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Untersuchung möglicher medizinischer und beruflicher Expositionen durch ionisierende Strahlung bei der Anwendung von Ultrakurzpuls-Lasern (UKP-Lasern) in der Zahnheilkunde

Bestimmung von Quecksilber in humanbiologischen Proben und Arzneimitteln

Validierung des Mercury Analyzers, Leco AMA 254, zum Einsatz in der Klinischen Chemie und Arzneimittelanalytik.

40 Jahre Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES)

<p>1985 startete die erste Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES). Seitdem untersucht die Studienreihe die Belastung der deutschen Bevölkerung mit Umweltschadstoffen. Die dabei gewonnen Daten dienen der Information der Öffentlichkeit. Zudem bilden sie eine wichtige wissenschaftliche Basis für politische Entscheidungen zu Umwelt, Gesundheit und Chemikalien. Ein Rückblick.</p><p>Chemikalien aus der Umwelt begegnen uns tagtäglich: auf dem Weg zur Arbeit oder zur Schule, in unserem Haushalt oder in der Freizeit, in unserer Nahrung, unserer Kleidung, in der Luft, die wir atmen. Wenn wir die Chemikalien in einer gewissen Menge aufnehmen, können diese für die menschliche Gesundheit schädlich sein.</p><p>Das Umweltbundesamt (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠) untersucht deshalb mit der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit (GerES) nunmehr schon seit 40 Jahren die Belastung der Menschen in Deutschland mit ausgewählten Chemikalien aus unserer Umwelt, sogenannten Umweltschadstoffen.</p><p>Umweltschadstoffe können über viele Eintragspfade in den menschlichen Körper gelangen: über die Haut, die Atmung oder mit der Nahrung. Die Summe der über diese Wege aufgenommenen Schadstoffe können über Körpermedien wie Urin oder Blut gemessen werden. Diese Untersuchungsmethode wird als Human-Biomonitoring bezeichnet.</p><p>Neben dem Human-Biomonitoring werden in GerES auch weitere Proben aus der häuslichen Umgebung (z.B. Trinkwasser, Hausstaub, Luft) gesammelt und untersucht. Außerdem beantworten die an GerES teilnehmenden Personen Fragen zu ihrem Haushalt, ihrer Wohnumgebung, ihren Freizeitaktivitäten, ihrer Ernährung und ähnlichem. So können mögliche Quellen für im Körper gemessene Belastungen aufgespürt werden.</p><p>Mitte der 1980er Jahre beschäftigte das Thema Schwermetalle im Körper die Menschen in Deutschland. Der Skandal um die Batteriefabrik „Sonnenschein“, die den Boden, auf dem sie stand, mit Blei verunreinigte, traf auf großes öffentliches Interesse.</p><p>Dieses dann auch politische Interesse war der Startschuss für die Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit: Mit dem <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/umwelt-survey/umwelt-surveys-1985-bis-2006/umwelt-survey-1985-bis-1986">GerES I 1985-86</a> untersuchte das damalige Institut für Wasser-, Boden- und Lufthygiene (WaBoLu), das zum Teil in das heutige UBA übergegangen ist, die Belastung von erwachsenen Menschen in den alten Bundesländern mit Schwermetallen.</p><p>Ergebnis der Studie damals: Große Anteile der Erwachsenen zwischen 25 und 69 Jahren in der Bundesrepublik Deutschland überschritten die Gehalte, die damals für Arsen, Cadmium, Blei und Quecksilber als unauffällig in Körperflüssigkeiten definiert waren.</p><p>Auch das Trinkwasser wurde in den teilnehmenden Haushalten untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die gemessenen Werte in einzelnen Proben die in der damaligen Trinkwasserverordnung festgeschriebenen Grenzwerte überschritten. In der Folge wurde die Trinkwasserverordnung 2001 so angepasst, dass die Grenzwerte fortan auch für Trinkwasser aus hauseigenen Leitungen – sog. Leitungswasser – galten. So sollte die Belastung von Leitungswasser mit Schwermetallen reduziert werden.</p><p>Anfang der 1990er Jahre fand <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/umwelt-survey/umwelt-surveys-1985-bis-2006/umwelt-survey-1990-bis-1992">GerES II</a> statt. Erstmals wurden hier Daten für die alten und auch die neuen Bundesländer erhoben. GerES II untersuchte Erwachsene und zusätzlich auch Kinder, die zum Zeitpunkt der Studie im Haushalt der erwachsenen Teilnehmenden lebten. Die Studie lieferte unter anderem die Erkenntnis, dass Kinder mit dem Schwermetall Quecksilber aus Amalgam-Zahnfüllungen stärker belastet sind als Erwachsene. 1992 gab es daher die Empfehlung, Amalgam nicht mehr bei Schwangeren, Kleinkindern und Nierenkranken zu verwenden. Heutzutage ist Dentalamalgam in der Europäischen Union weitestgehend verboten.</p><p>Ende der 1990er Jahre kam <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/umwelt-survey/umwelt-surveys-1985-bis-2006/umwelt-survey-1997-bis-1999">GerES III</a> zu dem Ergebnis, dass sich die Belastung mit Umweltschadstoffen in den alten und neuen Bundesländern immer weiter anglichen: zum Beispiel bei Cadmium, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/umwelteinfluesse-auf-den-menschen/chemische-stoffe/haeufige-fragen-zu-quecksilber">Quecksilber</a> und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/chemikalien-reach/stoffgruppen/polyzyklische-aromatische-kohlenwasserstoffe">Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen</a>.</p><p><a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/umwelt-survey/umwelt-surveys-1985-bis-2006/kinder-umwelt-survey-2003-bis-2006">GerES IV</a> untersuchte 2003 bis 2006 Kinder und fand eine flächendeckend zu hohe Belastung mit fortpflanzungsschädigenden Weichmachern, den Phthalaten. Trotz eines Rückganges konnten ungefähr zehn Jahre später weiterhin zu hohe Werte in Kindern und Jugendlichen festgestellt werden. Gleichzeitig wies <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/umwelt-survey/5-umwelt-survey-von-2013-bis-2016">GerES V</a> mit Proben aus den Jahren 2014 und 2017 auch auf die bedenklich hohe Belastung dieser Bevölkerungsgruppe mit den sogenannten Ewigkeitschemikalien, den per- und polyfluorierten Kohlenwasserstoffen (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PFAS#alphabar">PFAS</a>⁠), hin.</p><p>Ergebnisse wie die oben genannten flossen und fließen auf nationaler und europäischer Ebene in die Gesetzgebung zum Thema Chemikalien, Umwelt und Gesundheit ein.</p><p>In den 2000er Jahren gab es zunehmend Human-Biomonitoring Projekte auf EU-Ebene. Aufgrund der in der EU einzigartigen, jahrzehntelangen Erfahrungen im Bereich des Human-Biomonitoring hat das Umweltbundesamt 2017 die Leitung der bis dahin größten Europäischen Human Biomonitoring Initiative <a href="https://www.umweltbundesamt.de/hbm4eu-europaeische-human-biomonitoring-initiative">HBM4EU</a> übernommen.“ An dieser durch die Europäische Kommission geförderten Forschungsinitiative haben sich 30 Länder und verschiedene EU-Behörden als Partner beteiligt. Wichtige Ziele waren unter anderem die Harmonisierung – also die Ermittlung miteinander vergleichbarer – europäischer Human-Biomonitoring-Daten sowie deren Nutzung zur Politikberatung. Dies soll dabei helfen, Wirksamkeit der Chemikalienpolitik weiter zu erhöhen und damit die Gesundheit der Menschen in ganz Europa schützen. Die aktuell laufende <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/parc-eu-partnerschaft-fuer-die-risikobewertung-von">EU-Partnerschaft für die Risikobewertung von Chemikalien</a> (PARC) setzt die erfolgreiche Arbeit von HBM4EU fort. Das UBA beteiligt sich umfassend and PARC und trägt unter anderem mit der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/alise-deutsche-kinder-jugendstudie-zur">Deutschen Kinder- und Jugendstudie zur Umweltgesundheit (ALISE)</a> zum Erfolg der Partnerschaft bei.</p><p>Repräsentative Daten für erwachsene Menschen in Deutschland wurden mit GerES III Ende der 1990er Jahre zum letzten Mal erhoben. GerES VI hat in 2023 und 2024 Menschen zwischen 18 und 79 Jahren, wie auch bei den vorangehenden Studien der Reihe, in einem wissenschaftlichen Verfahren ausgewählt und um ihre Teilnahme gebeten, um neue Daten sammeln zu können.</p><p>Noch laufen die detaillierten Auswertungen, aber im Frühjahr 2024 zeigte sich bereits der Nutzen dieser Studie: Mit Hilfe der für Deutschland repräsentativen HBM-Daten und Antworten aus den Fragebögen in <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/belastung-des-menschen-ermitteln/deutsche-umweltstudie-zur-gesundheit-geres/deutsche-umweltstudie-zur-gesundheit-geres-vi-2023">GerES VI</a> konnte <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/fund-eines-weichmachers-in-urinproben-fragen">Sonnencreme als Quelle für einen Weichmacher</a> identifiziert werden, der dort teilweise als Verunreinigung eines UV-Filters vorkam. Weitere Erkenntnisse aus GerES VI wird das UBA zeitnah erarbeiten und veröffentlichen.</p><p>Mit dem Aktionsprogramm Umwelt und Gesundheit (APUG) wurde die umweltbezogene Gesundheitsbeobachtung und -berichterstattung als zentrales Instrument für die Erfassung der Umweltbelastung und ihrer Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit identifiziert. Das APUG sieht die regelmäßige Durchführung von HBM-Studien vor, um die Belastung der Bevölkerung mit Umweltschadstoffen zu beobachten. Die Geschichte von GerES ist nach 40 Jahren also noch lange nicht zu Ende geschrieben.</p>

Schwermetall-Emissionen

<p>Hochwirksame Staubminderungsmaßnahmen und die Stilllegung veralteter Produktionsstätten in den neuen Bundesländern führten seit 1990 zu einer erheblichen Minderung der verbrennungsbedingten Schwermetall-Emissionen.</p><p>Entwicklung seit 1990</p><p>Die Emissionen der wichtigsten Schwermetalle (Cadmium, Blei und Quecksilber) sanken seit 1990 deutlich. Die Werte zeigen überwiegend Reduktionen von über 60 bis über 90 %. Der Großteil der hier betrachteten Reduktion erfolgte dabei in den frühen 1990-er Jahren, wobei wesentliche Reduktionen auch schon vor 1990 stattfanden. Vor allem die dabei angewandten hochwirksamen Staub- und Schwefeldioxid (SO2) -Minderungsmaßnahmen führten zu einer erheblichen Verringerung der Schwermetallemissionen zunächst in den alten und, nach der Wiedervereinigung, auch in den neuen Ländern, einhergehend mit Stilllegungen veralteter Produktionsstätten. In den letzten Jahren sieht man, bis auf wenige Ausnahmen, kaum weitere Verringerungen der Schwermetall-Emissionen (siehe Abb. und Tab. „Entwicklung der Schwermetall-Emissionen“).</p><p>Während die Blei-Emissionen bis zum endgültigen Verbot von verbleitem Benzin im Jahre 1997 rapide zurückgingen, folgten Zink, Kupfer und Selen im Wesentlichen der Entwicklung der Fahrleistungen im Verkehrssektor, die im langfristigen Trend seit 1990 anstieg.</p><p>Herkunft der Schwermetall-Emissionen</p><p>Schwermetalle finden sich – in unterschiedlichem Umfang – in den staub- und gasförmigen Emissionen fast aller Verbrennungs- und vieler Produktionsprozesse. Die in den Einsatzstoffen teils als Spurenelemente, teils als Hauptbestandteile enthaltenen Schwermetalle werden staubförmig oder gasförmig emittiert. Die Gesamtstaubemissionen aus diesen Quellen bestehen zwar in der Regel überwiegend aus relativ ungefährlichen Oxiden, Sulfaten und Karbonaten von Aluminium, Eisen, Kalzium, Silizium und Magnesium; durch toxische Inhaltsstoffe wie Cadmium, Blei oder Quecksilber können diese Emissionen jedoch ein hohes Gefährdungspotenzial erreichen.</p><p>Verursacher</p><p>Die wichtigste Quelle der meisten Schwermetalle ist der Brennstoffeinsatz im Energie-Bereich. Bei <em>Arsen, Quecksilber </em>und <em>Nickel</em> hat die Energiewirtschaft den größten Anteil, gefolgt von den prozessbedingten Emissionen der Industrie, vor allem aus der Herstellung von Metallen. <em>Cadmium</em> stammt sogar größtenteils aus der Metall-Herstellung. <em>Blei-, Chrom-, Kupfer- und Zink-</em>Emissionen werden überwiegend durch den Abrieb von Bremsen und Reifen im Verkehrsbereich beeinflusst: die Trends korrelieren hier direkt mit der jährlichen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/f?tag=Fahrleistung#alphabar">Fahrleistung</a>⁠. <em>Selen</em> hingegen stammt hauptsächlich aus der Mineralischen Industrie, gefolgt von den stationären und mobilen Quellen der Kategorie Energie. Andere Quellen müssen noch untersucht werden, es wird jedoch erwartet, dass sie die Gesamtentwicklung kaum beeinflussen.</p><p>Verpflichtungen</p><p>Das 1998er <a href="http://www.unece.org/env/lrtap/hm_h1.html">Aarhus Protokoll über Schwermetalle</a> unter dem CLRTAP ist Ende 2003 in Kraft getreten. Es wurde im Dezember 2012 revidiert und an den Stand der Technik angepasst. Es zielt auf drei besonders schädliche Metalle ab: Cadmium, Blei und Quecksilber. Laut einer der grundlegenden Verpflichtungen muss Deutschland seine Emissionen für diese drei Metalle unter das Niveau von 1990 reduzieren. Das Protokoll betrachtet die Emissionen aus industriellen Quellen (zum Beispiel Eisen- und Stahlindustrie, NE-Metall-Industrie), Verbrennungsprozessen (Stromerzeugung, Straßenverkehr) und aus Müllverbrennungsanlagen. Es definiert Grenzwerte für Emissionen aus stationären Quellen (zum Beispiel Kraftwerken) und verlangt die besten verfügbaren Techniken (BVT) für diese Quellen zu nutzen, etwa spezielle Filter oder Wäscher für die stationäre Verbrennung oder Quecksilber-freie Herstellungsprozesse. Das Protokoll verpflichtet die Vertragsparteien weiterhin zur Abschaffung von verbleitem Benzin. Es führt auch Maßnahmen zur Senkung von Schwermetall-Emissionen aus Produkten auf (zum Beispiel Quecksilber in Batterien) und schlägt Management-Maßnahmen für andere quecksilberhaltige Produkte wie elektrische Komponenten (Thermostate, Schalter), Messgeräte (Thermometer, Manometer, Barometer), Leuchtstofflampen, Amalgam, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pestizide#alphabar">Pestizide</a>⁠ und Farben vor.</p><p>Viele dieser Maßnahmen wurden in Deutschland jedoch schon deutlich früher umgesetzt, so dass bereits in den frühen 90er Jahren deutliche Reduktionen der wichtigen Schwermetalle zu verzeichnen sind.</p>

Chem-Anorg\Chlor(Diaphragma)-DE-2030

Chlorherstellung (Diaphragmaverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. Im Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Diaphragmaverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff ist Steinsalz (NaCl) oder direkt die Sole aus dem Bergbau. Verunreinigungen des Rohstoffs werden durch Fällung mit Natronlauge oder Soda entfernt. Bei diesem Verfahren trennt ein Diaphragma (Asbest) Anoden- und Kathodenraum. Der Elektrolyt (NaCl in Wasser) wird beim Diaphragmaverfahren im direkten Durchlauf geführt. Die Kochsalzlösung wird zuerst in den Anodenraum gepumpt. Hier entwickelt sich an der Anode (Titan) Chlor, das gekühlt, mit Schwefelsäure getrocknet und komprimiert wird. Der Elektrolyt fließt nun durch das Diaphragma zur Kathode (Stahl). An der Kathode scheidet sich Wasserstoff ab, und es bildet sich Natronlauge. Die resultierende Natronlauge ist jedoch mit NaCl verunreinigt und muß von 12 auf 50 % eingeengt werden, was den Gesamtenergieverbrauch stark erhöht. Während des Eindampfens und Abkühlens der Lösung fällt Natriumchlorid aus, das in den Prozess zurückgeführt wird. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % aus NaCl hergestellt. Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren für NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. 1985 entfielen in der BRD ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (Tötsch 1990). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach (Ullmann 1993) können für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden. Das Membranverfahren stellt das derzeit modernste Verfahren dar. In der Bundesrepublik sind jedoch nur Versuchsanlagen bei der Hoechst AG und der Bayer AG in Betrieb (UBA 1991). Die Produktion an Chlor betrug 1987 in der BRD ca. 3,5 Mio. Tonnen. Die Weltkapazität für die Chlorherstellung ist größer als 40 Mio. Tonnen pro Jahr (Ullmann 1986). Die Kennziffern dieses Prozesses beziehen sich auf die Chlorherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent Prozeß USA Kanada Westeuropa Japan Amalgam 18 15 65 0 Diaphragma 76 81 29 20 Membran 6 4 6 80 Allokation Bei der Elektrolyse entstehen Cl und NaOH im molaren Verhältnis von 1 zu 1. Entsprechend diesem Verhältnis werden die Gesamtwerte der Elektrolyse (Massenbilanz, Energiebedarf, Emissionen, Wasser) zwischen Chlor und Natriumhydroxid zu gleichen Anteilen aufgeteilt. Rechnet man das molare Verhältnis auf Mengen um, so enstehen pro Tonne Cl2 1,128 Tonnen NaOH (100 %ig). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 28 kg Wasserstoff (H2)/t Cl2. Es wird angenommen, dass der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift (siehe: „H2-Kessel-D“) berechnet, die zu jeweils 50 % der Chlor- und Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. (Vgl. Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH). Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne Cl2 (und gleichzeitig 1,128 t NaOH) werden als Rohstoff 1710 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 44 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (151 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 28 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). (Tötsch 1990). Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel dem Chlor 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung der Natronlauge. Energiebedarf: Der Energiebedarf für den Gesamtprozess der Herstellung einer Tonne Chlor und 1,128 Tonnen NaOH (die Werte wurden von der Natronlaugen- auf die Chlorherstellung umgerechnet) für die verschiedenen Elektrolyseverfahren kann nach (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für den hier betrachteten Prozess (Diaphragmaverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1438 + 451 kWh/t Cl 2 - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t Chlor und 1,128 t NaOH Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 3158-3610 2820-2933 2594-2820 Dampf(äquivalent) 0 790-1015 102-203 Summe 3158-3610 3610-3948 2696-3023 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf bei (Tötsch 1990) mit 3050 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1525 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus (Ullmann 1993) besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Emissionen: Die Chloremissionen in die Luft werden bei (BUWAL 1991) für die Natronlaugenherstellung nach dem Diaphragmaverfahren mit 0,001 g pro kg Produkt (1 kg NaOH 100 % + 0,887 kg Cl2) beziffert. Umgerechnet auf die Chlorherstellung ergibt sich ein Gesamtemissionswert von 0,0011 g Cl2/kg Produkt (1 kg Cl2 + 1,128 kg NaOH 100 %). Für die Bildung der Kennziffern bei GEMIS wurden die obigen Gesamtemissionen je zur Hälfe der Chlor- und der Natronlaugenherstellung zugeordnet. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (508 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (1147 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (2800 kg), dem Prozeßwasser (4300 kg) und dem Kühlwasser (290000 kg) zusammen (Tötsch 1990). Abwasser: BUWAL (1991) gibt für die Natronlaugenherstellung nach dem Diaphragmaverfahren mit 0,002 g BSB5, 0,005 g CSB und 0,006 g Blei pro kg Produkt (1 kg NaOH 100 % + 0,887 Cl2) an. Umgerechnet auf die Chlorherstellung ergeben sich Werte von 0,0023 g BSB5, 0,0056 g CSB und 0,0068 g Blei für 1kg Cl2 + 1,128 kg NaOH 100%ig. Die oben aufgeführten Gesamtwassermengen und Abwasserfrachten wurden für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Chem-Anorg\Chlor(Membran)-DE-2020

Chlorherstellung (Membranverfahren): Chlor in elementarer Form (Cl2) wird heute elektrochemisch dargestellt. Im Prozess wird die Herstellung von Cl2 durch Elektrolyse von Natriumchlorid (NaCl) nach dem Membranverfahren bilanziert. Der Prozess liefert neben Chlor stets Natronlauge und Wasserstoff. Ausgangsstoff ist Steinsalz (NaCl in Wasser gelöst) als Elektrolytm der im Kreis geführt wird. Die Elektrolyse findet in einer Zelle statt, die durch eine hydraulisch undurchlässige, ionenleitende Membran in zwei Räume getrennt ist. Die notwendigerweise sehr reine Natriumchloridlösung gelangt in den Anodenraum, dort wird an der aus aktiviertem Titan bestehenden Elektrode Chlor frei. Die verbleibenden Natriumionen diffundieren durch die Membran und können dort mit Hydroxidionen als Natronlauge (32 bis 35 %ig) abgezogen werden. Die Natronlauge wird auf eine verkaufsfähige 50 %ige Lösung aufkonzentriert. Der Kathodenraum wird dabei mit Wasser gespeist. An der Stahlelektrode entsteht Wasserstoff. Die Nachteile des Verfahrens liegen in der hohen Reinheitsanforderung an den Elektrolyten und das mit Sauerstoff verunreinigte Chlor. Dem stehen jedoch als Vorteile ein relativ geringer Energieverbrauch, reine Natronlauge und die Vermeidung bedenklicher Stoffe wie Quecksilber (Amalgamverfahren) oder Asbest (Diaphragmaverfahren) gegenüber. Als Rohstoffe für die Elektrolyse dienen neben Natriumchlorid in geringem Umfang auch Salzsäure und Kaliumchlorid. 1987 wurden etwa 93 % aus NaCl hergestellt. Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren für NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. 1985 entfielen in der BRD ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). Die Verteilung der weltweiten Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren nach #2 können für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden. Das Membranverfahren stellt das derzeit modernste Verfahren dar. In der Bundesrepublik sind jedoch nur Versuchsanlagen bei der Hoechst AG und der Bayer AG in Betrieb (#3). Die Produktion an Chlor betrug 1987 in der BRD ca. 3,5 Mio. Tonnen. Die Weltkapazität für die Chlorherstellung ist größer als 40 Mio. Tonnen pro Jahr (Ullmann 1986). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Chlorherstellung in Deutschland Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 Produktionskapazitäten 1990 in Prozent (#2). Prozess USA Kanada Westeuropa Japan Amalgam 18 15 65 0 Diaphragma 76 81 29 20 Membran 6 4 6 80 Allokation: Bei der Elektrolyse entstehen Cl und NaOH im molaren Verhältnis von 1 zu 1. Entsprechend diesem Verhältnis werden die Gesamtwerte der Elektrolyse (Massenbilanz, Energiebedarf, Emissionen, Wasser) zwischen Chlor und Natriumhydroxid zu gleichen Anteilen aufgeteilt. Rechnet man das molare Verhältnis auf Mengen um, so enstehen pro Tonne Cl2 1,128 Tonnen NaOH (100 %ig). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 28 kg Wasserstoff (H2)/t Cl2. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift (siehe: „H2-Kessel-D“) berechnet, die zu jeweils 50 % der Chlor- und Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. (Vgl. Prozess: Chem-Anorg\NaOH). Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne Cl2 (und gleichzeitig 1,128 t NaOH) werden als Rohstoff 1710 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektolyten für die Elektrolyse zu entfernen werden 44 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (151 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 28 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS) nach #1. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel dem Chlor 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung der Natronlauge. Energiebedarf: Der Energiebedarf für den Gesamtprozess der Herstellung einer Tonne Chlor und 1,128 Tonnen NaOH (die Werte wurden von der Natronlaugen- auf die Chlorherstellung umgerechnet) für die verschiedenen Elektrolyseverfahren kann nach #2 der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Membranverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % der Mittelwert der Werte aus Tabelle 2 - 1354 + 76 kWh/t Cl 2 - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t Chlor und 1,128 t NaOH Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 3158-3610 2820-2933 2594-2820 Dampf(äquivalent) 0 790-1015 102-203 Summe 3158-3610 3610-3948 2696-3023 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 2800 kWh/t Cl2 + 1,128 t NaOH elektrischer Energie - nach Allokation: 1400 kWh/t Cl2 - angegeben. Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Emissionen: Für das Membranverfahren sind keine prozessbedingten Emissionsdaten bekannt. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (508 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (1147 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (800 kg), dem Prozeßwasser (1500 kg) und dem Kühlwasser (100000 kg) zusammen (nach #1). Die oben aufgeführten Gesamtwassermengen wurden für GEMIS anteilig zu je 50 % unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugeherstellung aufgeteilt. Abwasserbelastungen: Es konnten für das Membranverfahren keine Angaben gefunden werden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 117% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften

Teilvorhaben: Abscheidung von Metallen auf der Nanoskala als Sensor für das Quecksilber-Monitoring^KMU-Innovativ : Nanogranulare Sensoren für personenbezogenes Quecksilber-Monitoring^Teilvorhaben: Messstand zur Einstellung kleinster Quecksilberkonzentrationen und Charakterisierung der Quecksilbersensoren^Teilvorhaben: Modellierung und Integration nanogranularer Quecksilbersensoren, Teilvorhaben: Erarbeitung eines Sensorprinzips für nanogranulare und nanoporöse Materialien sowie Methoden für den Nachweis von Quecksilberdämpfen in geringsten Konzentrationen für den Personenschutz

Ziel des Gesamtvorhabens ist die Erforschung neuer Sensorprinzipien für portable Messsysteme zur kontinuierlichen und personenbezogenen Überwachung der Quecksilberexposition im Arbeitsschutz als Teil der persönlichen Schutzausrüstung. In diesem Teilvorhaben wird der Sensoreffekt in nanogranularen und nanoporösen Materialien hinsichtlich Sensitivität und Langzeitstabilität untersucht und optimiert. Nanogranulare Dehnungssensoren werden mittels eines neuen Verfahrens hergestellt und auf Ihre Einsatzfähigkeit als Messsysteme zur Detektion von Quecksilberdämpfen in geringen Konzentrationen untersucht. Hierbei wird der Effekt der Amalgambildung durch den Zusammenschluss von Quecksilber und Gold ausgenutzt und die dabei entstehende Änderung von sowohl mechanischen als auch elektrischen Größen als Messgrößen erfasst. Unter Einsatz der Elektronenmikroskopie und dem Verfahren der elektronenstrahlinduzierten Deposition werden die Leistungseigenschaften der Sensoren im Herstellungsprozess optimiert und in der anschließenden Gesamtintegration in einen Demonstrator überführt. Die in der Teilvorhabenbeschreibung formulierten Arbeitspakete umfassen Experimente zur Herstellung und Charakterisierung von nanogranularen und nanoporösen Sensoren im Elektronenmikroskop. Die Messauflösung der Sensoren soll gesteigert werden, indem die kritischen Parameter des Elektronenmikroskops auf den Herstellungsprozess angepasst werden. Es werden neue Methoden durch geeignete Nachbehandlungsverfahren erarbeitet, um das Stabilitätsverhaltens von nanogranularen und nanoporösen Sensoren im Langzeitbetrieb zu verbessern. Nach Herstellung der Sensoren wird eine elektronische Schnittstelle für die Messelektronik definiert und ein gekapseltes Sensor-Modul bereitgestellt. Anschließend wird der Sensor in einen entwickelten Quecksilbermessstand integriert, unter realitätsnahen Bedingungen getestet und ein detailliertes Prüfprotokoll hinsichtlich der leistungsrelevanten Daten bei der Messung der Quecksilberkonzentration erstellt.

Markt für Chlor, gasförmig

technologyComment of chlor-alkali electrolysis, diaphragm cell (RER): In the diaphragm process, all reactions take place in only one cell. A diaphragm is used to separate the feed brine (anolyte) and the chlorine formed at the anode from the sodium hydroxide containing solution (catholyte) and the hydrogen formed at the cathode. Without the diaphragm being present during electrolysis, chlorine and hydrogen would form an explosive mixture and sodium hydroxide and chlorine would react to form sodium hypochlorite (NaOCl). Diaphragms used to be made from asbestos but up-todate technology allows for asbestos-free polymer-based diaphragms. Purified brine is fed to the anode compartment and percolates through the diaphragm into the cathode compartment. The percolation rate is controlled by a difference in liquid level between both compartments. At the anodes (metal oxide coated titanium), chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Cathodes, where water decomposition takes place, are made of activated carbon steel. Catholyte leaving the cell, also called cell liquor, is a mixture of 10-12 wt.-% sodium hydroxide and 15-17 wt.-% sodium chloride in water. This solution is usually evaporated to 50 wt.-% NaOH. In this process, simultaneously most of the salt is removed by precipitation to a final residual of 1 wt.-%. The resulting salt is typically recirculated to brine preparation. The advantage of diaphragm cells is that the quality requirements for the brine and the electrical energy consumption are low. Disadvantageous are the high amount of thermal energy necessary for sodium hydroxide concentration and the comparably low quality of the produced sodium hydroxide and chlorine. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, membrane cell (RER): In the membrane cell process, the anode and cathode compartments are separated by a perfluoropolymer cation-exchange membrane that selectively transmits sodium ions but suppresses the migration of hydroxyl ions (OH-) from the catholyte into the anolyte. Saturated brine flows through the anode compartment, where chlorine gas is produced at the anode. The electric field in the electrolysis cell causes hydrated sodium ions to migrate through the membrane into the cathode compartment. The cathode compartment is fed with diluted sodium hydroxide solution. Water is electrolysed at the cathode releasing gaseous hydrogen and hydroxyl ions, which combine with the sodium ions and thus increase the concentration of sodium hydroxide in the catholyte. Typically, the outlet concentration of sodium hydroxide is around 32 wt.-%. A part of the product stream is diluted with demineralised water to about 30 wt.-% and used as catholyte inlet. In some units, a more diluted 23 wt.-% NaOH solution is produced. In these cases, the inlet concentration is adjusted to 20-21 wt.-%. Usually the NaOH solution is evaporated to the marketable concentration of 50 wt.-% using steam. Depleted brine leaving the anode compartment is saturated with chlorine and is therefore sent to a dechlorination unit to recover the dissolved chlorine before it is resaturated with salt for recirculation. The advantages of the membrane cell technique are the very high purity of the sodium hydroxide solution produced and the comparably low energy demand. Disadvantages comprise the high requirements on brine purity, the need for sodium hydroxide evaporation to increase concentration, and the comparably high oxygen content in the produced chlorine. In general, multiple cell elements are combined into a single unit, called electrolyser, of whom the design can be either monopolar or bipolar. In a monopolar electrolyser, the anodes and cathodes of the cells are connected electrically in parallel, whereas in the bipolar design, they are connected in series. Therefore, monopolar electrolysers require high current and low voltage, whereas bipolar electrolysers require low current and high voltage. Since bipolar systems allow higher current densities inside the cells, investment and operating costs are usually lower than for monopolar systems. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, mercury cell (RER): The mercury cell process comprises an electrolysis cell and a decomposer. Purified and saturated brine (25-28 wt.-% NaCl in water) is fed to the electrolysis cell on top of a film of mercury (Hg) flowing down the inclined base of the cell. The base of the cell is connected to the negative pole of a direct current supply forming the cathode of the cell. Anodes consisting of titanium coated with oxides of ruthenium and titanium are placed in the brine without touching the mercury film. At the anodes, chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Due to a high overpotential of hydrogen at the mercury electrode, no gaseous hydrogen is formed; instead, sodium is produced and dissolved in the mercury as an amalgam (mercury alloy). The liquid amalgam is removed from the electrolytic cell and fed to a decomposer, where it reacts with demineralised water in the presence of a graphite-based catalyst to form sodium hydroxide solution and hydrogen. The sodium-free mercury is recirculated back into the cell. Cooling of hydrogen is essential to remove any water and mercury. The sodium hydroxide solution is very pure, almost free from chloride contamination and has usually a concentration of 50 %. Further treatment comprises cooling and removal of catalyst and mercury traces by centrifuges or filters. Advantages of the mercury cell process are the high quality of chlorine and the high concentration and purity of sodium hydroxide solution produced. The consumption of electric energy for electrolysis is, however, higher than for the other techniques and a high purity of the feed brine is required. Inherently, the use of mercury gives rise to environmental releases of mercury. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of potassium hydroxide production (RER): Potassium hydroxide is manufactured by the electrolysis of potassium chloride brine in electrolytical cells. Hydrogen and chlorine are withdrawn from the cell. The rest of the reaction mixture contains KOH, water, and unreacted potassium chloride. This reaction mixture is then concentrated in an evaporator. Most of the potassium chloride crystallizes by evaporation, and is recycled. After evaporation, the potassium hydroxide is precipitated. Potassium hydroxide, chlorine and hydrogen are obtained from potassium chloride brine according to the following reaction: 2 KCl + 2 H2O -&gt; 2 KOH + Cl2 + H2 Reference: Jungbluth, N., Chudacoff, M., Dauriat, A., Dinkel, F., Doka, G., Faist Emmenegger, M., Gnansounou, E., Kljun, N., Schleiss, K., Spielmann, M., Stettler, C., Sutter, J. 2007: Life Cycle Inventories of Bioenergy. ecoinvent report No. 17, Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, CH. technologyComment of sodium chloride electrolysis (RER): Sodium chloride electrolysis

Junge Erwachsene haben immer weniger Quecksilber im Körper

<p>In Deutschland ist seit 1995 ein deutlicher Rückgang der Quecksilberbelastung bei jungen Erwachsenen zu beobachten. Ein kürzlich abgeschlossenes Forschungsprojekt zeigt allerdings auch, dass die Quecksilberbelastung bei jungen Erwachsenen in Ostdeutschland um etwa 40 Prozent höher ist, als bei ihren Altersgenossen in Westdeutschland.</p><p>Grund ist vor allem, dass Studierende in Ostdeutschland mehr Zahnfüllungen aus Amalgam besitzen.</p><p>Im Projekt wurden die in der Umweltprobenbank (UPB) gelagerten Proben der Jahre 1995 bis 2013 aus den vier Probenahmeorten Münster/Westf. und Ulm (in Westdeutschland) sowie Halle/Saale und Greifswald (in Ostdeutschland) ausgewertet. Folgende Daten standen von 7.804 Studierenden im Alter von 20 bis 29 Jahren zur Verfügung: der Gesamt-Quecksilbergehalt im Urin, die Anzahl von Amalgamflächen im Gebiss, verschiedene klinische, anatomische und physiologische Parameter (zum Beispiel Kreatiningehalt, Urinvolumen pro Tag, Body-Mass-Index), die Wohnortbedingungen sowie das Verzehr-, Trink- und Rauchverhalten.</p><p>Das Projekt wurde im Rahmen der UPB-Begleitforschung vom Fraunhofer ITEM in Kooperation mit dem Fraunhofer IME und der QuoData GmbH bearbeitet.</p>

Seamless Predicition: Quantifizierung und Reduktion von Unsicherheiten durch - Teilprojekt 5: Hydrologische Modellunsicherheiten

Zur Berechnung des Wasserkreislaufs sind mehrere Vereinfachungen notwendig: - komplizierte hydrologische Abläufe werden mit vergleichsweise simplen Gleichungen beschrieben oder vernachlässigt, wenn sie von untergeordneter Bedeutung sind (Prozessabstraktionsunsicherheit), - das betrachtete Flussgebiet und der Untersuchungszeitraum werden in vermeintlich homogene Teile zerlegt, wodurch räumliche und zeitliche Variabilität unberücksichtigt bleibt (Strukturunsicherheit), - miteinander verbundenen Gleichungen einzelner Gebietsteile werden nicht exakt, sondern mit Näherungsverfahren gelöst (technische Unsicherheit). Insbesondere mit den beiden erstgenannten Aspekten verbundene Entscheidungen beim Aufbau eines hydrologischen Modells sind weitgehend subjektiv zu treffen und in diesem qualitativen Sinn unsicher. Sämtliche Vereinfachungen führen - im Verbund mit Datenunsicherheiten - zu fehlerbehafteten Simulationsergebnissen. Dass diese Fehler räumlich und zeitlich variabel ausfallen, erschwert die Identifizierung des 'besten' Modells und die Kalibrierung der Modellparameter. Umgekehrt besteht aber auch die Chance, aufgrund des Zusammenhangs von hydrologischen Bedingungen mit bestimmten Fehlercharakteristika Schwächen einzelner Modellkomponenten aufzudecken. So wird Modellunsicherheit über Simulationsunsicherheit quantitativ fassbar. Im Teilprojekt wird die technische Unsicherheit der operationell eingesetzten hydrologischen Modelle HBV96 und LARSIM verringert. Unstetige Differentialgleichungen werden durch stetige ersetzt und hinsichtlich ihrer Genauigkeit steuerbare numerische Integrationsalgorithmen eingeführt. Anschließend werden durch Anwendung von Prinzipien wie der Pareto-Effizienz (z. B. AMALGAM), der Parametersensitivität (z. B. DYNIA) oder der Datentiefe (z. B. ROPE) und unter Berücksichtigung der zeitlichen und räumlichen Übertragbarkeit von Parameterwerten Defizite in den Modellkomponenten gesucht. Die Implementierung von HBV96 und LARSIM in einem hydrologischen Modellframework ermöglicht die hypothesengeleitete Implementierung und Testung neuer (Kombinationen von) Modellkomponenten.

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