Abluft

1. Abluft Eine Internetpräsentation von Fabian Weiss und Mirco Hauswirth

2. Bedienung • In dem nachfolgenden Hauptmenu finden Sie die einzelnen Kapitel dieses Themas. Durch Klicken gelangen Sie direkt auf die Seiten des gewünschten Kapitels • Am Ende jeden Kapitels erscheint ein grünes Feld, dadurch kehren Sie zurück zum Hauptmenu. • Wenn Sie die ganze Präsentation sehen wollen, so ignorieren sie interaktiven Schaltflächen und klicken sich einfach durch das gesamte Thema.

3. Hauptmenu Abluft allgemein Emission/Immission Luft/ Atmung CO2 SO2 Ozon Smog Abluftreinigung Quellen Kehrichtvernichtung Autokatalysator

4. Abluft, was ist das? • Abluft ist die aus einem Raum abströmende Luft. Diese Luft kann durchaus weiter verwertet werden, indem diese anderen Räumen als Umluft wieder zugeführt wird oder das Temperaturpotential in einer Wärme- oder Kälterückgewinnung Verwendung findet.

5. Abluft, was ist das? • Abluft wird in vier Kategorien eingeteilt • ETA-1 : Luft aus Räumen, deren Hauptemissionen Baustoffe und menschliche Stoffwechsel sind • ETA-2 : Luft aus Räumen mit gleicher Verunreinigungsquelle wie ETA-1, jedoch mit mehr menschlicher Aktivität und Raucherlaubnis • ETA-3 : Luft aus Räumen, in denen Feuchtigkeit und Chemikalien freigesetzt werden • ETA-4 : Luft, die Gerüche und Verunreinigung über das erlaubte Maß hinaus enthält

6. Emission • Emission: Als Emission (lat. emittere „herausschicken, heraussenden“) bezeichnet man das, was von einer Emmissionsquelle ausgesendet wird. Dieser Austrag besteht zum Beispiel aus Schadstoffen, Reizstoffen, oft auch natürlichen Allergenen, aber auch von Lärm, Licht, Strahlung oder Erschütterungen. • Die aussendende Quelle wird als Emittent bezeichnet.

7. Emission • Jede menschliche Tätigkeit wird mit Emission verbunden. Diese zivilisatorischen Emissionen sind durch die Menschheit steuerbar und zum Teil auch wieder korrigierbar. • Beispiele: - Abgase, Siedlungsabfälle, Fluglärm

8. Emission • Im Gegensatz dazu haben wir auf die natürlichen Emissionen keinen Einfluss • Beispiele: - Gewitter, Vulkanausbrüche, Erdbeben

9. Emission • Emissionen können stofflicher oder nichtstofflicher(energetischer) Natur sein. In Abhängigkeit ihrer Art und Menge sind sie unschädlich, belästigend oder schädlich. • Beispiel: • Autoabgase sind stoffliche Emissionen • Abwärme ist eine Emission nichtstofflicher Natur • Radioaktive Strahlung ist vorwiegend eine nichtstoffliche Emission

10. Emission • Die Emissionen wirken als Immissionen auf Mensch und Umwelt ein. • Emissionen erfahren durch die Transmission, das heisst ihre Verteilung oder Verfrachtung, eine Veränderung bis sie als Immission auftreten. • Bespiele: • Abgase aus dem Kamin werden verdünnt • Unter Einfluss von Sonnenlicht werden Stickoxide chemisch umgewandelt. Es entsteht saurer Regen, welcher Pflanzen angreift

12. Immission • Immission: Immission ist der Eintrag eines Stoffs in ein System. Der Begriff wird hauptsächlich im Bereich des Umweltschutzes benutzt und bedeutet hier den Eintrag von Schadstoffen, aber auch von Lärm, Licht, Strahlung oder Erschütterungen, in ein Umweltmedium. Beispiele sind Schadstoffimmissionen in die Luft (Emittenten sind z. B. Autos, Fabriken oder Heizungen) • Jede Immission ist die Folge einer vorhergehenden Emission (Austrag).

13. Grenzwerte • Immissionsgrenzwerte • Zur Beurteilung der gesundheitlichen Gefährdung durch Schadstoffe ist es notwendig, Immissionsgrenzwerte festzulegen. • Der Immissionsgrenzwert stellt die Frage, wie viel auf ein Lebewesen einwirken darf • Den Grenzwerten liegen toxikologische Studien zugrunde.

14. Beispiele: • - Schwefeldioxid 30 mg/m3 • - Schwebestaub 70 mg/m3

15. Grenzwerte • Emissionsgrenzwerte • Er stellt die Frage, wie viel in die Umwelt abgegeben werden darf. Emissionsgrenzwerte sind ein wichtiges Instrument zur Bekämpfung dar Umweltverschmutzung und zur Einhaltung der Immissionsgrenzwerte. Oft können sie, den technischen, wirtschaftlichen und politischen Möglichkeiten angepasst, aber nur schrittweise abgesetzt werden. • Beispiel: • Der Grenzwert für den Ausstoss von CO2 für leichte Motorenwagen betrug 1982 24,2 g/km, 1986 noch 9,3 g/km und ab 1987 für Neuwagen nur noch 2,1 g/km.

16. Zusammensetzung der Luft

17. Atmung • O2 bewirkt im Organismus die Oxidation (Verbrennung) von organischen Verbindungen wie Zucker, Fett und Eiweiss. • Alle Lebewesen setzen durch Atmung Energie frei, welche in Bewegung umgewandelt oder zum Aufbau neuer organischer Verbindungen im Körper benötigt wird. • C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energie

18. Atmung • Luft gelangt ins Lungenbläschen • O2 gelangt ins Blut und setzt sich auf rotem Blutkörperchen fest • Es wird in die Zelle transportiert und Zucker wird verbrannt (Atmung). • Das entstehende CO2 gelangt durch das Blut ins Lungenbläschen zurück und wird ausgeatmet

19. CO2 • Kohlenstoffdioxid ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. • Kohlenstoffdioxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Es ist mit einer Konzentration von ca. 0,04 % (im Jahr 2006 381 ppm, jährliche Zunahme ca. 2 ppm) ein natürlicher Bestandteil der Luft. • Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas. Es absorbiert IR, während kurzwelligere Strahlung, d.h. der größte Teil der Sonnenstrahlung, passieren kann.

20. CO2-Anstieg • Wie man auf dieser Grafik erkennt (sie erscheint beim links-klicken), war die CO2- Konzentration während Jahrtausenden konstant. Es gab immer eine Abnahme und einen entsprechenden Anstieg. Doch seit der Industrialisierung steigt die Konzentration extrem und scheint nicht mehr abzunehmen

21. Treibhauseffekt • Der Treibhauseffekt bewirkt umgangssprachlich die Erwärmung eines Planeten durch Treibhausgase und Wasserdampf in der Atmosphäre. Ursprünglich wurde der Begriff verwendet, um den Effekt zu beschreiben, durch den hinter Glasscheiben und dadurch im Innenraum eines verglasten Gewächshauses die Temperaturen ansteigen, solange die Sonne darauf scheint.

22. Kurzwellige (energiereiche) Strahlung gelangt auf die Erde. • Die Erde absorbiert Wärme und reflektiert die Strahlen • Die nun langwelligen Strahlen können die Schicht aus Treibhausgasen nicht mehr durchdringen. • Sie werden wieder auf die Erde reflektiert • Es entsteht eine zusätzliche Erwärmung

23. Der Treibhauseffekt ist lebensnotwendig für uns. Ohne ihn wäre es viel zu kalt • Doch durch die unkontrolliere Produktion der Treibhausgase nimmt der Treibhauseffekt Dimensionen an, die unser Leben massiv erschweren: • Hitze • Überschwemmungen • Landmasse wird kleiner • Treibhausgase sind: CO2, Methan, FCKWs, …

24. SO2 • Schwefeldioxid, SO2, ist das Anhydrid der schwefligen Säure H2SO3. Schwefeldioxid ist ein farbloses, stechend riechendes und sauer schmeckendes, giftiges Gas. Es entsteht vor allem bei der Verbrennung von schwefelhaltigen fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdölprodukten, die bis zu 4 Prozent Schwefel enthalten.

25. Umweltverschmutzung • SO2 schädigt in hohen Konzentrationen Mensch, Tiere und Pflanzen. Die Oxidationsprodukte führen zu "Sauren Regen", der empfindliche Ökosysteme wie Wald und Seen gefährdet und Gebäude und Materialien angreift. • Eine Schwefeldioxidkonzentration, die über dem MAK-Wert liegt, kann beim Menschen zu Kopfschmerzen, Übelkeit und Benommenheit führen. In höheren Konzentrationen schädigt das Gas stark die Bronchien der Lunge oder sogar die Nucleinsäuren, die Träger der Erbeigenschaften.

26. Saurer Regen • SO2 + O2 → SO3 • SO3 + H2O → H2SO4 • Das Oxidationsprodukt verbindet sich mit Wasser zu Schwefelsäure. Diese greift nun Pflanzen oder Gebäude an.

27. Ozon • Ozon (O3) ist ein aus drei Sauerstoffatomen bestehendes, instabiles Molekül. • Es ist ein starkes Oxidationsmittel. • Ozon ist bei Zimmertemperatur und normalem Luftdruck gasförmig. Aufgrund seiner oxidierenden Wirkung ist es für den Menschen giftig. Häufig bei Ozonaufnahme ist heftiger Schläfenkopfschmerz. Das Gas riecht in hohen Konzentrationen chlorähnlich in hohen Konzentrationen, während es in geringen Konzentrationen geruchlos ist.

28. Ozon bildet sich auf verschiedene Weise. Hier die zwei wichtigsten/bekanntesten. • Das Ozon kann sich in Erdnähe durch Stickstoffdioxid und UV-Strahlung entstehen: NO2 + UV-Strahlung → NO + O O + O2 → O3 • Das Ozon kann sich in der Statosphäre bilden durch UV-Strahlung auf O2. Die entstehenden Radikale verbinden sich dann mit O2 zu O3 . Ozon ist aber nicht sehr stabil und so zerfällt es wieder. Das freie Radikal verbindet sich dann aber sofort wieder mit O2 zu Ozon. Es entsteht ein Kreislauf (Grafik beim links-klicken)

29. Ozonproblem • Ozon ist Segen und Fluch zugleich. Man muss zwischen zwei Funktionen unterscheiden: • Ozonschicht (gut) • Sommersmog (schlecht) • In den folgenden Folien wird die Ozonschicht erklärt. Näheres über den Sommersmog findest du im Hauptmenu unter Smog.

30. Ozonschicht • Ozon, welches in der Stratosphäre gebildet wird, ist für uns lebenswichtig. Es absorbiert teilweise die Ultraviolettstrahlung der Sonne. • FCKW`s stören aber den Ozonbildungskreislauf • Die Fluorchlorkohlenwasserstoffe werden durch UV-Strahlung aufgespalten. Es entsteht ein freies Chlorradikal, welches dem Ozon ein Sauerstoffatom entreisst. Das entstandene Chlormonoxid trifft nun auf ein freies Sauerstoffradikal. Es entsteht O2 und ein freies Chlorradikal, welches wieder Ozon angreift. • Ein unendlicher Kreislauf hat begonnen. • Damit kann die Ozonschicht ihre schützende Funktion zunehmend weniger erfüllen. Ein einzelnes Chloratom kann bis zu 100.000 Ozonmoleküle zerstören. • Es entsteht ein Ozonloch, durch welches die schädlichen UV-Strahlen auf die Erde gelangen, was beim Menschen zu Hautschäden bis hin zum Hautkrebs führen kann.

31. Winter-/Sommersmog • Smog Unter Smog versteht man eine Wortkreuzung aus smoke (rauchen) und fog (Nebel). Als Smog wird eine durch Emissionen verursachte Luftverschmutzung bezeichnet, die insbesondere in Großstädten auftritt. • Im allgemeinen Sprachgebrauch beschreibt er die Anwesenheit von Luftschadstoffen in gesundheitsschädlichen und sichtbeeinträchtigenden Konzentrationen. • Wir unterscheiden zwischen Winter- und Sommersmog

32. Wintersmog • Diese Smogart ist auch unter dem Begriff London-Smog bekannt und kommt, wie der Name schon sagt, im Winter vor und ist die Folge einer Interversionswetterlage. • Bei einer Interversionswetterlage wird die untere Luftschicht von der oberen abgeschirmt, man spricht von einer stabilen Schichtung. Dies liegt an der höheren Dichte der kälteren Luftschicht, wodurch die Vermischung mit der darüber liegenden wärmeren Luftschicht unterdrückt wird. • Dadurch sammeln sich Schadstoffe wie Ruß, Schwefeldioxid (SO2), Staub, CO2, usw. aus Verkehr und Industrie in der unteren Luftschicht an und können nicht mehr entweichen. • Infolge dessen wirken diese Stoffe auf die Lebewesen.

33. Sommersmog • Als Sommersmog (auch Ozonsmog) bezeichnet man die Belastung der bodennahen Luft durch eine hohe Ozonkonzentration. Er tritt bei wärmerem Wetter auf und entsteht aus Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen in Verbindung mit der UV-Strahlung der Luft. NO2 + Licht( λ < 420 nm) → NO + O O + O2 → O3 • Je nach Konzentration gibt es gesundheitliche Auswirkungen wie: Husten, Augenreizung, Kopfschmerzen oder Lungenfunktionsstörungen • Nach Empfehlungen von Ärzten sollten körperliche Anstrengungen bei hohen Ozonwerten vermieden werden.

34. Abluftreinigung Wir haben nun gesehen, wie Abluft entsteht, jetzt wollen wir aber auch wissen, wie man sie reinigen kann. In der Abluftreinigung unterscheidet man: Trockene Methode Nasse Methode Verbrennung

35. Trockene Methode • Trockene Methoden werden vor allem zur Entfernung von Stäuben und feinen Nebeln (Aerosole) angewendet. • Es gibt verschiedene Unterteilungen: • Filteranlagen • Elektrofilter • Zyklon • Adsorptionsverfahren

36. Filteranlage / Elektrofilter • Filteranlage: Der vom Gebläse erzeugte Luftstrom saugt den Staub und Schmutz über das Saugrohr in das Gehäuseinnere. Der Luftstrom wird direkt in den luftdurchlässigen Beutel geleitet. Der Beutel hat nicht nur eine Sammelfunktion, sondern muss an dieser Stelle die Hauptfilterarbeit leisten. • Elektrofilter: Im Elektrofilter werden feinste Staubpartikel elektrostatisch aufgeladen, und so an die positive Filterwand gezogen und dann durch einen Pulverausgang herausgefiltert.

37. Zyklon / Adsorptionsverfahren • Zyklon: Der Fliehkraftabscheider wird vor dem eigentlichen Luftfilter eingesetzt. Der so genannte Zyklonfilter entfernt Staub und Wasser und entlastet so den eigentlichen Luftfilter. Dies trägt zu einer deutlichen Standzeiterhöhung (d.h. Verlängerung der Verwendung) des gesamten Filtersystems bei. Im Zyklon werden Fliehkraft und die Schwerkraft zur Filtrierung ausgenützt. • Adsorptionsverfahren: Im Adsorptionsverfahren werden Adsorptionsmittel wie Aktivkohle zur Entfernung von gasförmigen Stoffen oder Lösungsmitteldämpfen eingesetzt. Die adsorbierten Stoffe können zum Teil wieder gewonnen und das Adsorptionsmittel wieder rezykliert werden.

38. Nasse Methode • Im Gegenzug zur Trockenen Methode gibt es auch eine Nasse Methode. • Durch nasse Methoden wird in so genannten Wäschern vor allem gasförmige Schadstoffe wie Halogenwasserstoffe, Schwefeldioxid, Kohlendioxid und Stickoxide aus der Abluft entfernt. Im Gegenstromverfahren werden die zu reinigenden Stoffe intensiv mit der Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht, dabei werden die Schadstoffe absorbiert.

39. Verbrennung • Einem Verbrennungsofen kann statt Frischluft auch verunreinigte Luft zugeführt werden, welche thermisch zerstört werden können. Die Nasswäsche danach entfernt die entstandenen Verbrennungsgase. • Katalytische Nachbrenner sind schon bei niedrigen Temperaturen wirksam und werden vor allem beim entfernen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden eingesetzt.

40. Kehrichtsvernichtung • Wir leben in einer Konsumgesellschaft und produzieren an jedem Tag Tonnen von Abfall. • Diesem Kapitel nehmen wir die Kehrichtvernichtung einmal genauer unter die Lupe.

41. Kehrichtverbrennung • Die Kehrichtverbrennung stellt die üblichste Vernichtung von Abfall dar und ist eine Verbrennungsanlage. • Über die Beschickungseinrichtung, die aus einer Schleuse und dem Aufgabetisch besteht, wird der Müll dosiert in den Ofenraum befördert. Dort gelangt er auf den Rost, der den aufgegebenen Müll während der Verbrennungsphase weiterbefördert. • Die Abfallverbrennung ist aber nicht problemlos. Es entstehen oft Problemstoffe wie Halogenwasserstoffe, Schwefeldioxin, Stickoxide und schwermetallhaltigen Staub. Sie müssen durch Rauchgasfilter und Rauchwaschanlagen aus der Abluft entfernt werden. Durch Wärmetauscher wird aber auch Energie gewonnen, die bei der Verbrennnug entsteht. • Die kommunale Verbrennungsanlagen entsorgen hauptsächlich Hausmüll und in unbeschränktem Mass auch unbedenkliche Chemieabfälle. Sie arbeiten bei Temperaturen unter tausend Grad.

42. Wirbelschichtreaktor • Die Wirbelschichtfeuerung ist das übliche Verfahren zur Klärschlammverbrennung und ist auch eine Verbrennungsanlage. • Nach Aufheizen des Ofens mittels Zündbrennern wird der vorbehandelte Abfall oder vorgetrocknete Klärschlamm aus einigen Metern Höhe von der Seite aus auf das Wirbelbett aufgegeben (Wurfbeschickung) und dort verbrannt. Bei der Wirbelschichtverbrennung ist in dem Boden des Ofens ein Düsenbett eingebaut (also eine Platte, die mit vielen Luftdüsen bestückt ist). • Durch diese Düsen wird Verbrennungsluft nach oben geblasen. Dazu kommt Sand, der durch die Luft nach oben gewirbelt wird und ein so genanntes Wirbelbett bildet. Der Brennstoff wird in der Schwebe gehalten und bei Temperaturen von etwa 800°C verbrannt. Der Austrag der Asche erfolgt je nach Gewicht über den Ofenabzug nach oben oder durch Schächte nach unten. Durch die gleichmäßige Temperaturverteilung entstehen relativ wenig Stickoxide.

43. Plasma-Ultrahochtemperatur-Reaktor • Eine weitere Entwicklung der Verbrennungstechnik ist der Plasma-Ultrahochtemperatur-Reaktor. Damit wird hochtoxischer Sondermüll fassweise in einem einzigen Durchgang bei Temperaturen bis zu 20'000 Grad in nicht auswaschbare und wieder verwendbare Schlacke verwandelt. Die Zerstörung der Abfälle geschieht im Lichtbogen durch Oxidation mit reinem Sauerstoff. Es entstehen deshalb kaum Stickoxide.

44. Vorteile der Verbrennung • Wie wir gesehen haben, sind Kehrichtverbrennung, Wirbelschichtreaktor und Plasma-Ultrahochtemperatur-Reaktor Verbrennugsanlagen • Vorteile der Verbrennungsanlagen sind: • Die im Abfall enthaltene Energie kann genutzt werden (Wärmetauscher) • Die Abfallstoffe oxidieren hauptsächlich zu Wasser und Kohlendioxid • Das Volumen der zu deponierenden Verbrennungsrückstände ist in Verhältnis zu den Deponien klein.

45. Dioxin, ein Nachteil der Verbrennung • Dioxine entstehen spurenweise bei Verbrennungs-vorgängen aus Kohlenstoffverbindungen und organisch oder anorganisch gebundenen Halogenen. Die genauen Bildungsmechanismen bei Verbrennungs-prozessen sind komplex und noch nicht vollständig geklärt. • Durch technische Maßnahmen, beispielsweise den Einbau von Filtern in Müllverbrennungsanlagen, werden heute weniger Dioxine freigesetzt als noch in den 1960er und 1970er Jahren. • Das so genannte „Sevesodioxin“ (2,3,7,8-Tetrachlordibenzodioxin, kurz 2,3,7,8-TCDD) wird oft als der giftigste je vom Menschen hergestellte Stoff bezeichnet. • Dioxin gelangte wieder an Bekanntheit, als Wiktor Juschtschenko (ehemaliger, ukrainischer Präsident) infolge eines Giftanschlags eine Chlorakne hatte.

46. Pyrolyseanlage • Eine alternative zur Verbrennung bei der Abfallvernichtung ist die Pyrolyseanlage. • In diesen Anlagen werden Abfallstoffe in einem geschlossenen Reaktor bei hohen Temperaturen zwischen 400-800°C ohne Sauerstoff zerlegt. Da es somit keine Verbrennung ist, entstehen auch keine Abgase. Da Pyrolysenverfahren liefert wertvolle chemische Rohstoffe, sowie Energie in Form von Gasen, Kohle und Öl . • Auf diese Weise können Autoreifen und fast alle Kunststoffe unsortiert verwendet werden, selbst wenn sie Fremdstoffe wie Papier oder Metall enthalten.

47. Autokatalysator • Beim Autofahren entstehen CO, C2H6 und NO. Diese Stoffe sind für die Umwelt gefährlich. • Mithilfe eines Platinkat. können sie in weniger gefährliche Stoffe umgewandelt werden. (Drei-Wege-Katalysator) • Die Reaktion von CO und Ethan sind Oxidationen, die von NO ist eine Reduktion. Dies ist ein Problem, denn bei einer Reduktion ist es nicht von Vorteil, eine sauerstoffreiche Umgebung zu haben, das O2 braucht es aber für die Oxidation von CO und Ethan. • Die Lösung des Problems ist ein konstantes Luft-Kraftstoff-Gemisch im stöchiometrischen Verhältnis (λ = 1) von 14,7 Gramm Luft pro Gramm Benzin-Kraftstoff und eine Lambda-Sonde, welche die Sauerstoffzufuhr regelt. So hat es immer genug O2 für die Oxidation, aber gleichzeitig so wenig O2, dass die Reduktion noch funktioniert.

48. Quellenverzeichnis • http://de.wikipedia.org/wiki/Emission_%28Umwelt%29 • http://de.wikipedia.org/wiki/Immission • http://www.lung.ch/de/themenschwerpunkte/lunge-und-atemwege/atmung.html • http://de.wikipedia.org/wiki/CO2 • http://de.wikipedia.org/wiki/Treibhauseffekt • http://de.wikipedia.org/wiki/SO2 • http://www.vcell.de/gesundheitspark/gesundheitspark-ozon-oben-zu-wenig-unten-zu-viel/ • http://www.was-ist-das-ozonloch.de/html/ozon3.html • http://de.wikipedia.org/wiki/Smog • http://de.wikipedia.org/wiki/2%2C3%2C7%2C8-Tetrachlordibenzodioxin • http://www.swisseduc.ch/chemie/vortraege/autokat/docs/autokat.doc • Zusätzliche Quellen: • Rep-Ordner der organischen Chemie (Abfallvernichtung) • Material aus Unterricht (Treibhauseffekt, Ozonloch,…) • Material aus der Oberstufe (Atmung,…)