Über Ozon

Ozon ist nicht gleich Ozon

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.

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.

Grenzwerte/Regelwerke

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.