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Emissionen persistenter organischer Schadstoffe

<p>Die Emissionsentwicklung persistenter organischer Schadstoffe verläuft uneinheitlich. Minderungserfolge sind bei den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen zu verzeichnen.</p><p>Umweltwirksamkeit von persistenten organischen Schadstoffen</p><p>Persistente organische Schadstoffe (Persistent Organic Pollutants, POPs) werden in der Umwelt nur langsam abgebaut. Besondere Umweltrelevanz ergibt sich daraus, dass sie nach ihrer Freisetzung in der Umwelt verbleiben und sich in der Nahrungskette anreichern. Damit können sie ihre schädigende Wirkung auf Ökosysteme und Mensch langfristig entfalten. Einige POPs weisen eine hohe Toxizität auf – in der breiten Öffentlichkeit wurde dies durch Unglücke wie in Seveso deutlich. Da sie weiträumig transportiert werden, können sie nach ihrer ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Deposition#alphabar">Deposition</a>⁠ selbst in entlegenen Gebieten zu einer Belastung führen. Zu den POPs gehören Chemikalien, die zu bestimmten Anwendungszwecken hergestellt werden (zum Beispiel ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pflanzenschutzmittel#alphabar">Pflanzenschutzmittel</a>⁠ und Industriechemikalien), aber auch solche, die unbeabsichtigt bei Verbrennungs- oder anderen thermischen Prozessen entstehen (sogenannte <em>u</em>POPs wie polychlorierte Dibenzo-p-dioxine und –furane (PCDD/F) oder polyaromatische Kohlenwasserstoffe (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>⁠) (siehe Tab. „Emissionen persistenter organischer Schadstoffe nach Quellkategorien“).</p><p>Internationale Regelungen zum Schutz vor persistenten organischen Schadstoffen</p><p>Im Rahmen der Konvention über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigungen (<a href="https://unece.org/environment-policy/air/protocol-abate-acidification-eutrophication-and-ground-level-ozone">Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution</a>, CLRTAP) der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UN#alphabar">UN</a>⁠-Wirtschaftskommission für Europa (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UNECE#alphabar">UNECE</a>⁠) wurde 1998 ein <a href="https://unece.org/environment-policy/air/protocol-persistent-organic-pollutants-pops">Protokoll zur Reduktion der POP-Emissionen</a> von 32 Staaten und der EU unterzeichnet. Deutschland hatte hierzu unter Federführung des Umweltbundesamts technische Basisdokumente erstellt, zum Beispiel zum Stand der Technik der Emissionskontrolle stationärer Quellen. 2009 wurde das Protokoll novelliert; Regelungen zu sieben weiteren POPs wurden aufgenommen und bestehende Regelungen aktualisiert.</p><p>Darüber hinaus ist seit 2004 das weltweit geltende <a href="http://chm.pops.int/Home/tabid/2121/Default.aspx">Stockholmer Übereinkommen</a> zu POPs in Kraft, das inzwischen von 186 Staaten ratifiziert wurde.</p><p>Beide Vertragswerke, das POPs-Protokoll und die Stockholm-Konvention, regeln derzeit über 20 verschiedene POPs, die aber nicht alle deckungsgleich in beiden Abkommen vertreten sind. Zudem werden neue POPs aufgenommen. Die formulierten Ziele der Abkommen richten sich im Detail nach dem jeweils betroffenen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/s?tag=Stoff#alphabar">Stoff</a>⁠ und umfassen alle Möglichkeiten vom Verbot über Substitution bis hin zu der Anforderung, dass die Emissionen des Stoffes den Wert eines Referenzjahres zukünftig nicht überschreiten darf.</p><p>Umfang der Emissionen</p><p>Die Schätzungen der Emissionen unbeabsichtigt freigesetzter POPs (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=uPOPs#alphabar">uPOPs</a>⁠) sind in der Regel mit größeren Unsicherheiten behaftet als die der Schadstoffe, die beabsichtigt eingesetzt werden.</p><p>Polychlorierte Biphenyle (PCB)</p><p>Polychlorierte Biphenyle (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PCB#alphabar">PCB</a>⁠) sind in ihrer Anwendung strikt reglementiert, teilweise bereits seit Jahrzehnten. Rund zwei Drittel der insgesamt eingesetzten PCB von rund 100 Tausend Tonnen (Tsd. t) befinden sich geschlossen in Trafos, Kondensatoren oder Hydraulikflüssigkeit. Die restlichen Anwendungen in offenen Systemen (zum Beispiel Dichtungsstoffe, Anstriche und Weichmacher) liegen schon lange zurück. Daher werden die verbleibenden Emissionen der laufenden Anwendungen nur noch gering eingeschätzt (1990: 1.736 kg, 2023: 204 kg). Die Entsorgungssituation ist dennoch problematisch, da bei nicht kontrolliertem Verbleib von erheblichen Re-Emissionen auszugehen ist.</p><p>Dioxine und Furane</p><p>Polychlorierte Dibenzodioxine und -furane (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PCDDPCDF#alphabar">PCDD/PCDF</a>⁠, kurz oft ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Dioxine#alphabar">Dioxine</a>⁠ genannt) entstehen in Gegenwart von Chlorverbindungen bei jeder nicht vollständigen Verbrennung. Größte Quelle war 1990 noch die Abfallverbrennung in der Energiewirtschaft, deren Eintrag heute jedoch vernachlässigbar ist. Von insgesamt ca. 111 Gramm (Emissionsangaben in I-⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=TEQ#alphabar">TEQ</a>⁠: Internationales Toxizitätsäquivalent) im Jahr 2023 stammten 45 % aus der Energiewirtschaft und 14 % aus den Industrieprozessen, dort fast ausschließlich aus der Metallindustrie (größtenteils aus Sinteranlagen). 38 % stammen aus Haus- und Autobränden. Insgesamt sanken die Emissionen zwischen 1990 und 2009 um etwa 85 % und stagnieren seither auf diesem Niveau beziehungsweise fluktuieren leicht.</p><p>Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) </p><p>Zu den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>⁠) gehören über 100 Verbindungen.<br><br>PAK entstehen durch unvollständige Verbrennung. Hauptquellgruppe sind mit Abstand die kleinen Feuerungsanlagen der Haushalte. Die vorhandenen Messwerte sind jedoch mit hohen Unsicherheiten verbunden, da ähnlich wie bei den Dioxinen eine repräsentative Aussage zum Nutzerverhalten bei kleinen Feststofffeuerungen nicht möglich ist. Weiterhin gibt es Schätzungen (unterschiedlicher Qualität) zu PAK-Emissionen der Stahl- und mineralischen Industrie sowie von Kraftwerken und Abfallverbrennungsanlagen. Insgesamt ist das deutsche PAK-Inventar jedoch fast vollständig, da diese Emissionen weitestgehend aus Verbrennungsprozessen entstehen, die gut überwacht werden.</p><p>Hexachlorbenzol (HCB)</p><p>Die Datenlage für ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=HCB#alphabar">HCB</a>⁠ ist deutlich schlechter als für ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=Dioxine#alphabar">Dioxine</a>⁠/Furane und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PAK#alphabar">PAK</a>⁠. Dieser Schadstoff wird in Anlagen normalerweise nicht gemessen, da er nicht gesetzlich geregelt ist. Seit 1977 ist HCB als reiner Wirkstoff in der Anwendung als ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Pflanzenschutzmittel#alphabar">Pflanzenschutzmittel</a>⁠ verboten. Jedoch kann es als chemische Verunreinigung in anderen Wirkstoffen vorkommen. Mit Hilfe des Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) konnten erstmals für die Berichterstattung 2016 HCB-Emissionen für diesen Bereich über die Inlandsabsätze der Pflanzenschutzmittel mit den Wirkstoffen Chlorthalonil und Picloram seit 1990 bis 2016 und der zulässigen HCB-Maximalgehalte ermittelt werden. ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Lindan#alphabar">Lindan</a>⁠ ist bis zum Anwendungsverbot im Jahr 1997 berücksichtigt. Der rückläufige Trend ist nicht nur auf verminderte Maximalgehalte zurückzuführen, sondern auch auf die schwankenden Absatzmengen sowie die jeweiligen Wirkstoffzulassungen.</p><p>Verschiedene Branchen, bei denen HCB-Emissionen zu erwarten wären, sind derzeit noch unberücksichtigt, wie zum Beispiel die Metallindustrie und die Zementindustrie.</p><p>Weitere POPs</p><p>Für weitere prioritär betrachtete POPs liegen wenig belastbare oder sehr geringe Emissionsschätzungen vor oder die Substanzen wurden in Deutschland weder hergestellt noch angewendet. Gleichwohl sind Immissionen über den Import nicht auszuschließen. Gleiches gilt für Ausgasungen von im Inland früher einmal verwendeten Produkten, für die die großräumige Immissionssituation vernachlässigbar ist (zum Beispiel ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DDT#alphabar">DDT</a>⁠ und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/l?tag=Lindan#alphabar">Lindan</a>⁠ im Holzschutz von Innenbauten der neuen Länder).&nbsp;</p><p>Trends</p><p>Weitere Emissionsminderungen sind bei Dioxinen (PCDD/F) aufgrund der bereits vollzogenen Maßnahmen nur noch in geringem Umfang zu erwarten. Die Benzo(a)pyren- (BaP-) Emissionen dürften sich großräumig bei den Kleinfeuerungen (Kamine, Öfen) durch Brennstoffsubstitution und -einsparung weiter verringern, solange der Holzeinsatz in der Kleinfeuerung nicht weiter zunimmt. Die hier vereinzelt bei Anlagen der Eisen- und Stahlindustrie noch vorhandenen Reduktionspotenziale haben vor allem lokale Bedeutung. Bei ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PCB#alphabar">PCB</a>⁠ könnte die Altlastenproblematik mangels Kontrolle der umweltgerechten Rückführung vornehmlich durch Aufklärung entschärft werden. Bei Chlorparaffinen gibt es ein Stoffsubstitutionspotenzial kurzkettiger durch langkettige Stoffe. Die Verwendung kurzkettiger Chlorparaffine in der metallverarbeitenden Industrie und in der Lederverarbeitung und Zurichtung wurde in der EU mit der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?qid=1532938868225&amp;uri=CELEX:32002L0045">Richtlinie 2002/45/EG</a> im Jahre 2002 verboten.</p>

Bestimmende Faktoren der Pharmakokinetik und Verteilung lipophiler Stoffe und Umweltverunreinigungen

Gewisse polyhalogenierte Verbindungen sind lipophil und schlecht oder nicht metabolisierbar, zwei Eigenschaften, die zur Anreicherung in der Biosphaere und damit zu Umwelttoxizitaet fuehren koennen. Zu diesen Verbindungen gehoeren diverse Insektizide, sowie insbesondere polychlorierte Biphenyle (PCB), polyhalogenierte Dibenzodioxine (z.B. TCDD) und Dibenzofurane. Unsere Untersuchungen richten sich insbesondere auf die Ursachen der besonderen Pharmakokinetik solcher Verbindungen - ihrer Aufnahme, Verteilung, Bindung, Elimination - im Vergleich zu anderen lipophilen Xenobiotika.

LaPLUS: Laser-Dekontamination von Metall- und Betonoberflächen^LaPLUS: Laser-Dekontamination von Metall- und Betonoberflächen^LaPLUS: Laser-Dekontamination von Metall- und Betonoberflächen, LaPLUS: Laser-Dekontamination von Metall- und Betonoberflächen

Die TU Bergakademie Freiberg entwickelte im Vorgängerprojekt ein laserbasiertes Analyseverfahren zur Überwachung des thermischen Abbau von PCB über das CCl-Radikal, welches als Abbaukriterium hochmolekularer chlorierter Verbindungen in Echtzeit diente. Dabei galt es sicherzustellen, eine Bildung hochtoxischer Nebenprodukte, wie polychlorierte Dibenzodioxine und -furane, zu vermeiden. Ziel dieses Projektes ist es, das technisch sehr aufwendige laserbasierte Verfahren (gestützt auf der laserbasierten Fluoreszenz - LIF) durch eine direkte Anpassung an die Prozessparameter soweit zu miniaturisieren, dass eine kompakte und robuste Einbindung an das Abtragsystem gewährleistet ist. Eine weitere Fragestellung bezieht sich auf das Reinigen metallischer Oberflächen im Rahmen von Instandhaltung oder Rückbau kerntechnischer Anlagen. Dafür soll an der TU Bergakademie Freiberg ein Prozessüberwachungssystem auf der Basis berührungsloser, optischer Messtechnik entwickelt werden, um wesentliche Parameter des Dekontaminationslasers in Echtzeit den Anforderungen anzupassen. I. Konzeptionierung eines miniaturisierten Detektionssystems für Reaktionsradikale. II. Konzeptionierung und Entwicklung eines Detektionssystems zur Bestimmung der Oberflächengüte von metallischen Strukturen. III. Untersuchungen zur Nachweisführung von Minoritätenspezies über Chemilumineszenz. IV. Untersuchung und Validierung des Funktionsmusters zur Bestimmung der Oberflächengüte von metallischen Strukturenarbeitsplanung.

Biogas - Schadstoffe in Ausgangssubstraten und Gärrückständen

In Biogasanlagen anfallende Gärrückstände sind aufgrund ihres Nährstoffgehaltes in der Regel wertvolle Düngemittel. Die Ausgangssubstrate können jedoch je nach Herkunft auch potenziell schädlich Stoffe enthalten wie Schwermetalle oder organische Schadstoffe. Im Verlauf des Vergärungsprozesses kann es zu einer Anreicherung dieser Schadstoffe kommen. Mit der Ausbringung des Gärrestes können Schadstoffe auf landwirtschaftliche Flächen eingetragen werden, sich langfristig im Boden anreichern oder über den Pfad Boden-Pflanze in die Nahrungskette gelangen. Das Biogashandbuch Bayern gibt einen Überblick über Schadstoffgehalte verschiedener Ausgangssubstrate und Gärrückstände (Schwermetalle, organische Schadstoffe wie Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs), Polychlorierte Biphenyle(PCB), Polychlorierte Dibenzodioxine und Furane (PCDD/F)Tenside aus der Gruppe der linearen Alkylbenzosulfonate (LAS) und Nonylphenole (NP)und Antibiotika). Das Verhalten einzelner Schwermetalle und organischer Schadstoffe im Boden und ihre Wirkungen auf Pflanzen und Bodenorganismen wird dargestellt.

Minimierung der Emissionen von polychlorierten Dibenzodioxinen und -furanen mittels zweistufiger Abgasreinigung

Die Emissionen eines Aluminiumumschmelzwerkes an Dioxinen und Furanen sollen um 97-99 v.H. gemindert werden. Zur Reduzierung des Abgasstromes um 40 bis 50 v.H. wird die Befeuerung der beiden vorhandenen Trommeloefen von Oel/Luft- auf Oel/Sauerstoffbrenner umgeruestet und die vorhandene Entstaubungsanlage als zweistufige Gegenstrom-Abgasreinigungsanlage ausgefuehrt. Die Abgase der Trommeloefen sowie des vorhandenen Konverters werden zusammengefasst und der zweistufigen Abgasreinigungsanlage zugefuehrt. Zur Abscheidung von anorganischen Chlor- und Fluorverbindungen wird dem Abgasstrom zwischen den beiden Filtern als Sorbens Kalkhydrat, dem Aktivkohle zugemischt ist, zudosiert und das Sorbens im zweiten Filter abgeschieden. Das abgeschiedene Sorbens wird dem Abgasstrom vor dem ersten Filter wieder zudosiert. Der abgeschiedene Filterstaub im ersten Filter wird als Sondermuell deponiert.

Mechanismen der toxischen Wirkung umweltrelevanter, organischer Chemikalien

Das Vorhaben befasst sich mit der Aufklaerung der Wirkungsmechanismen zytotoxischer, genotoxischer und tumorpromovierender Chemikalien. Im Vordergrund stehen Untersuchungen zur Entstehung von Primaerlaesionen und deren biologische Konsequenzen in frisch isolierten Zellen und etablierten Zellinien. Die Bedeutung der in Zellkulturen erhobenen Befunde werden in der Ratte in vivo und in menschlichen Geweben ueberprueft. Die Untersuchungen dienen dem Ziel, die Kenntnisse der Wirkungsmechanismen von Chemikalien und damit die Bewertung ihrer Gesundheitsgefaehrlichkeit zu verbessern.

Vergleichende Untersuchungen von Verfahren zur thermischen Klaerschlammtrocknung und -entsorgung

Bei dem Vorhaben wurde in Laborversuchen die bei der thermischen Behandlung (Trocknung, Verbrennung, Verschwelung) von Klaerschlamm entstehenden Rueckstaende hinsichtlich Schwermetallen und organischen Schadstoffen untersucht. Die ermittelten Ergebnisse wurden mit Messungen an Entsorgungsanlagen verglichen, wobei Messkampagnen an Trocknungsanlagen im Vordergrund standen. Die Laborversuche zur Klaerschlammbehandlung haben gezeigt, dass bei der - Trocknung nur Quecksilber und die organischen Schadstoffklassen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe sowie polychlorierte Biphenyle aus dem Klaerschlamm ausgetrieben werden, die polychlorierten Dibenzodioxine und -furane aber im Trockengut verbleiben; - Verbrennung einige Schwermetalle (Antimon, Barium, Blei, Cadmium, Quecksilber, Selen, Zink) eine z.T. deutliche Fluechtigkeit zeigen; - Verschwelung vor allem Antimon, Cadmium und Quecksilber fluechtig sind, organische Schadstoffe wie z.B. polychlorierte Biphenyle und polychlorierte Dibenzodioxine und -furane fast vollstaendig zerstoert werden. Die Messkampagnen an Klaerschlammtrocknungsanlagen bestaetigten im wesentlichen die Laborversuchsergebnisse. Die Emissionen der Trocknungsanlagen sind sowohl hinsichtlich der anorganischen Belastung als auch bezueglich der organischen Schadstoffe als sehr gering einzustufen; zu pruefen ist allerdings die Zusatzbelastung der Klaeranlage durch die Rueckfuehrung des Zentrifugates und Kondensates aus der Klaerschlammentwaesserung und -trocknung in bezug auf die vergleichsweise hohen Gehalte an Naehrstoffen (vor allem Ammonium-Stickstoff).

Dioxinabbau^Teilprojekt: Biologische Umwandlung; Entgiftung und Abbau von Dioxinen und Furanen, Teilprojekt: Genetische Untersuchungen und gezielte Verbesserungen von dioxinabbauenden Mikroorganismen

Verbesserungen dibenzofuran- und -dioxinabbauender Bakterienstaemme mit dem Ziel der Mineralisierung chlorierter Dioxine und Furane. Ergebnis: Einige niedrig chlorierte Furane koennen gut abgebaut werden.

Untersuchung von Filteraschen aus Sondermuellverbrennungsanlagen auf polychlorierte Dibenzoselenophene (Dioxinanaloga)

Untersuchungen im Labormassstab haben gezeigt, dass PCBs (polychlorierte Biphenyle) mit Selen bei Temperaturen um 600 Grad C sog. Dibenzoselenophene bilden, welche aufgrund ihrer Struktur aehnliche Toxizitaet aufweisen duerften wie polyhalogenierte Dibenzodioxine. Sowohl Selen als auch PCBs wurden ueber Jahrzehnte fuer verschiedene technische Zwecke eingesetzt, z.B. in elektrischen/elektronischen Einheiten und stehen daher in entsprechenden Sondermuellchargen zur Entsorgung an. Zur Zeit untersuchen wir, ob polyhalogenierte Dibenzoselenophene bei der Verbrennung von Sondermuell entstehen, d.h. entsprechende Elektrofilterstaeube werden auf die moegliche Anwesenheit dieser Verbindungen untersucht.

Toxikologie, Metabolismus und Gehalte chlorierter Dibenzodioxine und Dibenzofurane bei Mensch und Tier

1. Literatur und Modellstudien zur Toxikologie und moeglichen Gehalten in Lebensmitteln aus dem Immissionsbereich von Kehrichtverbrennungsanstalten. 2. Experimentelle Studien zum Metabolismus und zur Kinetik ausgewaehlter Dioxine beim Menschen und Versuchstieren. 3. Toxikologische Untersuchungen an Metaboliten und ausgewaehlten Dioxinen und Dibenzofuranen.

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