Aspekte der Nachhaltigkeit
ausgewählter Bereiche der Technik
Birgit Konrad, BSc (Matrikelnr. 01310489)
Masterstudium Umweltsystemwissenschaften Naturwissenschaften-Technologie
Karl-Franzens-Universität Graz und Technische Universität Graz Seminar zu Laborübungen Umwelttechnik, UNT.217UB
"Umgehend Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen ergreifen" ... das ist eines der 17 Ziele der Agenda 2030 zur nachhaltigen Entwicklung. Diese 17 globalen Ziele (kurz SDG für Sustainable Development Goal) wurden im September 2015 von der UN-Generalversammlung beschlossen und stellen einen Aktionsplan für die Menschen, den Planeten und den Wohlstand dar.1
Diese Arbeit beschreibt Methoden der Umweltwissenschaften aus ausgewählten Laborübungen in ihrer Durchführung, den Ergebnissen und deren nachhaltigen Aspekte.
Methoden, die in der Umwelttechnik Anwendung finden, leisten einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung unserer Gesellschaft. Prozesse in der Natur können durchleuchtet und besser verstanden werden. Es wird bei dieser Arbeit auch näher auf einige der SDGs eingegangen, inwieweit diese von den kennengelernten Technologien profitieren können.
Graz, Juni 2018
Seite
1 Problemstellung ... 3
2 Stand der Technik ... 3
3 Material / Methoden / Diskussionen ... 4
3.1 Env-1a: Elektromagnetische Strahlung ... 4
3.2 MatETech-2: Elektrochemie ... 6
3.3 MatETech-3c: RAMAN Spektroskopie ... 7
3.4 MatETech-1: Surface Science ... 8
3.5 Env-2: Luftanalytik ... 10
3.5.1 Staubmaskentest ... 10
3.5.2 Elementgehalt Luft am UNI-Gelände ... 12
3.6 MatETech-4: Biokraftstoffe ... 13
4 Resultate und Perspektiven ... 15
4.1 Env-1a: Elektromagnetische Strahlung ... 15
4.2 MatETech-2: Elektrochemie ... 16
4.3 MatETech-3c: RAMAN Spektroskopie ... 16
4.4 MatETech-1: Surface Science ... 17
4.5 Env-2: Luftanalytik ... 17
4.6 MatETech-4: Biokraftstoffe ... 17
5 Zusammenfassung ... 18
6 Referenzen ... 18
1 Problemstellung
Bei den Laborübungen Umwelttechnik wurden unterschiedliche Technologien, die im Umweltbereich Anwendung finden, kennengelernt und angewandt. Ein weiteres Ziel war es, die Aspekte der Nachhaltigkeit dieser Technologien herauszuarbeiten. Folgende Laborübungen wurden absolviert:
Ø Elektromagnetische Strahlungen (Messung des Spektrums und Levels der elektromagnetischen Strahlung) - Welche Auswirkungen haben elektromagnetische Wellen auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden?
Ø Elektrochemie (Ionenaufnahme und -abgabe bei Palladium- und Platinprobe): Wie kann man die besonderen Eigenschaften der untersuchten Materialien für den Umweltschutz einsetzen?
Ø RAMAN Spektroskopie (spektroskopische Untersuchung von Kohlenstoff auf Kupferprobe) - In welchen Bereichen ist diese Technologie einsetzbar? Kann diese Technologie der menschlichen Gesundheit dienen?
Ø Surface Science (Oberflächenanalyse einer Platinprobe mittels IR, XPS, LEED) - In welchen Bereichen kann man diese unterschiedlichen Technologien einsetzen?
Finden diese Methoden im Umweltschutz- und Gesundheitsbereich Anwendung?
Ø Luftanalytik (Vergleich von Staubmasken, Elementkonzentrationsbestimmung der Luft am Universitätsgelände Graz) – Erfüllen Staubmasken ihren Zweck und können so der menschlichen Gesundheit dienen? Wo findet diese Technologie weitere Einsatzgebiete?
Ø Biokraftstoffe (Untersuchung der Stabilität Oxidation Biokraftstoffe) - Pro und Kontra der Biokraftstoffe
2 Stand der Technik
In den 1980-er Jahren fand der Spruch „Erst wenn der letzte Baum gerodet, der letzte Fluss vergiftet, der letzte Fisch gefangen ist, werdet Ihr merken, dass man Geld nicht essen kann.“
weite Verbreitung. Man brachte die Bildung des Ozonlochs mit der Umweltausbeutung des Menschen zusammen. Luftverschmutzung durch Abgase verursachten auch sauren Regen, der wiederum für das Waldsterben verantwortlich war. Der Reaktorunfall in Tschernobyl 1986 zeigte den sorglosen Umgang mit einer unbändigen Energieform auf. Man erkannte, dass viele Prozesse nicht oder erst in sehr langer Zeit rückgängig gemacht werden können.
Der Begriff Nachhaltigkeit wurde ursprünglich in der Forstwirtschaft verwendet, er bedeutete, dass die Wälder mit Einzelstammentnahme und Nachaufforstung und nicht mit Kahlschlag zu bewirtschaften ist. Mit der Zeit bürgerte sich das Wort Nachhaltigkeit in unserer Gesellschaft ein. Heute gibt man diesem Wort eine umfangreichere Bedeutung, es beschreibt den rücksichtsvollen Umgang mit unseren Rohstoffen. Im Brundtland-Bericht, veröffentlicht 1987 von der Weltkommission für Umwelt und Entwicklung, wird Nachhaltigkeit so beschrieben:
"Eine nachhaltige Entwicklung befriedigt die Bedürfnisse der Gegenwart, ohne die Möglichkeit künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu wählen."2
Die Vereinten Nationen haben im September 2015 17 soziale, wirtschaftliche und ökologische Ziele beschlossen, um unsere Welt im positiven Sinne zu verändern. Es geht hier um eine weltweite Kurskorrektur in Richtung nachhaltige Entwicklung bis zum Jahr 2030.3
Technologie beeinflusst Wirtschaft, Umwelt und Menschheit. Sie ist Verursacherin vieler ökologischer Probleme, aber sie bringt auch wirksam Lösungen gegen Umweltzerstörung, Gesundheitsschädigung und Klimawandel bzw. kann zu deren Bewertung der Auswirkungen eingesetzt werden.4
3 Material / Methoden / Diskussionen
In diesem Kapitel werden die Inhalte der durchgeführten sechs Laborübungen beschrieben und kennengelernte Technologie vorgestellt.
3.1 Env-1a: Elektromagnetische Strahlung
Bei dieser Laborübung wurden elektromagnetische Strahlung am Standort des Physikgebäudes der Universität Graz mit einem Spektrumanalysator im Frequenzbereich von 100 kHz und 3 GHz empfangen und den Sendequellen zugeordnet.
Elektromagnetische Strahlung wird von Sendequellen in unterschiedlichen Frequenzen und Wellenlängen ausgestrahlt. Das Wellenlängenspektrum umfasst dabei von vielen Kilometern im niederfrequenten Bereich bis hin zu wenigen Pikometern bei Gammastrahlen. Das Lichtspektrum ist dabei nur ein sehr kleiner sichtbarer Teil des gesamten elektromagnetischen Spektrums.
Ein Teilbereich der elektromagnetischen Strahlung wird zur technischen Kommunikation verwendet. Radiowellen übertragen Informationen in Form von Sprache und Bilder, die moduliert und von einer Sendeantenne als Welle abgestrahlt werden. Bei der Empfangsantenne werden die Signale verstärkt und demoduliert. Nachdem auf
unterschiedlichen Trägerfrequenzen gesendet wird, kann man viele Rundfunk- und Fernsehprogramme mit den jeweiligen Frequenzen auswählen und empfangen.
Mit einem Spektrumanalysator wurden Wellen mit unterschiedlichen Wellenlängen empfangen und den Sendequellen zugeordnet. Die Signale des Gesamtfrequenzbereichs sieht man in Abbildung 1.
Abbildung 1: Gesamtfrequenzbereich - Maximalamplituden
Im Kurzwellenbereich konnte bei der Frequenz von 13,56 MHz ein Near-Field-
Communication (NFC)-Signal eines Mobiltelefons erfasst werden.
Im Ultrakurzwellenbereich konnten einige Radio-Signale, die vom Sender am Schöckl ausgestrahlt werden, im Frequenzbereich zwischen ca. 85 MHz und 110 MHz zugeordnet werden.
Im Dezimeterwellenbereich wurden die Funksignal-Frequenzen eines Autoschlüssels bei 434 MHz, eines Handfunkgerätes bei 463 MHz und der Frequenzbereich des
Antennenfernsehens bei ca. 470 - 800 MHz erfasst und zugeordnet. Ein untersuchtes Mobiltelefon strahlte in dem Frequenzbereich von 828 bis 856 MHz Signale aus. Das WLAN-
und Bluetooth-Signal nutzte den Frequenzbereich zwischen 2400 GHz und 2480 GHz.
Mit dem verwendeten Spektrumanalysator kann man Signale in einem bestimmten Frequenzbereich erfassen. Dabei kann man auch die Intensität der Strahlung bzw. die Spannung ablesen. Dadurch erkennt man, dass die Intensität der Signale mit der Entfernung zur Sendequelle abnimmt.
3.2 MatETech-2: Elektrochemie
Es wurden bei dieser Laborübung zwei Versuchsreihen durchgeführt. Die Oberfläche eines Platinpellets wurde durch elektrochemischen Messungen mit drei Elektroden in einer Elektrolytlösung ermittelt. Bei der zweiten Aufgabe wurde durch Anlegen einer Spannung Wasserstoff auf einem Palladium-Plättchen angelagert. Das Verhältnis Wasserstoff zu Palladium wurde berechnet.
In diesen beiden Versuchen wurde die Phasengrenze zwischen dem jeweiligen Metall und der Elektrolytlösung genauer betrachtet. Es floss Ladung durch die Phasengrenze, denn im Metall befinden sich frei bewegliche Elektronen und in der Elektrolytlösung befinden sich Ionen mit unterschiedlicher Ladung. Durch die Potentialdifferenz bildete sich eine elektrolytische Doppelschicht, die wie ein Plattenkondensator wirkt.
Je nach angelegter Spannung liefen nun Reaktionen an der Phasengrenze ab (siehe Abbildung 2)
Abbildung 2: Zyklovoltammetrie von Platindraht in KOH;; Ad- und Desorption
Aufgrund dieser Messungen konnte die Oberfläche des Platinpellets errechnet werden und ergab etwa APt-Pellet = 0,4 m2, obwohl das Platinpellet nur einen Durchmesser von etwa 2 mm hatte. Als spezifische Oberfläche wurde APt-spez = 8,6 m2/g berechnet.
Bei der zweiten Versuchsreihe wurde das Verhältnis Wasserstoff zu Palladium für zwei unterschiedliche Ladungen berechnet und ergab nach einer viertelstündigen Beladung mit 4 mA ein Verhältnis 4 mA H : Pd = 0,038 bzw. im zweiten Durchgang nach der einstündigen Beladung mit 1 mA ein Verhältnis 1 mA H : Pd = 0,036. Das bedeutet, dass mit der kürzeren Ladezeit, aber höherem Strom eine höhere Ladung erzielt wurde, als mit der längeren Ladezeit und dem geringeren Strom.
3.3 MatETech-3c: RAMAN Spektroskopie
Für diese Laborübung wurden vorbereitete Kupferknöpfe und -plättchen, die mit einer unterschiedlichen Menge an Kohlenstoff überzogen waren, mit Raman-Spektroskopie vermessen. Durch die Auswertung der Messdaten soll man quantitative und qualitative Schlüsse ziehen.
Mit der Raman-Spektroskopie kann man Materialien auf deren Eigenschaften untersuchen.
Mit einem Laser wird die zu untersuchende Probe bestrahlt und das Spektrum und die Polarisation des gestreuten Lichts gibt über diverse Eigenschaften Auskunft.
-‐0,4 -‐0,3 -‐0,2 -‐0,1 0,0 0,1 0,2
-‐1,2 -‐1 -‐0,8 -‐0,6 -‐0,4 -‐0,2 0 0,2 0,4 0,6
Strom [mA]
Potential [V]
Desorption Wasserstoff Doppelschicht Adsorption Sauerstoff
Desorption Sauerstoff Adsorption Wasserstoff
Gasentwicklung
Abbildung 3: Graphen-Kupfer Probe Nr. 11 und Vergleichsprobe Kupfer Standard
In zwei Bereichen konnten jeweils zwei bzw. drei Peaks erkannt werden (Abbildung 3), die genauer analysiert wurden. Mit dem Computer-Programm GRAMS/AI, einer speziellen Spektroskopie-Software, wurden diese beiden Peaks näher betrachtet und bearbeitet.
Die Wellenzahl der Peaks geben Auskunft über das Material, das auf der Probe anhaftet. In diesem Fall war es Kohlenstoff. Aus den Intensitätsverhältnissen bekommt man gute Hinweise zur Größe die Kristallite und deren Unordnung in der Probe
Die Messungen ergaben, dass hochstrukturiertes Graphen an beiden Proben zu finden war und die Kristallite auf dem Kupferknopf größer waren, als auf dem Kupferplättchen.
3.4 MatETech-1: Surface Science
Ziel dieser Laborübung war, unterschiedliche Methoden zur Oberflächenuntersuchung kennenzulernen und diese auch einzusetzen. Ein Platinknopf wurde zunächst gereinigt und vermessen, danach mit unterschiedlichen Elementen (zB CO, O2) beschossen und erneut vermessen. Es wurde mit Infrarot- und Röntgenstrahlung gemessen und auch Bestimmungen mit LEED (Low-Energy Electron Diffraction) in einer aufwendig verarbeiteten Apparatur durchgeführt.
0 2 4 6 8 10 12 14
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Intensität [a.u.]
Wellenzahl [1/cm]
Kupfer mit / ohne Graphen
Kupfer ohne Graphen Kupfer mit Graphen
XPS: Mit der Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie ist es möglich, die chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Im Stahl-Land Österreich ist diese Methode beliebt um teure Edelstahlteile auf Verunreinigungen zu überprüfen, ohne den Festkörper zu zerstören.
Für den Versuch wurde die Oberfläche chemisch bestimmt.
IR: Infrarot-Spektroskopie regt die Energiezustände der Moleküle an und kann über die Struktur und auch Quantität des zu untersuchenden Materials Auskunft geben.
LEED: diese Methode wird zur Reinheitsbestimmung verwendet. Die Anordnung von Atomen auf einer Oberfläche kann bestimmt werden.
Abbildung 4: Infrarotspektroskopie - Platinprobe mit Catechol besprüht - Änderung Temperatur
Beispielgebend für die zahlreichen Messungen in dieser Laborübung wird in der Abbildung 4 ein Diagramm einer Infrarotspektroskopischen Messung dargestellt, bei der die Platinprobe mit Catechol (1,2-Dihydroxbenzol) besprüht wurde und dann mit unterschiedlichen Temperaturen vermessen wurde. Anhand der Wellenzahl der Peaks können die anhaftenden Moleküle identifiziert werden. Mit zunehmender Temperatur verschwand der Kohlenmonoxid-
Anteil an der Probe (bei der Wellenzahl ca. 1850/cm sichtbar), denn das CO wurde vom Catechol verdrängt.
3.5 Env-2: Luftanalytik
Mit der Technologie der Luftanalytik wurden zwei unterschiedliche Experimente durchgeführt.
Zum einen wurden Staubmasken auf ihre Wirksamkeit überprüft und zum anderen wurde die Luft am Gelände der Grazer Universität sechs Tage lang auf bestimmte Inhaltsstoffe getestet und die Mengen davon bestimmt.
3.5.1 Staubmaskentest
Feinstaub (Particulate Matter - PM) besteht aus Partikeln, die kleiner als 10 μm im Durchmesser sind. Die Quellen von PM sind entweder natürlich (z. B. Mineralien, Aschen) oder anthropogen (z. B. Verkehr, Verbrennung, Industrie). Es kann in drei PM-Standards eingeteilt werden: PM10, PM2,5, PM1 - die Zahl gibt dabei an, dass 50 % der Partikel diesen Durchmesser in μm haben, zu mehr kleinere Partikel und weniger größere Partikel.
Um die Wirkung einer Staubmaske gegen die Partikel zu ermitteln, wurden vier unterschiedliche Produkte vor einem qualmenden Räucherstäbchen getestet (Abbildung 5).
Dazu wurde ein Styroporkopf vorbereitet und die Masken nacheinander (mit und ohne Abdichtung) über den Mund gelegt. Die Masken sind von A (teuer) bis D (sehr billig) klassifiziert. Das Hauptproblem bei diesem Versuch bestand darin, einen konstanten Staub mittlerer Menge zu erzeugen, daher sind die Messergebnisse auch nicht eindeutig ausgefallen (Abbildung 6).
Abbildung 5: Messaufbau Maskenversuch
Das Aerosol-Laser-Spektrometer saugte Umgebungsluft hinter der Kopf-Konstruktion in eine Messzelle. Die Partikel in der Luft kreuzen den Laserstrahl und jeder einzelne von ihnen wird gezählt. In der Messkammer kann die Größe der Partikel durch eine Streulichtmessung klassifiziert werden.
Abbildung 6: Resultat Maskenversuch
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
no mask mask D, no seal mask D, seal mask C, no seal mask C, seal mask B, no seal mask A, no seal mask A, seal
Particulate Matter µg/m3
comparison of dust-masks
PM1 PM2,5 PM10
Das Experiment zeigte, dass keine der Masken alle feinen Partikel herausfiltern konnte, besonders nicht die Feinst-Partikel PM1. Eine gute Anpassung an die Form des Gesichts ist sehr wichtig, selbst die beste Qualität der Maske reicht nicht aus, wenn die Maske nicht gut abdichtet.
3.5.2 Elementgehalt Luft am UNI-Gelände
Sechs Tage hindurch wurden mit einem Filterwechsler Luft im Wettergarten der Universität Graz durch Filter gesaugt und damit Schwebstaubpartikel gesammelt. Nach einem mikrowellenunterstützten Säureaufschluss der Filterproben wurden diese in einem ICP-MS (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) analysiert. Die Mittelwerte der Elementkonzentrationen über die sechs Tage ist in Abbildung 7 und Abbildung 8 dargestellt.
Abbildung 7: Konzentrationsmittelwerte der sechs Tage für Na, Mg, K, Ca
0 100 200 300 400 500 600 700
23 Na 24 Mg 39 K 44 Ca
Konzentration [ng/m3]
Mittelwert 6 Tage (Na, Mg, K, Ca)
Abbildung 8: Konzentrationsmittelwerte der sechs Tage für Ni, As, Cd, Pb
Die Messung hat wie erwartet gezeigt, dass keines der untersuchten Elemente die gesetzlichen Grenzwerte überschreitet.
Die geografische Lage von Graz, das in einem Becken liegt, führt zu einer schlechten Belüftung der Stadt. Besonders im Winter führt dies zu einer Anhäufung von Luftschadstoffen und die gesetzlichen Grenzwerte werden zu oft überschritten. Auch treten im südlichen Graz bei der Feinstaub-Messstelle in Don Bosco die meisten Grenzwertüberschreitungen ein.5
3.6 MatETech-4: Biokraftstoffe
Das Ziel dieser Laborübung war, Biodiesel aus fünf verschiedenen, zunächst unbekannten Speiseölen herzustellen und unterschiedliche Methoden kennenzulernen, mit denen die Qualität des Biodiesels eingeordnet werden kann. Die Umesterung des Pflanzenöls wurde mit Methanol unter Katalyse mit Kaliumhydroxid durchgeführt. Das entstandene Glycerol wird in der Zentrifuge separiert. Der gewonnene Methylester wurde mit Wasser gewaschen und getrocknet.
Für die analytische Charakterisierung wurden folgende Methoden angewandt:
o Dünnschichtchromotografie des Öls und FAME (fatty acid methyl ester)
o Fettsäurenzuordnung der Ölproben mittels GC/FID (Gaschromatographie mit Flammenionisationsdetektor;; meist wird diese Methode in der Wirtschaft verwendet -
siehe Abbildung 9)
0 500 1000 1500 2000 2500
60 Ni 75 As 111 Cd 208 Pb
Konzentration [pg/m3]
Mittelwert 6 Tage (Ni, As, Cd, Pb)
o Bestimmung des Pflanzenöls (Olivenöl, Rapsöl, Sonnenblumenöl, Distelöl, Maiskeimöl) aufgrund der Fettsäurenverteilung
o Bestimmung des Methylestergehalts mittels GC/FID und GPC (Gel-Permeations-
Chromatographie)
o Bestimmung der Viskosität des Öls und FAME
o Bestimmung der Methylester-Umwandlung mittels FT-IR (Fourier-Transform-
Infrarotspektrometer)
o Bestimmung der Oxidationsstabilität von Methylester mittels PetroOxy® und Ranzimat
Abbildung 9: Fettsäurenzuordnung der Ölproben mittels GC/FID --- Distelöl
In der Tabelle 1 und Tabelle 2 werden die Resultate der verschiedenen Messungen der unterschiedlichen Pflanzenöle zusammengefasst:
Tabelle 1: Resultate Biofuels Öl Pflanze IV
(Iod-Zahl) [g I2/100g]
Oxidationsstabilität Estergehalt [%]
PetroOxy®
[min]
Ranzimat [h]
FTIR TLC (circa-
Wert) GC-
FID
GPC
A Olive 75,1 26,68 14,61 87,18 90 96,8 85,14
B Raps 105,5 26,03 3,20 88,69 85 88,4 82,55
C Sonnenblume 133,7 13,91 2,52 92,14 85 99,0 90,94
D1 Distel - - - 88,98 - - 84,85
D2 Distel 91,78 25,87 1,32 90,97 90 95,9 86,52
E Maiskeim 119,3 23,83 4,27 91,91 85-90 88,1 83,07
Tabelle 2: Resultat Dichte und Viskosität von Öl "A"
Öl Pflanze
Dichte [kg/m3] Viskosität [mm/s2] Öl Methylester Öl Methylester
A Olive 898,9 868,4 39,407 6,829
Aufgrund der guten Oxidationsstabilität wäre das Olivenöl ein guter Rohstoff für die Biodieselherstellung (14,61 h - mit dem Rancimat gemessen). Allerdings ist dieses Öl zu teuer und wertvoll um es zur Kraftstoffherstellung zu verwenden. Außerdem enthält Olivenöl mehr Säuren und kann dadurch die Biodieselherstellung durch ungewünschte Reaktionen beeinträchtigen.
4 Resultate und Perspektiven
In diesem Kapitel wird der Bezug zu den siebzehn Zielen der Nachhaltigen Entwicklung hergestellt.
4.1 Env-1a: Elektromagnetische Strahlung
Beim dritten Ziel für nachhaltige Entwicklung (SDG 3) geht es um die Gesundheit und das Wohlergehen für alle Menschen jeden Alters und deren Wohlergehen. Auch wenn der Einfluss
elektromagnetischer Wellen auf unsere Gesundheit bisher weder zweifelsfrei bestätigt noch widerlegt wurde, sollte man mit strahlungsintensiven Sendequellen vorsichtig umgehen und einen möglichst großen Abstand halten. Besonders Babys und Kleinkinder sind sehr empfindlich und man sollte es zum Beispiel vermeiden, mit einem Mobiltelefon zu nahe neben ihnen zu telefonieren oder sie damit spielen zu lassen.
4.2 MatETech-2: Elektrochemie
Das Material Platin hat, wie im Versuch erforscht, eine sehr große Oberfläche. Diese Eigenschaft macht man sich bei einem Autokatalysator zu Nutze. Schadstoffemissionen werden durch diese Platinkatalysatoren stark reduziert. Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide reagieren zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff.
Auch das untersuchte Palladium wird im Fahrzeugkatalysator eingesetzt. Weniger Schadstoffe zu produzieren ist Teil der Zielvorgaben des Nachhaltigen Entwicklungsziel Nr. 13
"Maßnahmen zum Klimaschutz". Die Katalyse ist eine energiearme Methode um eine Reaktion zu starten und hat bereits einen wichtigen Platz in der Umwelttechnik eingenommen.
Die Elektrochemie hat in der Industrie ein umfangreiches Einsatzgebiet, wie die Schmelzflusselektrolyse oder die Aluminiumproduktion. Es werden hierfür große Mengen an Strom und Rohstoffen verbraucht. Um den Schaden für die Umwelt möglichst gering zu halten wurden schon 1998 von Anastas und Warner zwölf Prinzipien der Green Chemistry erstellt.6
4.3 MatETech-3c: RAMAN Spektroskopie
Diese Technologie ist vielseitig einsetzbar und man findet sie oft in Industrien. Sie werden zur Oberflächenmessung eingesetzt bei organischen und anorganischen Substanzen. Ein Anwendungsgebiet ist die Lebensmittelhygiene, da sogar verschiedene Bakterien unterschieden werden können. Somit kann diese Technologie helfen, das SDG 2 - "Kein Hunger" erreichen zu können, bei dem unter anderem sichere Nahrungsmittel gefordert werden. Aus demselben Grund passt diese Spektroskopie natürlich auch zum Gesundheitsthema (3. SDG – „Gesundheit und Wohlergehen“). Die Möglichkeiten der Anwendung der RAMAN-Spektroskopie sind umfangreich und daher findet sich diese Technologie in vielen der Nachhaltigen Entwicklungsziele wieder.
Im Leitfaden "Guidance on best available techniques and best environmental practices for the recycling and disposal of articles containing polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) listed under the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants" wird Raman-Spektroskopie als Technologie in Kombination mit Sortierung bei der Trennung von PBDE-enthaltenen
Polymeren genannt.7 Daher findet diese Technologie auch im SDG 14 "Leben unter Wasser";;
dieses Ziel fordert unter anderem, alle Arten der Meeresverschmutzung zu verhüten.
4.4 MatETech-1: Surface Science
Wie schon die RAMAN-Technologie sind auch diese spektroskopischen Messmethoden vielseitig einsetzbar. Neben Verwendung in der Grundlagenforschung können neue Materialien analysiert und Ab- bzw. Anlagerungen von Umweltschadstoffen auf Festkörpern können mit diesen Methoden untersucht werden. Somit können diese Technologien im Erreichen des SDG 13 "Maßnahmen zum Klimaschutz" mithelfen.
Für die untersuchte Probe "Platin" gelten natürlich auch die Denkanstöße, die unter dem Kapitel 4.2 zu finden sind. Die Technologie der Infrarotspektroskopie findet ähnliche Einsatzgebiete wie die RAMAN-Spektroskopie.
4.5 Env-2: Luftanalytik
Unter anderem in der Feinstaubhochburg Graz findet diese Technologie ihr Einsatzgebiet. Die Feinstaubmenge und deren Elementgehalt werden laufend überwacht. Die Grenzwerte, die für Österreich gemäß IG-L (Immissionsschutzgesetz-Luft8) gelten, liegen für PM10 bei 50 µg/m3 (Tagesmittelwert – max. 25 Überschreitungen/Jahr zulässig), für PM10 bei 40 µg/m3 (bezogen auf den Jahresmittelwert) und PM2,5 bei 25 µg/m3 (Jahresmittelwert).
Laut UN Environment sterben jährlich fast 4 Millionen Menschen an den Folgen von Luftverschmutzung, und sie entwickelte daher ein kostengünstiges Luftanalysegerät (USD 1500/Einheit).9
Das SDG 3 fordert Gesundheit und Wohlergehen. Die Technologie der Luftanalyse kann krankheitsbringenden Feinstaub erkennen und davor warnen. Um auf die Warnungen auch reagieren zu können, wurde für Graz ein Maßnahmenkatalog erstellt. Ein Punkt davon ist zum Beispiel die Brauchtumsfeuerverordnung, die besagt, dass man in der Stadt Graz kein Brauchtumsfeuer entfachen darf.10
4.6 MatETech-4: Biokraftstoffe
Biodiesel wird aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt und kann als Ersatz für den Kraftstoff aus fossiler Erzeugung verwendet werden. In Österreich werden 7 % Biodiesel zum
herkömmlichen Diesel dazu gemischt. Wenn Biodiesel verbrannt wird, kann nur so viel CO2 in die Luft gelangen, die die verwendete Pflanze davor gebunden hat. Wenn aber nun zum Beispiel Palmöl als Rohstoff für den Biodiesel verwendet wird muss man auch miteinrechnen, dass für die Schaffung der Palmen-Plantagen, die vor allem in Lateinamerika, Afrika und Südasien liegen, Wälder abgeholzt oder Moore trockengelegt werden müssen. Biodiesel kann aber auch aus Tierfetten oder Altöl hergestellt werden, was eine nachhaltige Nutzung von Abfallprodukten bedeutet.11
Die Verwendung von Biodiesel kann also das Nachhaltigkeitsziel SDG13 – Maßnahmen zum Klimaschutz – unterstützen. Eine kritische Bewertung der Herkunft des Rohstoffes ist aber notwendig.
5 Zusammenfassung
Die eingesetzten Technologien können durchaus helfen, einen kleinen Schritt der Nachhaltigen Entwicklung bis 2030 zu gehen. Wie in den vorhergehenden Kapiteln erörtert finden sie in folgenden spezifischen Nachhaltigkeitsziele der UN Anwendung:
Ø Elektromagnetische Strahlungen: SDG 3 „Gesundheit und Wohlergehen“
Ø Elektrochemie: Einsatz von Platin und Palladium: SDG 13 "Maßnahmen zum Klimaschutz"
Ø RAMAN Spektroskopie: SDG 2 "Kein Hunger", SDG 3 „Gesundheit und Wohlergehen“ und SDG 14 "Leben unter Wasser"
Ø Surface Science: SDG 13 "Maßnahmen zum Klimaschutz"
Ø Luftanalytik: SDG 3 „Gesundheit und Wohlergehen“
Ø Biokraftstoffe: SDG 13 "Maßnahmen zum Klimaschutz"
6 Referenzen
1 Vereinte Nationen;; Transformation unserer Welt: die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung;; 2015;; http://www.un.org/Depts/german/gv-70/band1/ar70001.pdf;; Zugriff 15.05.2018
2 United Nations;; Our Common Future;; 1987;; http://www.un-documents.net/our-common-
future.pdf, Zugriff 17.6.2018
3 Vereinte Nationen;; Transformation unserer Welt: die Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung;; 2015;; http://www.un.org/Depts/german/gv-70/band1/ar70001.pdf;; Zugriff 15.05.2018
4 UN environment;; Why does technology matter?;; 2018;;
https://www.unenvironment.org/explore-topics/technology/why-does-technology-matter;;
Zugriff: 27.6.2018
5 Land Steiermark, Online Luftgütedaten Feinstaub;; 2018;;
http://www.umwelt.steiermark.at/cms/ziel/3611708/DE/;; Zugriff 27.6.2018
6 Paul Anastas, John Warner;; 1998;; 12 Principles of Green Chemistry;;
https://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/what-is-green-chemistry/principles/12-
principles-of-green-chemistry.html;; Zugriff 27.6.2018
7 UNEP;; Guidance on best available techniques and best environmental practices for the recycling and disposal of articles containing polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) listed under the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants;; 2012;; UNEP-POPS-NIP-
GUID-BATBEPPBDE.En.pdf;; Zugriff 27.6.2018
8 Umweltbundesamt;; Luftgüte;; 2018;;
http://www.umweltbundesamt.at/umweltsituation/luft/luftguete_aktuell/grenzwerte/, Zugriff 17.6.2018
9 UN Environment;; Monitoring air quality;; https://www.unenvironment.org/explore-
topics/air/what-we-do/monitoring-air-quality;; Zugriff 27.6.2018
10 Bundeskanzleramt;; Brauchtumsfeuerverordnung;; 2011;;
https://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=LrStmk&Gesetzesnummer=20001 150;; Zugriff 27.6.2018
11 Umweltbundesamt;; Biokraftstoffbericht 2017;; https://www.bmnt.gv.at/dam/jcr:8ee3698c-
8aff-405f.../Biokraftstoffbericht-2016.pdf;; Zugriff 27.6.2018
