Ozonleitfaden
Eine kurze Einführung in das Thema Ozon, die einen Überblick über die Eigenschaften, Grenzwerte und Vorschriften, gesundheitlichen Auswirkungen und den gewerblichen Einsatz von Ozon bietet.
Ozon kommt in der Natur vor – als Schutzschicht gegen ultraviolette Strahlung in der Stratosphäre einerseits und als bodennahes Ozon in der Atmosphäre andererseits. Bei Ozon denken viele an Umweltgefahren wie die Ausdünnung der Ozonschicht und erhöhte Werte von bodennahem Ozon.
Ozon wird aber vor allem auch in vielen industriellen Prozessen (wie beispielsweise beim Bleichen von Papiermasse) zur Desinfektion von Luft und Wasser eingesetzt. Ozon ist ein hochreaktives Molekül, das aufgrund seiner stark oxidierenden Eigenschaften vielseitig verwendet wird. Der Einsatz von Ozon ist hinreichend erprobt.
Ozongeräte und Ozongeneratoren werden zur Beseitigung von Gerüchen in Restaurants, Küchen, Müllsammelstellen und Sanitäranlagen sowie zur Reinigung von Luft in Fahrzeugen, Hotelzimmern und Wohnräumen eingesetzt.
Es ist wichtig, zwischen industriellem Ozon und bodennahem Ozon sowie Ozon in der Stratosphäre zu unterscheiden.
Stratosphärisches Ozon entsteht in der Atmosphäre mithilfe der Sonne als Energiequelle. Wenn vom Ozonloch die Rede ist, geht es darum, dass das in der Atmosphäre gebildete Ozon durch Sonneneinstrahlung abgenommen hat. Der Hauptgrund für die Ausdünnung der Ozonschicht in der Stratosphäre ist der Einsatz von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), die das Ozon oxidieren (zersetzen), wenn sie in die Stratosphäre gelangen.
Die Bildung von bodennahem Ozon ist teilweise ein natürlicher Prozess. Ozon entsteht durch elektrische Entladungen bei Gewittern und durch natürliche photochemische Reaktionen (z. B. durch Terpene, die von Nadelwäldern freigesetzt werden). Die erhöhte Konzentration von bodennahem Ozon, die als Umweltproblem gilt, entsteht durch Reaktionen von Sonnenlicht und Gasen wie Stickoxiden und flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen. Häufig wird hierfür der Begriff Nox oder VOC (Volatile Organic Compounds) verwendet.
Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Ozon kommen natürlich in der Atmosphäre vor. Der Stickoxid- und Kohlenwasserstoffgehalt der Luft hat sich aufgrund der heute üblichen hohen Schadstoffemissionen erhöht.
Hierdurch ist auch der Ozongehalt in der bodennahen Luftschicht gestiegen. Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts hat er sich nahezu verdoppelt. Ab den 1970er-Jahren stieg der Ozongehalt um etwa 1 % pro Jahr. Erst in den letzten Jahren scheint sich der Anstieg allmählich abzuschwächen.
Ozon ist eine stark oxidierender Stoff. Man sollte Respekt davor haben, aber keine Angst. Wie alle anderen oxidierenden Stoffe (z. B. Chlor und Wasserstoffperoxid) ist Ozon ab bestimmten Grenzwerten giftig. In einer Konzentration von etwa 0,01 – 0,15 ppm (~ 0,3 mg/m3) kommt Ozon natürlich in unserer Umwelt vor. In urbanen Regionen kann die Konzentration sogar bis zu 1,0 ppm betragen. Es lässt sich dementsprechend sagen, dass elektrisch betriebene Maschinen, Motoren und Transformatoren einen Ozongehalt von 0,5 ppm erzeugen.
Lange bevor der Schwellenwert von 0,1 ppm erreicht ist, macht sich Ozon bemerkbar. Beim Betreten eines Bereiches mit erhöhter Ozonkonzentration wird man dies stets riechen. So lässt sich eine zu hohe Ozonbelastung leicht vermeiden.
Bei kurzzeitiger Belastung durch erhöhte Ozongehalte kommt es oft zu Reizungen im Rachen und Husten. Die Beschwerden sind jedoch nicht dauerhaft und klingen binnen weniger Stunden ab.
Ozon wird seit über 100 Jahren gewerblich genutzt. Todesfälle im Zusammenhang mit Ozonbelastungen sind nicht bekannt.
Die Vorschriften und Gesetze zur Nutzung von Ozon sollten eingehalten werden. Die Überschreitung der Ozongrenzwerte lässt sich ganz einfach durch den Einsatz eines Ozonmessgeräts vermeiden. Das Gerät kann generell so eingestellt werden, dass es bei erhöhten Ozonwerten warnt. Eine simple Sicherheitsvorkehrung, die die Sicherheit am Arbeitsplatz gewährleistet.
Arbeitsplatzgrenzwert (8 Stunden) = 0,1 ppm
Höchstgrenzwert (15 Minuten) = 0,3 ppm
(ppm = parts per million)
Ozon ist ein Molekül mit der Bezeichnung O3. Es besteht aus Ozon, das in der Natur vorkommt. Auf großer Höhe in der Stratosphäre (10-50 km über der Erdoberfläche) wird ein Teil der Sauerstoffmoleküle (O2) in der Luft durch Sonnenlicht in Ozon umgewandelt. Hierdurch entsteht die natürliche Ozonschicht, die ultraviolettes Licht, die sogenannten UVB-Strahlen (Strahlen einer Wellenlänge von 280-315 mm), absorbiert. Diese Ozonschicht ist eine Voraussetzung für das Leben auf der Erde.
Industrielles Ozon wird in Ozongeneratoren mit Hilfe von UV-Licht oder Koronaentladung erzeugt. Als Ausgangsstoff dienen getrocknete Luft oder Sauerstoff (O2), denen Energie zugesetzt wird.
Das Sauerstoffmolekül wird in zwei Sauerstoffatome aufgespalten. Die beiden Sauerstoffatome gehen dann eine Verbindung mit einem weiteren Sauerstoffmolekül ein und bilden so ein Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht – Ozon.
Das Ozonmolekül hat ein starkes Oxidationspotential. Hierdurch reagiert es leicht mit anderen Molekülen und spaltet sie oder wandelt sie um. Das Ozonmolekül ist eine instabile Verbindung. Dementsprechend bilden sich die Sauerstoffmoleküle im Ozon zurück, wenn das Ozonmolekül nicht mit einer anderen oxidationsfähigen Verbindung in Kontakt kommt. Die Lebensdauer von Ozon schwankt zwischen wenigen Minuten und einer Stunde, abhängig von Temperatur, Druck, Verschmutzungsgrad usw.
Es gibt Vorschriften und Gesetze zum Schutz der Umgebung vor Ozonbelastung. Industrielles Ozon, das in Ozongeneratoren, z. B. zur Reinigung von Wasser und Luft oder für andere Prozesse erzeugt wird, gelangt nicht in die Umwelt. Bei industriellen Prozessen wird die Freisetzung des industriell erzeugten Ozons in die Natur vermieden.
In den meisten Anlagen zur industriellen Herstellung von Ozon werden katalytische Konverter eingesetzt, wodurch das Ozon in Sekundenschnelle wieder zu Sauerstoff wird. Bei diesem Prozess wird die Entstehungsenergie in Form von Wärme rückgewonnen. Die Katalyse erfolgt insbesondere durch katalytische Umwandlung, wobei das überschüssige Ozon einen Zerstörer passiert (z. B. Manganoxid, Aktivkohle) oder thermisch zersetzt wird (Pyrolyse). Das Restprodukt ist Sauerstoff.
Da Ozon ein instabiles Molekül ist und spontan zerfällt, muss es vor Ort erzeugt werden. Dies ist von Vorteil, denn mögliche Probleme die bei der Lagerung und dem Transport von Gasen auftreten, entfallen auf diese Weise.
Ozon hat sich im Vergleich zu anderen Chemikalien wie beispielsweise Chlor als umweltfreundlichere Alternative für solche Einsatzzwecke erwiesen. Obwohl Ozon in den meisten Fällen eine wesentlich bessere Lösung als Chemikalien ist, sollten wir den Respekt davor nicht verlieren.
Zu beachten ist hierbei, dass Ozon, das zur Wasserdesinfektion verwendet wird, oft Konzentrationen von bis zu 200.000 ppm erreicht. Kommt das Ozon mit Wasser in Kontakt, reduziert sich diese Konzentration auf wenige ppm. Bei späterer Freisetzung in die Luft liegt der Wert selten über 0,1 ppm. Nach kurzer Zeit im Wasser haben sich die Ozonrückstände verflüchtigt.
1997 erhielt Ozon von der amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) den GRAS-Status (Generally Recognized As Safe) für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie. Diese Einstufung bedeutet, dass Ozon zur Reinigung und Desinfektion von Lebensmitteln zugelassen ist, wenn es in Mengen und für Anwendungszwecke eingesetzt wird, die den GMP (Good Manufacturing Practices) entsprechen. In Übereinstimmung mit Gesetzen und Vorschriften für Umwelt, Mensch und Qualität wenden viele Lebensmittel- und Pharmahersteller heute GMP an.
Noch bevor Ozon den GRAS-Status erhielt, wurde es in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Das liegt daran, dass Ozon beispielsweise gegenüber Chlor klare Vorteile bietet. Ozon hinterlässt nach der Anwendung keine schädlichen Nebenprodukte wie beispielsweise Chlor.
Der Einsatz von Ozon ist durch einen Grenzwert geregelt: Die Ozonkonzentration, die in der Umgebungsluft freigesetzt werden darf. Die hygienischen Grenzwerte für Ozon liegen bei 0,1 ppm als Schwellenwert und 0,3 ppm als Höchstgrenze. Der Arbeitsplatzgrenzwert gilt die Ozonbelastung während eines Arbeitstages an, der Höchstgrenzwert gilt für die punktuelle Ozonbelastung innerhalb von fünfzehn Minuten.
Beispiele für Anwendungsbereiche von Ozon: