Validierung des Mercury Analyzers, Leco AMA 254, zum Einsatz in der Klinischen Chemie und Arzneimittelanalytik.
<p>40 Jahre Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES)</p><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>
<p>Schwermetall-Emissionen</p><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>
Background Seafood is a major source of vital nutrients for optimal fetal growth, but at the same time is the main source of exposure to methylmercury (MeHg), an established neurodevelopmental toxicant. Pregnant women must be provided with dietary advice so as to include safely fish in their diet for nutrition and mercury control. The aim of this work is to present the design of a multicentre randomized control trial (RCT), which combines human biomonitoring (HBM) with dietary interventions using seafood consumption advice to pregnant women for MeHg control, and to collect information about other possible sources of exposure to mercury. It also presents the materials developed for the implementation of the study and the characteristics of the study participants, which were self-reported in the first trimester of pregnancy. Methods The "HBM4EU-MOM" RCT was performed in the frame of the European Human Biomonitoring Initiative (HBM4EU) in five coastal, high fish-consuming European countries (Cyprus, Greece, Spain, Portugal and Iceland). According to the study design, pregnant women (>/= 120/country, </= 20 weeks gestational age) provided a hair sample for total mercury assessment (THg) and personal information relevant to the study (e.g., lifestyle, pregnancy status, diet before and during the pregnancy, information on seafood and factors related to possible non-dietary exposures to mercury) during the first trimester of pregnancy. After sampling, participants were randomly assigned to "control" (habitual practices) or "intervention" (received the harmonized HBM4EU-MOM dietary advice for fish consumption during the pregnancy and were encouraged to follow it). Around child delivery, participants provided a second hair sample and completed another tailored questionnaire. Results A total of 654 women aged 18-45 years were recruited in 2021 in the five countries, primarily through their health-care providers. The pre-pregnancy BMI of the participants ranged from underweight to obese, but was on average within the healthy range. For 73% of the women, the pregnancy was planned. 26% of the women were active smokers before the pregnancy and 8% continued to smoke during the pregnancy, while 33% were passive smokers before pregnancy and 23% remained passively exposed during the pregnancy. 53% of the women self-reported making dietary changes for their pregnancy, with 74% of these women reporting making the changes upon learning of their pregnancy. Of the 43% who did not change their diet for the pregnancy, 74% reported that their diet was already balanced, 6% found it difficult to make changes and 2% were unsure of what changes to make. Seafood consumption did not change significantly before and during the first trimester of pregnancy (overall average â Ì8 times per month), with the highest frequency reported in Portugal (>/= 15 times per month), followed by Spain (>/= 7 times per month). During the first-trimester of pregnancy, 89% of the Portuguese women, 85% of the Spanish women and <50% of Greek, Cypriot and Icelandic women reported that they had consumed big oily fish. Relevant to non-dietary exposure sources, most participants (>90%) were unaware of safe procedures for handling spillage from broken thermometers and energy-saving lamps, though >22% experienced such an incident (>1 year ago). 26% of the women had dental amalgams. â Ì1% had amalgams placed and â Ì2% had amalgams removed during peri-pregnancy. 28% had their hair dyed in the past 3 months and 40% had body tattoos. 8% engaged with gardening involving fertilizers/pesticides and 19% with hobbies involving paints/pigments/dyes. Conclusions The study design materials were fit for the purposes of harmonization and quality-assurance. The harmonized information collected from pregnant women suggests that it is important to raise the awareness of women of reproductive age and pregnant women about how to safely include fish in their diet and to empower them to make proper decisions for nutrition and control of MeHg, as well as other chemical exposures. © 2023 The Authors
Nach der Verabschiedung der Quecksilberverordnung (EU) 2017/852 im Frühjahr 2017 durch Rat und Parlament fanden nunmehr die zweite (2018) und dritte (2019) Vertragsstaatenkonferenz der Minamata Konvention statt. Hier waren einige wichtige Festlegungen zu treffen, um das Übereinkommen mit Leben zu füllen und das Sekretariat arbeitsfähig zu machen. Besonderes Augenmerk galt dabei den Verabredungen hinsichtlich Wirksamkeitsüberprüfung und Monitoring , der Ausfuhr bestimmter mit Quecksilber versetzter Produkte, der Leitfadenerstellung in Bezug auf die Freisetzung von Quecksilber, Entsorgung und Vermeidung bzw. Behandlung quecksilberhaltiger Abfälle, Leitfadenerstellung zum Management von Altlasten und die Überarbeitung der Anhänge A und B (Produkte und Prozesse). Für diese Themen wurden vor und während der Verhandlungen Optionen für ihre Ausgestaltung geprüft und Textvorschläge für die Gestaltung von Beschlussvorlagen entwickelt. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Projekt auf nationaler Ebene ein Entwurf für einen Nationalen Aktionsplan der BReg zur schrittweisen Verringerung von Dentalamalgam vorgelegt, der von der BReg als Grundlage genutzt und im Juli 2019 durch den Bundestag angenommen wurde. Veröffentlicht in Texte | 110/2021.
Das 2014 vereinbarte Minamata-Übereinkommen setzt sich zum Ziel die menschliche Gesundheit und die Umwelt vor anthropogenen Emissionen und Freisetzungen des toxischen Schwermetalls Quecksilber zu schützen. Die Wirksamkeit des Übereinkommens soll spätestens 2023 erstmals überprüft werden. Im Rahmen des Projektes wurden Konzepte und Kriterien entwickelt und diskutiert, die als Beiträge sowohl in die Verhandlungen auf Vertragsstaatenkonferenzen und als auch während der Arbeit von Expertengruppen einflossen. Ein wichtiger Aspekt bei der Weiterentwicklung des Minamata-Übereinkommens ist die Überprüfung der Anhänge A und B, die die Nutzung von Quecksilber in Produkten und Prozessen beschränken. Hierzu wurden Vorschläge zur Einleitung des Überprüfungsprozesses bewertet und die Tätigkeit der eingesetzten Expertengruppe personell sowie durch Erstellung von Fachdokumenten begleitet. Ein weiterer Inhalt des Projektes war die Erstellung von Unterlagen und Vorschlägen zur Vorbereitung eines nationalen Plans zur schrittweisen Verringerung des Einsatzes von Dentalamalgam. Ein solches Dokument war von jedem Mitgliedsland der Europäischen Union (EU) als Teil der Umsetzung der EU-Quecksilberverordnung vorzulegen. Quelle: Forschungsbericht
Mit der Unterzeichnung der Schlussakte bei der Bevollmächtigtenkonferenz im Oktober 2013 hat die Europäische Union ihre Absicht ausgedrückt, dem Minamata-Übereinkommen beizutreten. Der Ratifizierungsprozess wurde gut zwei Jahre später im Februar 2016 durch die Vorlage eines Entwurfs für eine Quecksilberverordnung durch die Europäische Kommission eingeleitet. Im weiteren Verhandlungsprozess schlugen sowohl das Europäische Parlament als auch der Europäische Rat Änderungen in mehreren Regelungsbereichen vor. Diese betrafen die Nutzung von Quecksilber in Prozessen und Produkten, Abfallbewirtschaftung, Dentalamalgam, Handel und anderes mehr. Im Rahmen des Projektes wurden diese Vorschläge auf ihre Machbarkeit und Effektivität wie auch auf ihre Folgen für Umwelt und Industrie geprüft. Darüber hinaus wurden Vorschläge für alternative Textformulierungen entwickelt. Nach der Verabschiedung der Quecksilberverordnung im Frühjahr 2017 durch Rat und Parlament begann die Vorbereitung der ersten Vertragsstaatenkonferenz des Minamata-Übereinkommens. Hier waren einige wichtige Festlegungen zu treffen, um das Übereinkommen mit Leben zu füllen und das Sekretariat arbeitsfähig zu machen. Besonderes Augenmerk galt dabei dem Ausschuss für die Durchführung und Einhaltung des Übereinkommens und der Wirksamkeitsbewertung. Für beide Themen wurden vor und während der Verhandlungen Optionen für ihre Ausgestaltung geprüft und Textvorschläge für die Gestaltung von Beschlussvorlagen entwickelt. Quelle: Forschungsbericht
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.
Natronlaugeherstellung (Amalgamverfahren); Natronlauge (NaOH) wird heute elektrochemisch dargestellt. In dieser Prozeßeinheit wird die Herstellung der Natronlauge durch Elektrolyse von Natriumchlorid (Chlor/Alkali-Elektrolyse) nach dem Amalgamverfahren bilanziert. Der Prozeß liefert neben Natronlauge stets Chlor (Cl2) und Wasserstoff (H2). Ausgangsstoff des Verfahrens ist Natriumchlorid (NaCl) in Wasser gelöst. Der Elektrolyt wird im Kreis geführt. Das Kernstück des Verfahrens ist die Quecksilberzelle, in der an einer Graphit- oder Titan-Elektrode aus der Kochsalzlösung reines gasförmiges Chlor abgezogen werden kann. An der flüssigen Quecksilberkathode bildet sich eine Natrium-Quecksilberverbindung (Amalgam), aus der im Amalgamzersetzer eine sehr reine 50 %ige Natronlauge gewonnen wird. Die Hauptnachteile des Verfahrens liegen in den Quecksilberemissionen und dem hohen Stromverbrauch. Der Vorteil gegenüber anderen Verfahren ist die hochreine Natronlauge. Prozeßsituierung Es stehen drei verschiedene Elektrolyseverfahren zur Herstellung von Natronlauge aus NaCl zur Verfügung: das Amalgamverfahren, das Diaphragmaverfahren und das Membranverfahren. Die weltweite Verteilung der Produktionskapazitäten auf die verschiedenen Verfahren kann für das Jahr 1990 der Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1993). In der BRD entfielen 1985 ca. 63 % der gesamten Chlorproduktion auf das Amalgamverfahren, ca. 31 % auf das Diaphragmaverfahren und ca. 6 % auf sonstige Verfahren (HCl, Schmelzfluß) (#1). 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 NaOH betrug 1990 in Europa ca. 8,67 Mio. Tonnen. Die Weltproduktion belief sich 1990 auf 38,43 Mio. Tonnen pro Jahr (#2). Die Kennziffern dieser Prozeßeinheit beziehen sich auf die Natronlaugeherstellung 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 Massen um, so enstehen pro Tonne NaOH (100 %ig) 0,887 Tonnen Cl2. Die Kennziffern werden für 100 %iges Natriumhydroxid berechnet. Das verkaufsfertige Produkt des Prozesses stellt 50 %ige Natronlauge (wässrige Lösung) dar. Um diesem Unterschied zwischen der Bilanzierung und dem tatsächlichen Produkt Rechnung zu tragen, wird der hier bilanzierten Prozeßeinheit der Natronlaugeherstellung eine fiktive Verdünnung der 100 %igen NaOH zu wässriger 50 %iger Natronlauge nachgeschaltet (Prozeßeinheit: Chem-Anorg\NaOH 50 %). Bei der Elektrolyse entstehen weiterhin 24,8 kg Wasserstoff (H2)/t NaOH. Es wird angenommen, daß der Wasserstoff energetisch verwertet wird (Verbrennung). Entsprechend wird für H2 eine Energiegutschrift berechnet (siehe „H2-Kessel-D“), die zu jeweils 50 % der Chlor- und der Natronlaugeherstellung gutgeschrieben wird. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Zur Herstellung einer Tonne NaOH (und gleichzeitig 0,887 t Cl2) werden als Rohstoff 1516 kg Natriumchlorid benötigt. Um Verunreinigungen aus dem Elektrolyten vor der Elektrolyse zu entfernen werden 48 kg Fällungsmittel (NaOH, Na2CO3, BaCO3) eingesetzt. Die Verunreinigungen fallen als Abfall (134 kg, feucht) an. Bei der Reaktion enstehen als Nebenprodukt 24,8 kg Wasserstoff (Energiegutschrift bei GEMIS). [Aus #1 , umgerechnet auf 1 t NaOH]. Zur Genese der Kennziffern bei GEMIS werden nach der obigen Allokationsregel der Natronlauge 50 % der aufgeführten Mengen zugeteilt. Die restlichen 50 % entfallen auf die Herstellung von Chlor. Energiebedarf Der Energiebedarf für den Gesamtprozeß der Herstellung einer Tonne Natriumhydroxid und 0,887 Tonnen Chlor für die verschiedenen Verfahren kann nach (Ullmann 1993) der Tabelle 2 entnommen werden. Als Kennziffer für die hier betrachtete Prozeßeinheit (Amalgamverfahren) wurde gemäß der Allokationsregel 50 % des Mittelwerts der Werte aus Tabelle 2 - 1500 kWh/t NaOH - eingesetzt. Tabelle 2 Energiebedarf in kWh für die Herstellung von 1t NaOH und 0,887 t Cl2 Energie [kWh] Amalgam Diaphragma Membran elektr. Energie 2800-3200 2500-2600 2300-2500 Dampf(äquivalent) 0 700-900 90-180 Summe 2800-3200 3200-3500 2390-2680 Im Vergleich dazu wird der Gesamtenergiebedarf in #1 mit 3280 kWh/t NaOH + 0,887 t Cl2 elektrischer Energie - nach Allokation: 1640 kWh/t NaOH - angegeben (Werte wurden von der Chlorherstellung auf die Herstellung von NaOH umgerechnet). Da die Werte aus #2 besser nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Emissionen: Die Quecksilber(Hg)-Emissionswerte (Luft, Wasser und Deponie) wurden auf der Grundlage von Daten aus dem Jahr 1985 berechnet [#1, siehe Tabelle 3]. In der letzten Zeile der Tabelle sind die anteiligen Emissionswerte (50 % der Gesamtemissionen) pro Tonne für die Natronlaugenherstellung 1985 (2,2 Mio. t Amalgamchlor bzw. 2,48 Mio. t NaOH) aufgelistet. Tabelle 3 Hg-Gesamtemissionen bei der Chlorherstellung in Tonnen für das Jahr 1985. Wasser Luft Produkte Deponie Summe [t] 0,20 4,20 1,10 36,30 [g Hg/t NaOH] 0,04 0,85 0,22 7,32 Die Quecksilberemissionen auf den Deponien setzen sich aus dem Filterschlamm, verbrauchten Katalysatoren, Rückständen aus der Produktreinigung und abgewrackten Anlagenteilen zusammen (#1). Aufgrund von gesetztlichen Auflagen und technischen Neuerungen kann derzeit vermutlich von geringeren Emissionen ausgegangen werden. Dies wird durch die neueren Daten in #3, die auch für GEMIS verwendet werden, bestätigt. Dort werden für die Herstellung von 1 t NaOH (Anteil für NaOH an den Gesamtemissionen) Hg-Emissionen von 0,417 g (Luft) und 0,0248 g (Wasser) aufgeführt. Die Cl2-Emissionen werden in #3 mit 0,222 g/t NaOH beziffert. Weiterhin wird in #3 für das Abwasser eine Fracht von 0,510 g an gelösten anorganischen Stoffen pro Tonne NaOH angegeben. Wasser: Das für die Chlor- und Natronlaugenherstellung benötigte Wasser setzt sich aus dem chemisch verbrauchten Wasser (450 kg, z.B. für die Bildung von Wasserstoff), dem Lösungswasser (24 kg, Lösung von NaCl und Bildung der wässrigen NaOH), dem Niederdruckdampf (222 kg), dem Prozeßwasser (1463 kg) und dem Kühlwasser (88652 kg) zusammen [aus #1, umgerechnet auf 1 t NaOH und 0,887 t Cl2]. Die Abwassermenge wird in #1 mit 0,3 bis 1,0 m3 pro Tonne produzierten Chlor angegeben. Der Wasserbedarf wurde anteilig unter den beiden Prozeßeinheiten der Chlor- und Natronlaugenherstellung aufgeteilt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Rohstoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 132% Produkt: Grundstoffe-Chemie Verwendete Allokation: Allokation durch Gutschriften
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