbeiten, kannst du selbst den wirksamsten Beitrag zur Verminderung der Ozon-Konzentration leisten: Fahre -besonders an warmen Sommertagen- nur wenn unbedingt nötig Auto. Mit den öffentlichen Verkehrsmitteln kommt man im Stadtverkehr ohnehin meist viel entspannter durch.

Warum wir trotz allem nicht ohne Ozon leben können

Wie Ozon in die Stratosphäre kommt und uns vor gefährlicher UV-Strahlung schützt, was das Ozonloch ist, und in welcher Weise Ozon heilsam sein kann, erfährst du im zweiten Teil dieses Doppel-Artikels!

Und was tust du bei oder gegen Ozon-Belastung?

(Titelbild: Bearbeitung von Creator:Fidel Gonzalez (Eigenes Werk) [CC BY-SA 3.0 oder GFDL], via Wikimedia Commons)