Umwelt

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Vorlesung WS 2008/2009

Umwelt – Stoffe – Energie

0rganisatorisches:

Prof. Dr. habil. Gert Bernhard

Professur Radiochemie, TU Dresden und

Institut für Radiochemie, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf 01314 Dresden, PF 510119, Telefon: 260 3280

e-mail: G.Bernhard@fzd.de

Gert.Bernhard@mailbox.tu-dresden.de

- Einschreiblisten ausfüllen

- Abschluss mit Leistungsnachweis: Februar 2009 - Teilnahmeschein bei Vorlage der Testate

- Exkursion: bei Interesse nach Absprache - Material zur Vorlesung: http://www.fzd.de

Î Institute

Î Institut für Radiochemie Î Studium & Lehre

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Wintersemester 2008/2009 Vorlesung:

Umwelt - Stoffe - Energie

Gliederung

:

0. Vorbemerkungen, Definitionen

1. Risiko und wissenschaftlich - technischer Fortschritt 1.1 Begriff des Risikos

1.2 Grenzwerte, Stabilitätskriterien 2. Entstehung der Umwelt

2.1 Bildung der Elemente 2.2 Entstehung des Lebens

2.2.1 Bildung des atmosphärischen Sauerstoffs 2.2.2 Miller' sches Experiment

2.2.3 Photosynthese, Atmung, Gärung

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3. Umweltkompartimente 3.1 Luft

3.1.1 Funktion und Aufbau der Atmosphäre 3.1.2 Zusammensetzung der Luft

3.1.3 Klimawandel 3.1.4 Ozon

3.1.5 Spurengase und Fluorchlorkohlenwasserstoffe

3.1.6 Einfluss natürlicher und anthropogener Emissionen 3.2 Wasser

3.2.1 Bedeutung und Funktion

3.2.2 Trinkwasseraufbereitung und Qualität 3.2.3 Belastung des Wassers

3.3 Boden

3.3.1 Bestandteile des Bodens 3.3.2 Verwitterungsprozesse 3.3.3 Huminstoffe

3.3.4 Einträge in Böden

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4. Stoffe in der Umwelt

4.1 Gift / Droge – Schadstoff / Umweltchemikalie 4.2 Natürliche und künstliche Radioaktivität

4.3 Stoffeintrag -Transport -Transfer -Transformation 4.3.1 Stoffkreisläufe

4.3.2 Schwermetalle 4.3.3 Organika

4.4 Natürlicher Abbau von Chemikalien 4.5 Stoffe und Biosysteme

4.5.1 Organismus 4.5.2 Bakterien 4.5.3 Pflanzen 5. Stoffanalytik

5.1 Messung und Bewertung von Schadstoffen 5.2 Umweltanalytischer Prozess

5.3 Schadstoffanalytik (Beispiele)

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6. Energieerzeugung 6.1 Grundlagen

6.2 Bewertung

7. Umweltgerechte Technologien (Beispiele) 7.1 Luft

7.1.1 Rauchgasentschwefelung

7.1.2 Abgasreinigung durch Katalysator 7.2 Wasser

7.2.1 Abwasserreinigung

7.2.2 Reinigung kontaminierter Grundwässer 7.3 Boden

7.3.1 Reinigung von Böden

7.3.2 Sanierung kontaminierter Gebiete

8. Entsorgung 8.1 Recycling 8.2 Deponie

8.3 Müllverbrennung 8.4 Vergärung

8.5 Nukleare Entsorgung

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9. Umweltauswirkungen bei Unfällen in Produktion und Energieerzeugung

10. Stoffproduktion, Energieerzeugung, Entsorgung - umweltbezogenes Denken -

10.1 Einfluss des Gesetzgebers

10.2 Wirkung von Umweltschutzzielen auf die Technik

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Literatur:

V. Koß

Umweltchemie, Eine Einführung für Studium und Praxis Springer Verlag, 1997, ISBN 3-540-61830-9

S. Holler, C. Schäfers, J. Sonnenberg Umweltanalytik und Ökotoxikologie

Springer Verlag, 1996, ISBN 3-540-58718-7 U. Förstner

Umweltschutz Technik

Springer Verlag, 1995, ISBN 3-540-58536-2 E. Rebhan (Hrsg.)

Energiehandbuch (Gewinnung, Wandlung und Nutzung von Energie)

Springer Verlag, 2002, ISBN 3-540-41259-X

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Umwelt – Stoffe – Energie

0. Vorbemerkungen, Definitionen

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Energie Stoffe

Produktion Konsumtion

Entsorgung

Wissenschaft Technik

Politik

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Zusammenhang:

Umwelt - Stoffe - Energie

Chemie/Stoff - Umwelt:

Umweltchemie (Ökochemie) ist ein Teilgebiet der Chemie

- chemische Aspekte der Prozesse, die in der Umwelt ablaufen und Einfluss von Stoffen auf die Umwelt

Technik/Produkt - Umwelt:

- Technische Aspekte haben Auswirkung auf die Umwelt, Ökologie beeinflusst Technologien

Energie - Umwelt:

- Technische und chemisch-physikalische Aspekte, Art der Energiegewinnung beeinflusst Umwelt

Mensch/Gesellschaft - Umwelt:

- Politische Beeinflussung des Umweltbewusstseins

Î Erkennen von Ursache - Wirkungsbeziehungen

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Umwelt

Bezeichnung für die Gesamtheit aller Erscheinungen, mit denen ein Organismus in seinem artspezifischen Lebensraum in Wechselbeziehungen steht und

denen er sich in entwicklungsgeschichtlichen Zeiträumen so angepaßt hat, daß ein ökologisches Gleichgewicht

entstehen kann.

P.Borsch, H.J. Wagner, Energie und Umweltbelastung, Springer,1992

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Umwelt

Jakob von Uexküll (deutscher Biologe) 1909:

Umwelt ist die Summe aller Faktoren,

die ein Lebewesen umgeben und auf die es reagiert

1924 Gründer des „Institut für Umweltforschung“ in Hamburg

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Umwelt

- Umwelt erhalten, von der Umwelt/Natur lernen:

Sandfisch

Lotosblume

Elektronenableitung durch Millionen kleiner Elektroden, Ableitung der Spannung dadurch kein Festkleben von Sandkörnern

- Verhinderung elektrischer Aufladungen

Winzigste Strukturen, dadurch Wassertropfen sehr groß und perlen ab mitsamt des Schmutzes

- Anstriche, Fassaden

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Umweltbelastung

Allgemeine Beeinflussung und Veränderung der natürlichen Umwelt durch physikalische, chemische, biologische und technische Eingriffe, Verunreinigungen (z.B. durch Staub, Mikroorganismen, Chemikalien oder Strahlen) können zur Umweltverschmutzung führen, wenn sie über die natürliche Regenerationskraft der verschmutzten Medien (z.B. Boden, Wasser, Luft) hinausgehen.

P. Borsch, H.J. Wagner, Energie und Umweltbelastung, Springer, 1992

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Materie

Materie ist alles, was Raum beansprucht und Masse besitzt.

Materie besteht aus unterschiedlichen Stoffen.

C. E. Mortimer, Chemie - Das Basiswissen der Chemie, Georg Thieme, 1987

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Materie

Heterogene Gemische

(veränderl. Zusammensetzung)

Homogene Gemische

(Lösungen: veränderl.

Zusammensetzung)

Homogene Stoffe

Verbindungen Elemente

Reine Stoffe

(feste Zusammensetzung)

Trennung (phys. Methoden)

Trennung (chem. Methoden)

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In der Umwelt vorkommender Stoff, von dem schädliche Wirkungen auf Lebewesen und Sachgüter ausgehen können und dem der einzelne Mensch unfreiwillig ausgesetzt ist.

Schadstoff

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Energie ist die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten.

Energie kann weder erzeugt noch verbraucht werden.

Sie kann jedoch von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden.

(Physikalische Definition)

Energie

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Energieformen und ihre Nutzung

(energiewirtschaftliche Unterscheidung) - Beispiele -

potentielle Energie - Wasserkraftwerk kinetische Energie - Windkraft

chemische Energie - die in der Kohle oder dem Erdöl gespeicherte Energie

thermische Energie - Wärme bei der Kohleverbrennung elektrische Energie - elektrischer Strom

elektromagnetische Energie - Mikrowelle

nukleare Energie - Kernspaltung, Kernfusion

Bewertung der Energieformen: politisch /technisch/wirtschaftlich?

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1. Risiko

und wissenschaftlich - technischer Fortschritt

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Schadstoffbelastungen

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Risiko

(ursprünglich Begriff aus dem Versicherungswesen)

- Eintretenswahrscheinlichkeit eines Schadensfalles -

Risikoabschätzung

Quantitative Bestimmung der möglichen Gesundheits- gefährdung durch Chemikalien, Strahlung, Umwelt-

einflüsse u.a., auch Schadwirkungen auf das Öko-

system

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Risiko

- ein negatives Ereignis, was in der Zukunft eintreten kann - Gleichzeitigkeit von Risiken

- Risiken klein: dann „Restrisiko“

- Fehleinschätzung von Risiken: führen zu „Katastrophen“

- Minimierung der Auswirkungen von erkannten Risiken durch

„Risikomanagement“

Zitat:

„Wer wagt gewinnt – außer er verliert“

Risiko + Chance = 1

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Verringerung der Lebenserwartung

durch verschiedene Risiken

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Risiken von Chemikalien

bekannte chemische Verbindungen:

ca. 12.000.000

Stoffe mit bekanntem akuten Gefährdungspotential:

ca. 100.000 davon produziert:

ca. 60.000

Umweltanalytisch-toxikologisch umfassend untersucht:

ca. 2.000

(Weltweit ca. 100.000 Stoffe produziert und kommerziell genutzt)

- Risiko bei Stoffproduktion und Nutzung

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Technik - Energiegewinnung

- Risiken neuer Technologien

- Risiko der verschiedenen Formen der Energiegewinnung

Neue Krankheiten

- Krankheiten besser differenzierbar - Erkannte Krankheiten besser heilbar

- Schnellere Verbreitung durch Globalisierung

- Wirkung von: Gentechnik, Formen der Energieerzeugung, Technik verbunden mit Strahlen,

Belastungen aus Zivilisation (Lärm, Abgase...)

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Wissenschaft und Technik als Risiko

- subjektives Empfinden

- politisch geprägte Information

- Unverständnis....Ungewissheit im Nutzen - „Sprachbarriere zwischen Profi und Laien“

Risiko nicht abschaltbar, immer vorhanden

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Grenzwerte:

• Lärm

• Elektrosmog

• Stoffart

• Stoffkonzentrationen

• Strahlung

• Wissenschaftliche, technische Anwendungsfelder

• Begrenzung technischer, physikalischer Werte usw.

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Grenzwerte:

(Wirkung von Schadstoffen)

- MAK (Maximale Arbeitsplatzkonzentration)

MAK-Wert ist die höchstzulässige Konzentration eines Gases Dampfes oder Schwebstoffes in der Luft am Arbeitsplatz

(maximale Arbeitsplatzkonzentration) bei der die Gesundheit bei einer 8-stündigen Exposition/Tag über ein Arbeitsleben (ca. 40 Jahre, 5 Tage Woche) vermutlich nicht beeinträchtigt wird. Werte werden von DFG festgelegt, ca. 400 Werte bisher, es sind Richtwerte, die auch auf Tierexperimenten beruhen.

Beispiele:

SO₂ 5,0 mg/m³ CO 33,0 mg/m³ NO₂ 9,0 mg/m³ O₃ 0,2 mg/m³

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Substanzmenge / beobachtete Wirkung

Höchstwerte Grenzwerte

Dosis ohne erkennbare Wirkung (NOEL)

MAK-Wert

Dosisbereich in dem es zu toxischen Wirkungen auf den Organismus kommt

SICHERHEITSFAKTOR Beobachtete

Wirkung

SUBSTANZMENGE

Die Gefährlichkeit einer toxischen Substanz ist von der aufgenommenen Menge abhängig. Sie nimmt mit sinkender Dosis ab. Sofern es sich nicht um eine Chemikalie handelt, die erbgutverändernd oder krebsauslösend ist, sind unterhalb einer bestimmten Dosis keine Wirkungen mehr feststellbar. Der Toxikologe bezeichnet diese Wirkungs- schwelle als „No observed effect level“ - Dosis ohne beobachtete Wirkung. Für die Grenzwertfestlegung am Arbeits- platz ist sie die Richtschnur. Grenzwerte für die Gesamtbevölkerung berücksichtigen durch einen Sicherheitsfaktor die höhere Empfindlichkeit beispielsweise von Kleinkindern, älteren oder kranken Menschen.