Schadstoffbelastungen der Umwelt durch die Industrie

Schadstoffbelastungen der Umwelt durch die Industrie

 

Die Belastung der Umwelt durch den Menschen hat seit Beginn der Industrialisierung stark zugenommen. Betroffen sind die Umweltmedien Luft, Wasser (Grundwasser und Oberflächenwasser) und Boden. Durch ein gesteigertes Umweltbewusstsein und daraus resultierende Vorschriften haben industriebedingte Umweltbelastungen in den Industrieländern in den letzten Jahren aber erheblich abgenommen.

 

Neben der Industrie führen noch andere Aktivitäten des Menschen zu Umweltbelastungen. Bei der Luftbelastung sind das in erster Linie der Straßen- und der Flugverkehr. Der Schiffsverkehr führt zu hohen Belastungen der Oberflächengewässer, neben der Verklappung besonders auch durch Ölleckagen und Havarien.

 

Industrielle Verarbeitungs- und Feuerungsprozesse verursachen die Freisetzung der Schadgase Schwefeldioxid und Stickstoffdioxid. Andere Emittenten sind vor allem Kraftwerke und Fernheizwerke, ferner Haushalte und Kleinverbraucher, die auch bei der Ermittlung der Freisetzung von Schwermetallen nicht zu vernachlässigen sind. Starke Belastungen der Umwelt werden durch Bergbauaktivitäten, kommunale Abwässer, Intensivierung der Landwirtschaft und den Tourismus verursacht.

 

 Belastung der Luft

 

Bei der industriellen Belastung der Luft durch Schadgase, Stäube und Schwermetalle muss zwischen Primär-, Sekundär- und Tertiäremissionen unterschieden werden. Primäremissionen entstehen direkt durch den Produktionsprozess und werden deshalb auch Prozessemissionen genannt. Hierzu gehören zum Beispiel Staubemissionen aus Stahlwerken und Schwefeldioxid-Emissionen durch Sinterprozesse des Erzes. Sekundäremissionen entstehen durch Umschlagprozesse, das heißt durch das Umladen oder Umlagern von Gütern. Alle übrigen Emissionen, die man nicht besonderen Anlagen zuordnen kann, werden als Tertiäremissionen bezeichnet.

 

Bei gasförmigen Luftschadstoffen unterscheidet man ebenfalls zwischen primären und sekundären. Primäre Schadstoffe werden direkt emittiert, wie zum Beispiel Schwefeldioxid und Stickoxide, sekundäre Luftschadstoffe, wie zum Beispiel Photooxidantien, werden durch chemische oder physikalische Vorgänge erst in der Atmosphäre gebildet. Nachfolgend werden wir einige wichtige Schadgase benennen und Verbindungen zu den verursachenden Industrien aufzeigen.

 

Schwefeldioxid (SO₂) - Die fossilen Brennstoffe Erdgas, Erdöl, Torf und Kohle enthalten aufgrund ihrer organischen Herkunft mehr oder weniger Schwefel. Werden sie verbrannt, so entsteht aus diesem das giftige und farblose Schwefeldioxid. Die Hauptverursacher von SO₂-Emissionen sind Kraftwerke und Fernheizwerke, gefolgt von Industriebetrieben. In Deutschland zum Beispiel betrug 1991 der Anteil der Kraft- und Fernheizwerke am gesamten Schwefeldioxidausstoß von etwa 4550 Kilotonnen 72,7 Prozent, derjenige der Industrie (industrielle Prozesse und Industriefeuerungsanlagen) 13,5 Prozent. Den Hauptanteil der Industrie am Schwefeldioxidausstoß verursachen nicht die direkt emittierenden Prozesse selbst, sondern vor allem ihr hoher Energiebedarf und die damit verbundene Notwendigkeit des Betreibens eigener Kraftwerke und Großfeuerungsanlagen. Der Anteil der direkt emittierenden industriellen Prozesse ist mit 1,8 Prozent relativ gering. Zu den Verursachern gehören Röstprozesse bei der Bunt- und Schwarzmetallurgie sowie bei der Kohleveredlung. Weitere SO₂-Emittenten sind die Glas- und die Aluminiumindustrie. SO₂ wird durch Luftsauerstoff zu SO₃ oxidiert, das heißt, es bilden sich schweflige Säure und Schwefelsäure, was in der Folge zur Entstehung sauren Regens führt, der seinerseits Bodenversauerung verursachen kann.

 

Stickoxide (NO_x) — Stickoxide sind ebenfalls Produkte der Verbrennung fossiler Energieträger, vor allem wenn diese nicht vollständig ist. Der Hauptanteil wird vom Straßenverkehr verursacht, der Anteil der Industrie ist eher gering.

 

Kohlenmonoxid (CO) — Auch Kohlenmonoxid entsteht bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Der Hauptemittent ist wie bei den Stickoxiden der Straßenverkehr. Im Gegensatz zu SO₂ und NO_x ist Kohlenmonoxid aber für die Vegetation und empfindliche Werkstoffe ungefährlich. Für den Menschen ist dieses farb- und geruchlose Gas extrem giftig, weil es die innere Atmung lähmt.

 

Im Jahr 1991 betrug die Gesamtemission an Kohlenmonoxid in Deutschland etwa 10 000 Kilotonnen. Davon entfielen auf Industrieprozesse 6,0 % und auf Industriefeuerungen 9,0 %. Den Hauptanteil verursachte mit 59,9 % der Straßenverkehr. Industriebedingte Kohlenmonoxid-Emissionen haben in den letzten Jahren stark abgenommen, was sowohl auf die Verbesserung der Feuerungstechnik als auch auf die Umstellung auf sauberer verbrennende Rohstoffe zurückzuführen ist.

 

Kohlendioxid (CO₂) — Kohlendioxid ist ein Treibhausgas, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht und mit dem Kohlenmonoxid in einem temperaturabhängigen Gleichgewicht steht. Den größten Anteil am CO₂-Ausstoß haben Kraftwerke, Haushalte, der Straßenverkehr und Industriefeuerungen. Der Anteil, der direkt durch Industrieprozesse verursacht wird, ist sehr gering.

 

Kohlenwasserstoffe — Kohlenwasserstoffe sind chemische Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie sind die Basis vieler organischer Verbindungen. Die Anzahl der verschiedenen von der Industrie emittierten Kohlenwasserstoffe ist fast unüberschaubar. Ihre Aggregatzustände reichen von fest über flüssig bis gasförmig. Kohlenwasserstoffe, die anstelle von Wasserstoffatomen Fluor-, Chlor- oder Bromatome enthalten, werden als halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Halogenkohlenwasserstoffe bezeichnet.

 

Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) — PAH sind feste, meist farblose Verbindungen. Sie kommen in Erdöl, Steinkohle und auch in Lebewesen vor. Ihre Verbreitung geschieht hauptsächlich durch unvollständige Verbrennung bei zu niedrigen Temperaturen (unter 1000 ºC); sie findet weltweit durch Rauch, Flugstaub und Rußpartikel statt. Gewöhnlich vorkommende PAH-Konzentrationen beeinflussen das Ökosystem nicht, doch einige PAH sind Krebs erregend. Die Hauptemittenten sind Verbrennungsvorgänge jeder Art sowie Industriezweige, die sich mit der Herstellung von Farben, Pflanzenschutzmitteln und Pharmazeutika beschäftigen.

 

Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) — Chlorierte Kohlenwasserstoffe sind Halogenkohlenwasserstoffe, bei denen jeweils ein Wasserstoffatom oder mehrere durch je ein Chloratom ersetzt sind. Sie sind leicht flüchtig, überall in der Umwelt vorhanden und werden in den unterschiedlichsten Industriezweigen ein- und damit auch freigesetzt. Auf natürliche Weise sind sie nur sehr langsam abbaubar, sie reichern sich in der menschlichen Nahrungskette an und haben Krebs erzeugende Eigenschaften. Die Verwendung vieler CKW ist daher eingeschränkt oder verboten. CKW besitzen ein hohes Lösungsvermögen für organische Substanzen und dienen deswegen hauptsächlich als Reinigungsmittel, vor allem zur Reinigung von Metalloberflächen. Sie werden oder wurden in fast allen Bereichen der Industrie verwendet. Erst nach dem Bekanntwerden ihres Gefahrenpotenzials, besonders für die Ozonschicht, die menschliche Gesundheit sowie das Grund- und Oberflächenwasser, wurden gesetzliche Regelungen für den Umgang mit ihnen beschlossen. Die bekanntesten CKW und ihre Emittenten sind polychlorierte Biphenyle, Dioxine und Furane sowie Fluorchlorkohlenwasserstoff.

 

Polychlorierte Biphenyle (PCB) — Diese vor allem unter ihrer Abkürzung PCB bekannten chemischen Verbindungen sind sehr beständig, nicht brennbar und kaum oxidierbar. Diese Eigenschaften haben zu vielfältigen Verwendungen in fast allen Industriezweigen geführt. Die Branchen reichen von der Elektro- über die Farben- bis zur Kunststoffindustrie. PCB wurden als elektrische Isolierflüssigkeit in Transformatoren, als Flammschutzmittel, Hydraulikflüssigkeit, Lackzusatz, Wärmeübertrager und als Weichmacher für Kunststoffe verwendet. Erst aufgrund des Bekanntwerdens ihrer giftigen und Krebs erzeugenden Wirkungen wurde ihre Produktion eingeschränkt; in Deutschland sind sie seit Anfang 1984 verboten.

 

Die PCB besitzen eine hohe Persistenz und reichern sich über die Nahrungsketten an. Die Halbwertzeit für ihren Abbau liegt zwischen etwa 10 und 100 Jahren. Ihre Freisetzung geschieht heute hauptsächlich bei der Verschrottung alter Transformatoren und Maschinen durch die dabei anfallenden Mengen an Altöl, Kühl- und Isolierflüssigkeit. Werden PCB-haltige Materialien bei der Entsorgung verbrannt, so besteht die Gefahr der Freisetzung hochgiftiger Dioxine und Furane.

 

Dioxine und Furane — Diese Verbindungen gehören zu den giftigsten anthropogenen Substanzen. Sie verursachen Krebs, Missbildungen und Genschäden. Außer durch Verbrennung von PCB ist ihre Entstehung auf vielfache andere Weisen möglich. Durch diverse Branderscheinungen waren sie schon immer vorhanden, allerdings nur in verschwindend geringen Mengen. Emittenten sind Stahlwerke, Heizkraftwerke, Müllverbrennungsanlagen und chemische Industriebetriebe, die sich mit der Herstellung von Pflanzen- und Holzschutzmitteln befassen. Zu den Dioxin emittierenden Prozessen gehören Ziegel-, Baustoff- und Glasherstellung, Metallerzeugung und -verarbeitung sowie chemische Prozesse. Die höchsten Emissionswerte werden bei Sinteranlagen und Aluminiumschmelzanlagen gemessen.

 

In der breiten Öffentlichkeit wurde Dioxin durch die »Seveso-Katastrophe« bekannt, bei der 1976 aus den Kesseln einer Chemiefabrik im norditalienischen Seveso etwa zwei Kilogramm TCDD (Tetrachlordibenzodioxin) entwichen. Infolge dieser Katastrophe mussten etwa tausend Menschen evakuiert und 50 000 Tiere getötet werden. Die Zahl der Tot- und Fehlgeburten hat sich seither verdoppelt, die Zahl der Missgeburten verzehnfacht. Seveso war jedoch nicht der einzige Ort, an dem es zu einem Unfall mit TCDD kam.

 

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) — Diese Bezeichnung ist nicht ganz zutreffend: Genau genommen handelt es sich um Chlorfluorkohlenstoffe. Da die Bezeichnung FCKW aber in der Öffentlichkeit geläufig ist, wollen wir sie auch verwenden. FCKW sind nicht brennbar und nur schwach giftig. Ihre Hauptanwendungsgebiete liegen im Bereich der Kältetechnik (Kühlschränke, Klimaanlagen, Wärmepumpen) und bei der Verwendung als Treibgase für Spraydosen. Ferner sind sie in diversen Reinigungs- und Lösungsmitteln vorhanden und dienen in der Kunststoffindustrie als Verschäumungsmittel. 1989 wurden weltweit 700 000 Tonnen FCKW hergestellt.

 

Die FCKW werden durch die Verschrottung von Kühlgeräten, bei der Kunststoffherstellung und bei der Benutzung als Treibgas in die Atmosphäre freigesetzt. Diese »Ozonkiller« haben zwar unter gewöhnlichen Umständen eine lange Lebensdauer, können in der Stratosphäre aber durch die UV-Strahlung der Sonne gespalten werden. Das dabei freigesetzte Chlor greift das in der Stratosphäre vorhandene Ozon an, das als UV-Filter für das Leben auf der Erde außerordentlich wichtig ist. Nach dem Erkennen des Zusammenhangs zwischen der Entstehung des Ozonlochs über der Antarktis und der Verwendung der FCKW kam es zu einer internationalen Übereinkunft, deren Herstellung einzuschränken und in Kürze ganz auszusetzen.

 

Stäube — Stäube sind Aerosole und bestehen aus festen Teilchen mit Korngrößen unter 200 Mikrometer (μm). Sie werden in Sedimentationsstaub und Schwebstaub unterteilt. Während Sedimentationsstaub mit seiner Korngröße über zehn Mikrometer für den Menschen relativ ungefährlich ist, weil er von den Schleimhäuten der oberen Luftwege weitgehend abgehalten wird, ist der Schwebstaub ungleich gefährlicher, weil er bis in die feinsten Lungenverästelungen vordringen kann.

 

Staub besteht größtenteils aus Mineralen, Kalk, Asche oder Ruß. Wegen seiner raschen Sedimentation kann er sich gewöhnlich nur in unmittelbarer Nähe eines Emittenten auswirken. Zu den Primäremittenten gehören Stahlwerke, Glashütten, Gießereien, Kalk- und Zementwerke. Weiter entsteht Staub zu einem großen Teil durch den Umschlag von Schüttgut. Zu den Hauptemittenten gehören die Zement- und die Aluminiumindustrie (durch den Umschlag von Bauxit) sowie Hüttenwerke (durch die Anlieferung und den Umschlag von Erz und Kohle). Durch den Einbau entsprechender Filteranlagen sind die Staubemissionen erheblich zurückgegangen. Beispielsweise entstanden 1950 bei der Produktion einer Tonne Rohstahl etwa fünfzehn Kilogramm Staub — heute sind es nur noch zwei Kilogramm.

 

Durch Sedimentationsstaub werden hauptsächlich Oberflächen oder auch Gewässer verschmutzt. Viel gefährlicher für den Menschen ist der sehr feine Schwebstaub, der, wie bereits erwähnt, bis in die feinsten Verästelungen der Atemwege vordringen kann. Während die mittlere Schwebstaubbelastung der Luft in Mitteleuropa unter zehn Mikrogramm pro Kubikmeter liegt, wird in industriellen Ballungsräumen oftmals das Zehnfache gemessen. Die Gefährdung besteht darin, dass die Staubkomponenten die verschiedensten Umweltgifte, darunter auch die sehr giftigen Schwermetalle, anlagern.

 

Schwermetalle — Darunter versteht man Metalle, deren Dichte größer ist als fünf Gramm pro Kubikzentimeter (Zink liegt bei etwa sieben). Ihre Abgabe an die Luft über den Schwebstaub erfolgt unkontrolliert und als Nebeneffekt der industriellen Produktion. Alle Schwermetalle kommen auch natürlich in der Umwelt vor. Einige sind als Spurenelemente für das Funktionieren von Organismen unerlässlich, andere sind schon in geringen Mengen toxisch. Schwermetalle gehören zu den gefährlichsten Stoffen, weil sie auf natürliche Weise nicht abbaubar sind und den Menschen über die Nahrungskette erreichen. Die drei bekanntesten, deren Wirkung als äußerst toxisch einzustufen ist, sind Blei, Cadmium und Quecksilber.

 

Blei (Pb) — Der geschätzte Gesamtbetrag der Bleiemission in die Atmosphäre beträgt pro Jahr etwa 400 000 Tonnen. Der Hauptverursacher war früher der Straßenverkehr, weil Blei als Antiklopfmittel in Kraftstoffen für Ottomotoren verwendet wurde. Durch die Einführung des bleifreien Benzins und der Katalysatoren für Neuwagen ergab sich hier eine deutliche Verringerung.

 

Blei wird in vielen Industriezweigen verwendet und dort auch freigesetzt. Zu diesen gehören Farbenherstellung, Metallverarbeitung, Pestizidproduktion, Fertigung elektronischer Instrumente, Batterieherstellung und Verarbeitung von Öl und Kohle. Hauptsächlich wird Blei für die Herstellung von Akkumulatoren, Kabeln und Pigmentfarbstoffen benötigt. In Deutschland liegt sein Gesamtverbrauch bei etwa 350 000 Tonnen jährlich. Davon entfallen etwa 50 % auf die Akkumulatorenproduktion und 23 % auf die Herstellung chemischer Produkte. Die durchschnittliche Bleikonzentration in der Luft von 25 Nanogramm pro Kubikmeter (1990) ist um den Faktor 10 niedriger als 20 Jahre früher. Die größten Bleiemissionen treten bei der Verhüttung von Buntmetallen und bei der Verarbeitung bleihaltiger Erze auf.

 

Früher war die Herstellung von Werkblei einzig durch die Verhüttung bleihaltiger Erze möglich (Primärbetrieb). Heute wird hauptsächlich Akkumulatoren-Schrott zu Werkblei umgeschmolzen (Sekundärbetrieb); der wesentliche Vorteil der Produktionsweise beim Recycling alter Akkumulatoren ist die Verringerung des Bleiausstoßes in die Atmosphäre.

 

Cadmium (Cd) — Cadmium stammt hauptsächlich aus Zinkbergwerken; es gehört zu den Krebs erzeugenden Schwermetallen. Sein Hauptverwendungsgebiet ist die Herstellung von Batterien (Nickel-Cadmium-Akkumulatoren). Hauptquellen seiner Emission in die Atmosphäre sind die Verbrennung fossiler Energieträger, die Schrottverwertung sowie Erzabbrände und die Metallverhüttung. In den letzten Jahren ist der Cadmiumverbrauch im Gebiet der alten Bundesrepublik rückläufig. Allerdings sind zwischen den verschiedenen Branchen eklatante Unterschiede zu verzeichnen. Während die industrielle Cadmiumverwendung sonst überall rückläufig ist, hat sie im Bereich der Batterieherstellung stark zugenommen. Der Rückgang in den andern Industriezweigen beruht auf erfolgreichen Substitutionsbemühungen. Dies gilt insbesondere für den Bereich der Kunststoffherstellung (PVC) und der Bearbeitung von Metalloberflächen. Durch den Erfolg der Substitutionsbemühungen wurde es sogar möglich, die Verwendung von Cadmium bei der Kunststoffherstellung durch das Chemikaliengesetz zu verbieten.

 

Eine große Gefahr für die Umwelt stellt die zunehmende Verwendung von Nickel-Cadmium-Akkumulatoren dar. Ihre tatsächliche Anzahl ist schwer zu ermitteln, da sie sich häufig in importierten Elektrogeräten befinden und sie deshalb statistisch nicht erfasst sind. Ein großes Problem bezüglich der Luftbelastung besteht in ihrer unsachgemäßen Entsorgung, beispielsweise durch Verbrennung.

 

Quecksilber (Hg) — Quecksilber besitzt von allen Schwermetallen die höchste Toxizität. Es ist dasjenige Schwermetall, das in den meisten Industriezweigen Verwendung findet. Seine Verbreitung erfolgt in der Regel über die Umweltmedien Boden und Wasser. Bei den Luftbelastungen handelt es sich um vergleichsweise geringe Konzentrationen. Der Anteil der Industrie an der Quecksilberemission ist im Bereich der Industrie-Feuerungsanlagen und der Verarbeitung von Erzen und Gesteinen zu sehen. Weitere Belastungen ergeben sich durch Industrien, in denen Quecksilber verarbeitet wird, wie Metallverarbeitung, Reinigungsbetriebe, chemische und pharmazeutische Industrie, Herstellung von Farben, Pestiziden, elektronischen Instrumenten, Sprengstoffen, Batterien und Papier.

 

 Belastung des Bodens

 

Einerseits wird der Boden durch die Industrie, durch das Befahren mit schweren Maschinen und die Lagerung verschiedenster Materialien ständig verdichtet, andererseits wird er durch industrielle Aktivitäten kontaminiert. Zum einen kann der Boden durch Schadstoffe belastet werden, die durch andere Umweltmedien auf ihn einwirken, zum andern findet eine Belastung durch direkte Verschmutzung statt. Beispiel der Altlastenproblematik ist insbesondere die Deponierung industrieller Schadstoffe (zum Beispiel Bagger- und Klärschlämme, Schlacken).

 

Atmosphärische Einträge — Die von der Industrie in die Luft emittierten Schadstoffe werden in mehr oder weniger großer Entfernung vom Verursacher auf dem Wasser oder dem Boden abgelagert (deponiert). Sie können fest, flüssig oder gasförmig sein. Gelangen Schadstoffe an Wassertröpfchen gebunden (also mit dem Niederschlag) auf den Boden, so spricht man von einer »nassen Deposition«; geschieht die Bodenkontamination nicht durch flüssige Medien (zum Beispiel Ablagerung von Stäuben), dann handelt es sich um eine »trockene Deposition«.

 

Eintrag von Säurebildnern — Säurebildner sind Schadgase wie Schwefeldioxid und Stickoxide. Sie werden durch die Verbrennung fossiler Energieträger im Straßenverkehr und in Kraftwerken sowie in einigen Industriezweigen, vor allem im Bereich der Erzverarbeitung und der Aluminium- und Glasindustrie, in die Luft emittiert. Schwefeldioxid oxidiert unter Einwirkung von Luftsauerstoff zu Schwefelsäure. Es gelangt auf dem Weg der trockenen oder auch der nassen Deposition auf den Boden, wobei seine Ablagerung nicht überall gleichäßig ist. Während es sich bei den Trockendepositionen um Nahimmissionen handelt, gehen bei der Nassdeposition die Schadstoffe nicht in unmittelbarer Nähe des Emittenten nieder.

 

Besonders betroffen von Schadstoffeinträgen dieser Art sind exponierte Lagen mit Baumbestand. Hierzu gehören vor allem die Mittelgebirge, aber auch hoch industrialisierte Gebiete in nicht exponierten Lagen wie zum Beispiel das Ruhrgebiet können einen Eintrag von etwa 150 Kilogramm Schwefel pro Hektar jährlich verzeichnen. Kalkhaltige Böden können diese Säureeinträge für gewisse Zeit abpuffern oder neutralisieren. Kalkarme, schwach gepufferte Böden dagegen werden auf Dauer nicht mit dieser Schadstofffracht fertig. In der Folge kommt es zu einer Zunahme der Bodenacidität, das heißt zur Bodenversauerung. Die Auswirkungen dieser Prozesse sind sehr vielfältig. Es kommt zu umfangreichen Vegetationsschäden und damit verbunden zur Gefahr großräumiger Bodenerosion. Die Versauerung des Bodens kann zu einer Zerstörung des Bodengefüges und zu einer verstärkten Mobilisierung der Metalle Eisen, Mangan, Aluminium, Cadmium und Blei führen, die in größeren Konzentrationen stark toxisch wirken. Es kommt zur Abnahme der Bodenfruchtbarkeit und zur Gefährdung des Trinkwassers.

 

Stäube — Bei der Deposition von Stäuben handelt es sich fast ausschließlich um trockene Deposition, das heißt, die Ablagerung findet stets in der Nähe des Emittenten statt. Zu den Hauptemittenten von Stäuben, die einen mehr oder weniger großen Schwermetallanteil besitzen, gehören vor allem die Aluminium-, die Zement- und die Erzindustrie. Die Staubentwicklung geschieht hier hauptsächlich durch Umschlags-, aber auch durch Produktionsprozesse. Die staubförmigen Emissionen aus der Kalk- und Zementindustrie werden am Boden abgelagert, verbinden sich mit Wasser und werden so zu einer festen Kalkkruste. Das bedeutet eine Zufuhr von Kalk, aber auch von andern Materialien, vor allem von Schwermetallen, für den Boden.

 

Deposition von Schwermetallen — Die in die Atmosphäre emittierten Metalle werden bevorzugt in einem nicht allzu großen Umfeld um die Emissionsquelle deponiert. Dennoch können die von der Industrie, vor allem der Hüttenindustrie, emittierten Metalle als Staub, Gas oder in gelöster Form durch Niederschlagsdeposition in weitem Umkreis den Boden erreichen. Die Anreicherung der Schadstoffe, deren Zahl und Art von den verarbeiteten Erzen beziehungsweise Metallen abhängt, geschieht meist in Form von Oxiden.

 

Eine Selbstreinigung des Bodens ist bei Schwermetallen nicht möglich. Weil es deswegen prinzipiell zu einer Anreicherung von Schwermetallen kommt, wird der Boden auch als Senke für Schadstoffe dieser Art bezeichnet. Schwermetalle kommen in geringen Konzentrationen natürlich im Boden vor, durch anthropogene Einflüsse, insbesondere durch die Industrie, werden dagegen große Mengen immittiert. Erst hierdurch entsteht die gefährliche toxische Wirkung. Da Schwermetalle im Boden verbleiben, wenn keine Anstrengungen zu ihrer Beseitigung unternommen werden, kann es zu einer Summation von unbekannten Nebenprodukten kommen. So können beispielsweise Fluor- und Boremissionen aus der Glasfaserindustrie und thalliumhaltige Stäube aus der Zementindustrie zu einer gefährlichen Mischung werden.

 

Weitere atmosphärische Schadstoffe — Durch die Höhe der von der Industrie verwendeten Schornsteine kann es zu einem Schadstofftransport über 1000 Kilometer und mehr kommen. Vor allem leicht flüchtige Verbindungen können über lange Strecken transportiert und dann ihren Verursachern kaum mehr zugeordnet werden. Eine große Gefährdung des Bodens geht vom Eintrag organischer Chlorverbindungen aus. Die Hauptquelle solcher Verschmutzungen ist die Deponierung, doch muss die Möglichkeit des Eintrags aus der Luft, beispielsweise durch industrielle Feuerungsprozesse, unbedingt berücksichtigt werden. Nach Schätzungen des Bundesgesundheitsamts befinden sich in den alten Ländern der Bundesrepublik Deutschland etwa 40 000 Tonnen PCB im Boden.

 

Neben dem indirekten Schadstoffeintrag über die Atmosphäre gibt es die direkte Schadstoffaufbringung auf den Boden. Sie liegt bei jeder Art der Deponierung von Abfällen aus der industriellen Produktion vor. Hierzu gehören Nebenprodukte, Hilfs- und Betriebsstoffe, schadhafte Produkte, Chemikalien, taubes Gestein aus der Erzproduktion, Mineralöl und so weiter. Weitere Ursachen für direkte Schadstoffeinträge auf den Boden können Unfälle und Havarien sein. Durch Unfälle beim Transport toxischer Stoffe ist der Boden in erheblichem Maß gefährdet. Auch undichte Rohre und Pipelines können für die Verschmutzung verantwortlich sein; sie geschieht hier hauptsächlich durch Mineralöl, das für den Boden eine äußerst toxische Wirkung hat.

 

Halden und Deponien — Halden dienen der Aufnahme von Materialien aus den verschiedensten Produktionszweigen. Schon aus früher Zeit, praktisch seit Beginn der Metallverarbeitung, ist die Ablagerungsform der Schwermetallhalde bekannt. Bei der Erzverarbeitung fallen viele Nebenprodukte an, die nicht oder erst später weiterverarbeitet werden können und die deswegen nebst großen Mengen tauben Gesteins auf Halde gelegt werden. Während in früherer Zeit das Haldenmaterial allgemein als unbedenklich angesehen wurde, ergaben sich durch die Fortschritte der modernen Analysetechnik erschreckende neue Erkenntnisse. So wurde zum Beispiel neben Kupfer und Blei auch das hochtoxische Thallium gefunden.

 

Eine Schwermetallhalde, nämlich der Abraumberg eines Zinkbergwerks in Japan, führte zur Entstehung der »Itai-Itai-Krankheit«. Der Abraum enthielt große Mengen an Cadmium, und das gelagerte Material wurde 1960 durch starke Regenfälle durchspült und so dekontaminiert. Das Wasser mit dem ausgespülten Cadmium gelangte in den Fluss Jiutsu, der zur Bewässerung von Reisfeldern genutzt wurde. Daraufhin traten bei Personen, die sich vom Reis dieser Felder ernährten, schwere Formen einer Cadmiumvergiftung auf. Deren Folge war eine mit großen Schmerzen verbundene Auflösung und Entmineralisierung der Knochen.

 

Altlasten — Ein großer Prozentsatz der industriebedingten Bodenbelastungen besteht in Altlasten, worunter man Verschmutzungen des Oberbodens durch frühere Produktionsprozesse oder durch Ablagerung von Abfall versteht. Altlasten sind an allen ehemaligen Industriestandorten zu vermuten, und der gesamte Umfang der damit verbundenen Problematik ist kaum abzusehen. Das liegt einerseits daran, dass bei weitem nicht alle Altlastenstandorte bekannt sind, weil man diesbezügliche Aufzeichnungen früher nicht für nötig hielt oder weil es sich um illegale Ablagerungen handelt. Andererseits weiß man auch nur wenig über die Zusammensetzung der Schadstoffe, ihre Konzentration und ihre Mengen.

 

 Belastung der Gewässer

 

Bei der Untersuchung der Belastung natürlicher Gewässer ist es zweckmäßig, zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser zu unterscheiden, obwohl zwischen beiden vielfältige Verbindungen bestehen. Eine Möglichkeit des Schadstoffeintrags besteht in der direkten Einleitung. Weiter können Schadstoffe über andere Umweltmedien ins Wasser gelangen. Zu diesen gehören die Luft und der Boden. Die in die Luft emittierten Schadstoffe werden entweder direkt in Gewässer abgelagert oder sie gelangen in den Boden. Es besteht dann die Möglichkeit, dass sie entweder im Boden verweilen oder dass dieser durch Regenwasser dekontaminiert wird und die Schadstoffe in den Vorfluter und möglicherweise bis ins Meer gelangen.

 

Oberflächenwasser — Oberflächengewässer sind Bäche, Flüsse, Seen und Meere. Durch die Industrie werden diesen Gewässern Nährsalze, abbaubare organische Stoffe, Salze, Trübstoffe, Detergentien, polycyclische Aromate und vor allem die sehr toxischen Schwermetalle zugeführt. Industrielle Abwässer sind häufig nicht oder nur unzureichend gereinigt. Ihre Menge ist unvorstellbar groß. Mitte der 1980er-Jahre fielen weltweit etwa 237 Milliarden Tonnen Industrieabwässer an, bis zum Jahr 2000 wird sich diese Menge fast verdoppeln, auf 468 Milliarden Tonnen.

 

In Deutschland war in den 1950er-Jahren die Wasserqualität auf dem Tiefpunkt. Sie hat sich seither aufgrund verschiedener Maßnahmen ständig verbessert. Leider ist das nicht überall der Fall, wie sich an Beispielen aus Indien zeigen lässt: In einen Nebenfluss des Ganges werden täglich etwa 20 Millionen Liter Industrieabwässer eingeleitet, davon allein eine halbe Million aus der DDT-Produktion; in der Industriestadt Kampur besitzen von 647 Industriebetrieben nur drei eine Kläranlage, die restlichen 644 Fabriken leiten täglich 200 Millionen Liter ungeklärter Abwässer in die Flüsse.

 

Salze — Verschmutzte Oberflächengewässer weisen einen erhöhten Salzgehalt auf. Hier ist vor allem der Gehalt an Chlorid gemeint. Verantwortlich für die hohen Gehalte sind zumeist der Bergbau und seine Abwässer. Eine große Rolle spielen der Kalibergbau und die industrielle Weiterverarbeitung. Zu den durch Chlorid besonders belasteten Fließgewässern in Deutschland gehören die obere Mosel, die Weser, die Werra, die Elbe und der Rhein.

 

Kohlenwasserstoffe — Kohlenwasserstoffe sind der Hauptbestandteil des Mineralöls. Mineralöl und Produkte daraus gelangen über die Atmosphäre, durch Unfälle beim Transport und auch absichtlich in das Oberflächenwasser. Es bildet sich ein Ölfilm auf der Wasseroberfläche, der den Gasaustausch zwischen Wasser und Luft erheblich behindert. Der übrige Teil des Öls wird durch die Mischung mit Wasser zu einer Emulsion, die stark toxisch auf Organismen wirken kann. Jährlich gelangen — zum Beispiel durch Ausspülen von Tankschiffen und durch Unfälle — etwa 1,5 Millionen Tonnen Öl in die Weltmeere. Hinzu kommen etwa 1,7 Millionen Tonnen, die durch Flüsse und über die Atmosphäre eingetragen werden.

 

Eine wichtige Rolle bei der Gewässerverschmutzung und auch bei der Gesundheitsgefährdung des Menschen spielen chlorierte Kohlenwasserstoffe. Sie sind sehr langlebig und in der Natur nur schlecht abbaubar. Die Einleitung ins Oberflächenwasser erfolgt konzentriert durch Industriebetriebe und Kläranlagen, diffus durch diverse andere Einleitungen und durch Niederschläge. Zu den bekanntesten chlorierten Kohlenwasserstoffen gehören Hexachlorbenzol (HCB), Hexachlorcyclohexan (HCH), Pentachlorphenol (PCP) und die polychlorierten Biphenyle (PCB).

 

Schwermetalle — Da Schwermetalle auf natürliche Weise nicht abbaubar sind und sich in organischen Stoffen stark anreichern, gelangen sie bis zu uns Menschen. Die Schwermetalle, die ins Oberflächenwasser gelangen, sind meist in gelöster Form vorhanden. Hauptverursacher sind die Farbenindustrie, die Chloralkalielektrolyse, die Hersteller von Plastikprodukten, die chemische Industrie und Galvanisierbetriebe. Zu den Schwermetallen im Oberflächenwasser gehören vor allem Cadmium, Zink und Quecksilber.

 

Cadmium kann direkt durch industrielle Abwässer, von kontaminierten Böden oder durch die Atmosphäre ins Wasser gelangen. Es ist im Wasser weniger gefährlich, da mit ihm, im Gegensatz zu andern Schwermetallen, keine organischen Verbindungen entstehen. Dennoch darf man sein Gefahrenpotenzial im Wasser nicht unterschätzen, wie die Itai-Itai-Krankheit in Japan gezeigt hat. Zink kann einerseits gelöst im Wasser vorkommen, andererseits ist es im Sediment der Flüsse nachweisbar. Die Belastung des Oberflächenwassers mit Zink lässt sich zum großen Teil auf industrielle Abwässer zurückführen, vor allem auf Abwässer aus der Kerzen- und Seifenproduktion und aus der Metallbearbeitung.

 

Das Schwermetall mit der höchsten Toxizität für aquatische Ökosysteme ist das Quecksilber. Es gelangt mit Abwässern der verschiedensten Industriezweige in das Oberflächenwasser. Seine große Gefährlichkeit besteht darin, dass Mikroorganismen im Wasser anorganische Quecksilberverbindungen in organische überführen können. Solche Verbindungen können durch andere Lebewesen im Wasser aufgenommen und akkumuliert werden. Der Mensch wird über die Nahrungskette erreicht und der Gefahr einer tödlichen Vergiftung ausgesetzt, die sich zunächst in Störungen der Nierenfunktion und des zentralen Nervensystems äußert. Die durch organische Quecksilberverbindungen verursachten Verläufe sind besonders schwer und führen in 30 Prozent aller Fälle zum Tod. Ein Beispiel dafür ist die »Minamata-Krankheit«. Sie wurde erstmals 1956 im japanischen Bezirk Minamata beobachtet. Die Ursache für die Erkrankungen, die sich in Störungen des Wahrnehmungsvermögens, der Bewegungskoordination und durch angeborene Hirnschäden manifestierten, war eine Vergiftung mit Methylquecksilber: Im Abwasser einer Acetaldehydfabrik befanden sich große Mengen von Quecksilber, das in den Vorfluter gelangte. Hier wurde es in Methylquecksilber umgewandelt, durch Fische und Krebse aufgenommen und über die Nahrungskette bis zum Menschen weitergeleitet.

 

Grundwasser — Grundwasser füllt zusammenhängend Hohlräume der Erdrinde, und sein Transport beruht fast nur auf der Schwerkraft. Es wird durch versickerndes Wasser aus Niederschlägen und sonstigen Bewässerungen gebildet. Auf den gleichen Wegen findet seine Belastung mit Schadstoffen statt, wobei zu den Hauptquellen Sickerwasser aus versauerten Böden und aus undichten Deponiekörpern zählen. Weitere Belastungen entstehen durch verschmutztes Oberflächenwasser, das zum Teil im Boden versickert und zur Grundwasserneubildung beiträgt. Eine weitere Ursache industrieller Grundwasserverschmutzung sind Altlasten. Deren Deponierung wurde oft ohne Schutzmaßnahmen vorgenommen, sodass hier eine Gefährdung des Grundwassers, zum Beispiel durch undichte Behältnisse, besteht. Weitere Gefahrenquellen sind schadhafte Leitungen und auch Unfälle.

 

Neben der Verschmutzung darf die Gefahr der Absenkung des Grundwasserspiegels nicht übersehen werden: Die Industrie hat einen hohen Wasserverbrauch, zu dessen Deckung häufig Brunnen angelegt werden. Die Entnahme großer Mengen Wassers kann zu erheblichen Absenkungen des Grundwasserspiegels führen. Die Folge ist dann, dass nicht mehr genügend Grundwasser für die Bereitstellung von Trinkwasser zur Verfügung steht.

 

 Belastete Wassersysteme

 

Als Beispiele für belastete Wassersysteme sollen der Rhein und die Nordsee dienen.

 

Der Rhein ist eins der vier internationalen Stromsysteme, die Deutschlands Hydrographie bestimmen. Er hat eine Länge von 1350 Kilometer, seine mittlere Wasserführung beträgt etwa 200 Millionen Kubikmeter täglich, und in seinem Einzugsgebiet wohnen etwa 40 Millionen Menschen. Im Jahr 1985 transportierte er eine Schadstofffracht von 11 000 000 t Chloriden, 4 500 000 t Sulfaten, 828 000 t Nitraten, 284 000 t organischen Kohlenstoffverbindungen, 90 000 t Eisen, 30 000 t Ammonium, 28 000 t Phosphaten, 2500 t organischen Chlorverbindungen, 129 000 t Arsen, 10 t Cadmium und 6 t Quecksilber. Täglich werden ihm etwa 3 500 000 t industrielle Ab- und Brauchwässer zugeführt. Ein großes Problem besteht darin, dass das Trinkwasser für etwa 20 Millionen Menschen aus Uferfiltraten des Rheins gewonnen wird.

 

Seit Mitte der 1970er-Jahre ist die Qualität des Rheinwassers — abgesehen von der Chloridbelastung durch den elsässischen Kalibergbau — ständig besser geworden. Die Konzentrationen toxischer Schwermetalle nehmen ständig ab, ihr Gehalt im Rhein liegt unter den Grenzwerten für Trinkwasser. Auch in der organischen Belastung ist ein Rückgang zu verzeichnen. Doch kommt es immer wieder zu Störfällen. Großes Aufsehen erregte 1986 der Brand einer Lagerhalle der Baseler Chemiefabrik Sandoz, in der 1200 Tonnen Chemikalien, darunter etwa 900 Tonnen hochgiftige Verbindungen, gelagert waren. Mit Tausenden Kubikmetern an Löschwasser wurden 30 bis 40 Tonnen hochgiftige Substanzen ins Flusswasser gespült. Neben dem in Deutschland verbotenen Pflanzenschutzmittel E 605 waren darunter auch hochgiftige organische Quecksilberverbindungen. Die Folge war ein großes Fischsterben.

 

Die Nordsee dient als Transportweg, ihre Küsten sind Industriestandort und Erholungsgebiet. Belastet wird sie auch durch Stoffeinträge aus den Anliegerstaaten. Die Stoffe gelangen mit dem Wasser der Flüsse und über die Atmosphäre in die Nordsee. Von besonderer Bedeutung sind Schwermetalle, organische Halogenverbindungen, Öle und radioaktive Stoffe. Die Konzentrationen von Phosphaten und Stickstoffen in küstennahen Zonen haben sich innerhalb kurzer Zeit verdoppelt. Dagegen ist die Belastung durch Quecksilber und Cadmium in den letzten Jahren nur noch schwach gestiegen, weil die Schwermetallfrachten im Rhein um fast 90 % zurückgegangen sind. Auch die Belastung durch DDT hat abgenommen, während die durch chlorierte Kohlenwasserstoffe verursachte unverändert hoch ist. Jedes Jahr gelangen etwa 6000 bis 11 000 t Blei, 25 000 t Zink, 4200 t Chrom, 4000 t Kupfer, 1450 t Nickel, 530 t Cadmium und 50 t Quecksilber in die Nordsee. Hinzu kommen etwa 150 000 t Öl und 100 000 t Phosphate. Bezogen auf die Größe der Nordsee sind das gewaltige Mengen. Schadstoffe werden auch durch die Verklappung von Dünnsäure und andern industriellen Abfallstoffen eingetragen.

 

Ein stark belastetes Wassersystem hat auch das oberschlesische Industrierevier (Woiwodschaft Katowice). Anders als das Ruhrgebiet ist es ein ökologisches Katastrophengebiet. Die Hauptindustriezweige sind Steinkohleförderung, Eisen- und Stahlproduktion, Buntmetallverhüttung und Energieerzeugung für die Industrie. Die industriellen Umweltbelastungen sind enorm. Hier sind 23 % der Gesamtstaubemissionen und 28 % aller gasförmigen Emissionen Polens zu verzeichnen, obwohl es sich nur um 2,1 % seiner Fläche handelt. Die Bleikonzentrationen sind auf 90 % der Fläche der Woiwodschaft überhöht, ebenso wie die Gruppe der schweren Kohlenwasserstoffe, die als Krebs erregend gelten. 1986 fielen etwa 21 % aller Abwässer in Polen in diesem Gebiet an. Hiervon wurden lediglich 56 % gereinigt. Die Folge ist eine so starke Verschmutzung, dass das betroffene Wasser nicht einmal mehr für Industriezwecke brauchbar ist. In Oberschlesien gibt es 34 % mehr Krebsfälle, 47 % mehr Atemwegserkrankungen und 15 % mehr Kreislaufstörungen als im Durchschnitt in Polen. Die hier lebenden Menschen haben eine geringere Lebenserwartung, und die Säuglingssterblichkeit ist verhältnismäßig hoch. Fast alle Kinder sind anämisch, viele leiden an Rachitis.

 

Prof. Dr. Hans-Dieter Haas

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Bergbau: Die ökologischen Folgen

 

Abfallentsorgung und Recycling

 

Grundlegende Informationen finden Sie unter:

 

Rohstoffe: Begrenzte Ressourcen

 

Literatur:

 

Betriebliche Umweltökonomie. Eine praxisorientierte Einführung, Beiträge von Lutz Wicke u. a. München 1992.

 Bilitewski, Bernd u. a.: Abfallwirtschaft. Eine Einführung. Berlin u. a. ²1994.

 Engelhardt, Wolfgang: Umweltschutz. München ⁶1993.

 Förstner, Ulrich: Umweltschutztechnik. Eine Einführung. Berlin u. a. ⁵1995.

 

Mit Ökonomie zur Ökologie. Analyse und Lösungen des Umweltproblems aus ökonomischer Sicht, herausgegeben vonRen L. Frey u. a. Basel u. a. ²1993.

 Voppel, Götz: Die Industrialisierung der Erde. Stuttgart 1990.