Werden Fasern aus Katalysatoren/Dieselpartikel - Dkfg.de

27. November 2009
Werden Fasern aus Katalysatoren/Dieselpartikelfiltern
in die Umwelt freigesetzt, die eine Gefahr für
die Allgemeinheit darstellen könnten
Dipl.-Ing. Günter Sonnenschein (wissenschaftlicher Berater)
DKFG e.V., Dipl.-Ing. Heinz Wimmer
ECFIA, Dipl.-Geo. Philippe Class
ECFIA, Dipl.-Ing. Klaus Kamps
EMCON Technologies, Dr. Uwe Tröger
Ford-Werke GmbH, Dr. Hans Pfeil
Friedrich Boysen GmbH & Co. KG, Dipl.-Ing. (BA) Stefan Kiefer
Heinrich Gillet GmbH
VORWORT
Der Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen in den Kraftfahrzeugen hat in den letzten Jahren zu
einer deutlichen Emissionsminderung von Schadstoffen in die Umwelt geführt.
Durch Artikel in den Medien (Zeitungen, TV) wurde die Allgemeinheit mit Meldungen aufgeschreckt,
dass beim Betrieb von Kraftfahrzeugen aus den eingebauten Katalysatoren eine große Anzahl von
„krebserzeugenden Fasern“ in die Umwelt freigesetzt werden und diese für die Allgemeinheit eine
Gesundheitsgefahr darstellen.
Eine Reihe von Fachleuten haben die Berichte zum Anlass genommen dieses Thema aufzugreifen und
häufig gestellte Fragen sachlich korrekt und mit fachlicher Tiefe zu beantworten.
Schadstoffminderung durch den Einsatz moderner Fahrzeugkonzepte und Abgasbehandlungstechnologien
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1.
ABGASNACHBEHANDLUNGSSYSTEME
Moderne Fahrzeuge sind mit effizienten Abgasnachbehandlungssystemen
ausgestattet. Diese unterstützen die Reduzierung der
motorseitigen Emissionsschadstoffe wie Kohlenstoffmonoxid (CO),
Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NO x
), sowie Partikel und
tragen damit zu einer signifikanten Verbesserung der Luftqualität bei.
Sie werden speziell in der Erstausrüstung an die jeweilige Applikation
angepasst und in ein umfassendes Motorkonzept integriert.
Abgasnachbehandlungssysteme bestehen je nach Anforderung aus
unterschiedlichen Baugruppen, wie zum Beispiel:
• Katalysatoren (Kat)
• Dieselpartikelfilter (DPF)
• Sensoren
• Dosiersystemen
Aufgrund der thematischen Relevanz werden folgend Katalysatoren
und Dieselpartikelfilter näher erläutert.
1.1
Was ist ein Katalysator und wie ist er aufgebaut
Katalysatoren sind Teil des Abgasnachbehandlungssystems von Fahrzeugen
und stationären Motoren.
Aufgrund unterschiedlicher Anforderungen werden bei Benzinmotoren
Drei-Wege-Katalysatoren und bei Dieselmotoren Oxidationskatalysatoren
verwendet. Zentrale Aufgabe ist die Umwandlung der
Schadstoffe im Abgas in die natürlich vorkommenden Verbindungen
Kohlenstoffdioxid (CO 2
), Stickstoff (N 2
) und Wasser (H 2
O) beim Drei-
Wege-Katalysator und in CO 2
und H 2
O beim Oxidationskatalysator.
Zur alleinigen Umwandlung von Stickoxiden (NO x
) in Stickstoff (N 2
)
werden LNT- (NO x
-Speicherkatalysatoren) oder SCR- (selektive
katalytische Reduktion) Katalysatoren verwendet. Diese finden bei
Motoren Anwendung, die bei der Verbrennung mit Sauerstoffüberschuss
betrieben werden.
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Dargestellt ist ein Drei-Wege-Katalysator, der grundsätzliche Aufbau ist bei DOC,
LNT und SCR ähnlich
1.2
Bei einem Katalysator existieren sowohl keramische als auch metallische
Trägertypen. Dabei ist der Träger von dünnwandigen Kanälen
durchzogen, die vom Abgas durchströmt werden. Zur Vergrößerung
der wirksamen Reaktionsoberfläche wird der Träger mit dem
Washcoat, einer hochporösen Oxidschicht, überzogen, welche die
reaktiven Edelmetalle (z. B. Platin, Palladium, Rhodium) aufnimmt.
Die Anforderungen der Automobilhersteller stellen die Basis zur
Konzeption des Katalysators dar. Kriterien sind beispielsweise Abgasgegendruck,
Aufheizverhalten, Bauteilstabilität, Beschichtungsart
und notwendige reaktive Fläche. Großen Einfluss auf die genannten
Kriterien besitzt die Zellstruktur.
Weltweit werden bei den meisten Anwendungen der Automobilhersteller
keramische Katalysatorträger verwendet. Der beschichtete
Keramikträger wird zur Abgasführung und zum Einbau in das
Fahrzeug in ein metallisches Gehäuse eingepackt. Die notwendige
Wärmedämmung und elastische Lagerung des Keramikträgers
bedingt das Anbringen von faserhaltigen Lagerungsmatten zwischen
Träger und Gehäuse.
Seit Einführung Mitte der 1970er Jahre wurden über eine Milliarde
keramische Träger verbaut.
Was ist ein Dieselpartikelfilter und wie ist
er aufgebaut
Dieselpartikelfilter sind Teil des Abgasnachbehandlungssystems von
Fahrzeugen und stationären Motoren. Ähnlich wie bei Katalysatorträgern
gibt es Dieselpartikelfilter aus Keramik und Metall, die nach
den unterschiedlichen Abscheidemechanismen der Vollstrom- und
Nebenstromfiltration arbeiten.
Nutzen eines Katalysators
Oxidation der Schadstoffe
Kohlenstoffmonoxid (CO) und
Kohlenwasserstoffe (HC) zum
ungiftigen CO 2
und H 2
O (bei
Drei-Wege- und OxidatIonskatalysator)
Reduktion von Stickoxiden (NO x
)
zum natürlich vorkommenden
Stickstoff (N 2
) (bei Drei-Wege-,
LNT- und SCR-Katalysator)
Kennwerte des Keramikträgers
(Monolith)
• faserlose Oxidkeramik
• niedriges Gewicht
• niedrige temperaturbedingte
Ausdehnung
• thermisch belastbar
• gutes Wärmespeicher--
vermögen
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Der Dieselpartikelfilter wird auf Basis der Anforderungen der
Automobilhersteller konzipiert. Als Kriterien gelten beispielsweise
Abgasgegendruck, Regenerationsverhalten, Bauteilstabilität,
Speichervolumen und die erforderliche Filtrationseffizienz. Heute
befinden sich verschiedene Materialen mit unterschiedlichen Eigenschaften
im Einsatz.
Hauptsächliche Aufgabe von Dieselpartikelfiltern ist das Abscheiden
von Partikeln aus den Motorabgasen. Partikel bestehen zu einem
Großteil aus Ruß und unverbrannten Resten von Kraftstoff und
Motoröl.
Keramische Dieselpartikelfilter, die nach dem Prinzip der Vollstromfiltration
arbeiten, besitzen eine Kanalstruktur die wechselseitig
verschlossen ist. Die Abgase strömen deshalb von den Einlasskanälen
kommend durch die poröse Kanalwand und treten durch die Auslasskanäle
aus dem Filter aus. Beim Durchströmen der Kanalwand
werden die Partikel zurückgehalten und die Abgasluft gereinigt.
Um ein Verstopfen des Dieselpartikelfilters zu verhindern, werden
die zurückgehaltenen Bestandteile entweder kontinuierlich oder
zyklisch verbrannt. Man spricht hierbei von einer Filterregeneration.
Funktionsweise eines Dieselpartikelfilters
Keramische Dieselpartikelfilter können je nach Anforderung
beschichtet oder unbeschichtet in die Abgasanlage verbaut werden.
Ähnlich wie bei Katalysatoren wird der Dieselpartikelfilter zur
Abgasführung und zum Einbau in das Fahrzeug in ein metallisches
Gehäuse eingepackt. Die notwendige Wärmedämmung und elastische
Lagerung bedingt auch hier das Anbringen von faserhaltigen
Lagerungsmatten zwischen Dieselpartikelfilter und Gehäuse.
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Keramische Partikelfilter erreichen in einem breiten Spektrum der
Motorbetriebsbedingungen Filtrationseffizienzen von >95 % der
Partikelmasse und Partikelanzahl (Quelle: AECC). Deshalb werden
zur Erreichung der strengen Abgasgrenzwerte in der Erstausrüstung
fast ausschließlich keramische Dieselpartikelfilter eingesetzt.
Nutzen eines Dieselpartikelfilters
Abscheidung von Partikeln aus
den Motorabgasen
1.3
1.4
Warum werden faserhaltige Werkstoffe in
Kat/DPF eingesetzt
Faserhaltige Werkstoffe werden in Form von Lagerungsmatten
eingesetzt, um die Keramikträger für die Katalysatoren bzw.
Dieselpartikelfilter sicher in den Abgasstrang einzubetten und vor
mechanischer Beschädigung zu schützen. Darüber hinaus dämmt die
Lagerungsmatte das Abgassystem und reduziert die Wärmeabstrahlung
nach außen. Gleichzeitig werden Temperaturschwankungen im
Keramikträger bzw. Dieselpartikelfilter reduziert, was die thermische
Belastung vermindert und damit die Haltbarkeit dieser Systeme
erhöht.
Faserhaltige Werkstoffe werden auch als reine Isolierung (Wärmedämmung)
eingesetzt, z. B. im Bereich der Eingangs- und Ausgangstrichter.
Welche „faserhaltigen Werkstoffe“ sind in
Kat/DPF enthalten
Die eingesetzten faserhaltigen Werkstoffe werden aus künstlichen
Mineralwollen hergestellt. In Kat/DPF werden im Wesentlichen
Produkte aus Hochtemperaturwolle eingesetzt.
Zur Gruppe der Hochtemperaturwollen gehören amorphe Alkalienund
Erdalkalien- (AES) und Aluminiumsilikatwollen (ASW) sowie aus
der Gruppe der polykristallinen Wollen (PCW), die Aluminiumoxidwollen.
Hochtemperaturwollen zeichnen sich dadurch aus, dass sie
eine Klassifikationstemperatur von >1000°C haben.
Seit wann werden
faser-haltige Werkstoffe
flächendeckend in Kat/
DPF eingesetzt
Erster Einsatz von Lagerungsmatten
Mitte der 1970er Jahre in
den USA und Japan
Einführung von Abgasnachbehandlung
in Europa Anfang der
1990er Jahre
Welche Anwendungen für
faserhaltige Werkstoffe
gibt es in Abgassystemen
von Kfz
Wärmedämmung von Hitzeschutzblechen,
Rohren und
Trichtern (Abschirmung)
Lagerungsmatten für Kat, DPF,
SCR, NO x
–Fallen
Kantenschutzmaßnahmen für
Lagerungsmatten
Schalldämpfer
Wie hoch ist der Faseranteil
[g] in einem Kat/DPF
Bereich:
Pkw ca. 40 g für motornahen
Katalysator, bei großen DPF bis
maximal 200 g
Pro Benzin-Pkw können 1 bis 6
Katalysatoren verbaut werden,
pro Diesel-Pkw 1-2 DPF
Nutzfahrzeuge pro Komplettsystem
bis zu 3 kg Faseranteil in
der Lagerungsmatte
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2.
FASERN, WOLLEN, GESUNDHEIT
2.1
Was sind „Keramikfasern“
Unter dem häufig verwendeten Begriff „Keramikfaser“ oder „keramische
Faser“ wurden in der Vergangenheit verschiedene Whisker,
Polykristalline und amorphe Fasern fälschlicherweise in einen Topf
geworfen und der Begriff „Keramikfaser“ deshalb oft miss-interpretiert.
Regulatorisch waren meist Fasern aus Aluminiumsilikat gemeint,
wenn von „Keramikfasern“ gesprochen wurde.
VDI und DIN haben Anfang 2000 die Begriffe fachlich richtig gestellt.
In der VDI-Richtlinie 3469 und DIN/EN 1094-1 sind die unterschiedlichen
Begriffe sachlich geklärt und die neue Produktgruppe der
Hochtemperaturwollen (HTW) eingeführt worden.
Wollen aus Aluminiumsilikatfasern („Keramikfasern“) werden
seit den 1950er Jahren hergestellt und seit den 1960-70er Jahren
verstärkt in verschiedenen Bereichen von Hochtemperaturanwendungen
eingesetzt.
Fasern
Fasern sind Partikel mit einem
Länge-zu-Durchmesser(L/D)-
Verhältnis größer 3:1. Künstliche
hergestellte Mineralfasern
werden gekennzeichnet durch
parallele Kanten und glatte
Abbrüche.
Wolle
Als Wolle bezeichnet man eine
ungeordnete Anhäufung von
Fasern mit unterschiedlichen
Längen und Durchmessern.
Hochtemperaturwolle (HTW)
AES-Wolle (AES)
Aluminiumsilikatwolle (ASW)
„Keramikfaser“
Polykristalline Wolle (PCW)
Nicht eingestuft,
freigesprochen
Kategorie 2
krebserzeugend
im Tierversuch
Kategorie 3
Verdacht auf
krebserzeugendes
Potenzial
Arten von HTW
VDI-Richtlinie 3469: März 2007 | Bild 1
2.2
Was sind „krebserzeugende Keramikfasern“
Es gibt im täglichen Umgang eine Reihe von Stoffen die aufgrund
ihrer intrinsischen Eigenschaft krebserzeugend sind, so z. B. Aflatoxin
(Pilzgifte bestimmter Schimmelpilze), Benzidin, Benzol, Vinylchlorid.
Bei anderen Stoffen haben nur bestimmte Aggregatzustände (Gas,
Partikel, Faser) ein krebserzeugendes Potential.
Wo werden Hochtemperaturwollen
eingesetzt
Produkte aus allen HTW werden
in Hochtemperaturanwendungen
industrieller Öfen und
Anlagen, im Brandschutz und
in Abgasreinigungssystemen
(Kat/DPF) von Kraftfahrzeugen
verwendet etc.
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2.3
Aus der Gesamtheit der vorliegenden Erfahrungen am Menschen
und den Ergebnissen von wissenschaftlichen Forschungen (Tiere,
Zellen) lässt sich schließen, dass langgestreckte Staubteilchen jeder
Art im Prinzip die Möglichkeit zur Tumorerzeugung besitzen, sofern
sie hinreichend lang, dünn und biobeständig sind.
Als gesundheitskritisch werden nach WHO-Definition (World-Health-
Organization) anorganische Faserstäube bezeichnet, die ein Längezu-Durchmesser-Verhältnis
von 3:1 überschreiten, die eine Länge
von größer als 5 μm (0,005 mm) aufweisen und deren Durchmesser
kleiner als 3 μm (0,003 mm) ist.
Aluminiumsilikatwollen (ASW), die zu Erzeugnissen verarbeitet
wurden, enthalten Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern und
Längen. Bei der Handhabung von ASW-Produkten können faserförmige
Stäube emittieren. Darunter können auch Faseranteile sein,
die der WHO-Definition entsprechen.
Aluminiumsilikatwollen sind weder akut toxisch noch umweltschädlich.
Aluminiumsilikatwollen mit WHO-Faseranteilen sind nach Gefahrstoffrecht
(GefStoffV) in Kategorie 2 eingestuft.
In Medienbeiträgen werden „Keramikfasern“
mit Asbest verglichen, ist das richtig
NEIN - Die Basis zur Herstellung von Aluminiumsilikatwolle ist
feuerflüssig aufgeschmolzenes Gestein spezieller Zusammensetzung
(Schmelze aus Al 2
O 3
und SiO 2
, Gewichtsverhältnis etwa 50:50), das
durch Schleuder-, Blas- oder Sprühverfahren zu Wollen hergestellt
wird. Der Durchmesser der einzelnen Fasern in den Wollen wird
durch das Herstellungsverfahren bestimmt und kann nicht nachträglich
durch Bearbeitungsvorgänge (es ist keine Längsspaltung der
Faser möglich) verändert werden.
Asbest ist der Sammelbegriff für eine Reihe faserig kristallisierter
natürlicher Silikate. Nach ihrer Entstehung und chemischen Zusammensetzung,
ihrem strukturellen Aufbau und ihren technischen
Eigenschaften werden zwei Hauptgruppen unterschieden, und zwar
die Serpentin- (Hauptvertreter Chrysotil- oder Weißasbest) und die
Amphibol-Asbeste (Hauptvertreter Krokydolith- oder Blauasbest).
Biobeständig
Die Eigenschaft über eine
gewisse Zeit im Gewebe zu
verbleiben.
Biopersistente Fasern
Die Biopersistenz von
WHO-Fasern wird durch die
Halbwertszeit nach intratrachealer
Instillation von 2 mg einer
Fasersuspension definiert.
Krebserzeugende Stoffe
Kategorie 2 (GefStoffV)
„Stoffe, die als krebserzeugend
für den Menschen angesehen
werden sollten.“ Es bestehen
hinreichende Anhaltspunkte zu
der Annahme, dass die Exposition
eines Menschen gegenüber
dem Stoff Krebs erzeugen kann.
Diese Annahme beruht im
Allgemeinen auf Folgendem:
• geeignete Langzeit-
Tierversuche
• sonstige relevante
Informationen
Für Stoffe und Zubereitungen,
bei denen nur dann die Gefahr
einer krebserzeugenden Wirkung
besteht, wenn sie eingeatmet
werden, z.B. als Staub, Dampf
oder Rauch (andere Aufnahmewege
z.B. Verschlucken oder
Berührung mit der Haut stellen
keine Krebsgefahr dar) ist das
Symbol „T“ und der folgende
R-Satz zu verwenden:
• R 49: Kann Krebs erzeugen
beim Einatmen
Krokydolithasbest
Chrysotilasbest
Faserdurchmesser
[μm]
(1 μm = 0,001 mm)
1,50 bis 4,00
(Faserbüschel)
0,75 bis 1,50
Elementarfaser
[μm]
0,10 bis 0,20 0,03 bis 0,04
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Beim Inkorporieren von Asbestfasern in die Lunge kann, im Gegensatz
zu künstlichen Mineralwollen, eine Verringerung des Durchmessers
infolge Längsspaltung auftreten. Dadurch können in der Lunge Fasern
mit Durchmessern deutlich kleiner als 3 μm (bis zur Elementarfaser)
angetroffen werden, die in der Atemluft vor ihrer Längsspaltung
noch nicht der WHO-Faserdefinition zuzurechnen waren.
Asbest ist nach den Einstufungskriterien für krebserzeugende
Stoffe in Kategorie 1 (GefStoffV) eingestuft.
Krebserzeugende Stoffe
Kategorie 1 (GefStoffV)
„Stoffe, die auf den
Menschen bekanntermaßen
krebserzeugend wirken. Der
Kausalzusammenhang zwischen
der Exposition eines Menschen
gegenüber dem Stoff und der
Entstehung von Krebs ist
ausreichend nachgewiesen“
Gegenüberstellung Asbestfaser / Faser aus Hochtemperaturwolle
2.4
2.4.1
Die Asbestproblematik wurde lange Zeit
verharmlost, geschieht das Gleiche nun bei
den „Keramikfasern“
Asbestproblematik
Ab dem 14. bis 19. Jahrhundert wurden bei Bergleuten, Steinmetzen
und ähnlich Steinstaub exponierten Personen Lungenerkrankungen
beobachtet. Es entwickelte sich die Erkenntnis, dass diese auf die
beruflichen Staubexpositionen zurück zu führen waren.
Mit der ersten industriellen Revolution („Dampfmaschinen-Ära“)
vor ca. 150 Jahren, entwickelte sich auch die Asbesttechnologie
(A-Dichtungen, -Hitzeschutzisolierungen, -Textilien, -Filter, -Bremsbeläge,
-Zement u.a.m.). Während des zweiten Weltkrieges und der
Nachkriegszeit bis in die 1970er Jahre entwickelten sich Asbestprodukte
zum „Stoff der 1000 Möglichkeiten“. In dieser Zeit importierte
die Bundesrepublik bis zu 180.000 t Rohasbest.
Im Jahre 1899 wurde erstmals in London ein bisher unbekanntes
neues Krankheitsbild in Form der Lungenfibrose beobachtet und im
Jahr 1906 erstmals publiziert.
1936 wurde die schwere Asbeststaublungenerkrankung (Lungenasbestose)
erstmals als Berufskrankheit rechtsverbindlich. Bereits im
Jahre 1942 wurde die Liste der entschädigungspflichtigen Berufskrankheiten
um die „Asbeststaublungenerkrankung in Verbindung
mit Lungenkrebs“ erweitert.
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Spätestens seit dieser Zeit bestanden Warnhinweise auf die krebserzeugenden
Eigenschaften des Faserminerals Asbest. Von Verharmlosung
kann sicher nicht die Rede sein.
Die fortschreitenden Erkenntnisse der Gefährdungen durch Asbestfaserstaub
fanden im Berufskrankheiten-Recht ihren Niederschlag:
• 1977 Mesotheliom des Rippenfells und des Bauchfells,
• 1988 Erkrankungen des Rippenfells, die sogenannte
Pleuraasbestose,
• 1992 Mesotheliom des Herzbeutels,
• 1992 kumulative Gefahrstoff-Dosis der 25 „Asbestfaserjahre“
bei Lungenkrebs,
• 1998 Asbestfaserstaub verursachte Kehlkopfkrebs-
Erkrankungen.
Diese Erkenntnisse haben auch zum allgemeinen Asbestverbot vom
01. Januar 1995 beigetragen.
2.4.2
Erfahrungen mit Aluminiumsilikatwolle
Aluminiumsilikatwollen werden seit ca. 50 Jahren in Deutschland
zur industriellen technischen Wärmedämmung eingesetzt. In der
Herstellung und Produktverarbeitung sind ca. 500 Personen beschäftigt.
Man schätzt, dass in der industriellen Montage, Demontage,
Wartung 5000 Personen mit ca. 15 % ihrer Beschäftigungszeit Kontakt
zu ASW haben.
Im Jahr 2005 wurden in Europa 25.000 t Aluminiumsilikatwollen
verarbeitet.
Ermittlungen der gewerblichen Berufsgenossenschaften haben bei
den angezeigten Berufskrankheiten keinen sicheren Hinweis auf
einen eindeutigen ASW-Kontakt ergeben, immer war auch eine
Asbest-Exposition gegeben.
Berufskrankheiten-
Verordnung (BKV)
vom 31. Oktober 1992, zuletzt
aktualisiert am 11. Juni 2009
Anlage 1 zur BKV (Liste der
Berufskrankheiten)
Berufskrankheiten sind die in
der Anlage bezeichneten Krankheiten,
die Versicherte infolge
einer dem Versicherungsschutz
des VII Buches Sozialgesetzbuches
begründenden Tätigkeit
erleiden.
In der Berufskrankheiten-Verordnung gibt es, bis heute, keine
Listenerkrankung verursacht durch Künstliche-Mineral-Fasern
(KMF) oder Hochtemperaturwollen (HTW).
Diese Fakten stellen keinen wissenschaftlichen Beweis für keine
krebserzeugende Potenz von ASW dar, weil der exponierte Personenkreis
sehr klein, die Expositionshöhe von ASW-Fasern mit WHO-Definition
gering (durch persönliche und technische Schutzmaßnahmen
Exposition ≤ 0,5 Fasern pro cm 3 ), die Latenzzeit wahrscheinlich nicht
erreicht wird.
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2.4.3
Unterschied zwischen Asbest und Aluminiumsilikatwolle
Die Gefährlichkeit von Asbest wurde aufgrund der langen Latenzzeit
sehr spät erkannt. Dies, in Verbindung mit der weit verbreiteten
Verwendung von Asbestprodukten, führte zu massiven Erkrankungen
weiter Bevölkerungskreise.
Bei den Hochtemperaturwollen hat nur eine kleine Gruppe geschulter
Beschäftigter im industriellen Bereich Umgang mit den Produkten.
Die existierenden Vorschriften für den Umgang mit HTW basieren
auf den Erkenntnissen beim Umgang mit Asbest.
2.5
Wie lang ist die Latenzzeit von faserinduzierten
Lungenerkrankungen (Krebs)
Die Latenzzeiten durch Asbestfaserstäube sind abhängig von der
Expositionshöhe und liegen bei ca.:
• Asbestose 8 bis 20 Jahre,
• Lungenkrebs 15 bis 25 Jahre,
• Mesotheliom 30 bis 45 Jahre.
Für Aluminiumsilikatwollen sind keine Latenzzeiten für faserinduzierte
Lungenerkrankungen bekannt. Diese Aussage beruht auf
einem Beobachtungszeitraum von über 50 Jahren.
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3.
EINSATZ, LEBENSDAUER, RECYCLING
3.1
Gibt es Alternativen zu Keramikträgern
in Kat/DPF
Im Weltmarkt sind zwei Trägertypen bei Katalysatoren vertreten.
Neben Keramikträgern finden auch Metallträger Verwendung. Beide
Trägertypen sind in Ihren Werkstoffeigenschaften unterschiedlich
und werden basierend auf den Anforderungen und der Auswahl der
Automobilhersteller eingesetzt.
Ähnlich wie bei Katalysatorträgern gibt es keramische und metallische
Dieselpartikelfilter, die nach unterschiedlichen Abscheidemechanismen,
z. B. Vollstrom- und Nebenstromfiltration arbeiten.
3.2
Gibt es Alternativen zu Aluminiumsilikatwollen
in Kat/DPF
Im Bereich der Hochtemperaturwollen bieten sich als Alternativen
AES‘ oder PCW‘s an.
Die endgültige Entscheidung für ein Abgassystem hängt von den
verschiedenen Randbedingungen jedes KFZ-Typs ab, wie z. B.
Motorleistung, Druckverlust, Größe des Trägervolumens, Platzverhältnisse,
Stückzahlen und anderen Kriterien.
3.3
Wie ist die Lebensdauer einer ASW-Lagerungsmatte
und eines Abgassystems (Kat/DPF)
Bei regulärer Motorfunktion und ohne äußere Einwirkung (z. B.
mechanische Beschädigung durch Unfall, Aufsetzen o. ä.) ist die
Auslegung des Abgasnachbehandlungssystems der Fahrzeuglebensdauer
entsprechend.
Die Hersteller der Abgassysteme stellen in der Entwicklungsphase
die benötigte Lebensdauer der Bauteile über entsprechende Dauerlauftests
sicher.
3.4
Warum werden die Automobil-Hersteller
nicht gesetzlich verpflichtet, die Alternativen
ohne Lagerungsmatte einzusetzen
Es liegen keine Erkenntnisse zur Gesundheitsgefährdung vor, die ein
Einbauverbot für Lagerungsmatten aus HTW rechtfertigen würden.
Daher sieht der Gesetzgeber keine Notwendigkeit für einen regulativen
Eingriff bei der Auswahl von Abgassystemen durch die Automobil-Hersteller.
Die geltenden gesetzlichen Vorschriften basieren
auf den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen.
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3.5
Wann ist die Notwendigkeit für den Austauschs
eines Kat/DPF gegeben
Durch die Auslegung auf die tatsächliche Fahrzeuglebensdauer
werden die vom Gesetzgeber zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte
vorgegebenen Zeitspannen bzw. Kilometerleistungen
üblicherweise übertroffen. Ein Austausch von Katalysatorsystemen
bei regulärem/störungsfreiem Fahrzeugbetrieb ist damit nicht vorgesehen.
Ein Austausch wird notwendig bei Auffälligkeiten im Rahmen
der Abgassonderuntersucherung bzw. bei mechanischer Beschädigung,
die die Wirkung der Abgasreinigung vermindert.
3.6
Was geschieht mit den „ausgedienten“ Kat/DPF
„Ausgediente“ Kat/DPF werden üblicherweise in Werkstätten oder
in Demontagebetrieben ausgebaut, gesammelt und dem Recycling
zugeführt. Primär um die teuren Edelmetalle wieder aufzubereiten,
sekundär um die metallischen Systembestandteile für die Stahlproduktion
wieder zu nutzen. Die Recyclingprozesse laufen sicher
und kontrolliert ab.
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4.
WISSENSCHAFTLICHE UNTERSUCHUNGEN
(MESSUNGEN) ZUR EXPOSITION DER
ALLGEMEINHEIT GEGENÜBER HTW-
FASERN
In den gut 50 Jahren, in denen Hochtemperaturwollen eingesetzt
werden sind eine Vielzahl von Untersuchungen über die Exposition
von Menschen durchgeführt worden.
Da fast ausschließlich nur Arbeiter im Rahmen der Herstellung,
des Einbaus und der Entsorgung mit HTW in Berührung kommen,
fanden diese Untersuchungen hauptsächlich als Arbeitsplatzmessungen
im Rahmen der Verbesserung des Arbeitsschutzes statt.
Darüber hinaus wurden aber auch einige Messungen an öffentlich
zugänglichen Orten oder unter Bedingungen, die solche Orte simulieren,
durchgeführt:
4.1
4.1.1
Umweltmessungen
Ubiquitous fiber Exposure in selected sampling
sites in Europe
1996 – Eurima / Scand J Work Environ Health 1996; 22:274-84
Im Rahmen dieses Messprogramms wurde die Exposition durch
Fasern in der Atemluft von Personengruppen in 3 europäischen
Ländern gemessen und analysiert. Bei den Personengruppen handelt
es sich um 5 Schüler im Alter von 13 - 14 Jahren aus einem Pariser
Vorort, 5 Dänische Rentner aus ländlichen Gebieten, 5 Büroangestellte
und 5 Taxifahrer aus der Region Düsseldorf/Neuss.
Bei jeder Person wurden 4 Messungen (eine pro Jahreszeit) durchgeführt.
Die Probennahme erfolgte mittels personengetragener
Filtersysteme über 24 Stunden. Die Auswertung der Filter erfolgte
nach VDI-Richtlinie 3492. Zusätzlich zu Asbest- und Gipsfasern
(Calcium Sulfat) wurde zwischen anorganischen und organischen
Fasern getrennt ausgewertet.
Auf eine Auswertung der gemessenen Asbestfasen wurde verzichtet,
da diese nicht genau identifiziert werden konnten. Die Faserkonzentrationen
für Gipsfasern, anorganische und organische Fasern erlaubt
keinen Hinweis, dass regionale Ge gebenheiten mit einer höheren
oder niedrigeren Faserexpo sition verbunden sind. Eine Differenzierung
auf bestimmte künstliche Fasern (HTW) erlaubt diese Studie
nicht.
4.1.2
Weitere Untersuchungen zu AlSi-Fasern
in EURIMA-Proben (siehe 4.1.1)
Februar 2004 - Persönliche Mitteilung an den Arbeitskreis
Im Rückgriff auf die Probenfilter der EURIMA Studie wurden Filter
mit hohem Anteil an AlSi-Fasern ausgesucht und einer speziellen
Faserauswertung zugeführt. Die auf den Probefiltern gefundenen
AlSi-Fasern wiesen eine unregelmässige Struktur auf (keine parallele
Kanten) und hatten einen wesentlich geringeren Anteil an Al als
Aluminiumsilikatfasern ASW (Keramikfasern).
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Fazit dieser Studien:
Alle 4 Bevölkerungsgruppen sind in den 3 beurteilten Lebensräumen
der 3 Länder, Faserkonzentationen von 1.000 bis 20.000 F/m 3 in
der Atemluft ausgesetzt. Die als gesundheitskritisch anzusehenden
Asbestfasern spielten keine Rolle, aus dem Bereich der HTW, insbesondere
ASW, wurden keine Fasern gefunden.
4.1.3
Anorganische faserförmige Partikel in der Atmosphäre
VDI Bericht Nr.: 1075/1993
Dieser Bericht zeigt auf, dass Faserstaub weltweit in der Atemluft
verbreitet ist und daher eine ubiquitäre Faserstaubbelastung vorliegt.
Der natürliche Hintergrund ist auf Vulkanausbrüche, Gesteine, Böden
und Waldbrände zurückzuführen. Quellen für den anthropogenen
Hintergrund sind: Bodenbearbeitung, Steinbruchsbetrieb, Bautätigkeit,
Abwitterung von Bauwerken, Abbruch; Verbrennung von Holz,
Pflanzen, Kohle und Müll; Baustoffe (Ziegel, Keramik, Kalk, Zement,
Beton, Kalksandstein, KMF); Eisenerzabbau und Eisenerzeugung.
Es ist nachgewiesen, dass sich Fasern von Vulkanausbrüchen, Waldund
Buschbränden in der Atmosphäre (durch Winde, Tiefdruch-
Zugstraßen, „jet streams“ in 10 bis 50 km Höhe) schon nach wenigen
Tagen über die gesamte Erde verbreiten.
Nach VDI-Vorschrift gehört jede gezählte Faser in eine der drei Gruppen:
Asbest - Ca-Sulfat - Sonstige
Bei den Sonstigen kann zwischen „Anderen Sonstigen“ und „Produktfasern“
unterschieden werden, wobei alle Produktfasern behandelt
werden „als ob“ sie KMF wären. Nach Beobachtungen sehen maximal
20 % der als Produktfasern zu zählenden faserförmigen Partikel wie
KMF aus (parallele Kanten). Nach Vorschrift werden aber auch die
übrigen Partikel mit entsprechender chemischen Zusammensetzung
(unregelmäßige Form, L/D >= 3 im mineralogischen Sinn keine
Fasern) behandelt, d.h. mehr als 80 %!
Dies führt zu einer Fehlinterpretation, wenn die langen kantenparallelen
Fasern und die unregelmäßig geformten faser förmigen
Teilchen ausschließlich als Produktfasern (Glas-, Dämmstoff- und
Feuerfest-Fasern) ausgewiesen werden, obwohl sie alle aus den
unterschiedlichsten Quellen stammen.
Fazit des VDI Bericht:
Durch die Vielzahl der natürlichen Quellen und anthropogenen
Einträge ist der Mensch atembaren Fasern aller Art ausgesetzt. Heute
sind anorganische Fasern ubiquitär verbreitet und auch in Zukunft
muss der Mensch mit diesen Fasern leben. Aufgabe des Gesetzgebers
kann es nur sein, den Eintrag wirklich gefährlicher Fasern in
die Umwelt zu begrenzen.
4.1.4
Immissionsmessungen der Faserzahlkonzentration
in der Außenluft
Oktober 2004 - Persönliche Mitteilung an den Arbeitskreis
Bei einer Firma welche Hochtemperaturwollen herstellt und konfektioniert
wurde der Frage nachgegangen, ob außerhalb des Werksgeländes
Produktfasern nachweisbar waren. Dazu wurden rund um
das Werksgelände Immissionsmessungen durchgeführt.
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Ergebnis:
Bei den Messungen wurde in einer Probe 1 Produktfaser gefunden.
Dies entspricht nach Poisson einer Produktfaser-Konzentration von
220 F/m 3 Luft. Die Zahl der sonstigen anorganischen Fasern lag bei
2200 F/m 3 (nach Poisson) Luft, dies entspricht der ubiquitären Luftbelastung.
4.2
4.2.1
Messungen mit direkter Relevanz zum Kfz
Parkhaus-Messung
Februar 2004 - Persönliche Mitteilung an den Arbeitskreis
Im Rahmen der Arbeiten zur Erstellung der TRGS 619 „Substitution
für Produkte aus Aluminiumsilikatwolle“ wurden in einem Parkhaus
Fasermessungen durchgeführt.
Ergebnis:
Die gefundenen anorganischen Fasern wiesen nicht die für KMF/HTW
charakteristischen Eigenschaften: parallele Kanten, glatte Abbrüche
und chemische Zusammensetzung, auf.
4.2.2
Prüfstandsmessungen bei einem Hersteller von
Abgassystemen
August 2009 - Persönliche Mitteilung an den Arbeitskreis
Aufgrund der allgemeinen Diskussion über die Freisetzung von
Fasern aus den Lagerungsmatten in Kat/DPF wurde von einem
Hersteller von Abgassystemen Fasermessungen bei der Prüfung von
Abgassystemen mit Lagerungsmatten veranlasst.
Rollenprüfstand
Es wurden Fasermessungen im Abgasstrom eines auf einem
Rollenprüfstand fixierten PKW`s mit einer neuen Abgassystem
durchgeführt. Die Parameter der 3-stündigen Prüfphase umfassten
Steigungen über 0 bis 10% und es wurden Geschwindigkeiten von
50/100/150 km/h gefahren.
Motorprüfstand
Auf dem Motorprüfstand wurde im Abgasstrom einer gealterten
Abgasanlage (über 100.000 km) Fasermessungen durchgeführt.
Parameter der Prüfzyklen: Volllastbeschleunigung von 55 bis
210 km/h; Ausrollen in Schubbetrieb von 170 bis 25 km/h; Haltephasen
bis 250 km/h; unmittelbarer Wechsel nach Hochschaltung in
den Schubbetrieb.
Ergebnis:
Bei der Faseranalytik wurde keine Faser und damit keine Produktfaser
aus den Lagerungsmatten gefunden. Auf Wunsch des Auftraggebers
wurde eine erweiterte Auswertung durchgeführt. Hierbei wurden
zwei organische Fasern gefunden, Produktfasern wurden nicht nachgewiesen.
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5.
FAZIT
• Eine Freisetzung von gesundheitskritischen Fasern bei bestimmungsgemäßem
Betrieb der KFZ konnte nicht nachgewiesen
werden.
• In der großstädtischen sowie auch in der ländlichen Atemluft
werden eine Vielzahl von organischen und anorganischen
Fasern (bis max. 25.000 F/m 3 ) gefunden. Die gesundheitskritisch
eingeschätzten Aluminiumsilikatwollen (Keramikfasern)
wurden nicht gefunden.
• Die Lebensdauer der Kat/DPF entspricht der des jeweiligen KFZ
(bei regulärer Motorfunktion und ohne äußere Einwirkung).
• Die Verwendung von Lagerungsmatten aus Hochtemperaturwollen
im Kat/DPF hat eine große sicherheitstechnische,
ökologische und wirtschaftliche Bedeutung.
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6.
LITERATURHINWEISE
Seite 1
• VDA – Jahresbericht 2009 (www.vda.de)
Seite 6
• DIN/EN 1094-1 Feuerfeste Erzeugnisse für
Wärmedämm zwecke Teil 1
• VDI -Richtlinie 3469 Blatt 1 Übersicht,
Blatt 5 Hochtemperaturwolle
• Gefahrstoffverordnung (GefStoffV), Technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS)
(www.baua.de)
Seite 7
• Umweltforschungsplan des Bundesministers des Innern
Luftreinhaltung -Forschungsbericht 104 08 311
Asbestersatzstoff – Katalog:
Erhebung über im Handel verfügbare Substitute für Asbest und asbesthaltige
Produkte.
Von Dr. Eva Poeschel, Dipl.Ing. Alfons Köhling: Battelle-Institut e.V. Frankfurt am
Main
Im Auftrag des Umweltbundesamt.
Schriftenreihe des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften e.V.
Sankt Augustin, Oktober 1985; ISBN 3-88383-113-1
Seite 9
• Berufskrankheitenverordnung (BKV), vom 31. Oktober 1997, zuletzt aktualisiert am
11. Juni 2009 (www.baua.de)
• Fachkolloquium Hochtemperaturwollen, 16. April 2008, Hennef (www.dkfg.de)
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