Weird Science Club. Welche Folgen kann das Glühlampenverbot haben? Darmstadt. Lichtenbergschule Darmstadt. an der. Ludwigshöhstr. 105.

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1 Welche Folgen kann das Glühlampenverbot haben? Von: Sebastian Frebel Weird Science Club Darmstadt an der Lichtenbergschule Darmstadt Ludwigshöhstr

2 Welche Folgen kann das Glühlampenverbot haben? von Sebastian Frebel Kurzfassung: Ich will untersuchen, welchen Einfluss die durch das Glühlampenverbot vermehrt gefragten Kompaktleuchtstofflampen auf die Umwelt haben können. Dies besonders unter dem Blickwinkel, dass viele der Lampen in der Realität wahrscheinlich nicht umweltgerecht entsorgt und achtlos in die Natur geworfen werden; dabei wird sicher auch oft der schützende Glaskörper zerstört und das Quecksilber kann ungehindert austreten. Auf Grund der in der Literatur angegebenen Konzentration von 5mg Quecksilber pro Lampe sind schädliche Einflüsse auf die Umwelt und damit auch den Menschen zumindest nicht auszuschließen. Untersucht werden die Einflüsse von zwei 30 W Glühlampen und zwei 7 W Energiesparlampen, die laut Verpackung den 30 W Glühlampen in der Lichtintensität entsprechen. Alle Lampen sind von Osram. Diese vier Lampen habe ich in 1000ml Bechergläser mit je 800ml Tümpelwasser gelegt. Je bei einer von beiden Lampentypen wurde die Glaskörper- Hülle gezielt beschädigt. Das Tümpelwasser enthält geringe Mengen Schlamm, Wasserlinsen und Kleinstlebewesen, welche ich leider nicht näher bestimmen konnte, die aber von mir mehrmals mit dem Mikroskop auf Veränderungen untersucht wurden. Mit Hilfe dieses kleinen Versuches will ich überprüfen, ob das Verbot der normalen Glühbirnen und die Umstellung auf Hg-haltige Energiesparlampen für die Umwelt einen negativen Einfluss haben kann und ob das im Wasser austretende Quecksilber den Tieren schadet, insbesondere deshalb, da man real (wie oben erwähnt) nicht mit einer durchgehend funktionierenden korrekten Entsorgung rechnen kann. Gliederung: 1. EINLEITUNG 1.1. Themenwahl 2. HAUPTTEIL 2.1. Derzeitiger Stand des Glühlampenverbotes 2.2. Nachteile der Kompaktleuchtstofflampe 2.3. Mein Versuchsaufbau 2.4. Zum Inhaltsstoff Quecksilber (Kompaktleuchtstofflampen) 2.5. Semiquantitativen ICP-Massenspektrometrie Analyse 3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION 3.1 Kleinstlebewesen 3.2. Chemische Analyse 4. ANHANG 4.1. Analyseergebnisse 4.2. Zeitplan für den Auslauf ineffizienter Lampen 4.3. Literatur 2

3 1. EINLEITUNG Das Glühlampenverbot schreitet nun immer weiter voran. Im September 2010 tritt die zweite Stufe des EU-Glühlampenverbots in Kraft, dann werden nach den 100-Watt-Birnen und allen matten Modellen auch die 75-Watt-Exemplare endgültig nicht mehr im Handel angeboten (Mündliche Auskunft Umweltamt Darmstadt, 2009). Deswegen habe ich mich entschieden, zu schauen, was eigentlich passiert, wenn man Glühlampen, oder die nun aktuell empfohlenen Kompaktleuchtstofflampen in die Umwelt wirft, obwohl zumindest die Kompaktleichtstofflampen unbedingt zur Sondermüllannahmestelle oder zu den Fachhändlern gebracht werden müssten. 2. HAUPTTEIL 2.1. Derzeitiger Stand des Glühlampenverbotes Der Beschluss vom sieht vor, dass es ab keine Glühlampen mit 100 Watt oder mehr in Deutschland zu kaufen gibt. In mehreren Stufen sollen bis 2012 dann gar keine Glühlampen mehr verkauft werden (siehe Kapitel 4.2). In der Presse wird die Einführung der Leuchtstofflampe mittlerweile auch wegen des angeblich geringen Einsparpotentials für Kohlendioxid kontrovers diskutiert (Spiegel, Nr , S. 52) Nachteile der Kompaktleuchtstofflampe Neben dem wünschenswerten energiesparenden Effekt hat diese Lampengeneration aber auch einen möglicherweise zu hinterfragenden Nachteil, der schon oben im Text angesprochen wurde: Sie enthalten nämlich Quecksilber bzw. eine Quecksilberlegierung. Außerdem sollte die jeweilige Menge von Quecksilber zwar auf der Verpackung angegeben werden, das wird aber von fast allen Firmen nicht getan (ist aber seit 2010 Pflicht). In der Literatur werden Werte um 5mg pro Lampe genannt. Deswegen müssen die Lampen bei einer Sondermüllannahmestelle oder dem Verkaufshandel abgegeben werden. Das damit verbundene Problem der weiterhin nicht direkt kontrollierten und auch schwer zu überprüfenden umweltgerechten Entsorgung und der daraus entstehenden Umweltbelastung wollte ich in meinem Versuch zur Wasserbelastung untersuchen. In einem kleinen Versuchsrahmen galt es nachzuweisen, ob die in der Presse angegebene relative Unbedenklichkeit in der Umwelt bestätigt oder zumindest nicht direkt widerlegt werden kann Mein Versuchsaufbau Mein Versuchsaufbau besteht im Wesentlichen aus 5 Bechergläsern (je 1 Liter), die mit 800ml Tümpelwasser gefüllt wurden. Anschließend wurden in ein Becherglas (BG) eine Glühbirne (30W) und in ein anderes eine Kompaktleuchtstofflampe (7W) unbeschädigt hineingelegt. Mit zwei anderen Bechergläsern habe ich genau das gleiche getan, mit dem Unterschied, dass die Lampen nun im BG (unter 3

4 Wasser) zerbrochen wurden. Schließlich füllte ich ein BG einfach nur mit 800ml Tümpelwasser, um einen unbelasteten bzw. unbeeinflussten Vergleich zu gewinnen. Diese Versuchsansätze ließ ich dann vom 4. November bis 9. Dezember in einem abgeschirmten Bereich des Labors stehen. Abb.1.(rechts) : Mein Versuchsaufbau Es wurde von mir der Versuch unternommen, die Flüssigkeiten in den unterschiedlichen Behältern auf ihre biologische Wassergüteklasse über die im Mikroskop zu sehenden Kleinstlebewesen am 11.11, am und am zu untersuchen, was mir aber nicht gelungen ist. Es stellte sich nämlich heraus, dass sich nicht die üblicherweise in einem Tümpel vorzufindenden Organismen aufhielten, sondern eher seltene Kleinstorganismen, die in meinem Bestimmungsbuch (Streble, H., Krauter, D, 1881) nicht aufgeführt wurden. Wahrscheinlich war dies durch die späte Jahreszeit der Probenentnahme bedingt. Am 9. Dezember 2009 gab ich am Ende der knapp 5 wöchigen Versuchszeit jeweils eine Wasserprobe mit geringen Bodenresten (je 10ml) aus jedem Becherglas in ein Labor der Firma Merck (Traxel, Firma Merck, Darmstadt), um dort eine Analyse mit einem Semiquantitativen ICP-Massenspektrometer durchführen zu lassen (Chemische Analyse: Schneider, 12/2009) Zum Inhaltstoff Quecksilber (Kompaktleuchtstofflampen) Bei der chemischen Analyse interessierte mich vor allem, ob Quecksilber nachzuweisen ist. Dazu im Folgenden einige Angaben zu diesem Element. Zu den folgenden Informationen über Quecksilber siehe Spangenberger, E bzw. Zum Quecksilber Chemische Formel: Hg Siedepunkt: 356,6 C. Löslichkeit: In Wasser gering (0,06 mg/l bei 25 C (!), 1,1 mg/l bei 90 C) Weitere Eigenschaften: Hg besitzt im flüssigen und festen Zustand ein hohes elektrisches und thermisches Leitvermögen und eine geringe Lichtdurchlässigkeit. Die starke thermische Ausdehnung, die sich zwischen 0 und 100 C zur Temperatur-Veränderung direkt proportional verhält, wird zur Temperaturmessung genutzt. Aus dem flüssigen Quecksilber bilden sich schon bei niedrigen Temperaturen giftige Dämpfe! Das Metall verbindet sich bei Raumtemperatur mit Fluor, Chlor und Schwefel. Die natürliche Belastung beträgt ca t/jahr durch Ausgasung aus der Erdkruste. In den Böden ist der Gehalt an Quecksilbersalzen normalerweise niedrig: Normale Ackerböden enthalten im Mittel ca. 0,02 mg/kg. Der Quecksilbergehalt pflanzlicher Nahrungsmittel ist normalerweise unbedeutend. Das Schwermetall gelangt aber vor allem beim Verzehr von Fischen und Meerestieren über organische Quecksilberverbindungen in den Körper. So enthalten z.b. 4

5 Thunfischkonserven durchschnittlich 366 mg/kg, im Vergleich dazu Frischobst nur 4,8 mg/kg. Die jährliche Hg-Aufnahme über Lebensmittel beträgt in Mitteleuropa pro Kopf ca mg = 2,75 g. Bakterien können anorganisches Quecksilber aus Abwässern in organische Verbindungen umwandeln. Über die Nahrungskette wird es in dieser Form vom Körper leicht aufgenommen. Flüssiges Quecksilber wird nur zu 0,01% im Magen-Darm-Trakt und auch kaum über die Haut resorbiert. Oral aufgenommen ist es also kaum toxisch. Quecksilberdämpfe werden aber zu etwa 80% resorbiert, davon gehen ca. 80% direkt ins Blut über, der Rest verbleibt im Lungengewebe.( ) Grenzwerte für Quecksilber im Alltag Trinkwasserverordnung der EU: 0,001 mg/l MAK-Wert (maximale Konzentration am Arbeitsplatz): metallisches Quecksilber: 0,1 mg/m 3 Luft, organisches Quecksilber: 0,01 mg/m 3 Luft WHO-PTWI-Wert (vorläufig wöchentlich duldbare Aufnahmemenge): 0,005 mg Hg pro kg Körpergewicht und für Methyl-Quecksilber (CH 3 Hg) 0,0033 mg pro kg Körpergewicht. EU-Höchstgehalte für Quecksilber in Lebensmitteln für Fische und Fischereierzeugnisse 0,5 mg Quecksilber pro kg Fisch, bei anderen Lebensmitteln 0,05 mg pro Kilogramm Semiquantitativen ICP-Massenspektrometrie Analyse Bei der Analyse mit dem ICP-MS (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry) werden wäsrige Proben in einer Argonatmosphäre zerstäubt und auf mehr als 5000 K (4726,85 C) erhitzt. Anschließend werden die Probenatome ionisiert. danach werden die Atome mithilfe eines Massenspektrometers nach ihrer Masse getrennt und mittels eines Detektors bestimmt. In meinem Fall musste leider zur Vorbereitung der Proben diese mit einem Papierfilter filtriert werden. So wurde gerade der organische Teil der Probe, an der sich normalerweise Quecksilberrückstände stark (und dann auch giftig) bindet, eliminiert: Dieser abfiltrierte Feststoff konnte leider aufgrund der geringen Menge vom Labor nicht näher analysiert werden. Wahrscheinlich haben sich aber gerade dort bestimmte Elemente angelagert und standen somit der Analyse nicht zur Verfügung (Schriftliche Mitteilung Labor Firma Merck: Schneider 2009). Bei der Analyse wurden vom Filtrat je 1ml mit 3ml konzentrierter Salpetersäure auf 100ml Reinstwasser aufgefüllt. Die Probe 6 wurde zweimal vorbereitet. Einer der Vorbereitungen wurde ein Mehrelementstandard hinzugefügt (siehe Tabelle) um die Wiederfindung der Elemente in der Probe zu überprüfen. Die Probe 6 + ist die Probe mit zupipettiertem Standard. Unter WFR finden sie die Wiederfindungsrate in % der im Mehrelementstandard enthaltenen Elemente zur Kontrolle der Analyse. Die untersuchten Elemente befanden sich bis auf Wolfram (W) und Quecksilber (Hg) nicht in erhöhten Konzentrationen in der wässrigen Phase. 5

6 3. ERGEBNISSE UND DISKUSSION 3.1. Kleinstlebewesen Beim erstmaligen Mikroskopieren der Proben fand ich Kleinstlebewesen, welche offensichtlich im Tümpel, aus dem ich das Wasser entnommen hatte leben. Ich zählte sie und versuchte sie genau zu bestimmen, was mir aber nicht gelang (Siehe dazu meine Bemerkungen im Kapitel 2.3). Bis zum Ende des Versuches veränderte sich deren Anzahl aber nicht. In einem Zeitfenster von 1 Minute zählte ich jeweils dreimal die im Mikroskop erscheinenden Lebewesen und bildete den Mittelwert. Dieser schwankte unabhängig von Probe und Untersuchungs-Zeitpunkt (11.11, und ), um 10 Lebewesen pro Minute (7 bis 13 Lebewesen als Minimal und Maximalwert). Abb.1. (rechts): Eine Aufnahme unter dem Lichtmikroskop eines Kleinstlebewesens 3.2. Chemische Analyse In der Probe mit der zerbrochenen Energiesparlampe wurde ein sehr geringer Anteil (0,01μg/g) an Hg (Quecksilber) gefunden, während in den anderen Proben der Wert (erwartungsgemäß) unter der Nachweisgrenze von 0,01μg/g war (μg/g = ppm). Wolfram wurde in den beiden Proben gefunden, in denen eine kaputte Lampe war, aber in der Probe mit der zerbrochenen Kompaktleuchtstofflampe in etwas größerem Anteil als in der der Glühbirne. Die Wolframwerte im Behälter der Energiesparlampe haben mich überrascht, da Wolfram ja eigentlich erst einmal nur mit der Glühbirne mit ihrem Glühfaden aus Wolfram in Verbindung gebracht wird. Nach kurzer Recherche habe ich aber herausgefunden, dass Wolfram im Vorschaltgerät der Kompaktleuchtstofflampe verwendet wird (Thomas Seilnacht). Der gemessene Quecksilberwert von 0,01μg/g von einer einzigen Lampe in einem 800ml Wassergefäß ist sicher gering, aber wenn man davon ausgeht, dass sehr viele Lampen weggeworfen werden, könnten die Werte mit der Zeit doch einen Einfluss auf die Umwelt und die Tiere haben. Wenn man für eine Leuchtstofflampe den gemessenen Wert von ca. 0,01 μg/g annimmt und dies bei einer großangelegten Entsorgung von den Kompaktleuchtstofflampen z.b. über die Verschiffung von Sondermüll in großen Containerschiffen in der Dritten Welt (Quelle: in größere Mengen überträgt, so werden andere Größenordnungen über Anreicherungen schnell deutlich. Andererseits verdeutlichen die Informationen in Kapitel 2.4, dass Hg auch unter natürlichen Bedingungen in der Umwelt und der Nahrung vorkommt. Die Größenordnungen, die in der wässrigen Lösung nun gemessen wurden, reichen eigentlich nicht aus, um eine schädigende Wirkung auf die Umwelt anzunehmen. Selbst wenn die angegebene Gesamtmenge von 5mg Hg pro Lampe in das Wasser gelangen und im Sediment noch nachzuweisen sind, dann müsste dies im Ge- 6

7 samtrahmen der natürlichen Umweltverfügbarkeit eigentlich keinen nennenswerten Einfluss haben. Trotzdem sollte man die Entsorgung der Kompaktleuchtstoffröhren besser kontrollieren, da man natürlich nie ausschließen kann, dass auf Grund besonderer Vorkommnisse toxische Mengen entstehen können! Wie im Kapitel 2.4 beschrieben beträgt der EU-Höchstgehalt für Quecksilber in Lebensmitteln für Fischereierzeugnisse 0,5 mg Quecksilber pro kg Fisch und die jährliche Hg-Aufnahme über Lebensmittel liegt in Europa pro Kopf bei ca mg = 2,75g und gilt bis jetzt als unbedenklich (Spangenberger, E. 1998). Aber auch: Bei der Trinkwasserverordnung gilt der Grenzwert von 0,001 mg/l Hg. Man hätte das Wasser aus meiner Probe (0,01 mg/l Hg) also schon nicht mehr trinken dürfen! Als Fazit meiner Arbeit würde ich eine verbesserte und möglichst lückenlose Rückgabe der Kompaktleuchtstofflampen fordern, vielleicht am besten durch ein hohes Pfand und damit verbunden eine gesetzlich vorgeschriebene Rückgabemöglichkeit im Verkaufshandel. 7

8 4. ANHANG 4.1. Analyseergebnisse 8

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10 4.2. Zeitplan für den Auslauf ineffizienter Lampen Quelle: 10

11 4.3. Literatur Löschel, A. (2010): zitiert in: Der Spiegel, Nr.1, : Ökonom kritisiert Glühbirnenverbot, S. 52 Schneider, Susanne : Schriftliche Mitteilung zur Wasseranalyse 12/2009, Fa. Merck Darmstadt Spangenberg, E.(1998): Spiegel: Klimaschutz: Ökonom kritisiert Glühbirnenverbot, Nr. 1, , S. 52 Streble, H. und Krauter, D. (1981): Das Leben im Wassertropfen, 5. Auflage, Kosmos Verlag Stuttgart. Traxel, Sven: Mündliche Mitteilung , Firma Merck, Darmstadt Thomas Seilnacht ( Wikipedia ( Kompliance Magazin ( umweltschutzcompliance/osram html) 11