Luftverschmutzung

Was versteht man unter Luftverschmutzung?

Luftverschmutzung ist eine Form der Umweltverschmutzung, die alle physikalischen, chemischen und biologischen Phänomene umfasst, die die Eigenschaften der Luft verändern und damit das geophysikalische Gleichgewicht beeinträchtigen.

Je nach Quelle lassen sich zwei Arten der Luftverschmutzung unterscheiden:

• Anthropogene Verschmutzung: Verschmutzung, die auf Aktivitäten zurückzuführen ist, die durch die Anwesenheit von Menschen verursacht werden
• Natürliche Verschmutzung: Verschmutzung, die auf natürliche Phänomene zurückzuführen ist

Industrielle Tätigkeiten, Haushalte und Mobilität sind die Hauptquellen der anthropogenen Umweltverschmutzung und haben einen erheblichen Einfluss auf die Luftqualität, insbesondere in großen Zentren aufgrund der hohen Bevölkerungsdichte und der damit verbundenen großen Menge an Schadstoffemissionen auf engem Raum.

Die Verschmutzung natürlichen Ursprungs hingegen umfasst schwer vorhersehbare und im Allgemeinen zeitlich diskontinuierliche Phänomene mit hohen Emissionen über kurze Zeiträume, wie z. B. Vulkanausbrüche, Waldbrände, Gewitter und organische Zersetzungen. Wie man sich logischerweise vorstellen kann, ist es schwierig (wenn nicht gar unmöglich), die Emissionen aus diesen Phänomenen zu begrenzen.

Welches sind die wichtigsten luftverschmutzenden Stoffe und Gase?

Zahlreiche Stoffe können sich negativ auf die Luftqualität auswirken, aber wir betrachten im Allgemeinen die Verbindungen mit den größten Emissionsmengen und daher den wichtigsten Auswirkungen auf die Luftverschmutzung. Die bekanntesten sind:

• Kohlenoxide (CO und CO2)
• Stickstoffoxide (im Allgemeinen als NOx bezeichnet)
• Schwefeloxide (allgemein als SOx bezeichnet)
• Partikel (oder Feinstaub)
• Flüchtige organische Verbindungen (VOCs)

Was ist die Ursache der Luftverschmutzung?

Die oben beschriebenen Stoffe werden in unterschiedlichem Maße durch vom Menschen verursachte Aktivitäten emittiert und sind meist Nebenprodukte erwünschter Prozesse. Ihre Auswirkungen können vielfältige Folgen für das Ökosystem haben, wie z. B. den Treibhauseffekt, den sauren Regen und die Verbreitung von Krankheiten.

Betrachtet man die Prozesse, die für die Schadstoffemissionen verantwortlich sind, genauer, so stellt man fest, dass im Wesentlichen alle Oxide (Kohlenstoff-, Schwefel- oder Stickstoffoxide) aus Verbrennungsprozessen resultieren und ihre Bildung durch das Vorhandensein (oder Fehlen) von Kohlenstoff-, Schwefel- oder Stickstoffverbindungen sowie durch die entsprechenden Druck- und Temperaturbedingungen gesteuert wird.

Bei der Verbrennung von Brennstoffen mit hohem Kohlenstoffgehalt entsteht ein höherer Gehalt an Kohlenstoffoxiden als an Stickstoff- oder Schwefeläquivalenten, bei der Verbrennung von Brennstoffen mit hohem Stickstoffanteil ein höherer NOx-Gehalt. Angesichts der großen Gefahr, die Stickstoff- und Schwefeloxide für das Gleichgewicht der Biosphäre darstellen, wurden im Laufe der Zeit immer strengere Vorschriften für ihre Emissionen erlassen, und es wurden Anlagenlösungen entwickelt, die dazu beitragen, Stickstoff- oder Schwefelverbindungen aus Prozessen zu entfernen, bei denen sie anfallen, bevor sie in die Atmosphäre abgegeben werden.

Wie kann man feststellen, ob die Luft verschmutzt ist?

Eine wissenschaftliche Bewertung der Luftqualität muss auf der Messung der Konzentrationen verschiedener Schadstoffe in der Luft beruhen, die nach den Kriterien und Leitlinien der am Ort der Messung geltenden technischen Vorschriften durchgeführt wird.

Grundlegende Elemente für eine Bewertung des Luftqualitätsindexes sind:

• Feinstaub (PM 2,5 und PM10)
• Ozon (O3)
• Stickstoffdioxid (NO2)
• Schwefeldioxid (SO 2)
• Kohlenmonoxid (CO).

Die Weltgesundheitsorganisation hat ihre von mehr als hundert medizinisch-wissenschaftlichen Fachgesellschaften weltweit ausgearbeiteten Leitlinien zur Luftqualität aktualisiert und gibt darin Zielwerte für sechs Hauptschadstoffe an: PM2,5, PM10, Ozon, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid.

Die neuen WHO-Leitlinien legen die Luftqualitätswerte fest, die zum Schutz der menschlichen Gesundheit erforderlich sind, und bieten Orientierungshilfen für die Bewertung der Exposition der Bevölkerung gegenüber Schadstoffwerten, die gesundheitliche Probleme verursachen können. Quantität und Qualität der Studien, die die negativen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Gesundheit dokumentieren, haben in den letzten 15 Jahren zugenommen. Aus diesem Grund und nach einer gründlichen Überprüfung der gesammelten Daten sind die aktualisierten Luftqualitätsrichtwerte (AQG) niedriger als die vor 15 Jahren vorgeschlagenen Werte. Im Einzelnen:

• der Jahresdurchschnitt der Feinstaubpartikel (PM2,5) sinkt von 10 auf 5 g/m3
• der Jahresdurchschnitt der einatembaren Feinstaubpartikel (PM10) von 20 auf 15 g/m3
• Stickstoffdioxid (NO2) sinkt deutlich von 40 auf 10 g/m3
• für Kohlenmonoxid (CO) wird ein Tagesgrenzwert von 4 g/m3 vorgeschlagen.

Das Dokument enthält auch Empfehlungen für gute Qualitätspraktiken zum Umgang mit bestimmten Arten von Partikeln, wie elementarem Kohlenstoff, ultrafeinen Partikeln sowie Staub- und Sandstürmen, für die keine ausreichenden quantitativen Daten zur Festlegung von Zielwerten vorliegen.

Es ist ratsam, sich über die in Ihrem Gebiet geltenden Gesetze zu informieren, da diese von Land zu Land unterschiedlich sind und sich oft in Bezug auf die angewandten Technologien, Emissionsgrenzwerte usw. stark unterscheiden.

Globale Luftverschmutzung: Luftqualitätsindex in Echtzeit

Die Daten von Luftqualitätsüberwachungsstationen können leicht in Echtzeit abgerufen werden, um herauszufinden, ob und wie sich unser Gebiet von anderen Regionen in der Nähe oder in der Ferne unterscheidet. Der Weltluftqualitätsindex beispielsweise verwendet Echtzeitdaten von mehr als 10.000 Stationen auf der ganzen Welt, um eine umfassende Karte der Luftverschmutzung zu erstellen. Die Karte beginnt mit einer Berechnung des Luftqualitätsindex auf der Grundlage von Messungen von Feinstaub (PM2,5 und PM10), Ozon, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxidemissionen.

Was sind die Folgen der Luftverschmutzung? Was sind die Auswirkungen auf die Umwelt? Welche Auswirkungen hat die Luftverschmutzung auf die Gesundheit?

Über das Thema „Folgen“ ließe sich viel schreiben, denn je nach Art des Schadstoffs und der in der Luft festgestellten Konzentrationen lassen sich sicherlich verschiedene Arten von Auswirkungen feststellen; für die Zwecke dieses Inhalts beschränken wir uns auf die Erwähnung:

Auswirkungen auf das Klima: der Treibhauseffekt

Das Phänomen, das als „Treibhauseffekt“ bekannt ist, beruht auf der Fähigkeit der Moleküle in der Atmosphäre, transparent zu sein, d. h. die Sonnenstrahlung durchzulassen.

Das Problem ergibt sich aus der Tatsache, dass die Sonnenstrahlung nach dem Durchgang durch die Atmosphäre auf den Erdboden „zurückprallt“, der nur einen Teil davon absorbiert. Im Gegensatz zu dem, was sie auf der „Hinreise“ getan hat, ändern die Moleküle in der Atmosphäre ihr Verhalten und sind für den zurückkehrenden Teil der Strahlung nicht mehr transparent.

Infolgedessen wird die zurückkehrende Sonnenstrahlung von den Molekülen der Atmosphäre absorbiert, die sie in alle Richtungen zurückschicken, wodurch sich ihr Energiegehalt und damit ihre Temperatur erhöht.

Kohlendioxid (CO2) ist eines der Gase, die für dieses Verhalten verantwortlich sind. Es ist zu betonen, dass Verbindungen wie NOx oder Methan eine weitaus größere Fähigkeit haben, Sonnenstrahlung zu absorbieren und wieder zu emittieren als Kohlendioxid, aber auch hier ist es wichtig, die unterschiedliche Konzentration und damit die viel größere Menge an CO2 in der Atmosphäre im Vergleich zu den vorgenannten Verbindungen zu berücksichtigen.

Auswirkungen auf das globale Ökosystem

Das Vorhandensein chemischer Schadstoffe in der Atmosphäre kann die Gesundheit von Tieren und Pflanzen beeinträchtigen und so das Gleichgewicht des weltweiten Ökosystems gefährden.

Das Vorhandensein von Stickstoff- und Schwefeloxiden in der Atmosphäre kann zu einer Senkung des pH-Werts von Niederschlägen führen, was als „saurer Regen“ bezeichnet wird und sowohl der Vegetation als auch der Meeresfauna erheblichen Schaden zufügen kann.

Die erhöhte Kohlendioxidkonzentration in der Luft führt auch zu einer Versauerung der Ozeane, die die Lebensgemeinschaften in den Meeren verändern und den Sauerstoffgehalt in den Küstengewässern verringern kann, wodurch das Leben im Meer beeinträchtigt wird.

Auswirkungen auf die Gesundheit: die Verbreitung von Krankheiten

Die negativen Auswirkungen der Luftverschmutzung sind umfassend dokumentiert und umfassen Atemwegserkrankungen wie Asthma, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und psychische Probleme.

Nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist die Luftverschmutzung jedes Jahr für etwa 7 Millionen vorzeitige Todesfälle weltweit verantwortlich. Diese vorzeitigen Todesfälle werden hauptsächlich durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Lungenkrebs und andere Atemwegserkrankungen verursacht.

Studien zeigen, dass eine längere Exposition gegenüber Luftverschmutzung auch das Risiko von Demenz, psychischen Problemen wie Depressionen und anderen neurologischen Störungen erhöhen kann. Darüber hinaus kann sie auch die kognitive Leistungsfähigkeit von Schülern beeinträchtigen und die durchschnittliche Schlafdauer pro Nacht in der Allgemeinbevölkerung verringern.

Flüchtige organische Verbindungen (VOC) und Feinstaub können für den Ausbruch von Krankheiten, insbesondere von Atemwegserkrankungen, verantwortlich sein und in schweren Fällen krebserregend sein, wie dies bei vielen VOC der Fall ist.

Darüber hinaus wurde während der Covid-19-Pandemie ein Zusammenhang zwischen hohen Feinstaubkonzentrationen und der Ausbreitung des Virus vermutet, doch wurden diesbezüglich noch keine ausreichend umfassenden Studien durchgeführt.

Welche Möglichkeiten gibt es, die Luftverschmutzung zu verringern?

Wie kann ich persönlich zur Verringerung der Luftverschmutzung beitragen?

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gibt es zehn Möglichkeiten, wie jeder von uns zur Bekämpfung der Luftverschmutzung beitragen kann:

Ich fahre nicht mit dem Auto während der Hauptverkehrszeiten, ich gehe zu Fuß zur Arbeit, ich kompostiere meinen Abfall, ich recycle meinen Müll, ich verbrenne meinen Abfall nicht, ich nutze erneuerbare Energien für die Stromversorgung meines Hauses, ich überprüfe täglich die Luftverschmutzungswerte, ich schalte Lichter und ungenutzte elektronische und elektrische Geräte aus.

In der verarbeitenden Industrie ist die Kontrolle der Umweltverschmutzung eindeutig komplizierter, da diese zwangsläufig ausgefeiltere Systeme einsetzen muss, um sicherzustellen, dass die Emissionen aus ihren Produktionsprozessen die in den nationalen Rechtsvorschriften festgelegten Grenzwerte einhalten.

In diesem Fall besteht die einzige Lösung in der Installation von Systemen zur Schadstoffreduzierung, die mit geeigneten Technologien ausgestattet sind, die sich je nach Art der zu behandelnden Schadstoffe, den zu reinigenden Luftmengen und den einzuhaltenden Grenzwerten unterscheiden.

Verringerung der industriellen Luftverschmutzung

Es gibt zahlreiche Technologien zur Verringerung der industriellen Luftverschmutzung. Filter-, Reinigungs- und Abluftreinigungsanlagen sind eine besondere Kategorie von Anlagen, die zur Verringerung der Konzentrationen der wichtigsten Luftschadstoffe eingesetzt werden, die als Nebenprodukte verschiedenster Industrieprozesse entstehen.

Anlagen zur Beseitigung von Luftschadstoffen

LUFTREINIGUNGS- UND EMISSIONSMINDERUNGSSYSTEME

Luftreinigungssysteme sind technische Vorrichtungen, die die durch industrielle Tätigkeiten verursachten Umweltauswirkungen verringern, für mehr Nachhaltigkeit sorgen und die Risiken für die menschliche Gesundheit reduzieren. Eines der gebräuchlichsten Systeme ist der Staubabscheider, der mit Hilfe eines Filtersystems feste Partikel aus der Luft auffängt. Diese Art von Geräten ist besonders nützlich bei industriellen Tätigkeiten, die große Mengen an Staub erzeugen, wie z. B. in der mineralgewinnenden Industrie.

Eine andere Art von Luftreinigungssystem ist der Rauchabscheider, der die bei industriellen Tätigkeiten entstehenden giftigen Gase entfernt. Diese Geräte verwenden verschiedene Techniken wie Verbrennung, chemische Absorption oder Katalyse, um schädliche Gase abzuscheiden und zu neutralisieren.

Neben den Staub- und Rauchabscheidern gibt es noch andere Arten von Luftreinigungssystemen, wie Wäscher, Aktivkohlefilter, Oxidationssysteme und Lösungsmittelrückgewinnung. Für jedes dieser Geräte gibt es spezifische Anwendungen, die von den Anforderungen der jeweiligen Branche abhängen. Nachstehend sind die in der Industrie am häufigsten verwendeten Technologien aufgeführt.

ART DES SCHADSTOFFS	MINDERUNGSTECHNOLOGIE	ANMERKUNGEN
Pulver	Staubunterdrückungssysteme	Materialbenetzungs- oder Wasservernebelungssysteme, damit Staubpartikel, die durch die Wirkung des Wassers niedergeschlagen werden, nicht durch Luftströmungen transportiert oder angehoben werden können.
Feiner Staub	Entstaubungssysteme	In der Regel handelt es sich um Taschenfilter oder Patronenfilter, die staubhaltige Gase auffangen.
NOx – Stickstoffoxide	SCR-Geräte (Selektive katalytische Reduktion)	Die selektive katalytische Reduktion (kurz SCR) ist ein chemisches Verfahren zur Verringerung von NOx in Abgasen. SCR-Geräte werden sowohl bei der industriellen Verbrennung als auch in Verbrennungsmotoren mobiler Anwendungen (z. B. in Kraftfahrzeugen) eingesetzt.
SOx – Schwefeloxide	Nasse Fällung (Wäscher)	Wäscher sind Reinigungstechnologien, bei denen Flüssigkeiten verschiedener Art zur Entfernung von Schadstoffen, in der Regel wasserlöslichen, eingesetzt werden.
VOCs – flüchtige organische Verbindungen	Systeme zur thermischen Oxidation oder Lösungsmittelrückgewinnung	Je nach den zu behandelnden flüchtigen organischen Verbindungen wird entweder die Technologie der thermischen Oxidation (Verbrennung) oder die Rückgewinnungstechnologie gewählt, bei der das Lösungsmittel im Prozess selbst wiederverwendet werden kann.
CO – Kohlenmonoxid	Thermische Oxidation	Der thermische Prozess zielt darauf ab, durch Hochtemperaturoxidation schädliche Bestandteile in unschädliche Stoffe umzuwandeln: Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O).

Anlagen zur Rückgewinnung von Luftschadstoffen

Anlagen zur Rückgewinnung von Luftschadstoffen, so genannte „Zero-Waste“-Anlagen, sind Teil eines Produktionsmodells, das sich an der Kreislaufwirtschaft orientiert, deren Grundprinzip das Recycling und die Wiederverwendung von Ressourcen ist, umso mehr, wenn diese „Ressourcen“, wie in diesem Fall, nach ihrer Freisetzung in die Atmosphäre Schadstoffe sind.

Die wichtigsten Technologien zur Rückgewinnung von Luftschadstoffen beruhen auf Lösungen, bei denen der Schadstoff aus dem Luftstrom abgeschieden und anschließend zur Verwendung im gleichen oder in anderen Kreisläufen zurückgewonnen wird.

Ein typisches Beispiel sind Anlagen zur Rückgewinnung von Lösemitteln (Lösemittel sind alle Mitglieder der oben erwähnten Familie der flüchtigen organischen Verbindungen), die es Unternehmen, die diese Produkte stark verbrauchen, ermöglichen, einen großen Teil davon zurückzugewinnen, was zu erheblichen Kosteneinsparungen und einer starken Verringerung der Umweltbelastung führt.

Im Bereich der Rückgewinnung von Lösungsmitteln stehen zwei Anlagentypen zur Verfügung, die sich nach den Eigenschaften des Schadstoffs richten. Die Wahl zwischen der Rückgewinnung von Lösemitteln mit Dampf oder mit Inertgas hängt insbesondere vom Grad der Wasserlöslichkeit des Lösemittels ab.

Energiesparende Installationen

Energieeinsparung ist von Natur aus ein Weg zur Verringerung der Luftverschmutzung, da alle Energieerzeugungstechnologien mit ökologischen Kosten verbunden sind.

Um dies zu bestätigen, investieren die wichtigsten Unternehmen seit Jahrzehnten große Summen in die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Wärmeenergie aus dem Produktionszyklus.

Der Markt hat die unterschiedlichsten technologischen Lösungen entwickelt, im Bereich des Industrieanlagenbaus sind zu nennen: geschlossene Kreisläufe, Rückdampf, Systeme zur Erwärmung von Thermoöl, Dampferzeugung und Lufterwärmung, Trigeneration und andere.

Alle diese Lösungen zielen im Wesentlichen darauf ab, die Wärme (oder Kälte), die als Nebenprodukt eines industriellen Prozesses entsteht, zugunsten eines anderen Prozesses zu nutzen.