Poly- und perfluorierte Chemikalien in flüssigen Feuerlöschmitteln ein Problem für Mensch und Umwelt

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1 achbeitrag Umweltprobleme durch flüssige chaummittel mit poly- oder perfluorierten hemikalien Eine tudie des Umweltbundesamtes [3] zeigt z.b., wie Perfluorsulfon- und Perfluorcarbonsäuren üb die Elbe in die Nordsee eingetragen und in der deutschen Bucht durch das Meerwasser verdünnt werd (Abbildung 1). Wahrscheinlich trägt das Abwasser kommunaler Kläranlagen die hemikalien in d Elbe ein E N T E 3 G a 419 M ai Bereits seit einiger Zeit sind wasserfilmbildende chaumlöschmittel (A, Aqueous ilm orming oam) aufgrund einer möglichen Umweltunverträglichkeit in den Blickpunkt gerückt. intergrund sind die in diesen Produkten enthaltenen luorverbindungen (luortenside oder luorpolymere), die einerseits für die gute Löschwirkung sorgen, sich auf der anderen eite jedoch durch eine hohe chemische tabilität auszeichnen, die zu einer Persistenz und Bioakkumulation führt. In tudien wurde nachgewiesen, dass einige dieser hemikalien mit dem Trinkwasser oder der Nahrung in den menschlichen rganismus aufgenommen werden können und sich im Blut anreichern. Diese Erkenntnisse führten dazu, dass für die Perfluoroktansulfonsäure (P) bereits ein EU-weites Verbot der erstellung und der Verwendung als Inhaltsstoff flüssiger euerlöschmittel ausgesprochen wurde. ür Bestände P-haltiger euerlöschmittel erlaubt die EU-Richtlinie 2006/122/EG ein Aufbrauchen bis Juni Unbestritten ist allerdings auch, dass die fluorhaltigen euerlöschmittel eine um Größenordnungen bessere Löschwirkung für Brände der Brandklasse B haben, als die fluorfreien Vertreter. Die Limitierung des Einsatzes derartiger Löschmittel bedeutet somit eine erhebliche Erschwernis der Brandbekämpfung bis hin zum Unmöglichen bei entsprechenden Großbränden, was wiederum eine Belastung der Umwelt durch die giftigen Verbrennungsprodukte bedeutet. In der Artikelserie wird das Thema aus icht der Umweltbundesamt, der ersteller und der Nutzer und eines orschungsinstitutes beleuchtet. Dr. Alexander Grzegorzewski, Brandassessor, Leitung Brandschutz Berlin, Bayer chering Pharma AG ng/l D T E N T 8 7 N G R 2 N B 2 Y LT 2 Y LT 1 LT IE 6 A M R U E ID E R P xa P x M E D E M 2 P pa P A B R I tade P 1 P N oa P D ea 0 P A ile: db dsf Abbildung 1: Konzentrationen Perfluorierter hemikalien in Elbe und Deutscher Bucht. Abbildung 1: Konzentrationen Perfluorierter hemikalien in Elbe und Deutscher Bucht hristoph chulte und ermann. Dieter Poly- und perfluorierte hemikalien in flüssigen euerlöschmitteln ein Problem für Mensch und Umwelt 1. Einleitung Poly- und perfluorierte hemikalien (P) geraten immer stärker in die öffentliche Diskussion. Aufsehen erregten in Deutschland in jüngster Zeit tudien der Ruhr-Universität Bochum, die zeigten, dass einige dieser hemikalien mit dem Trinkwasser oder der Nahrung in den menschlichen rganismus aufgenommen werden können und sich im Blut anreichern [1]. Poly- und perfluorierte hemikalien - häufig auch unter dem (unzureichenden) Begriff perfluorierte Tenside (PT) zusammengefasst - finden in vielen Bereichen Anwendung. Eine davon sind bestimmte euerlöschmittel, die als ilm bildende Löschschäume in Löschfahrzeugen, in stationären Anlagen und in andlöschgeräten eingesetzt werden. Je nach Mittel können die Konzentrate bis zu 6 Prozent einer P-Lösung enthalten. ie werden z.b. unter den Bezeichnungen A (Aqueous ilm orming oam) und P (ilm orming oam Proteinic) vertrieben. Eine zusätzliche Kennzeichung AR - weist auf eine hohe Alkoholbeständigkeit (Alcohol Resistance) des Löschmittelkonzentrats hin. Mit ihnen lassen sich hemikalien- oder Treibstoffbrände, zum Beispiel in Anlagen der chemischen Industrie oder auf lugplätzen bekämpfen. Im Brandfall können die P mit den euerlöschschäumen in die Umwelt, besonders in Gewässer eingetragen werden. Auch einer der bekanntesten Vertreter der P, die Perfluoroktansulfonsäure (P) wurde bis zum EU-weiten Verbot der erstellung und der Verwendung im Juni 2008 als Inhaltsstoff flüssiger euerlöschmittel eingesetzt. ür Bestände P-haltiger euerlöschmittel erlaubt die EU- Richtlinie 2006/122/EG [2] ein Aufbrauchen bis Juni Die EU-Richtlinie ist mit der Elften P können auch im Boden versickern oder aus belasteten Gewässern durch Uferfiltration also d Verordnung zur Änderung chemikalienrechtlicher fluoroktansäure (PA), möglicher Vorläufersubstanzen Versickern Verordnungen im Randbereich in nationales von Recht Gewässern umgesetzt. in das und Grundwasser längerkettiger Perfluorcarbonsäuren gelangen. Im Grundwasser unt Luftwaffenstützpunkten Mittlerweile schlagen in die den Mitgliedsstaaten U-Bundesstaaten der bis Nevada 2010 auf fünf und Prozent Michigan des tandes maßen von orscher 2000 nach Einsa von euerlöschmitteln UN-Umweltorganisation die (UN-EE) bisher weltweit P zur höchsten zu reduzieren. Konzentrationen eitdem stiegen wichtige [4,5]. ersteller P-haltiger Löschschäume auf kürzerkettige ohe P-Gehalte i Aufnahme in die Liste der Persistent rganic Grundwasser fanden sich auch in der Umgebung der Produktionsstätte in Decatur, Alabama [6]. Pollutants (PPs) der Genfer Luftreinhaltekonvention und der tockholm-konvention vor. Die Aufnahme käme einem weltweiten Verwendungsverbot für P gleich. P wurde vornehmlich in den Konzentraten eingesetzt, die das Unternehmen 3 M an 1 Produktbetreuungsprogramm die Löschmittelhersteller verkaufte. 3 M erzeugte P elektrochemisch nach dem sogenannten E-Verfahren und gab diese Produktsparte wegen der Risiken für die Beschäftigten und die Umwelt 2002 auf. either produziert das italienische Unternehmen Miteni nach eigenen Angaben den weltweit größten Anteil poly- und perfluorierter hemikalien nach dieser Methode. Neuere Inhaltsstoffe P-haltiger Löschschäume werden nach dem sogenannten Telomerverfahren hergestellt. Zur Abgrenzung von den nach dem E-Verfahren hergestellten hemikalien werden diese Inhaltsstoffe auch als luortelomere bezeichnet. Dieser Begriff spezifiziert jedoch lediglich das erstellungsverfahren der P und erlaubt keine Aussage bezüglich der Risiken für Mensch und Umwelt vereinbarten die amerikanische Umweltbehörde EPA und acht wichtige fluorchemische Unternehmen ein Product tewardship Programme 1 mit dem Ziel, die Emissionen der Per- P um. hemisch bestehen diese Verbindungen meist aus Kohlenstoffketten mit 6 fluorierten Kohlenstoffatomen und einem nicht fluorierten Teil. ierzu gehören z.b. Perfluoralkyl-arboxybetaine, die als Grundstoff vieler P-haltiger Löschmittel dienen. Doch auch diese hemikalien sind aus Umweltsicht kritisch zu bewerten Warum werden P so kritisch bewertet? Die Bindung zwischen Kohlenstoff und luor lässt sich nur unter hohem Energieaufwand trennen, z.b. bei der ochtemperaturverbrennung. Deshalb sind viele P in der Umwelt stabil. Abbauprozesse mit Wasser, Luft, Licht oder Bakterien zerstören die Bindung nicht. Und dies ist genau ein Teil des Problems. Denn in Kläranlagen und im Gewässer findet kein Abbau statt. Die hemikalien werden über die lüsse in die Meere eingetragen und mit den Meeresströmungen weltweit verteilt. Letztlich finden Wissenschaftler sie in den Weltmeeren bis zur Tiefsee und in der Ark- 1 Produktbetreuungsprogramm 76 77

2 achbeitrag Perfluorhexansulfonsäure sogar anstiegen. P-Konzentration im Blut (µg/l) Nachweise von P und PA in menschlichem Blut Nachweise von P und PA in menschlichem Blut P PA M M M M 10 10M 10 10M Bayern 2005 NRW 2006 Arnsberg 2006 UPB 1998 UPB 2003 UPB 2007 Abbildung 1: Konzentrationen von P und PA im Blut erwachsener, nicht beruflich exponierter rauen () und Männer (M) in Deutschland [Geometrische Mittelwerte; Mediane bei Bayern 2005 [8,9]; UPB = Umweltprobenbank des Bundes. Abbildung 1: Konzentrationen von P und PA im Blut erwachsener, nicht beruflich exponierter rauen () und Männer (M) in Deutschland [Geometrische Mittelwerte; Mediane bei Bayern 2005 [8,9]; UPB = Umweltprobenbank tis wieder. Und in rganismen: des In Bundes. ischen, in den Lebern grönländischer Eisbären, in Robben, Nerzen, üchsen und Eisvögeln aus der kanadischen Wissenschaftler Arktis. der Ruhr-Universität Bochum stark verglichen rückläufig in sind, den während Jahren sich 2006 die Belastung und 2007 den P-Gehalt Eine tudie des Umweltbundesamtes [3] zeigt von Blutproben der Bevölkerung der tadt Arnsberg von Blut mit mit PA Proben seither nicht aus verminderte den Nachbarstädten und Brilon und z.b., wie Perfluorsulfon- und Perfluorcarbonsäuren Das über Blut die Elbe der in Einwohner die Nordsee eingetragen Arnsbergs und war re fünf- sogar anstiegen. bis achtfach höher mit PA belastet, als das von die Konzentrationen von Perfluorhexansulfonsäu- iegen: Einwohnern der der deutschen Nachbargemeinden Bucht durch das Meerwasser Brilon und iegen. Wissenschaftler Die der einfache Ruhr-Universität Erklärung: Bochum Nur die tadt Arnsberg verdünnt werden (Abbildung 1). Wahrscheinlich verglichen in den Jahren 2006 und 2007 den bezog Trinkwasser trägt das Abwasser aus kommunaler der damals Kläranlagen noch stärker die als heute mit P verunreinigten Möhnetalsperre. Diese P-Gehalt von Blutproben der Bevölkerung der tudie bewies, hemikalien dass in die P Elbe trinkwassergängige ein. tadt Umweltkontaminanten Arnsberg mit Proben aus den sind Nachbarstädten und das Trinkwasser deshalb P können auch im Boden versickern oder aus auch anderswo belasteten Gewässern zu einer durch Quelle Uferfiltration für Aufnahme also von Brilon P und iegen: aus der Das Umwelt Blut der Einwohner werden könnte. Deshalb ist Arnsbergs war fünf- bis achtfach höher mit PA insbesondere das Versickern der chutz im Randbereich der Gewässer von Gewässern vor P-Einträgen so wichtig. in das Grundwasser gelangen. Im Grundwasser unter Luftwaffenstützpunkten in den U-Bundes- Das Trinkwasser staaten Nevada im und ochsauerlandkreis Michigan maßen orscher muss noch jahrelang durch Aktivkohlefilter von P gereinigt werden, nach um Einsatz den von Ziel- euerlöschmitteln und allgemeinen die bisher Vorsorgewert (0,10 µg/l) der Trinkwasserkommission des weltweit höchsten Konzentrationen [4,5]. ohe Bundesministeriums P-Gehalte im Grundwasser für Gesundheit fanden sich beim auch in UBA einzuhalten. Um wirksam zu bleiben, müssen die teuren ilter häufig der Umgebung ausgetauscht der Produktionsstätte und entsorgt in Decatur, werden. Alabama [6]. Besonders bedenklich ist, dass Wissenschaft- Auch in ler ischen per- und polyfluorierte aus der Möhne hemikalien und weltweit aus einer Teichanlage bei Brilon/charfenberg ermittelte das Landesamt auch im für menschlichen Natur-, Umwelt- Blut nachweisen. und In Verbraucherschutz Blutproben aus Europa, den Vereinigten taaten und hohe P-Konzentrationen. Der P-Gehalt des Blutes Asien von finden Anglern sich P-Konzentrationen aus der Region von korrelierte 1 mit dem langjährigen Verzehr P-kontaminierter ische: bis Je mehr Mikrogramm/Liter isch verzehrt (µg/l) wurde, und PA- desto höher war die jeweilige Blutbelastung mit P [10]. Den Konzentrationen von bis zu 60 µg/l [7]. In einer tudie der Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit Blutplasmaproben der Jahrgänge 1982 bis 2007 betrugen die Konzentrationen 3,5 bis 103 µg/l P und 1,5 bis 13 µg/l PA. Die tudie zeigte auch, dass die P- Konzentrationen seit Anfang der 2000er Jahre belastet, als das von Einwohnern der Nachbargemeinden Brilon und iegen. Die einfache Erklärung: Nur die tadt Arnsberg bezog Trinkwasser aus der damals noch stärker als heute mit P verunreinigten Möhnetalsperre. Diese tudie bewies, dass P trinkwassergängige Umweltkontaminanten sind und das Trinkwasser deshalb auch anderswo zu einer Quelle für Aufnahme von P aus der Umwelt werden könnte. Deshalb ist insbesondere der chutz der Gewässer vor P- Einträgen so wichtig. Das Trinkwasser im ochsauerlandkreis muss noch jahrelang durch Aktivkohlefilter von P gereinigt werden, um den Ziel- und allgemeinen Vorsorgewert (0,10 µg/l) des Umweltbundesamtes nach 3 Anhörung der Trinkwasserkommission (TWK) des Bundesministeriums für Gesundheit einzuhalten. Um wirksam zu bleiben, müssen die teuren ilter häufig ausgetauscht und entsorgt werden. Auch in ischen aus der Möhne und aus einer Teichanlage bei Brilon/charfenberg ermittelte das Landesamt für Natur-, Umwelt- und Verbraucherschutz hohe P-Konzentrationen. Der P- Gehalt des Blutes von Anglern aus der Region korrelierte mit dem langjährigen Verzehr Pkontaminierter ische: Je mehr isch verzehrt wurde, desto höher war die jeweilige Blutbelastung mit P [10]. Den Anglern riet das Umweltministerium NRW deshalb, ische aus dieser Region vorerst nicht zu konsumieren. 3. Toxisches Potenzial der P und ihre Anreicherung im Menschen In Tierversuchen erwiesen sich die bekanntesten und am besten untersuchten P-Vertreter P und PA nach kurzzeitiger Belastung über die Nahrung, die Luft und die aut als nur mäßig toxisch. In Langzeitstudien mit Ratten und Mäusen förderten beide Verbindungen zwar die Entstehung von Leber-, Bauchspeicheldrüsen- und Leydigzell-Tumoren, doch die Übertragbarkeit dieser Befunde auf den Menschen ist fragwürdig. Die fortpflanzungsgefährdenden Wirkungen von P und PA im Tierversuch sind dagegen unbestritten, die wirksamen Dosierungen aber sehr hoch. Die im menschlichen Blut gemessenen Werte liegen um mehrere Größenordnungen unter den im Tierversuch wirksamen Konzentrationen. Besonders kritisch zu bewerten ist Weitergabe der P von der Mutter zum Kind während der chwangerschaft und die langsame Ausscheidung mittellanger bis langkettiger P aus dem menschlichen Körper. Bis zur Ausscheidung von 50 Prozent des im Körper befindlichen PA vergehen z. B. etwa vier Jahre ( Ausscheidungs- albwertszeit ). Das bedeutet, dass - einmal aufgenommen - der toff den Körper nur extrem langsam wieder verlässt und stetig aufgenommene Mengen sich anreichern. 4. Weitere Maßnahmen Die fluorchemischen Unternehmen stellen jetzt ihre Verfahren allmählich auf kurzkettige P um. Zwar reichern sich diese toffe im Körper in wesentlich geringerem Ausmaß an, doch abbaubar sind sie auch nicht. Kurzkettige P adsorbieren weniger an Partikel und sind deshalb im Boden mobiler als langkettige. ie werden bereits vermehrt im berflächen- und Grundwasser gemessen. Welche Gefahr von kurzkettigen P für die Umwelt und die Gesundheit ausgeht, kann derzeit noch nicht abgeschätzt werden. Es fehlen die Vergleichsdaten. Mit den bislang ergriffenen Maßnahmen allein lassen sich die Probleme nicht lösen. Das UBA hat deshalb eine Reihe weitergehender Maßnahmen initiiert: Zum chutz der menschlichen Gesundheit empfehlen das UBA und die Trinkwasserkommission (TWK) des Bundesgesundheitsministeriums beim UBA die Einhaltung eines lebenslang gesundheitlich duldbaren Trinkwasserleitwertes von LW TW = 0,3 µg/l P. Als Vorsorgewert halten sie für ummen stark kumulierender P einen Jahresmittelwert von maximal 0,10 µg/l für angemessen [11]. Zum chutz der Umwelt schlägt das UBA rechtlich verbindliche Qualitätsstandards und Minderungsziele für Gewässer, Abwasser, Böden und Klärschlamm vor. ür mehrere P prüft das UBA gemeinsam mit der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser, ob Qualitätsnormen für berflächengewässer nach Wasserrahmenrichtlinie erforderlich sind. Bei der Überarbeitung der Abwasserverordnung schlägt das UBA Maßnahmen zur Minimierung der Einleitung von P vor. Mittelfristig sollten Wasserkreisläufe, die P enthalten, geschlossen oder abwasserrelevante P durch alternative Verbindungen ersetzt werden. Den zuständigen Länderbehörden empfiehlt das UBA, Gewässer und rganismen routinemäßig auf P zu untersuchen. Ziel der Überwachung ist der Nachweis, dass alle Nutzungen - einschließlich der Trinkwassergewinnung - möglich bleiben und etwa vorhandene P sich in Pflanzen und Tieren nicht anreichern und sie nicht schädigen. Was ist mit den euerlöschmitteln? Ihr Nutzen für die Brandbekämpfung ist unbestritten. Der Gesetzgeber muss deshalb die Verhältnismäßigkeit legislativer Maßnahmen gegen P in der Umwelt sorgfältig gegen den Nutzen für den Brandschutz abwägen. Wichtig ist zunächst, dass Phaltige Löschmittel nur gegen solche Brände zum Einsatz kommen, wo sie alternativlos sind. Die euerwehrverbände und der Bundesverband technischer Brandschutz sollten ihre Mitglieder über die Alternativen aufklären. Ein wichtiger Aspekt ist auch ihre sachgerechte Entsorgung, und die ist nur möglich, wenn die P während und direkt nach einem Einsatz auch schon sachgerecht aufgefangen oder gesammelt werden. ie zu ersetzen wird mittel- bis langfristig nur gelingen, wenn die orschung jetzt beginnt, verstärkt nach alternativen toffen und Verfahren zu suchen. Autoren Dr. hristoph chulte, Umweltbundesamt, Wörlitzer Platz 1, Dessau; Dr. ermann. Dieter, Umweltbundesamt, orrensplatz 1, Berlin; Literatur [1] ölzer J, Wilhelm M. (2007). Querschnittsstudie zur Untersuchung der inneren Belastung von Mutter-Kind-Paaren und Männern in Gebieten erhöhter Trinkwasserbelastung mit perfluorierten Verbindungen ( PT )

3 achbeitrag [2] Anon. (2006). Richtlinie 2006/122/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 12. Dezember 2006; Abl. L 372 vom ,. 32 [3] Theobald N, ühnerfuss M, aliebe (2006): Entwicklung und Validierung einer Methode zur Bestimmung von polyfluorierten organischen ubstanzen im Meerwasser, edimenten und Biota. Untersuchungen zum Vorkommen dieser chadstoffe in der Nord- und stsee. UBA-orschungsbericht, KZ [4] Moody A and ield JA (1999). Determination of perfluorocarboxylates in groundwater impacted by fire-fighting activity. Environ ci Technol 33, [5] Moody A, ebert GN, trauss, ield JA. (2003). ccurrence and persistence of perfluorooctanesulfonate and other perfluorinated surfactants in groundwater at a firetraining area at Wurtsmith Air orce Base, Michigan, UA. J Environ Monit 5: [6] antoro MA (2003) submission of monitoring data pursuant to the 3M LI dated March 13, 2003 and AP users LI dated March 14, U.. Environmental Protection Agency Administrative Record August. [7] romme, Tittlemier A, Volkel W, Wilhelm M, Twardella D. (2008). Perfluorinated compounds - Exposure assessment Thomas Leonhardt 1. Einleitung Die Entdeckung von chaum als Löschmittel revolutionierte die Löschtechnik ganz erheblich und schuf die Möglichkeit, den durch die beginnende Industrialisierung erheblich gewachsenen Brand risiken wirkungsvoll entgegen treten zu können. Mit der Entdeckung der luortenside für den Ein satz in chaumlöschmitteln war man dann auch in der Lage, den enorm gewachsenen Gefahren des Erdöl und Kunststoffzeitalters wirksam zu begegnen. Bis heute gibt es keine Löschmittel, die in der Effizienz des Löschens von lüssigkeitsbränden an die Löschwirkung luortenside und/oder polymere enthaltender chaumlöschmittel heranreichen. Gleichwohl geraten die luortenside und polymere zunehmend unter Druck, weil ihre enorme chemische tabilität einen Abbau in der Natur wesentlich erschwert. Zwischen der unvergleichlichen Leistungsfähigkeit einerseits und ihrer geringen Abbaubarkeit andererseits spannt sich ein hohes Konfliktpotential auf: die Unverzichtbarkeit in der Anwendung der Einen trifft auf eine Verwendungsbeschränkung der anderen eite. Um jedoch die Diskussion sinnvoll ergänzen zu können, ist notwendig, sich mit den intergründen dieser toffe zu beschäftigen. Nur dann wird klar, weshalb sie in bestimmten ällen tatsächlich for the general population in western countries. Int J yg Environ ealth; [8] romme,., Midasch,., Twardella, D., Angerer, J., Boehmer,., Liebl, B. (2007). ccurrence of perfluorinated substances in an adult German population in southern Bavaria. Int Arch ccup Environ ealth 80(4): [9] ölzer, J., Midasch,., Rauchfuss, K., Kraft, M., Reupert, R., Angerer, J., Kleeschulte, P., Marschall, N., Wilhelm, M. (2008). Biomonitoring of perfluorinated compounds in children and adults exposed to perfluorooctanoate-contaminated drinking water. Environ ealth Perspect 116(5): [10] ölzer, J., Wilhelm, M. (2008). Konzentrationen perfluorierter Verbindungen ( PT ) im Blutplasma von Anglern am Möhnesee erste Ergebnisse. umwelt/pdf/angler_pdf.pdf [11] Trinkwasserkommission des Bundesministeriums für Gesundheit beim Umweltbundesamt (2006): Vorläufige Bewertung von perfluorierten Verbindungen im Trinkwasser am Beispiel von Perfluoroctansäure (PA) und Perfluorsulfonsäure (P). luortenside und -polymere in chaumlöschmitteln hemie und unktion unverzichtbar sind jedenfalls dann, wenn ein erheblich höheres icherheitsrisiko für die Gesellschaft nicht akzeptabel ist. 1.1 Aufbau von chaumlöschmitteln chaumlöschmittel sind für sich genommen Mischungen verschiedener hemikalien, die mit Was ser verdünnt Lösungen ergeben, aus denen ein stabiler chaum zum Löschen von Bränden hergestellt werden kann. Man kann die enthaltenen hemikalien lassen sich nach ihrer unktion grob in folgende Gruppen unterteilen: chaumbildner: typischerweise Proteine oder Tenside, welche die berflächenspannung von Wasser herabsetzen und damit die Bildung von chaum begünstigen und den chaum mit stabilisieren luortenside und polymere: luortenside und polymere sind unktionsträger, die die Lösch- und chaumeigenschaften des betreffenden Konzentrates ganz erheblich verän dern. Die Löschleistung wird auf ein Maß angehoben, welches ohne diese toffe derzeit nicht erreichbar ist, der chaum wird fließfähiger und stabiler gegen Brennstoffeinflüsse. Lösungsvermittler: Lösungsvermittler dienen ausschließlich der tabilisierung des Konzentrates, d.h. helfen eine Trennung in Phasen oder liche Voraussetzung für die Erzeugung einer Dispersion von Luft in Wasser, die wir chaum nen- Abscheidung einzelner Inhalts stoffe zu vermeidennen. New Technology odes & tandards rostschutzzusätze: wie der Name andeutet dienen diese toffe ausschließlich dazu, chaum- von Wasser, Tensiden und Luft. Durch Dr. Leonhardt den hohen chaum ist also nichts weiter, Research als eine entre Mischung Ladenburg konzentrate frostbeständig zu machen. Luftgehalt ist chaum natürlich spezifisch leichter, als jede bekannte brennbare lüssigkeit, von zu bleiben und deren Gas- und Energieaustausch zwischen Brand und Atmos eststoffen ganz zu schweigen. Daher vermag 1.2 Kohlenwasserstofftenside unterbinden. Das in der chaumlamelle gebundene Wasser kühlt den Brand u der chaum auf der berfläche von Brennstoffen thermische Rückkoppelung zu unterdrücken. Kohlenwasserstofftenside New Technology odes sind & toffe, tandards die einen zu bleiben 3. März und 2009 deren Gas- und Energieaustausch so genannten lipophilen Teil (lipophil = ett/ölliebend) und einen hydrophilen Teil (hydrophil Allerdings zwischen bewirkt Brand die besondere und Atmosphäre Verteilung wirksam von ett zu liebenden unterbinden. Molekül Das auch, in der dass chaumlamelle Tenside zu idealen gebundene Vermittlern zwischen etten und Wasser lieb Research entre Ladenburg Dr. Leonhardt len = in einem Wasser liebend) in einem Molekül vereinen und Wasser kühlt den Brand und hilft somit, die thermische Rückkoppelung zu unterdrücken. werden so genannten Emulgatoren. Das erlaubt dem chaum, auch berfläc kein luor enthalten. Der lipophile Molekülteil ist 1.2 Kohlenwasserstofftenside von denen Wasser abperlen würde. gleichzeitig hydrophob, d.h. er stößt Wasser ab. Allerdings bewirkt die besondere Verteilung = ett/öl- von ett Kohlenwasserstofftenside Diese sind toffe, können die einen als so geladene genannten Teilchen lipophilen vorliegen, so Teil genannte (hydrophil ionische = Wasser Tenside, liebend) die ihrerseits liebenden und Wasser Teil (lipophil liebend) und einen hydrophilen in einem Molekül vereinen und N + l kein luor enthalten. Der in lipophile anionische Molekülteil und kationische ist gleichzeitig Tenside hydrophob, unterschieden werden, je nachdem, ob es sich um ein ne gativ len in einem Molekül + liebenden Molekültei- d.h. er stößt Wasser ab. N l Diese toffe können als geladenes oder Teilchen ein positiv vorliegen, geladenes so genannte Teilchen ionische han-tensidedelt. Daneben gibt es auch noch nicht geladene, so zu idealen Ver- auch, die dass ihrerseits Tenside N in anionische und kationische Tenside unterschieden werden, je nachdem, ob es sich um ein negativ geladenes oder genannte ein positiv nichtionische geladenes Teilchen Tenside handelt. (NI s): Daneben gibt es mittlern auch noch zwischen nicht + l N Öltröpfchen geladene so genannte nichtionische Tenside (NI s): + etten/ölen und l Wasser werden so N + Nichtionisches genannten Emulgatoren. Das erlaubt N + l Tensid l dem chaum, auch Kationisches Tensid berflächen zu benetzen, von denen Wasser ab- + Wasser N l Abbildung 3: Abbildung perlen 3: würde. Tenside lösen ÖL/ett in Wasser d.h. sie bilden kleinste Tenside Aggregate, so gena Anionisches + Na Tensid Durch diese Wirkung der Tenside als Netzmittel toffe, Wirkung die der die Tenside Benetzung als Netzmittel von berflächen toffe, die lösen ÖL/ Durch diese ett die in Benetzung Wasser vo möglichen er möglichen oder Verbessern oder Verbessern ist es überhaupt ist es überhaupt möglich dreidimensionale d.h. sie Brän oder Glutnester möglich dreidimensionale in der Tiefe von täuben, Brände zu Pulvern, bekämpfen, Granulaten, bilden asern kleinste etc. wir hydrophob hydrophil fen. hne oder die Glutnester Netzwirkung in der Tiefe Tenside von würde täuben, chaum Pulvern, an rußigen Aggregate, berflächen so ser von Granulaten, einem Lotusblatt. asern Löschwasser etc. wirksam wäre zu bekämp aus dem fen. gleichen genannte Grund nicht i Tiefe von hne chüttgütern die Netzwirkung vorzudringen der Tenside und dort würde zu löschen. chaum Emulsionen Abbildung Abbildung 1: Tenside, 1: Tenside, truktur truktur und und unktion an rußigen berflächen abperlen wie Was ser von Bringt man Tenside in Wasser, so orientieren sich die einzelnen Moleküle Dennoch an einem der ist Wasseroberfläche so, dass der Wasser Bringt abstoßende man Tenside Teil aus in dem Wasser, Wasser so herausgedrängt orientieren auch kontraproduktiv, wird gleichen (vergleichbar Grund weil nicht das in der Emulgieren Lage, in natürlich die Tiefe auch von zwischen Löschscha diese Lotusblatt. einerseits Löschwasser nützliche Eigenschaft wäre aus ist dem im all der chaumlöschm etwa kleinen Wachskügelchen, sich die einzelnen die auf der Moleküle Wasseroberfläche an der Wasseroberfläche verfügbare so, dass berfläche der Wasser belegt abstoßende ist. Dadurch Teil wird die aus olge, berflächenspannung dass Dennoch der chaum ist diese destabilisiert einerseits und nützliche die Einlagerung Eigen- von Brennstoff in schwimmen). nicht Dies mit chüttgütern Wasser geschieht mischbaren vorzudringen so (so und genannten dort zu löschen. unpolaren) Brennstoffen geschi lange, bis die gesamte des Wassers dramatisch dem gesenkt Wasser nämlich herausgedrängt um ca. 65%. wird (vergleichbar begünstigt schaft und ist stabilisiert im all der wird. chaumlöschmittel teilweise etwa kleinen Wachskügelchen, die auf der Wasseroberfläche schwimmen). Dies geschieht so lan- natürlich der auch wichtigsten zwischen Effekte Löschschaum der Tenside und für flüs- den Einsatz in Löschmitt aber auch kontraproduktiv, weil das Emulgieren Diese Wechselwirkung der Tenside mit dem Wasser und auch untereinander, Damit ist sind eine zwei wesentliche Voraussetzung für die Erzeugung ge, bis die einer gesamte Dispersion verfügbare von Luft berfläche in Wasser, belegt die wir chaum nennen. sigen, sie müssen nicht einen mit Wasser chaum mischbaren erzeugen können (so genannten unpolaren) Brennstoffen geschieht und ist. Dadurch wird die berflächenspannung des sie müssen nicht benetzbare berflächen 1. Das hat (z.b. rußige berflächen) bene Wassers dramatisch gesenkt nämlich um ca. 65%. Diese Wechselwirkung der Tenside mit dem Wasser und auch untereinander, ist eine wesent- zur olge, dass der chaum destabilisiert und die Einlagerung von Brennstoff in den chaum noch begünstigt und stabilisiert wird. Damit sind zwei der wichtigsten Effekte der Tenside für den Einsatz in Löschmitteln genannt: 1 Im Gegensatz zu den unpolaren flüssigen Brennstoffen, gibt es auch sogenannte polare flü jedoch mit Wasser sie müssen mischbar einen sind. chaum Dazu gehören erzeugen Alkohole, können Ketone und ähnliche toffe. Diese to eine viel intensivere sie müssen Wechselwirkung nicht benetzbare mit Löschmitteln, berflächen weil sie in (z.b. der gleichen Phase dem Wass Abbildung 2: links:rientierung der Tenside im Wasser; rechts: mikroskopischer Aufbau einer chaumblase rußige berflächen) benetzbar machen. chaum ist also nichts weiter, als eine Mischung von Wasser, Tensiden und Luft. Durch den hohen Luftgehalt ist chaum natürlich spezifisch leichter, als jede bekannte brennbare lüssigkeit, von 1 Im Gegensatz zu den unpolaren flüssigen Brennstoffen, gibt es eststoffen ganz zu schweigen. Daher vermag der chaum auf der berfläche von Brennstoffen auch sogenannte polare flüssige Brennstoffe, die jedoch mit Wasser mischbar sind. Dazu gehören Alkohole, Ketone und ähnliche Abbildung 2: links: rientierung der Tenside im toffe. Diese toffe haben naturgemäß eine viel intensivere Wechselwirkung mit Löschmitteln, weil sie in der gleichen Phase dem Wasser; rechts: mikroskopischer Aufbau einer chaumblase Wasser vorliegen

4 New Technology odes & tandards 3. März 2009 Research entre Ladenburg Dr. Leonhardt 1.3 luortenside Im Grunde unterscheiden sich luortenside in ihrem funktionellen Aufbau nicht von so genannten Kohlenwasserstofftensiden (KW-Tenside): auch luortenside besitzen einen ydrophil- und einen ydrophobteil im Molekül. Es gibt jedoch eine Reihe von ganz erstaunlichen Eigenschaften, in denen sich luortenside von nicht fluorierten Tensiden teilweise ganz erheblich unterscheiden: Während bei z.b. herkömmlichen Tensiden der hydrophobe chwanz zwar Wasser abstößt, nicht jedoch Öle oder ette (lipophiler Molekülteil), stößt der hydrophobe Teil der luortenside beides ab, sowohl Wasser als auch ette und Öle! Er verhält sich damit wie eine mit Teflon beschichtete Pfanne, die weder von Wasser, noch von Öl benetzt werden kann. Auf Wasser orientieren sich luortenside genau so, wie KW-Tenside (siehe Abbildung 2: links:rientierung der Tenside im Wasser; rechts: mikroskopischer Aufbau einer chaumblase), indem der ydrophobteil (der chwanz ) aus dem Wasser heraus gedrängt wird und in die Luft ragt. Auch auf der berfläche einer nicht mit Wasser mischbaren, unpolaren lüssigkeit (z.b. Diesel, eptan, Öle, etc) verhalten sich luortenside wie die KW-Tenside: sie tauchen mit dem chwanzteil in die lüssigkeit. Zwar ist der chwanzteil der luortenside auch lipophob also ett abstoßend dennoch ist der Widerstand des Eintauchens mit dem chwanz in die lüssigkeit geringer als würde das Molekül mit dem hydrophilen Kopf in die lüssigkeit tauchen müssen. Wiederholt man diesen Versuch in Gegenwart eines herkömmlichen Kohlenwasserstofftensids, dann geschieht etwas Verblüffendes: Nun liegen zwei pezies vor, die um den Platz an der lüssigkeitsoberfläche konkurrieren: Das KW-Tensid hat einen ydrophobteil der der unpolaren lüssigkeit chemisch sehr ähnlich ist, während der ydrophobteil des luortensid zusätzlich lipophob ist. Daher wird die berfläche zunächst vom KW-Tensid so belegt, dass dessen ydrophobteil in die lüssigkeit taucht, während der ydrophilteil (der Kopf) aus der lüssigkeit heraus in die Luft ragt. Abbildung 5: rientierung der Kohlenwasserstofftenside auf unpolaren flüssigen Brennstoffen Das luortensid (siehe Abb. 5, gelb) muss sich nun so orientieren, dass die Abstoßungskräfte minimal werden, was aber nur dann möglich ist, wenn der ydrophilteil in eine wässrige Umgebung taucht und der ydrophobteil (der chwanz) in der Luft verbleibt. Damit dies möglich ist, muss ein hauchdünner Wasserfilm die ydrophilteile der beiden Tensidschichten stabilisieren: unpolare brennbare lüssigkeit (z.b. eptan, Diesel, etc) l N + Abbildung 4: luortensid-beispiel New Technology odes & tandards 3. März 2009 Research entre Ladenburg Dr. Leonhardt luortenside unde unterscheiden sich luortenside in ihrem funktionellen Aufbau nicht von so genannten nwasserstofftensiden (KW-Tenside): auch luortenside besitzen einen ydrophil- und einen phobteil im Molekül. Es gibt jedoch eine Reihe von ganz erstaunlichen Eigenschaften, in denen sich luortenside von nicht fluorierten Tensiden teilweise ganz erheblich unterscheiden: Während bei z.b. herkömmlichen Tensiden der hydrophobe chwanz zwar Wasser abstößt, nicht jedoch Öle oder ette (lipophiler Molekülteil), stößt der hydrophobe Teil der luortenside beides ab, sowohl Wasser als auch ette und Öle! Er verhält sich damit wie eine mit Teflon beschichtete Pfanne, die weder von Wasser, noch von Öl benetzt werden kann. Auf Wasser orientieren sich luortenside genau so, wie KW-Tenside (siehe Abbildung 2: links:rientierung der Tenside im Wasser; rechts: mikroskopischer Aufbau einer chaumblase), indem der ydrophobteil (der chwanz ) aus dem Wasser heraus gedrängt wird und in die Luft ragt. Auch auf der berfläche einer nicht mit Wasser mischbaren, unpolaren lüssigkeit (z.b. Diesel, eptan, Öle, etc) verhalten sich luortenside wie die KW-Tenside: sie tauchen mit dem chwanzteil in die lüssigkeit. Zwar ist der chwanzteil der enside auch lipophob also ett abstoßend dennoch ist der Widerstand des Eintauchens m chwanz in die lüssigkeit geringer als würde das Molekül mit dem hydrophilen Kopf in üssigkeit tauchen müssen. rholt man diesen Versuch in Gegenwart eines herkömmlichen Kohlenwasserstofftensids, geschieht etwas Verblüffendes: iegen zwei pezies vor, die um den Platz an der lüssigkeitsoberfläche konkurrieren: Das ensid hat einen ydrophobteil der der unpolaren lüssigkeit chemisch sehr ähnlich ist, wäher ydrophobteil des luortensid zusätzlich lipophob ist. Daher wird die berfläche zunächst KW-Tensid so belegt, dass dessen ydrophobteil in die lüssigkeit taucht, während der philteil (der Kopf) aus der lüssigkeit heraus in die Luft ragt. Abbildung 5: rientierung der Kohlenwasserstofftenside auf unpolaren flüssigen Brennstoffen luortensid (siehe Abb. 5, gelb) muss sich nun so orientieren, dass die Abstoßungskräfte minierden, was aber nur dann möglich ist, wenn der ydrophilteil in eine wässrige Umgebung t und der ydrophobteil (der chwanz) in der Luft verbleibt. t dies möglich ist, muss ein hauchdünner Wasserfilm die ydrophilteile der beiden Tensidten stabilisieren: unpolare brennbare lüssigkeit (z.b. eptan, Diesel, etc) l N + bbildung 4: rtensid-beispiel New Technology odes & tandards 3. März 2009 Research entre Ladenburg Dr. Leonhardt Abbildung 6: Ausbildung des Wasserfilms durch luortenside auf unpolaren flüssigen Brennstoffen cheinbar gegen die chwerkraft scheint also hier ein spezifisch schwereres Medium Wasser auf dem spezifisch leichteren - dem Brennstoff zu schwimmen. Dieser Wasserfilm, der einer ganzen Löschmittelkategorie ihren Namen gibt (so genannte ilmbildner, oder Wasserfilmbildner, aus dem Englischen auch als A = aqueous film forming foam, bzw. P = film forming fluoro protein bezeichnet) trägt in ganz erheblichem Umfang zur Löschleistung von chaumlöschmitteln bei. Damit kann man die für den Löscheinsatz wichtigsten Eigenschaften der luortenside wie folgt zusammenfassen: Der Wasserfilm wirkt Dampf unterdrückend, und begünstigt das Ausbreiten des chaums über die Brennstoffoberfläche. Das bewirkt eine rasche Abdeckung des Brandes und ermöglicht überhaupt erst ein sicheres Ablöschen auch von Bereichen des Brandes, die der chaumstrahl nicht direkt erreicht. Die hohe Mobilität luortensid-haltiger chäume.führt auch dazu, dass sich Löcher in der chaumdecke z.b. durch Zündquellen oder mechanische Zerstörung spontan wieder schließen. Das gewährleistet eine Rückzündungssicherheit, die erheblich größer ist von luortensid- und polymer freien chaummitteln beträgt. Die lipophobe Eigenschaft der luortenside sorgt dafür, dass Brennstoff, welcher entweder durch Verwirbelungen oder durch Emulsionsbildung in die chaumphase eingedrungen ist, aus dieser wieder heraus gedrängt wird. Das vermindert die Empfindlichkeit des chaums gegenüber Zerstörung durch das Brandgut 2 erheblich und verbessert damit dessen Löschfähigkeit (Achtung: für Brände polarer lüssigkeiten gelten andere Mechanismen). Der Leistungsunterschied Welche chaumlöschmittel enthalten überhaupt so genannte Ps, bzw. luortenside und/oder polymere? Bei der Kurzbezeichnung des Typs von chaumlöschmitteln deutet der Buchstabe auf das Vorhandensein fluorierter Wirkstoffe hin: 2 o wie Geschirrspülwasser seine ähigkeit zur chaumbildung zusehends verliert, je mehr ett bereits darin emulgiert ist, so wirken auch unpolare lüssigkeiten auf solche chaummittel stark zerstörend, die nur aus Kohlenwasserstofftensiden aufgebaut sind unpolare brennbare lüssigkeit (z.b. eptan, Diesel, etc) 82 achbeitrag luortenside Im Grunde unterscheiden sich luortenside in ihrem funktionellen Aufbau nicht von so genannten Kohlenwasserstofftensiden (KW-Tenside): auch luortenside besitzen einen ydrophil- und einen ydrophobteil im Molekül. Es gibt jedoch eine Reihe von ganz erstaunlichen Eigenschaften, in denen sich luortenside von nicht fluorierten Tensiden teilweise ganz erheblich unterscheiden: Während bei z.b. herkömmlichen Tensiden der hydrophobe chwanz zwar Wasser abstößt, Öle oder ette jedoch anzieht (lipophiler Molekülteil), stößt der hydrophobe Teil der luortenside beides ab, sowohl Wasser als auch ette und Öle! Er verhält sich damit wie eine mit Teflon beschichtete Pfanne, die weder von Wasser, noch von Öl benetzt werden kann. Auf Wasser orientieren sich luortenside genau so, wie KW-Tenside (siehe Abbildung 2), indem der ydrophobteil (der chwanz ) aus dem Wasser heraus gedrängt wird und in die Luft ragt. Auch auf der berfläche einer nicht mit Wasser mischbaren, unpolaren lüssigkeit (z.b. Diesel, eptan, Öle, etc) verhalten sich luortenside wie die KW- Tenside: sie tauchen mit dem chwanz teil in die lüssigkeit. Zwar ist der chwanzteil der luortenside auch lipophob also ett ab stoßend dennoch ist der Widerstand des Eintauchens mit dem chwanz in die lüssigkeit geringer als würde das Molekül mit dem hydrophilen Kopf in die lüssigkeit tauchen müssen. Wiederholt man diesen Versuch in Gegenwart eines herkömmlichen Kohlenwasserstofftensids, dann geschieht etwas Verblüffendes: Nun liegen zwei pezies vor, die um den Platz an der lüssigkeitsoberfläche konkurrieren: Das KW-Tensid hat einen ydrophobteil der der unpolaren lüssigkeit chemisch sehr ähnlich ist, wäh rend der ydrophobteil des luortensid zusätzlich lipophob ist. Daher wird die berfläche zunächst vom KW-Tensid so belegt, dass dessen ydrophobteil in die lüssigkeit taucht, während der ydrophilteil (der Kopf) aus der lüssigkeit heraus in die Luft ragt. Der Leistungsunterschied Welche chaumlöschmittel enthalten überhaupt so genannte Ps, bzw. luortenside und/oder polymere? Bei der Kurzbezeichnung des Typs von chaumlöschmitteln deutet der Buchstabe auf das Vorhandensein fluorierter Wirkstoffe hin: ür die Anwendung als Löschmittel haben die vorgenannten Eigenschaften von P s ganz entscheidende Auswirkungen: Während zum Beispiel Mehrbereich- und Proteinschaummittel als chaum ausgebracht wer den müssen, können P enthaltende chaummittel auch als nahezu unverschäumte lüs sigkeiten über gewöhnliche Rohre 3 ausgebracht werden, weil die lipophobe Eigenschaft der P unpolare lüssigkeiten aus der chaumphase herausdrängt und zudem einen Wasser film auf deren berfläche bildet. Diese Applikationstechnik erlaubt deutlich höhere Wurfwei ten 4 und damit eine erheblich größere icherheit beim Angriff großer lüssigkeitsbrände. Aus dem gleichen Grund können P-haltige chaumlöschmittel auch nach dem so genannten ub-urface-verfahren ausgebracht werden, bei dem das Löschmittel verschäumt und als chaum unterhalb der berfläche der brennenden lüssigkeit eingebracht wird (wegen der ungleich stärkeren Wechselwirkung von wassermischbaren lüssigkeiten mit dem chaum, kann diese Löschtechnik naturgemäß nur bei unpolaren, nicht wassermischbaren lüssigbrennstoffen angewendet werden). Der chaum schwimmt dann auf und breitet sich über die berfläche aus, was die Löschung insbesondere hoher und großflächiger Tanks ohne das Risiko der Annäherung von oben erlaubt. chaummittel ohne luortenside oder polymere versagen, weil die Wechselwirkungen der chaumbildner (KW-Tenside oder Protei- Abbildung 5: rientierung der Kohlenwasserstofftenside auf unpolaren flüssigen Brennstoffen Abbildung 6: Ausbildung des Wasserfilms durch luortenside auf unpolaren flüssigen Brennstoffen Abbildung 4: luortensid-beispiel Das luortensid (siehe Abb. 5, gelb) muss sich nun so orientieren, dass die Abstoßungskräfte mini mal werden, was aber nur dann möglich ist, wenn der ydrophilteil in eine wässrige Umgebung taucht und der ydrophobteil (der chwanz) in der Luft verbleibt. Damit dies möglich ist, muss ein hauchdünner Wasserfilm die ydrophilteile der beiden Tensidschichten stabilisieren: cheinbar gegen die chwerkraft scheint also hier ein spezifisch schwereres Medium Wasser auf dem spezifisch leichteren - dem Brennstoff zu schwimmen. Dieser Wasserfilm, der einer ganzen Löschmittelkategorie ihren Namen gibt (so genannte ilmbildner, oder Wasserfilmbildner, aus dem Englischen auch als A = aqueous film forming foam, bzw. P = film forming fluoro protein bezeichnet) trägt in ganz erheblichem Umfang zur Lösch leistung von chaumlöschmitteln bei. Damit kann man die für den Löscheinsatz wichtigsten Eigen schaften der luortenside wie folgt zusammenfassen: Der Wasserfilm wirkt Dampf unterdrückend, und begünstigt das Ausbreiten des chaums über die Brennstoffoberfläche. Das bewirkt eine rasche Abdeckung des Brandes und ermöglicht überhaupt erst ein sicheres Ablöschen auch von Bereichen des Brandes, die der chaumstrahl nicht direkt erreicht. Die hohe Mobilität luortensid-haltiger chäume.führt auch dazu, dass sich Löcher in der chaumdecke z.b. durch Zündquellen oder mechanische Zerstörung spontan wieder schließen. Das gewährleistet eine Rückzündungssicherheit, die erheblich größer ist von luortensid- und polymer freien chaummitteln beträgt. Die lipophobe Eigenschaft der luortenside sorgt dafür, dass Brennstoff, welcher entweder durch Verwirbelungen oder durch Emulsionsbildung in die chaumphase eingedrungen ist, aus dieser wieder heraus gedrängt wird. Das vermindert die Empfindlichkeit des chaums gegenüber Zerstörung durch das Brandgut 2 erheblich und verbessert damit dessen Löschfähig keit (Achtung: für Brände polarer lüssigkeiten gelten andere Mechanismen). ne) mit dem Brennstoff zu einer so erheblichen Kontamination des chaum führen, dass dieser wenn er überhaupt als chaum die berflä che erreicht, nicht mehr löschfähig ist. P enthaltende Löschmittel können wegen ihrer herausragenden Effizienz auch in andfeuerlöschern als Löschmedium eingesetzt werden und reichen in ihrer Löschleistung an die der Löschpulver heran. Mit Mehrbereich- oder Proteinschaummitteln ist dies nicht möglich, weil die damit erreichbaren Löschleistungen mindestens zwei bis drei Leistungsstufen abfallen. Das bedeutet, dass chaum-andfeuerlöscher z.b. als Löschgeräte für die Eindämmung oder Bekämpfung selbst kleiner lüssigkeitsbrände überhaupt nicht mehr verwendet werden können sondern ausschließlich der Anwendung auf eststoffbränden vorbehalten blieben. Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, kommen diese Eigenschaften nur auf lüssigkeitsbränden und Bränden von flüssig werdenden toffen wirklich zum tragen. Eine Verwendung P enthaltender chaumlöschmittel auf eststoffen, oder als Netzmittel ist zwar möglich aber nicht optimal. Dennoch zeigt sich bereits bei der Betrachtung der gängigsten Prüfstandards, dass P-haltige Löschmittel durch die Bank um Größenordnungen effizienter sind: o weist eine Vergleichstabelle aus der EN1568/2008 folgende Leistungsübersicht aus: 2 o wie Geschirrspülwasser seine ähigkeit zur chaumbildung zusehends verliert, je mehr ett bereits darin emulgiert ist, so wirken auch unpolare lüssigkeiten auf solche chaummittel stark zerstörend, die nur aus Kohlenwasserstofftensiden aufgebaut sind. 3 ogenannte non-aspirated nozzles, chaumrohre, die keine Bohrungen oder Öffnungen enthalten, mittels derer dem chaum- Wasser-Gemisch Luft beigemischt wird. 4 Wurfweiten über 100m sind ohne weiteres möglich, mit chaum ist dies aufgrund seines geringeren Gewichtes nicht möglich. Typ Bedeutung enthält A aqueous film forming foam luortenside und/oder -polymere P film foaming luoro-protein luortenside und/oder -polymere A-AR aqueous film forming foam, alcohol resistant luortenside und/oder -polymere AR alcohol resistant concentrate (gebr. Kurzform der Bezeichnung A-AR) luortenside und/oder -polymere P luoro-protein luortenside und/oder -polymere MB Mehrbereichschaummittel keine luorchemiekalien P Protein keine luorchemiekalien Tabelle 2: Vergleichende Übersicht typischer Löschleistungsstufen der jeweiligen Löschmitteltypen; entn. aus DIN EN 1568/2008, Teil 3 Klasse Löschleistungsstufe Rückbrandbeständigkeit ilmbildung A (nicht AR) I Ja A (AR) I A oder B Ja P (nicht AR) I B Ja P (AR) I A oder B Ja P (nicht AR) II A oder B Nein P (AR) II A oder B Nein P (nicht AR) III B Nein P (AR) III B Nein (nicht AR) III Nein (AR) III Nein Tabelle 1: Übersicht chaummitteltypen

5 achbeitrag chaummittelklasse ier wird deutlich, dass zwischen der Gruppe der A/P und der Gruppe der luor-freien chaummittel eine Lücke von zwei Leistungsklassen klafft. Praktisch bedeutet dies z.b. dass mit P-freien Löschmitteln ein Prüfobjekt nach EN 1568/2008 bei direkter Aufbringung 5 des chaums nicht mehr gelöscht werden kann, während A-/P-chaummittel dies innerhalb von 3-4min können. Ein ähnliches Bild zeichnet sich in der DIN EN , der Norm für ortsfeste Löschanlagen: ier werden zur Berechnung der notwendigen Lagermengen von Löschmitteln Korrekturfaktoren eingesetzt, die sich an der Löschleistungsstufe der Löschmittel orientieren: Löschleistungsstufe Korrekturfaktor f K Bedeutung A I 0,75 Wasserfilmbildende chaummittel P I 0,75 ilmbildende luor- Proteinschaummittel P II 1,0 luor-proteinschaummittel P III 1,25 Proteinschaummittel III 1,25 ynthetische chaummittel ANMERKUNG Die Korrekturfaktoren gelten auch für alkoholbeständige chaummittel. Tabelle 3: Korrekturfaktoren f K für die chaummittelklasse; entn. aus DIN EN (2002) Daraus folgt eindeutig, dass bei gleicher Risikolage die notwendigen Mindest-Lagermengen an chaummittel für A und P erheblich geringer sein können, als die von P-freien chaummitteln. Auch bei andfeuerlöschern wird der Unterschied deutlich: während 6-9ltr eines Phaltigen Löschmittels ausreichend sind, um mit einem andfeuerlöscher eine brennende lüssigkeitsober fläche von bis zu 7,3m 2 abzulöschen, können P-freie Löschmittel nicht einmal um zwei bis drei tufen kleinere Brandobjekte (entsprechend etwa der älfte dieser läche) ablöschen. Damit wä ren chaumlöscher für lüssigkeitsbrände derzeit als ungeeignet zu bezeichnen und müssten weitgehend vom Markt verschwinden. Im Luftfahrtbereich werden Löschmittel nach den pezifikationen der International ivil Aviation rganisation - IA Level A- geprüft. tand der Technik ist, dass A und P typischerweise Level B erreichen, wenige sogar das jüngst vorgeschlagene, schärfere Level. P-freie chaummittel würden hier allenfalls das Level A erreichen, bei Level B respektive jedoch sicher versagen. olglich sind nahezu alle lughäfen der Welt mit diesen chaummitteltypen ausgestattet. P-freie chaummittel werden Level B sicher nicht erreichen, einige möglicherweise nicht einmal Level A. Das wiederum bedeutet, dass im Vergleich zu einem Level B-Löschmittel ein Vielfaches eines Level A Löschmittels bei gleichem Brandszenario pro Zeiteinheit eingesetzt werden muss. Damit sind diese Löschmittel zur icherung der lughäfen wenn überhaupt nur unter enormen logistischen Problemen einsetzbar. azit: Die klassische Einsatzdomäne von Phaltigen Löschmitteln sind Brände von lüssigkeiten und flüssig werdenden toffen. Dort erreichen P-haltige Löschmittel nachweislich eine vielfach höhere Löschleistung im Vergleich zu P-freien Löschmitteln. D.h. die Löschung von Bränden kann in der Regel schneller und mit deutlich weniger Löschmitteleinsatz erfolgen. Die Limitierung des Einsatzes derartiger Löschmittel bedeutet eine erhebliche Erschwernis der Brandbekämpfung bis hin zum Unmöglichen bei entsprechenden Großbränden. Die Erfüllung des icherungsauftrags durch die euerwehren wäre mithin überall dort gefährdet, wo entsprechende Brandlasten vorliegen (z.b. Raffinerien, Tankläger, Tankspeditionen, Kunststoffläger, hemische Industrie, etc.) und eine deutliche Erhöhung des Risikos nahezu unvermeidlich. Autor Dr. Thomas Leonhardt TY ire uppression & Building Products New Technology 5 Man unterscheidet zwischen so genannter direkter und indirekter Applikation, je nachdem, ob der Löschmittelstrahl unmittelbar auf die berfläche der brennenden lüssigkeit trifft, oder an eine Wand oder ein indernis, von wo der chaum dann auf die berfläche herab gleitet. Naturgemäß stellt die direkte Applikation erheblich höhere Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Löschmittels. 6 Die DIN EN wird voraussichtlich durch die derzeit in Arbeit befindliche EN ersetzt werden. Dort sind jedoch sehr ähnliche, teilweise noch deutlichere Unterscheidungen zwischen den Löschleistungsklassen von chaumlöschmitteln vorgesehen. Uwe Elger Brandbekämpfung mit chaummitteln Buncefield im Nordwesten Londons : Nach einer Explosion in einem Tanklager zur Bevorratung von lugzeugtreibstoffen werden die euerwehren vor rt mit einem zenario konfrontiert, das umfangreiche Löschmaßnahmen erfordert. a. 20 Tanks stehen im Vollbrand. Unabhängig von der Ursache des Brandes zeigt dieses chadensereignis, dass zum einen stationäre Löschanlagen in Tanklägern für diese zenarien (Explosion mit olgebrand) ungeeignet sind und zum anderen, dass nur durch den Einsatz spezieller chaumlöschmittel entsprechende ituationen zu beherrschen sind. Die Brandbekämpfung in der Brandklasse B mit Löschschaum ist ein integraler Bestandteil der euerlöschtaktik aller euerwehren. Dies gilt nicht nur für euerwehreinheiten im Industriellen Brandschutz, sondern für euerwehren allgemein. Durch die über viele Jahrzehnte andauernde Entwicklung von Löschschäumen steht den euerwehren heute eine Palette von leistungsfähigen chaumkonzentraten für verschiedene Einsatzzwecke zur Verfügung. A (sogenannte wasserfilmbildende chaumkonzentrate) stellen hierbei sicherlich das obere Ende der Qualitätsskala dar. Diese chaumkonzentrate haben die ähigkeit, auf nicht polaren Brandstoffen (Klasse B) einen sogenannten wässrigen ilm auszubilden (A Aqueous ilm orming oam) und durch diesen Effekt für einen sehr schnellen und sicheren Löscherfolg zu sorgen. Diese Eigenschaften werden durch luortenside in den chaumkonzentraten erreicht, welche die berflächenspannung der Löschmittellösung stark reduzieren und durch ihre hydrophoben und lipophoben Eigenschaften den wässerigen ilm auf der berfläche des Brandstoffes ausbilden. Genau aufgrund dieser Einsatzstoffe (luortenside), die für den Löscherfolg der A-chaumkonzentrate verantwortlich sind, ist seit Jahren eine Diskussion hinsichtlich ihrer Umwelteinflüsse entstanden. luortenside stehen im Verdacht, sogenannte PBT-toffe (persistent, bioakkumulierend, toxisch) zu sein. ür einzelne luortenside wurde auch in der Zwischenzeit der Beweis hierfür erbracht (siehe Richtlinie 2006/122/EG, Beschränkung des Inverkehrbringens und Verwendung von Perfluoroctansulfonaten). Nach wie vor wird eine wissenschaftliche Diskussion zwischen hemikern, Biologen und anderen achleuten über den Einfluss der luortenside auf die Umwelt sowie die weitere Vorgehensweise hinsichtlich der Anwendung von A chäumen geführt. Diese Diskussion ist auch aus icht der euerwehren sinnvoll und notwendig. Allerdings ist eine nur wissenschaftliche Betrachtungsweise alleine mit icherheit nicht der richtige Ansatz, die bestehenden Probleme zu lösen. Verfolgt man die laufende Diskussion zur Reduzierung der Anwendung von fluortensidhaltigen chaumkonzentraten, scheinen aus icht des Brandschützers die Notwendigkeiten und Argumente der euerwehren mehr und mehr in den intergrund zu geraten. Dabei bietet der Markt derzeit keine adäquaten fluorfreien Alternativschaummittel. Gemäß Aussagen von achleuten der chaummittelhersteller arbeiten diese fieberhaft an fluorfreien Lösungen. Dies resultiert als positiver Effekt aus der laufenden Diskussion zu luortensiden. Eine wirklich vergleichbare Lösung zu A-chaummitteln ist jedoch noch nicht gefunden. Ein Verbot von fluortensidhaltigen chaumkonzentraten, ohne dass entsprechend geeignete ubstitute auf dem Markt verfügbar sind, hätte jedoch für den industriellen Brandschutz weitreichende Konsequenzen. Zwar stehen zurzeit schon erste nach EN1568 geprüfte fluorfreie chaumkonzentrate zur Verfügung, jedoch zeigen diese unter realitätsnahen Testszenarios noch nicht die Leistungskapazität von A. Leider ist es so, dass es auf dem Gebiet der realitätsnahen Tests keine tandarts gibt, um die Leistungsmerkmale von chaumkonzentraten zu prüfen. Die bestehende EN 1568 ist mit icherheit ein gutes und umfangreiches Mittel, um die Minimumanforderungen an chaumkonzentrate zu beschreiben und chaummittel verschiedener ersteller auf Basis von Tests zu vergleichen. Jedoch ist diese Norm nicht in der Lage und auch nicht dafür entwickelt worden, Aussagen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit von chaumkonzen-traten insbesondere unter Realitätsbezug zu machen. Bei Testszenarien mit Vorlagebehältern für Brandstoffe, die im Design, Materialbeschaffen

6 achbeitrag heit und Wandstärke realen Lagerbehältern entsprechen, wird der wirkliche Unterschied in der Leistungsfähigkeit der chaumkonzentrate aufgezeigt. Des Weiteren setzen diese Testszenarien wirklichkeitsnahe Applikationsraten stationärer und oder mobiler Löscheinrichtungen sowie reale Vorbrandzeiten (10 Minuten 30 Minuten) voraus. Bei in der jüngeren Vergangenheit durchgeführten Versuchen (BA-Werkfeuerwehr) wurden hierbei wesentliche Unterschiede in der Löschleistung zwischen einem A-chaummittel und verschiedenen, fluorfreien chaumkonzentraten festgestellt. Welchen Einfluss hat dieses Ergebnis auf Brandschutzkonzepte? Zum Beispiel: eine Erhöhung der notwendigen vorgehaltenen chaumkonzentratmenge (stationär oder halbstationär) Erhöhung der Boil-over-Gefahr durch größere aufzubringende Mengen Wasserschaummittelgemisch eine größere erforderliche Löschwasserrückhaltung umfangreichere Emissionen durch längere Brandzeiten umfangreichere zu entsorgende kontaminierte Löschwassermengen umfangreichere achschäden durch längere Brandzeiten Viele Gründe sprechen gegen einen ad hoc Ausstieg bei fluortensidhaltigen chaumlöschkonzentraten. Jedoch ist der negative Einfluss der luortenside auf unsere Umwelt unbestritten. Zeitnahe und mittelfristige Lösungen müssen entwickelt bzw. weiterentwickelt werden, um eine schnelle Verbesserung der umweltrelevanten ituation zu erreichen. Die ersteller sind aufgerufen, neben der notwendigen und wünschenswerten Entwicklung von fluorfreien chaumkonzentraten, die bestehenden ormulierungen von A-chaumkonzentraten ständig mit dem Ziel der Verringerung des luortensidgehaltes weiter zu entwickeln. Die Überprüfung der Löschwasserrückhaltemaßnahmen sowie die Auswahl des situationsabhängig richtigen chaumkonzentrates mit möglichst geringem Einfluss auf die Umwelt ist die Aufgabe der Anwender von chaumkonzentraten. Der hier schon eingeleitete Aufbau eines Katasters zum Erfassen von chaummittelverbräuchen und die Erarbeitung eines Merkblatts zur chaum-mittelnutzung sind mit icherheit erste gute Ansätze. Auch wäre die Entwicklung von einheitlichen realitätsnahen Testszenarien für die Überprüfung der Löschleistung von chaumlöschkonzentraten wünschenswert. In der Realität liegt eine nachhaltige Lösung immer in einem Kompromiss. Dieser sollte kurzund mittelfristige Wege für die Verwendung vorhandener A-chaummittel aufzeigen und aber auch die Entwicklung fluorfreier chaummittel fördern. Damit sollten wirtschaftliche und umweltrelevante Ziele vor dem intergrund maximaler icherheit in Einklang gebracht werden können. Autor Uwe Elger, BA-Werkfeuerwehr, Referat Ludwigshafen Anzeige DVD 86 87

7 achbeitrag Dr. G. Pleß chaummittel für die Brand bekämpfung eine Ideenskizze 1. Ausgangssituation Als im Jahr 1956 amerikanische orscher unter Leitung von R. Tuve die exzellenten Eigenschaften von luortensiden für die Brandbekämpfung von toffen der Brandklasse B entdeckten, konnten die Risiken für eine Lagerung großer Mengen brennbarer lüssigkeiten und deren Produktion in Großanlagen entscheidend vermindert werden. In der olge bestand für das Problem der Konzentration großer Mengen brennbarer lüssigkeiten an einer telle eine effiziente Lösung für die Bekämpfung eventueller Brände. Mit dem Übergang in das 21. Jahrhundert erreichte das Umweltbewusstsein der Menschen eine neue Qualität. chädliche toffe für die Umwelt und das Leben von auna und lora wurden erkannt und ihre Wirkungen untersucht. Im Rahmen dieses neuen Denkens wurden auch die zu diesem Zeitpunkt den Markt beherrschenden luortenside auf das Basis von Perfluoroctansäure (PA) bzw. Perfluoroctansulfat (P) untersucht. Die U- Umweltorganisation EPA wies im Jahr 1999 der 3M (Minnesota Mining Manufactoring) als ersteller dieser Produkte nach, dass Produkte auf der Basis von PA / P in der Umwelt nicht abgebaut werden können (persistent), von lebender Materie aufgenommen und gespeichert werden (akkumulierbar) und im Verdacht stehen Krebs auszulösen (karzinogen). Daraufhin stellte die 3M im Jahr 2001 die Produktion dieser Verbindungen ein und vertrieb keine chaummittel und andere auf dieser Verbindungsbasis hergestellten Produkte mehr. Im Jahr 2008 wurde durch die EU das Inverkehrbringens von Tensiden auf P/PA Basis verboten. Bestände von euerlöschmitteln müssen innerhalb von 54 Monaten aufgebraucht sein. ie dürfen nach diesem Zeitraum nicht mehr verwendet werden. Auch andere perfluorierte Tenside (PT), die von diesem Verbot explizit noch nicht betroffen sind, besitzen ähnliche Eigenschaften in ihrem Abbauverhalten, so dass auch sie auf längere icht als kritisch angesehen werden müssen. Damit ergibt sich für die Brandsicherheit der bestehenden Großlager und Großproduktionsanlagen langfristig gesehen ein erheblich gesteigertes Risiko und im Brandfall auch nicht zu unterschätzende Gefahren für die Umwelt, weil im Brandfall neben dem Treibhausgas Kohlendioxid auch erhebliche Anteile toxischer und karzinogener toffe mit langer Lebensdauer gebildet werden. Es handelt sich bei diesen toffen vorzugsweise um polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK,PA) und bei Vorhandensein von chlorhaltigen organischen oder anorganischen Verbindungen auch um Polychlorierte Dibenzodioxine bzw. -dibenzofurane (PDD / PD), die unter dem ynonym eweso-gift bekannt wurden. Diese Gründe erfordern aus der icht einer effektiven Brandkekämpfung für brennbare lüssigkeiten ein chaummittel ohne fluorhaltige Verbindungen mit der Effizienz eines heutigen A chaummittels. 2. Kenntnisse zur Wirksamkeit von chaumlöschmitteln 2.1 Allgemeiner Ablauf des Löschvorganges Die chaummittelkonzentrate werden im Brandfall mit Wasser gemischt und über spezielle Löschdüsen mit Luft zu chaum verarbeitet. Der chaum ist in der Lage, aufgrund seiner geringeren Dichte im Vergleich zur brennbaren lüssigkeit, sich zwischen den lammen und der berfläche der brennbaren lüssigkeit auszubreiten. Bei ausreichender Bedeckung der berfläche der lüssigkeit wird die Intensität der lammen schlagartig herabgesetzt und es kommt in der olge zur vollständigen Unterbrechung der Verbrennung. Grundsätzlich beruht die Löschwirkung des chaums also auf der Wechselwirkung zwischen der berfläche der brennbaren lüssigkeit mit der chaumschicht einerseits und zwischen den lammen und der chaumschicht andererseits. Die nachfolgende Abbildung verdeutlicht die Wechselwirkungen. Die chaumschicht fungiert also als Trennschicht zwischen der brennbaren lüssigkeit als kondensierte Phase und der Verbrennungszone als Gasphase. Zwischen beiden Phasen finden Austauschprozesse statt, deren wichtigste der Massetransport aus der kondensierten Phase und der Energietransport als Rückstrahlung der lamme sind. Zusätzlich wird dem durch Verdampfung aus dem chaum entstehenden Wasserdampf eine Löschwirkung zugesprochen, die in einer kine- tischen Veränderung der Verbrennungsverhältnisse gesehen wird, infolge der Wasserdampfkonzentration in der Verbrennungszone und es besteht die Möglichkeit, dass die chaumschicht an der lüssigkeitsoberfläche eine Abkühlung bewirkt, so dass sich an beiden berflächen gleiche Temperaturen einstellen. 2.2 Massestrom des lüssigkeitsdampfes Jede lüssigkeit besitzt temperaturabhängig einen definierten Dampfdruck. Liegen mehrere lüssigkeiten als echte Lösungen vor, so hat jede Komponente entsprechend ihrer Konzentration einen Partialdampfdruck. hne chaumschicht verdampfen an der lüssigkeitsoberfläche ständig Moleküle. Im Brandfall erreicht der Massestrom der lüssigkeit eine solche Größenordnung, dass sich über der lüssigkeitsoberfläche eine stabile lamme ausbilden kann. Drainage, stabilen Lamellen und gleichmäßiger Institut der euerwehr achsen-anhalt, Biederitzer traße 5, Die chaumschicht verhindert den direkten Ausbildung der chaumblasen kann bisher nicht Eintritt der lüssigkeitsdämpfe eyrothsberge in die Gasphase. 2 sicher gedeutet werden, zumal polymere Zusätze Der chaum besteht 2. Kenntnisse aus einer Vielzahl zur Wirksamkeit von einzelnen Blasen, deren lüssigkeitslamellen unter- die Verschiebbarkeit der chaumlamellen unterei- die von Viskosität chaumlöschmitteln des Wassers gesteigert und damit einander verbunden sind. Der lüssigkeitsdampf nander hemmen müssten. 2.1 kann Allgemeiner grundsätzlich Ablauf zwei des verschiedenen Löschvorganges Wegen chaummittelkonzentrate die chaumschicht durchdringen. werden Im im ersten Brandfall sind mit chäume Wasser gemischt mit A und chaummitteln über spezielle dadurch Im Gegensatz zum Mehrbereichsschaummittel Die Löschdüsen all muss der mit Dampf Luft zu durch chaum die jeweiligen verarbeitet. lüssigkeitslamellen Dichte in im die Vergleich eingeschlossene zur brennbaren Luft ge- lüssigkeit, brennbaren sich lüssigkeit zwischen spontan den einen lammen Wasserfilm und Der chaum gekennzeichnet, ist in der dass Lage, sie auf aufgrund der berfläche seiner einer geringeren der langen. berfläche Nach einer der brennbaren entsprechenden lüssigkeit Anreicherung auszubreiten. ausbilden Bei können, ausreichender die chichtdicke Bedeckung einer der Doppelschicht schlagartig besitzt und damit herabgesetzt einer chaumlamelle und es berfläche kann die der nächste lüssigkeit Lamelle wird überwinden die Intensität und der lammen kommt gelangt in damit der olge deutlich zur verzögert vollständigen in den Unterbrechung Bereich sehr ähnlich der Verbrennung. wird. Dieser geschlossene Wasserfilm der Verbrennung. Permeationsuntersuchungen soll die Ursache für die deutlich gesteigerte Effizienz der chäume mit fluorhaltigen chaummitteln Grundsätzlich beruht die Löschwirkung des chaums also auf der Wechselwirkung zwischen von lüssigkeitsdämpfen durch Lamellen und ei- der berfläche der brennbaren lüssigkeit mit der chaumschicht einerseits und zwischen den lammen und der chaumschicht andererseits. Die nachfolgende Abbildung verdeutlicht die Wechselwirkungen. nen Modellansatz zur Berechnung der Dauer des Dampftransportes sind von [Kretzschmar und Reichel 1976] und von [Kretzschmar 1988] an Mehrbereichsschaummitteln durchgeführt worden. Die Untersuchungen basierten auf bekannten und definierten Rezepturen und die experimentell bestimmten Werte für verschiedenste aktoren der zeitlichen Verhaltens von chäumen ermöglichten Berechnungen, welche durch die realen Verhältnisse prinzipiell bestätigt wurden. Im zweiten all sammelt sich der lüssigkeitsdampf innerhalb einer Kaverne an. Damit entsteht in diesem Bereich ein höherer Druck als in der chaumschicht. Die olge davon ist, dass die lüssigkeitsdämpfe als geschlossene Blase den chaum durchdringen und die berfläche erreichen. Die nachfolgenden Bilder zeigen diesen Vorgang. Diese konzentrierte Durchdringung einer an sich äußerst stabilen chaumschicht mit geringer Abbildung 1: Prinzipskizze der toff- und Energieströme beim Löschen mit chaum Abbildung 1: Prinzipskizze der toff- und Energieströme beim Löschen mit chaum Die chaumschicht fungiert also als Trennschicht zwischen der brennbaren lüssigkeit als kondensierte Phase und der Verbrennungszone als Gasphase. Zwischen beiden Phasen finden Austauschprozesse statt, deren wichtigste der Massetransport aus der kondensierten

8 achbeitrag Im Im zweiten all sammelt sich der lüssigkeitsdampf innerhalb einer Kaverne an. Damit entsteht in in diesem Bereich ein ein höherer Druck als als in in der chaumschicht. Die olge davon ist, ist, dass die die lüssigkeitsdämpfe als als geschlossene Blase den chaum durchdringen und die die berfläche erreichen. Die nachfolgenden Bilder zeigen diesen Vorgang. Abbildung 2 und 3: Gasblasen mit lüssigkeitsdampf und Zündung der Gasblasen Abbildung 22 und 3: 3: Gasblasen mit mit lüssigkeitsdampf und Zündung der Gasblasen 2.3 Energiestrom und dessen Wirkung auf die chaumschicht ür chäume sind nur wenige Informationen zu ihrem Verhalten gegenüber Wärmestrahlung vorhanden. Zwar har Kretzschmar Absorption und Reflektion von Wärmestrahlung für Mehr- Diese sein. Leider konzentrierte existieren für Durchdringung diese Wasserfilme einer keine an an sich bereichsschaummittel äußerst stabilen experimentell chaumschicht bestimmt, mit geringer Werte für Drainage, die Diffusionskoeffizienten stabilen Lamellen brennbarer und gleichmäßiger jedoch liegen Ausbildung keine weiteren der chaumblasen Werte für andere kann bisher lüssigkeitsdämpfe nicht sicher gedeutet vor. Betrachtet werden, man zumal aller-polymerdings das und von Kretzschmar damit die Verschiebbarkeit vorgestellte Modell der offensichtlich chaumlamellen ein erheblicher untereinander Teil hemmen Wärme- müssten. des Transportes der lüssigkeitsdämpfe durch die strahlung vom chaum reflektiert wird, vergleich- chaummittel Zusätze vor. die Wesentlich die Viskosität ist allerdings, des Wassers dass gesteigert chaumschicht, dann dürfte selbst bei geringerem bar mit den Reflektionswerten von chnee. Der Im Im Diffusionskoeffizienten Gegensatz zum Mehrbereichsschaummittel die ilmschicht nicht die absorbierte sind chäume Anteil mit an mit Energie A führt chaummitteln zur Zerstörung dadurch hohe Effizienz gekennzeichnet, dieser chäume dass erklären. sie sie auf der berfläche der oberen einer chaumbläschen, brennbaren lüssigkeit die ohnehin spontan schon einen Dies Wasserfilm wird noch deutlicher, ausbilden wenn können, man der die Eigenschaften der chaumrückstände auf einer ge- sind. Bei frischem chaum führt die Energieaufnah- die die chichtdicke entwässert und einer damit Doppelschicht mechanisch leicht besitzt zerstörbar und damit einer chaumlamelle sehr ähnlich wird. Dieser geschlossene Wasserfilm soll die löschten brennbaren lüssigkeit unter dem Blickwinkel der für für die Rückzündung die deutlich gesteigerte betrachtet. Wird Effizienz bei der der chäume Luftbläschen mit mit einhergeht, fluorhaltigen so dass chaummitteln sich an den me zu einer Erwärmung, die mit der Ausdehnung die Ursache sein. einem Leider Mehrbereichsschaummittel existieren für für diese die Wasserfilme chaumdecke mechanische lüssigkeitsdämpfe aufgerissen, so kann vor. die Betrachtet berren man der chaumdecke. allerdings das Als von sicher Kretzschmar kann die Aussage keine berflächen Werte größere für für die die Blasen Diffusionskoeffizienten ausbilden als im Inne- brennbarer vorgestellte fläche an dieser Modell telle des gezündet Transportes werden der und lüssigkeitsdämpfe nach gewertet werden, durch dass die chaumschicht, trahlung von lammen dann dürfte einiger selbst Zeit wird bei bei die geringerem gesamte berfläche Diffusionskoeffizienten der lüssigkeit bei chaumschichten die die ilmschicht von nicht 5 bis die 10 die cm hohe die darunter Effizienz dieser chäume in die Verbrennungsphase erklären. zurück geführt. liegende berfläche der brennbaren lüssigkeit Anders liegen die Verhältnisse beim fluortensidhaltigen chaum. Zunächst ist eine Zündung der Wärmestrahlung auf die tabilität von chäumen gelöschten aufgerissenen brennbaren berfläche nur lüssigkeit schwer realisierbar, unter dem ist Blickwinkel dagegen weitgehend der Rückzündung unbekannt. betrachtet. Wird was bei durchaus bei einem auf Mehrbereichsschaummittel die ilmschicht zurückgeführt die die chaumdecke mechanische aufgerissen, so so nicht mehr erreicht. Der generelle Einfluss von Dies wird noch deutlicher, wenn man die die Eigenschaften der chaumrückstände auf auf einer kann werden die kann. berfläche Versucht man dieser nun mechanisch telle gezündet die werden und nach einiger Zeit wird die die gesamte hemmenden berfläche chichten der dieses lüssigkeit chaums zu in in zerstören, erreicht liegen man die die ein Verhältnisse sofortiges Verlöschen beim fluortensidhaltigen der Wasserdampf chaum. als Löschmittel Zunächst ist ist eine seit Langem Zündung der lammen die die Verbrennungsphase 2.4 Löschwirkung zurück von geführt. Wasserdampf Anders aufgerissenen und die chwierigkeiten berfläche nur eine schwer erneute realisierbar, bekannt. was Allerdings durchaus muss auf im die Verbrennungsbe- die ilmschicht Zündung zu realisieren werden größer. ffensichtlich sind diese Vorgänge allein nicht durch die ilmschicht zu erklären. Es fehlen damit grundsätzliche Kenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen den luortensiden und den brennbaren lüssigkeiten. Dies macht klar, dass die euerwehren zwar über effiziente chaummittel verfügen, die eigentlichen Vorgänge zum toffübergang durch die chaumschichten dennoch weitgehend ungeklärt sind. reich, d.h. in den lammen eine Konzentration von Wasserdampf von etwa 360 g/m 3 erreicht werden. Unterhalb dieser Konzentration befindet sich das Mehrkomponenten Gemisch bestehend aus brennbaren Dampf, Luft und Wasserdampf innerhalb seiner Zündgrenzen und brennt damit. Mit dem aus dem chaum entstandenen Wasserdampf ist es deshalb unmöglich die Verbrennung zu unterbinden. Eine direkte Beeinflussung kann günstigstenfalls im Nahbereich der chaumschicht oder unmittelbar von der chaumschicht erwartet werden, weil in diesen Bereichen die Wasserdampfkonzentration noch ausreichen könnte. Da allerdings von der chaumschicht die Geschwindigkeit des Massestroms durch die Verdampfung und Erwärmung der lamme bestimmt wird, wird auch die Wasserdampfkonzentration schnell abgebaut. Die Wirkung des Wasserdampfes als inertes Löschmittel kann beim Einsatz von chäumen mit icherheit zunächst vernachlässigt werden. 2.5 Kühlwirkung des Drainagewassers Eine Abkühlung der berfläche der brennbaren lüssigkeit wird in jedem all erfolgen. Mit der Abkühlung sinkt der Dampfdruck der brennbaren lüssigkeit und die Massestromdichte unterhalb der chaumdecke wird sinken. Gleichzeitig werden die Wechselwirkungen zwischen den Grenzflächen stabiler. Die bisher frei beweglichen hydrophoben Reste der Tenside fixieren sich an der hydrophoben berfläche der brennbaren lüssigkeit. Dabei ist infolge der geringen Löslichkeit stark polarer perfluorierter Verbindungen in nichtpolaren organischen Verbindungen nicht klar, wie diese Wechselwirkungen realisiert sind. Es ist aber deshalb zu erwarten, dass sich die perfluorierten Tenside immer an den berflächen der brennbaren lüssigkeit aufhalten und ein Verschwinden der grenzflächenaktiven toffe in einem Überschuss an Brandstoff ausgeschlossen sein dürfte. Durch den Wasserfilm allein ist allerdings die geringe Neigung zur Rückzündung einer mit luortensiden kontaminierten berfläche nicht erklärbar. 3. Kenntnisse zur umweltschonenden Entsorgung von PT Bereits in den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts wurde unabhängig voneinander durch [Prescher und Wotzka 1983] und [chröder 1991] auf die Persistenz von PT verwiesen. Während Prescher und Wotzka erkannten, dass die luortenside nur einem primären Abbau unterliegen und danach durch die üblichen Methoden nicht mehr erfassbar sind (Methylenblau Verfahren), wies chröder nach, dass sich nach dem Primärabbau die persistenten Perfluorreste nahezu vollständig im Belebtschlamm wiederzufinden waren. Nach der Verbrennung des Belebtschlammes konnte der luoranteil quantitativ als luorid wiedergefunden werden. Diese Aussagen weisen auf eine Möglichkeit hin, die PT in bestimmten Produktionsbereichen auch weiterhin als effizientes Löschmittel zu erhalten. Im Brandfall großer Produktionsbereiche bestehen seit langem orderungen zur Rückhaltung von gebrauchten Löschwasser [LöRüRl 2001]. Das gebrauchte Löschwasser wird in der Regel in den Kläranlagen des Großbetriebes entsorgt. Die Biologie dieser Anlagen wird einen wesentlichen Teil der PT primär abbauen und die perfluorierten Reste finden sich im Belebtschlamm wieder. Belebtschlämme aus Industriekläranlagen werden grundsätzlich verbrannt, so dass die organischen luorverbindungen mineralisiert werden. Allerdings kann je nach Abbaugeschwindigkeit und Abbaugrad der PT im geklärten Abwasser, insbesondere nach einem Großereignis der Primärabbau nicht vollständig ablaufen, so dass im geklärten Löschwasser luortenside in unterschiedlichen Mengen vorhanden sein können. Um diese Tensidanteil ebenfalls sicher zu entsorgen sollten Untersuchungen zur Entwicklung tensidspezifischer ensoren durchgeführt werden, die eine sichere Dedektierung im Abwasser zulassen. Dieser Abwasseranteil sollte dann einer pezialbehandlung zugeführt werden. Zielsetzung dieser Nachsorgemaßnahmen müsste ein effizientes Verfahren zur Absorption geringer Tensidanteile in geklärten Abwässern zu entwickeln. Zur Absorption von Löschwässern wurden Untersuchungen durch [Pohl und Wienecke 1996] ausgeführt. Daneben sollte aber auch bekannte Verfahren, wie die Absorption an Aktivkohle Berücksichtigung finden. Die Lösung zur quantitaiven Entsorgung gebrauchter Löschwässer mit PT Zusätzen würde zumindest in den bereichen der hemieindustrie und der großen Tanklager eine für längere Zeiträume zu akzeptierende Variante sein. 4. chwerpunkte zur Entwicklung hocheffizienter chaummittel Die chwerpunkte für die Entwicklung neuer chaummittel zur Ablösung der gegenwärtig genutzten fluorhaltigen A chaummittel werden vor allem in der wissenschaftlichen Durchdringung der Wechselwirkungen zwischen den drei Phasen bei der Brandbekämpfung mit chäumen gesehen. Es muss sowohl der tofftransport aus der brennbaren lüssigkeit durch die chaumschicht als auch der Energietransport von der lamme zur lüssigkeitsoberfläche bzw. zur chaumschicht betrachtet werden. Ausgangswerte zur harakterisierung der Vorgänge zwischen chaumschicht und lüssigkeitsoberfläche sind durch die unterschiedlichen Verhalten der bekannten chaummittel gegeben. ür die Bewertung der Vorgänge an der Phasengrenze chaum / brennbare lüssigkeit sollten vor allem die Konzentrationen der Tenside im berflächenbereich bestimmt werden. Den Löslichkeiten der Tenside in der organischen Phase sollte besondere Beachtung geschenkt werden. Da offensichtlich die rientierung der luortenside an der berfläche der brennbaren lüssigkeit sehr schnell abläuft, sollten auch kinetische Untersuchungen zur Ausbildung der Grenzschicht erfolgen. In diese Untersuchungen müssen auch die in den chaummitteln vorhanden Zusatz- und ilfsstoffe einbezogen werden, weil durch synergistische Wirkungen auch eine Verstärkung mancher Eigenschaften erfolgen kann. In ähnlicher Weise muss auch die Temperaturabhängigkeit dieser Vorgänge berücksichtigt werden, weil beispielsweise die Wirkung der luortenside im in

9 achbeitrag blick auf eine Rückzündung gegenüber allen übrigen gebräuchlichen Tensiden erheblich ist, aber während des Löschprozesses der Wasserfilm erst langsam seine Wirksamkeit entfaltet. Dies ist an den kleinen Restflammen während des Löschprozesses sehr deutlich erkennbar. Die Bewertung des tofftransportes durch den Wasserfilm und die chaumschicht kann zunächst als Diffusionsproblem aufgefasst werden, bei dem der Durchgang des lüssigkeitsdampfes durch die Lamelle / lüssigkeitsfilm die zeitlich bestimmende Größe sein wird. Da aber auch innerhalb der chaumschicht Wechselwirkungen zwischen lüssigkeitsdampf und Tensiden nicht auszuschließen sind, muss dieser Vorgang berücksichtigt werden. Das Problem wird dadurch erschwert, dass währen der Diffusion der chaum altert und durch die Drainage des Wassers sowohl die Dicke der chaumlamellen verringert werden als auch die Konzentration der Tenside an den Grenzflächen. ür die Drainage könnten die Modelle der AMPEX Untersuchungen [Person et al. 2001] einbezogen werden. Die tofftransport infolge Kavernenbildung mit nachfolgendem Durchtritt kompakter mit lüssigkeitsdampf gefüllter Blasen durch den chaum wird anscheinend durch besonders stabile chäume mit geringer Drainage gefördert. Da hier die lüssigkeitslamellen über längere Zeiträume relativ viel chaummittellösung enthalten, verändert sich die Viskosität der chaumdecke langsamer, die Verschiebbarkeit der chaumblasen bleibt länger erhalten und gleichzeitig ist die Diffusion durch die größere chichtdicke der Lamellen verzögert. Es kommt zur Ansammlung von lüssigkeitsdämpfen an der Grenzfläche und letztlich zur Kavernenbildung. Die Verschiebbarkeit der chaumschicht ermöglicht der Dampfblase den Durchtritt. Zum rheologischen Verhalten von chäumen sind gegenwärtig nur die Untersuchungen von Kretzschmar an chäumen auf der Basis von Mehrbereichs schaumbildnern bekannt. Es wurde festgestellt, dass sich während der Entwicklungszeit eines chaumaggregates diese Eigenschaften signifikant verändern. Unmittelbar nach der Erzeugung von chaum kann dieser näherungsweise als Newtonsche lüssigkeit betrachtet werden. Mit dem Beginn der Drainage verändert sich das rheologische Verhalten. Der chaum verhält sich in dieser Phase wie eine nicht Newtonsche lüssigkeit. Mit zunehmender Austrocknung nehmen die Lamellen innerhalb der chaumschicht eine gleichmäßige truktur an und sind praktisch ohne Zerstörung der Lamellen nicht mehr verschiebbar. In dieser Phase verhält sich die chaumschicht wie ein Binghamscher Körper, der als in sich stabiler Körper auf der wässrigen Drainageflüssigkeit bewegt werden kann. Die Wechsel des viskosen Verhaltens üben einen sehr starken Einfluss auf die tabilität der chaumschicht aus. Das Absorptionsverhalten der chäume und Wasserfilme sollte gleichfalls in die Untersuchungen aufgenommen werden. Diese Untersuchung könnten Aufschluss über die Elastizität und die Belastbarkeit der chaumlamellen geben. Ein entscheidender aktor wäre gegeben, wenn der Nachweis erfolgen könnte, dass chaumschichten die Rückstrahlung der lammen auf die lüssigkeitsoberfläche vollständig verhindern. Gleichzeitig muss allerdings geklärt werden, inwieweit eine thermische Belastung der chaumdecke die Durchlässigkeit gegenüber lüssigkeitsdämpfen beeinflusst. 5. orschungskooperation Diese unfangreiche orschungsarbeit, die notwendig wird infolge der Verbote von PT erfordert die Zusammenarbeit der orschungsbereiche der chemischen Industrie, der chaummittelhersteller, orschungsbereiche der Kolloid- und Grenzflächenchemie, der Angewandten orschung im operativen Brandschutz sowie der Anwender effizienter Löschmittel im Industriebereich. Autor Dr. G. Pleß, Institut der euerwehr achsen-anhalt, Biederitzer traße 5, eyrothsberge Literatur [Kretzschmar und Reichel 1976] Kretzschmar, A.; Reichel,.: Untersuchungen zur Permeation von Methanol durch chaumlamellen, Dissertation, Universität alle, 1976 [Kretzschmar 1989] Kretzschmar, A : Ein Modell für die Brandbekämpfung mit chäumen auf der Grundlage experimenteller und rechnerischer Untersuchungen, Dissertation B Universität alle 1989 [Persson et al. 2001] Persson, B.; Lönnermark, A.; Persson,.; Mulligan, D.; Lancia, A.; Demichela ; M. : oamspex Large cale oam Application, P ire Technology, P-Report 2001 :13 [Prescher und Wotzka 1983] Zum Umweltverhalten von luortensiden. Teil 2. Untersuchung der biochemischen Abbaubarkeit, Acta hydrochim. hydrobiol. 13 (1983) 1, [chröder 1991] chröder,.: luorhaltige Tenside - Eine erausforderung für die Umwelt? Teil 1 Anionische und Kationische Tenside, onderdruck aus Vom Wasser 1991 [Tuve et al. 1968]. B. Peterson; R. L. Tuve; E. J. Jablonski; R. R. Neill: ire Equipment Tests aboard the VA-62 related to improved Aircraft carrie safety, Naval Research Laboratory, Washington D

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