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Die Probleme Feinstaub, Stickstoffoxide, FCKW und Atmosphäre in unserer modernen Gesellschaft und mögliche Lösungsansätze

Hausarbeit 2017 22 Seiten

Chemie - Sonstiges

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung und Fragestellung

2. Probleme und Lösungsansätze
2.1.a Feinstaub - Probleme
2.1.b Feinstaub - L ö sungen
2.2.a Stickoxide - Probleme 7
2.2.b Stickoxide - L ö sungen
2.3.a FCKW - Probleme
2.3.b FCKW - L ö sungen
2.3.a Atmosph ä re - Probleme
2.3.a Atmosph ä re - L ö sungen

3. Zusammenfassung
3.1 Zusammenfassung der Probleme
3.2 Zusammenfassung der L ö sungsans ä tze

4. Fazit und Ideen für die Einzelperson

5. Quellen

1. Einleitung und Fragestellung

Dass jeder Einzelne, sowie wir als Gesellschaft noch mehr auf unsere Umwelt achten sollten und Methoden finden müssen, diese nachhaltig zu schützen, ist mittlerweile den meisten Menschen bewusst. Auch große, transnationale Organisationen wie die EU oder gar die UN haben die Notwendigkeit erkannt und bereits entsprechende Richtlinien und Ziele vorgegeben, die beispielsweise eine Reduktion der EU-weiten Treibhausgasemissionen bis 2030 um 40% sowie eine Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien auf mindestens 27% beinhalten. 1

Um diese Ziele zu erreichen, bedarf es nicht nur willige Kooperationspartner sondern auch die entsprechenden wissenschaftlichen Methoden und technischen Entwicklungen.

Was die treibenden Kräfte hinter dem überall bekannten „Klimawandel“ sind und inwiefern sich deren Ausmaß mit chemisch-technischen Methoden reduziert werden kann, soll im folgenden untersucht werden.

Oder anders formuliert: „Wie können wir mit Chemie die Umwelt schützen?“

2. Probleme und Lösungsansätze

Im Nachfolgenden möchte ich mich auf die Bearbeitung vier verschiedener Problemfelder konzentrieren: Feinstaub, Stickstoffoxide, FCKW und Atmosphäre. Hierfür unterteile ich die Bearbeitung jeweils in „Probleme“ (wozu auch die Beschreibung des Stoffes und die Umstände des Problems zählen) sowie „Lösungen“, wie potenzielle Lösungsansätze oder bereits bestehende Lösungsmöglichkeiten behandelt werden.

2.1.a Feinstaub - Probleme

Feinstaub - ein kleines Molekül, das zahlreichen Großstädten zu schaffen macht. Feinstaub misst einen maximalen Durchmesser von 10µm und wird hauptsächlich in PM10 und PM2,5 unterschieden, wobei PM für particulate matter (=Feinstaub) steht und die Zahl den Durchmesser des Teilchens in µm angibt [Q2]. Man unterscheidet zusätzlich zwischen primären und sekundären Partikeln. Als primären Feinstaub bezeichnet man die Partikel, die unmittelbar an verschiedenen Quellen in die Luft freigegeben werden, was beispielsweise bei Verbrennungsprozessen der Fall ist. Die sekundären Partikel hingegen entstehen erst durch Reaktionen zwischen Gasen, sogenannten Vorläufersubstanzen. Beispiele für solche Substanzen sind Schwefeldioxid (NO2), Stickoxide (NOX) und Ammoniak (NH3). Feinstaub gehört zur darüber hinaus Gruppe der Aerosole, die wiederum eine Untergruppe der Dispersion sind. Eine Dispersion ist der Oberbegriff für ein heterogenes Gemisch, in dem „ein oder mehrere Stoffe (disperse Phase) fein verteilt in einem anderen kontinuierlichen Stoff (Dispersionsmedium)“[Q3] sind. Auf den Feinstaub bezogen befinden sich viele kleine Festkörper in einem Gasgemisch, weshalb Feinstaub auch nur sehr langsam absinkt[Q4]. Die Feinstaubpartikel können zum einen durch natürliche Quellen entstehen, wie beispielsweise Verbrennungsprozesse oder Vulkanausbrü- che, was ungefähr 90% der Gesamtursache für Feinstaub ausmacht. Die restlichen 10% sind anthropogen, d.h. menschengemacht. In Großstädten sind jedoch menschliche Aktivitäten die Hauptursache. Auch wenn in Deutschland seit den 1960er Jahren die Gesamtjahresanzahl an Feinstaub von 3 Millionen Tonnen rückläufig bis auf circa 200 000 Tonnen im Jahr 2004 ist, haben deutsche Großstädte wie z.B. Stuttgart noch immer massive Probleme damit, langfristige Maßnahmen gegen die PM10- Belastung zu ergreifen. Die Website „Stadtklima Stuttgart“ hat preisgegeben, dass der Straßenverkehr (Rußpartikel, Straßenstaub, etc.), die Industrie (v.a. Bauwirtschaft) und die Kleinfeuerungen bzw. Hausheizungen maßgeblich für die Feinstaubbelastung im Raum Stuttgart verantwortlich sind[Q5]. Gerade an unserem eigenen Körper können das komplexe Stoffgemisch große Schäden anrichten. Dabei gilt die grobe Regel: Je kleiner, desto schädlicher. Unsere Nasenschleimhaut kann größere Partikel in den Magen-Darm-Trakt befördern und somit vernichten, die kleinen PM2.5 jedoch können bis in die Lungenbläschen oder gar den Blutkreislauf eindringen. Das hat Entzündungen, asthmatischen Beschwerden bis hin zu Herz-Kreislauf-Stö- rungen oder gar Krebs führen[ Q6]. Die „Apotheken-Umschau“ ver- öffentlicht verheerende Zahlen: „Dringen die bakterien-großen Partikel in die Lungenbläschen ein, fährt der Körper seine ganze Abwehr auf, um sie wieder loszuwerden. Damit schädigt er sein eigenes Gewebe - was wiederum das Risiko für Krebs erhöht. Jährlich sterben 47.000 Menschen in Deutschland an den Folgen der Luftverschmutzung durch Feinstaub und Stickstoffoxide, schätzte das Umweltbundesamt im Jahr 2014.“[Q7] Aber nicht nur durch unser bewusstes Verbrennen von fossilen Brennstoffen in Industrie sowie dem Bereich der alltäglichen Luxusgüter(Auto, Kamin, etc.) riskieren wir unsere Gesundheit, auch das alljährliche Feuerwerk zum Neujahr lässt die täglichen Werte des Feinstaubgehalts in der Luft in die Höhe schießen: Jedes Mal zum Jahreswechsel werden rund 5000 Tonnen Feinstaub freigesetzt, und das allein in Deutschland. Obwohl laut EU-Richtlinien der Tageswert von 50µg/ m³ nur an 35 Tagen überschritten werden darf, überschreiten die ersten Januare die Richtlinien bei Weitem. In einer Station in München wurden am 1.1.17 564 µg/m³ gemessen.

2.1.b Feinstaub - Lösungen

Im Laufe der Jahrzehnte haben sich gerade in Stuttgart einige Maß- nahmen etabliert und bewährt, wenn auch die Feinstaubbelastung noch immer zu hoch ist. Einerseits hat sich Deutschland als Bundesstaat an die EU-Richtlinien zu halten, weshalbwie bereits erwähntder Feinstaubgehalt pro Tag die 50µg/ m³-Marke nicht überschreiten darf. Ist das doch der Fall, ist es schon häufiger vorgekommen, dass ein sogenannter Feinstaubalarm ausgelöst wird, sobald der „Deutsche Wetterdienst an mindestens zwei aufeinanderfolgenden Tagen ein stark eingeschränktes Austauschvermögen der Atmosphäre prognostiziert hat“[Q8]. Dabei werden Anreize für die Bewohner oder dort Arbeitende geschaffen, von ihrem PKW auf öffentliche Verkehrsmittel umzusteigen. Aktuell ist dabei das „UmweltTagesTicket“, das von dem VVS angeboten wird. Es zeigt sich, dass verschiedene Länder verschiedene Konzepte zur Luftreinhaltung entwickelt haben. So verlangt London eine City Maut, die sogenannte „Congestion Charge“ (CC), d.h. Autofahrer dürfen die Innenstadt nur gegen eine bestimmte Gebühr befahren. In Italien sowie auch in einigen anderen Staaten gilt ein Sonntagsfahrverbot für Lastkraftwagen über 7,5 Tonnen, wobei in Italien die Auflagen in den Sommermonaten noch härter sind [Q9] . Im Folgenden soll eine weitere Methode vorgestellt werden, die zur Entlastung der Umwelt beitragen kanndie Dieselpartikelfilter. Diese bestehen aus einer porösen Keramik (meist Siliziumcarbid) , welche eine wabenförmige Struktur aufweist und eine Vielzahl an Kanälen hat, die an beiden Enden verschlossen sind. Dadurch muss das durchströmende Rohabgas die Filterwände durchströmen. Dadurch bleiben die großen Rußpartikel und andere größere Schadstoffe hängen und rußfreies Abgas wird in die Luft freigegeben. Jedoch haben sowohl die Filter mit Additiven als auch die ohne Additive nur eine begrenzte Aufnahmekapazität des Rußes, weshalb die Filter ca. alle 180 000 km ausgebaut und mechanisch gereinigt werden müssen, um Motorschäden (wie z.B. rußbedingte Ölverdünnung etc.) zu vermeiden. Doch ganz allgemein gilt: Es sollte auf neue Antriebsmethoden gesetzt werden, nicht nur beim Auto, sondern auch in allen anderen Bereichen, die Energie benötigen. Staatliche Fördergelder würden die energieeffiziente Stadtplanung und Luftreinhaltepläne vorantreiben und beschleunigen. Um die Verkehrsdichte in den Großstädten und den daraus resultierenden Feinstaubgehalt zu reduzieren, sollte das Verkehrsnetz der öffentlichen Verkehrsmittel zusätzlich ausgebaut werden, um einen nachhaltige Verbesserung der Lage zu erlangen.

2.2.a Stickoxide - Probleme

Ähnlich wie der Feinstaub bergen auch Stickstoffoxide Risiken bezüglich der Umwelt und deren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Stickstoffoxide werden mit NOX symbolisiert, da Stickstoff mehrere Oxidationsstufen besitzt und deshalb mehrere verschiedene Stickstoff-Sauerstoffverbindungen entstehen. Stickoxide sind nicht mit nitrosen Gasen gleichzusetzen [Q10], welche lediglich das Gemisch aus Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid bezeichnen und nicht die Gesamtheit aller Stickstoffoxide beschreiben. Stickoxide können sowohl aus anthropogenen als auch aus natürlichen, atmosphärischen Prozessen heraus entstehen. Stickoxide sind einerseits die entstehenden Abgase bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, andererseits zu einem großen Teil durch Blitze. Jährlich entstehen durch Blitze deshalb bis zu 20 Millionen Tonnen Stickstoffoxid[Q10]. Dabei ist immer eine Energiezufuhr zur Bildung nötig, denn Stickoxide entstehen ausschließ- lich durch endotherme Reaktionen, was demnach auch die technische Verwendbarkeit als Oxidationsmittel bedingt. Gegenüber Wasser neigen Stickstoffoxide zur Säurebildung, weshalb diese Stoffe auf den Menschen toxisch-reizend wirken. Nitrose Gase haben einen so stechenden Geruch, dass sich im menschlichen Körper auch noch 24 Stunden nach der Inhalation Lungenödeme bilden können. Die Lebensdauer dieser Stoffe beträgt am Boden bis zu einem Tag, in mehreren Kilometern Höhe jedoch mehrere Wochen, weshalb sie für das Klima gefährlich, also klimawirksam, sind. Die Problematik in Deutschland wird fälschlicherweise oft vernachlässigt, da man sich auf einen Rückgang der Zahlen von 1990-2014 um 50% verlässt. Dies ist zwar durchaus richtig, beinhaltet aber nur den Rückgang, was den Verkehr anbelangt. Tatsächlich hat sich die Gesamtanzahl an Stickstoffoxiden in Deutschland kaum verändert. Sowohl für das Klima als auch für den Menschen ist die Wirkung der Stoffe kritisch. Im Jahre 2012 gab es 10400[Q11] Todesfälle aufgrund der Schadstoffbelastung. Stickoxide greifen die Schleimhäute an, verursachen Atemprobleme und führen zu einer Bronchienverengung. Auch die Böden haben darunter zu leiden, da durch den „Sauren Regen“ die Böden versauern und geringere Erträge bringen:

2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3

N2O4 + H2O → HNO2 + HNO3

Wenn demnach also Stickstoffdioxid bzw. Distickstofftetroxid mit Wasser reagiert, entstehen Salpetrige Säure (HNO2) und Salpeters- äure (HNO3)[Q10]. Solche Reaktionen können in der Luft stattfinden und bei einer Kondensation als Regen herabfallen. Stickstoffdioxid kann mit Luftsauerstoff aber auch Ozon und Stickstoffmonoxid bilden[Q10] und ist somit beteiligt an der Bildung bodennahen Ozons. Daran sieht man, wie gefährlich Stickstoffoxide für die Umwelt sind und dennoch wurde in Stuttgart der Stundengrenzwert von 200µg/m³ 196 Mal überschritten, wobei nach der EU-Richtlinie nur 18 Mal erlaubt ist [Q12].

2.2.b Stickoxide - Lösungen

Die Lösungsmöglichkeiten bzw. die Maßnahmen, die gegen den hohen Stickoxidgehalt in der Luft ergriffen werden können, lassen sich in Primärund Sekundärmaßnahmen[Q10] unterteilen. Die Primärmaßnahmen sollen eine Entstehung von NOX im Feuerungsprozess verhindern, indem man Techniken wie z.B. Luftstufung oder inbzw. externe Abgasrückführung verwendet. die Sekundärmaßnahmen hingegen intendieren eine katalytische oder nichtkatalytische Reduktion der Stickstoffoxide zu elementarem Stickstoff.

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Details

Seiten
22
Jahr
2017
ISBN (eBook)
9783668681408
ISBN (Buch)
9783668681415
Dateigröße
602 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v417912
Note
1
Schlagworte
Chemie Umwelt Feinstaub Stickstoffdioxode CO2 FCKW Flourkohlenwasserstoffe Atmosphäre

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Titel: Die Probleme Feinstaub, Stickstoffoxide, FCKW und Atmosphäre in unserer modernen Gesellschaft und mögliche Lösungsansätze