H?ufige Fragen zu Quecksilber

Drei Fischezum Vergr??ern anklicken
Quecksilber gelangt vor allem durch den Verzehr von Fisch in den K?rper
Quelle: Oliver Sved / Fotolia.com

Quecksilber ist ein Schwermetall. Es ist für den Menschen giftig. Hier erfahren Sie, wie Quecksilber in die Umwelt gelangt, wie es sich auf Umwelt und Mensch auswirkt und welche Ma?nahmen helfen, den Eintrag von Quecksilber in die Umwelt zu reduzieren. Dabei wird auch beleuchtet, welche Rolle Kohlekraftwerke spielen.

Inhaltsverzeichnis

 

Wie kommt das Quecksilber in die Umwelt?

Quecksilber (chemisch Hg) ist ein natürlich vorkommender, nicht abbaubarer Stoff. Quecksilber ist in der gesamten Umwelt vorhanden. In der ⁠Atmosph?re⁠ reagiert es kaum mit anderen Stoffen. So verteilt es sich mehr oder weniger gleichm??ig über gro?e Entfernungen. Quecksilber durchl?uft in der Umwelt viele Stoffkreisl?ufe zwischen den Luft, Wasser und Boden, ehe es in tiefen Sedimentschichten eingeschlossen wird oder stabile mineralische Verbindungen eingeht und so schlie?lich nicht weiter verteilt werden kann.

Quecksilber gelangt über verschiedene Wege in die Umwelt. Zum einen sind dies natürliche Quellen wie ⁠Erosion⁠, Vulkanausbrüche, Geysire oder wenn ⁠Biomasse⁠ verbrennt (z. B. Waldbr?nde, Steppenbr?nde), wodurch es aus gebundener Form wieder in die ungebundene Form übertritt. Zum anderen setzt der Mensch Quecksilber frei: Wir verbrennen fossile Brennstoffe für die Energieerzeugung (haupts?chlich Kohle), bauen Quecksilber ab und schürfen Gold bzw. bereiten es auf. überall hier, aber auch durch andere Quellen, wie Zahnamalgam, wird Quecksilber in die Umwelt freigesetzt.

Einen überblick über die Eintr?ge von Quecksilber von Industriestandorten sowohl in die Luft als auch in Oberfl?chengew?sser liefert das Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregister (⁠PRTR⁠). In Deutschland melden die berichtspflichtigen Industriestandorte j?hrlich ihre Quecksilberemissionen an das PRTR. Grundlage hierfür ist die EU-Verordnung für die Errichtung eines Europ?ischen Schadstoffregisters (E-PRTR-Verordnung - EG-Verordnung Nr. 166/2006) und deren Umsetzung in deutsches Recht.

Die PRTR-Meldungen zu Quecksilber-Emissionen umfassen all die Standorte, die mehr als zehn Kilo Quecksilber pro Jahr in die Luft und / oder mehr als ein Kilo in das Wasser freisetzen. Die Emissionen aus Standorten, die unterhalb dieser Schadstoffschwellenwerte für Luft und Wasser liegen, müssen nicht an das PRTR gemeldet werden.

Tabelle 1 zeigt die Daten der PRTR-Meldungen für das Jahr 2013.

Aus den Branchen der ?Papier- und Holzindustrie“, ?Lebensmittelindustrie“, ?Intensivtierhaltung und Aquakultur“ sowie ?Sonstiger Industriezweige“ liegen keine PRTR-Meldungen zu Quecksilber-Emissionen vor.

Die in der PRTR-Berichterstattung für Deutschland betrachteten Betriebe haben für das Jahr 2013 insgesamt eine Freisetzung und Verbringung von über 7.500 kg Quecksilber gemeldet, davon 6.943 kg/a in die Luft, 422 kg/a in das Abwasser und 200 kg/a in die Gew?sser, wobei 150 kg/a über Abwasserbehandlungsanlagen (Kommunale Kl?ranlagen) in die Gew?sser gelangen.

Die Zahl der PRTR-Betriebe, die Quecksilber-Emissionen in die Luft meldeten, ging im Betrachtungszeitraum von 2007 bis 2013 kontinuierlich zurück. Auch die Quecksilber-Jahresfrachten reduzierten sich von 2007 bis 2013 um mehr als eine Tonne (Abbildung).

Der Energiesektor setzt am meisten Quecksilber in die Luft frei: 73 Prozent fallen dort an. Innerhalb des Energiesektors spielen Kraftwerke (?W?rmekraftwerke und andere Verbrennungsanlagen mit einer FeuerungsW?rmeLeistung von > 50 MW“) eine Rolle, sie setzen 5.000 kg/a frei.

Ins Wasser gelangt das Quecksilber aus Anlagen haupts?chlich aus der Branche der ?Abwasser- und Abfallbehandlung“. Sie sind für 75 Prozent des gemeldeten Gesamteintrages verantwortlich. Hauptverursacher innerhalb dieser Branche sind die ?Kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen mit einer Leistung von >100.000 Einwohnergleichwerten“ mit einem Eintrag von 150 kg Quecksilber im Jahr 2013. Wir gehen aber davon aus, dass diese Zahl deutlich zu hoch ist, da sie überwiegend auf veralteten Emissionsfaktoren beruht, die aufgrund zu geringer Messempfindlichkeit gesch?tzt wurden und so zu hohe Werte ergeben. Neuere Untersuchungen mit empfindlicheren Analysenverfahren ergeben eine Absch?tzung von deutlich weniger, n?mlich etwa 17 kg Quecksilberemission aus allen Kl?ranlagen in Deutschland.

Das Quecksilber in den deutschen Oberfl?chengew?ssern stammt aus einer Reihe von Quellen und wird über unterschiedliche Pfade eingetragen. Die im PRTR gemeldeten Emissionen beschreiben nur einen kleinen Teil der Gesamteintr?ge in die Gew?sser. Der weit überwiegende Anteil des Quecksilbers gelangt über andere Prozesse von Acker- und Siedlungsfl?chen in die Oberfl?chengew?sser. Diese sowohl aus natürlichen als auch anthropogenen Quellen in die Luft abgegebenen Quecksilberemissionen lagern sich mit dem Niederschlag regional und überregional auf der Landoberfl?che ab. Von dort gelangen sie über unterschiedliche Eintragspfade (z.B. Erosion, Stra?enabl?ufe usw.) in die Oberfl?chengew?sser.?

<>
 

Wie sehr ist die Umwelt durch Quecksilber belastet?

Wie ist unsere Luft belastet?

Quecksilber liegt in der ⁠Atmosph?re⁠ in unterschiedlichen Formen vor: als elementares gasf?rmiges Quecksilber, in Form gasf?rmiger Quecksilberverbindungen sowie gebunden an Staubpartikeln. Wie lange diese drei Quecksilberarten in der Atmosph?re bleiben, ist sehr unterschiedlich. Genauso wie sie sich chemisch-physikalisch verhalten.

Das elementare gasf?rmige Quecksilber bleibt bis zu einem Jahr und l?nger in der Erdatmosph?re. Mit den Luftstr?mungen wird es in diesem Zeitraum über Landesgrenzen und Kontinente hinweg transportiert. Es kann mehrmals den Globus umrunden und wird dabei weitr?umig verteilt. W?hrend das elementare gasf?rmige Quecksilber nahezu wasserunl?slich ist, sind andere gasf?rmige Quecksilberverbindungen oft wasserl?slich und gelangen deshalb recht schnell mit dem Niederschlag auf die Erdoberfl?che (siehe auch Kapitel ⁠Deposition⁠). Auch Staubpartikel sinken je nach Gr??e mit den an sie gebundenen Quecksilberteilchen früher oder sp?ter auf die Erdoberfl?che.

Die Hintergrundkonzentration von gasf?rmigem elementarem Quecksilber in der Atmosph?re ist auf der Nordhalbkugel seit etwa 30 Jahren mehr oder weniger gleich hoch. Sie liegt bei ca. 1,5 - 1,7 Milliardstel Gramm pro Kubikmeter Luft (ng/m3). Das best?tigen auch die langj?hrigen Messungen des Umweltbundesamtes an vier Hintergrundmessstationen seines Luftmessnetzes.

Die mittlere Konzentration des partikelgebundenen Quecksilbers an der ⁠UBA⁠-Hintergrundmessstation Waldhof liegt bei 7 - 11 Billionstel Gramm pro Kubikmeter Luft (pg/m3). Dessen Anteil am gesamten Quecksilber in der Luft betr?gt somit weniger als 1 Prozent.

Von der Luft auf den Boden

Mit dem Niederschlagswasser gelangt Quecksilber (insbesondere wasserl?sliche gasf?rmige Quecksilberverbindungen, aber auch partikelgebundenes Quecksilber) aus der Atmosph?re auf die Erdoberfl?che. Dieser Vorgang hei?t nasse Deposition. An drei norddeutschen Hintergrundmessstationen des UBA-Luftmessnetzes ist die nasse Quecksilber-Deposition seit den 1990er Jahren rückl?ufig. Zu Beginn der 1990er Jahre gelangten mit dem Niederschlagswasser noch rund 10 Millionstel Gramm Quecksilber pro Jahr auf einen Quadratmeter (μg Hg/m2a), 2010 waren es nur noch etwa 40 Prozent davon (4 μg Hg/m2a).

Insgesamt gelangten in Deutschland im Jahr 2010 5,4 Tonnen Quecksilber aus der Luft auf den Boden. Das ergaben Modellrechnungen des?internationalen Luftüberwachungsprogramms EMEP. Davon stammten 3,2 Tonnen Quecksilber aus direkten anthropogenen, also menschengemachten Emissionen aus der EMEP-Region (davon 2,1 Tonnen aus Deutschland). Die restlichen 2,2 Tonnen Quecksilber stammten aus natürlichen, globalen und historischen Emissionsquellen (das hei?t 38 Prozent der Gesamtdeposition).

Die Quecksilber-Gesamtdepositionen in Deutschland lagen im Jahr 2010 gr??tenteils im Bereich von 12 bis 30 μg Hg/m2, die h?chsten Depositionen (ca. 40 bis 44 μg Hg/m2) traten in Westdeutschland (NRW), die niedrigsten Depositionen (ca. 8 bis 12 μg Hg/m2) vorwiegend in Norddeutschland auf. Für den Zeitraum 1990 bis 2010 wurde mit dem EMEP-Modell ein Rückgang der mittleren Quecksilber-Gesamtdeposition in Deutschland um ca. 55 Prozent von 34 μg Hg/m2 im Jahr 1990 auf 15 μg Hg/m2 im Jahr 2010 berechnet.

Wie sind unsere Flüsse und Seen belastet?

Das Umweltbundesamt nimmt mit der Umweltprobenbank seit den 1990er-Jahren regelm??ig Proben von Brassen (Abramis brama) in den drei gro?en Flussgebieten Rhein (mit Saar), Elbe (mit Mulde / Saale) und Donau sowie in zwei Seen (Belauer See, Stechlinsee). Diese Proben aus tierischem Gewebe werden Biota-Proben genannt. Untersucht werden Mischproben, die aus Filets von acht bis zw?lf Jahre alten Fischen zusammengesetzt sind. Die Proben zeigen, dass die Quecksilberbelastung in den untersuchten Seen geringer ist als in Rhein, Elbe und Donau. In den Flussgebieten zeigen sich in den letzten Jahren kaum signifikante Entwicklungen. Zuletzt gab es in den 1990er-Jahren deutliche Rückg?nge der Quecksilbergehalte in den Fischen der Elbe. Die Belastung etablierte sich dann – im Vergleich zu den Fischen der anderen Flussgebiete – auf einem h?heren Niveau.

Das Umweltqualit?tsziel der ⁠Wasserrahmenrichtlinie⁠ für Quecksilber in Fischen liegt bei 20 ng/g Frischgewicht. Die Fischproben der beiden Seen im Norden Deutschlands liegen im Bereich dieser Norm. Brassen aus den gro?en Flussgebieten allerdings verfehlen das Umweltqualit?tsziel um den Faktor 5-16.

Die Ergebnisse lassen sich im Detail auf www.umweltprobenbank.de recherchieren.

Das Umweltbundesamt bekommt von den Bundesl?ndern für ausgew?hlte Messstellen auch die Schwebstoffdaten von Flie?gew?ssern. Die h?chsten mittleren Quecksilberkonzentrationen in Schwebstoffen liegen an Wupper, Schwarzbach, Saale, Oker, Mulde und Elbe unterhalb der Saale vor. In den gro?en Flüssen zeigen die Schwebstoffe der Elbe – analog zu den abnehmenden Konzentrationen in Brassen – an den meisten Messstellen ebenfalls abnehmende Trends. Die Elbe hat unter den gro?en Flüssen ein h?heres Belastungsniveau, gefolgt von Oder, Rhein, Weser und Donau.

Die Hauptursache für die hohen Quecksilbergehalte in den Fischen sind historisch bedingte und weltweit vorzufindende Quecksilberbelastungen in den Gew?ssersedimenten. Lokal k?nnen aufgrund früherer spezifischer Emissionen auch stark belastete Sedimente vorgefunden werden. Zur Belastung der Sedimente als auch zur Kl?rung der Beziehungen zwischen Sediment- und Biotabelastungen besteht Untersuchungsbedarf.

Wie sind unsere B?den belastet?

In Deutschland werden etwa 17 Millionen Hektar (ha) B?den landwirtschaftlich genutzt. Zur N?hrstoff- und Humusversorgung der B?den werden j?hrlich etwa 220 Millionen Kubikmeter Wirtschaftsdünger (DESTATIS, 2011), 0,6 Millionen Tonnen Kl?rschlamm (⁠BMELV⁠, 2012), 2,3 Millionen Tonnen Komposte (einschlie?lich Verwendung in der Forstwirtschaft. BMELV, 2012) und 4,7 Millionen Tonnen Mineraldünger (Stickstoff, Phosphor, Kalium, Kalk) eingesetzt (DESTATIS, 2013). Die Düngemittel enthalten neben den erwünschten Hauptn?hrstoffen (Stickstoff, Phosphor, Kalium, Schwefel, Calcium und Magnesium) und Spurenn?hrstoffen (wie Eisen, Mangan) auch Schadstoffe, unter anderem Quecksilber.
Bei der Verwertung von Kl?rschlamm und Kompost auf landwirtschaftlich genutzten B?den muss der maximal zul?ssige Quecksilbergehalt eingehalten werden, wie er bis Ende 2014 in der Kl?rschlammverordnung (AbfKl?rV) und der Bioabfallverordnung (BioAbfV) geregelt war. Seit 2015 gilt auch für Düngemittel aus Abf?llen der für alle Düngemittel geltende Grenzwert der Düngemittelverordnung (DüMV). In der Tabelle sind die mittleren Quecksilbergehalte in Kl?rschlamm und Kompost sowie die dazugeh?rigen Grenzwerte aufgelistet.

Kompost und Kl?rschl?mme enthielten z. B. 2009 deutlich weniger Quecksilber als gesetzlich erlaubt. überhaupt sind die mittleren Gehalte von Quecksilber in diesen Düngemitteln in den letzten Jahrzehnten stark gesunken, wie die Abbildungen zeigen.?Auch Wirtschaftsdünger (z.B. Rindergülle) und mineralische Düngemittel enthalten neben Pflanzenn?hrstoffen Quecksilber.

Im Ackerboden dürfen laut Bundes-Bodenschutzgesetz maximal 1,5g/ha pro Jahr an Quecksilber eingetragen werden. Eine Studie aus dem Jahr 2008 zeigt, dass Kl?rschlamm und Komposte für die H?lfte all dieser Eintr?ge verantwortlich waren. Dies ist ein Ansatzpunkt für eine m?gliche Reduzierung der Quecksilberbelastung von Ackerb?den.

Literatur

BMELV, Bundesministerium für Ern?hrung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (2012): Statistisches Jahrbuch über Ern?hrung, Landwirtschaft und Forsten 2012. Landwirtschaftsverlag GmbH, Münster-Hiltrup

BMUB, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (2014): Deutsche Kl?rschlammberichte an die Europ?ische Union gem?? RL 86/278.

DESTATIS, Statistisches Bundesamt (2011): Wirtschaftsdünger tierischer Herkunft in landwirtschaftlichen Betrieben – Erhebung zur Wirtschaftsdüngerausbringung.Fachserie 3 Reihe 2.2.2, Wiesbaden

DESTATIS, Statistisches Bundesamt (2013): Düngemittelversorgung. Fachserie 4 Reihe 8.2 – Wirtschaftsjahr 2012/2013, Wiesbaden

Knappe, I., M?hler, S., Ostermayer, A., Lazar, S., Kaufmann, C. (2008): Vergleichende Auswertung von Stoffeintr?gen in B?den über verschiedene Eintragspfade. UBA-Texte 36/08, Umweltbundesamt, Dessau-Ro?lau

K?RDEL, W., Herrchen, M., Müller, J., Kratz, S., Fleckenstein, J., Schnug, E., Dr. Saring, U., Thomas, J., Reinhold, J. (2007): Begrenzung von Schadstoffeintr?gen bei Bewirtschaftungsma?nahmen in der Landwirtschaft und Abfallverwertung. UBA-Texte 30/07, Umweltbundesamt, Dessau-Ro?lau

Umweltbundesamt (2015): Daten der Bundesgütegemeinschaft Kompost e.V

<>
 

Wie wirkt sich Quecksilber in der Umwelt aus?

Weder Tiere, Pflanzen noch Mikroorganismen ben?tigen Quecksilber für ihren Stoffwechsel. Ab einer bestimmten Konzentration ist Quecksilber für alle Lebewesen giftig.

In den Nahrungsnetzen der Gew?sser reichert sich Quecksilber an in Form des hochgiftigen Methyl-Quecksilbers (CH3Hg+). Tierische R?uber, die sich haupts?chlich von Fischen aus Binnengew?ssern oder aus dem Meer ern?hren, k?nnen daher kritische Werte an Quecksilber-Konzentration im K?rper erreichen. Besonders betroffen sind so genannte Spitzenpr?datoren, also Tiere an der Spitze der Nahrungsketten wie Raubfische, Greif- und Wasserv?gel, Otter und Robben. Um Raubtiere zu schützen, die sich ausschlie?lich von mit Quecksilber belasteten Fischen ern?hren, wurde das Umweltqualit?tsziel der ⁠Wasserrahmenrichtlinie⁠ für Quecksilber in Fischen auf 20 Nanogramm/Gramm Frischgewicht festgelegt. Also auf einen Wert, der deutlich niedriger ist als die Quecksilber-Lebensmittelgrenzwerte für Fische. Quecksilber sch?digt das Nervensystem, daher k?nnen Folgen dieser chronischen Belastungen Verhaltensver?nderungen der Tiere sein. Auch verminderte Fortpflanzungsraten durch Quecksilberbelastung sind bekannt.

Zum Schutz dieser Spitzenpr?datoren hat die Wasserrahmenrichtlinie für Quecksilber eine ⁠Umweltqualit?tsnorm⁠ von 20 Nanogramm pro Kilogramm Fisch festgelegt. Fast alle Fische in Deutschland überschreiten diesen Wert. Ein Risiko für Spitzenpr?datoren, die sich ausschlie?lich von Fischen ern?hren, kann also derzeit nicht ausgeschlossen werden.

In B?den ist Quecksilber in der Regel sehr fest an Humusbestandteile gebunden und reichert sich dort an. Es tritt praktisch nur in Verbindung mit gel?ster oder suspendierter organischer Substanz in das Bodenwasser über und kann dann in geringem Ma? in tiefere Bodenschichten ausgewaschen werden. Sind Kleinlebewesen (z. B. Regenwürmer) und Mikroorganismen im Boden erh?hten Quecksilberkonzentrationen ausgesetzt, kann das bodenbiologische Prozesse ver?ndern und zum Beispiel den Abbau organischer Substanz hemmen. Allerdings werden die gel?sten organischen Verbindungen kaum durch Pflanzenwurzeln aufgenommen und in die oberirdischen Pflanzenteile transportiert. Erh?hte Gehalte in Pflanzen sind in der Regel die Folge direkter Ablagerungen aus der ⁠Atmosph?re⁠. Bei dem Belastungsniveau, wie es derzeit in Deutschland verbreitet auftritt, besteht keine Gef?hrdung für Pflanzen oder für Wildtiere, die ihre Nahrung ausschlie?lich aus Land?kosystemen (Acker, W?lder, Grasland, Heiden usw.) beziehen.

Weiterführende Informationen

 

Wie wirkt sich Quecksilber auf den Menschen aus?

Quecksilber ist auch für Menschen giftig.

Für das Risiko für die allgemeine Bev?lkerung ist im Wesentlichen das organische Quecksilber relevant, das sich beispielsweise im Fisch findet. Organische Quecksilberverbindungen k?nnen aus dem Magen-Darm-Trakt sowie auch über die Haut und die Lunge zu sehr hohen Anteilen aufgenommen werden. Nach der Aufnahme wird es im K?rper verteilt und kann alle Organe erreichen. Weil es auch die Blut-Hirn-Schranke gut überwinden kann, erreicht es auch das zentrale Nervensystem, das bei chronischer Belastung haupts?chlich angegriffen wird. Bestimmte Zellen im Nervengewebe (sog. Astrozyten) sind für die Sch?digungen durch organisches Quecksilber besonders empfindlich. Bei Schwangeren kann organisches Quecksilber die Plazentabarriere passieren und dann die Entwicklung des Gehirns von ungeborenen Kindern schwer sch?digen. Auch S?uglinge und Kleinkinder sind hinsichtlich der neurotoxischen Wirkungen von Quecksilber besonders gef?hrdet, weil sie sich auch nach der Geburt in einem Stadium nicht abgeschlossener Organentwicklung befinden, welches das Nervengewebe besonders anf?llig macht.

D?mpfe von elementarem Quecksilber wirken hochtoxisch auf das zentrale Nervensystem und die Nieren. Solche Wirkungen durch metallisches Quecksilber treten in Deutschland nur sehr selten auf. Selbst an Arbeitspl?tzen, an denen mit Quecksilber gearbeitet wird, ist die Belastung mit Quecksilber sehr gering. Dies liegt an den hohen Sicherheitsstandards, die an Arbeitspl?tzen eingehalten werden müssen.

Anorganische Quecksilber-Verbindungen sind weniger gef?hrlich, da sie nicht inhaliert und nur zu geringen Teilen aufgenommen werden k?nnen. Dennoch kann die Anwendung solcher Quecksilbersalze z. B. in Salben oder auch im Rahmen einer oralen therapeutischen Anwendung (beides heute in Deutschland allerdings nicht zugelassen) zu einer relevanten Aufnahme führen. Solche Belastungen durch anorganisches Quecksilber k?nnen zu Nierensch?digungen führen.

 

Woher stammen die gegenw?rtigen Belastungen der Bev?lkerung?

Zahnfüllungen aus Amalgam sind die typische Quelle für die Belastung der Bev?lkerung mit elementarem Quecksilber und anorganischen Quecksilberverbindungen. Fisch und andere Meerestiere sind in der Regel verantwortlich für die Belastung mit organischem Quecksilber (Methyl-Quecksilber), da sich Methyl-Quecksilber in der aquatischen Nahrungskette anreichert (siehe Kapitel Wie wirkt sich Quecksilber in der Umwelt aus). Besonders hohe Methyl-Quecksilbergehalte weisen langlebige Raubfische wie Heilbutt, Schwert- oder Thunfisch auf.

Auch andere Lebensmittel wie Getreide, Gemüse oder Fleisch tragen zur Gesamtbelastung mit Quecksilber bei. Die Kontamination terrestrischer Pflanzen und Tiere kommt überwiegend von Quecksilber aus der Luft (z. B. aus Kraftwerken und Industriebetrieben), da Quecksilber aus dem Boden nicht in oberirdische Pflanzenteile gelangt.

In sehr seltenen F?llen k?nnen auch das Einatmen von Quecksilberd?mpfen bei Bruch von quecksilberhaltigen Fieberthermometern oder mehrfacher gleichzeitiger Bruch von quecksilberhaltigen Energiesparlampen oder Leuchtstoffr?hren, quecksilberhaltige Medikamente oder Altlasten als Quellen für die Allgemeinbev?lkerung in Frage kommen.

Die Belastung durch Quecksilber aus Amalgamfüllungen hat in den letzten Jahren insbesondere bei den Kindern in Deutschland stark abgenommen. Daher kommt der Problematik des Verzehrs belasteter Lebensmittel relativ gesehen eine zunehmende Bedeutung zu. Klar ist: Die weitere Verbreitung von Quecksilber muss weitgehend verhindert werden, damit es nicht zu einer st?rkeren Anreicherung in der Nahrungskette und zu einer Belastung des Menschen kommt.

 

Wie hoch ist die Bev?lkerung mit Quecksilber belastet?

Zur Beurteilung der Quecksilberkonzentrationen in Blut und Urin hat die Kommission Human-Biomonitoring (HBM) toxikologisch begründete HBM-Werte abgeleitet. Für Deutschland gilt: Weniger als ein Prozent der Bev?lkerung hat Quecksilberkonzentrationen im Blut und im Urin, bei denen eine gesundheitliche Beeintr?chtigung nicht ausreichend sicher ausgeschlossen werden kann (HBM-I-Wert). Die aktuell vorliegenden Ergebnisse der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit GerES und der Umweltprobenbank des Bundes zeigen auch, dass nur ?u?erst selten im Blut oder Urin Quecksilberkonzentrationen gemessen wurden, ab denen eine als relevant anzusehende gesundheitliche Beeintr?chtigung m?glich ist, so dass akuter Handlungsbedarf zur Reduktion der Belastung besteht (HBM-II-Wert).
Die Zeitreihen der Umweltprobenbank des Bundes zeigen, dass die Belastung der Bev?lkerung mit Quecksilber kontinuierlich abgenommen hat. Dennoch kann es in Ausnahmef?llen auch heute noch vorkommen, dass zum Beispiel durch eine besondere Form der Ern?hrung – insbesondere mit hohem Fischverzehr – bedenkliche Mengen Quecksilber aufgenommen werden.

 

Welche Ma?nahmen helfen, den Eintrag von Quecksilber in die Umwelt zu reduzieren?

Hauptursachen der heutigen Belastung sind historische Emissionen. Dennoch ist es weiterhin wichtig, weitere Eintr?ge zu vermeiden oder soweit wie m?glich zu reduzieren. Dazu geh?ren die weiteren Emissionsminderungen von Quecksilber aus Kohlekraftwerken und Industrieanlagen, der umweltsichere Umgang mit quecksilberhaltigen Abf?llen, die Sanierung von hochbelasteten Depots (z.B. die Sanierung von hochbelasteten Sedimentbereichen im Rahmen von Sedimentmanagementpl?nen) sowie der Verzicht auf die landwirtschaftliche Ausbringung von Kl?rschlamm.

International wurde auf Initiative des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (⁠UNEP⁠) die Minamata-Konvention entwickelt, die im Oktober 2013 in Kumamoto, Japan, gezeichnet wurde. Ziel der Minamata-Konvention ist es, die menschliche Gesundheit und die Umwelt vor nicht natürlichen (anthropogenen) Emissionen und Freisetzungen von Quecksilber und Quecksilberverbindungen zu schützen. Die Minamata-Konvention tritt in Kraft, wenn insgesamt 50 Signatarstaaten ratifiziert haben. Das Ratifizierungsverfahren durch die EU l?uft derzeit und wird nach erfolgreichem Abschluss das Inkrafttreten der Minamata-Konvention ausl?sen.

Die Minamata-Konvention verbietet unter anderem ab dem Jahr 2020 (Phase-Out-Zeitpunkt) die Produktion und den Import / Export quecksilberhaltiger Produkte, wie beispielsweise Batterien, elektrische Schalter und Relais, bestimmte Leuchtstofflampen, Kosmetika, ⁠Pestizide⁠ und Biozide sowie bestimmte quecksilberhaltige Messinstrumente wie z.B. Barometer, Thermometer, Hygrometer und Manometer. Zudem dürfen Quecksilberabf?lle nur unter strengen Auflagen gelagert und entsorgt werden.

Wichtige Bausteine der Konvention sind:

  • Minderung des weltweiten Angebots an Quecksilber und überwachung der Nachfrage
  • Beendigung des Quecksilberbergbaus
  • Umweltgerechte Quecksilberlagerung und der Umgang mit Altlasten und Abf?llen
  • Beendigung oder Begrenzung des Einsatzes von Quecksilber bei der kleingewerblichen Goldgewinnung, die ein wesentlicher Verbraucher von Quecksilber mit sehr hohen direkten Emissionen in die Umwelt ist
  • Verbot oder die Begrenzung des Quecksilbereinsatzes in Produkten und Industrieanlagen
  • Regulierung der Produktionsprozesse und Emissionen aus Anlagen, die Quecksilber verwenden oder freisetzen
  • Ma?nahmen beim Einsatz von Dentalamalgam?

Das Umweltbundesamt beteiligte sich aktiv an der Ausgestaltung entsprechender Leitlinien zu den besten verfügbaren Techniken und der besten Umweltschutzpraktiken zur Minderung von Quecksilberemissionen in die Luft für Industrieanlagen (Kohlekraftwerke, kohlebefeuerte Dampfkessel, Schmelz- und R?stprozesse in der Nichteisen-Metallherstellung von Blei, Zink, Kupfer und industriellem Gold, Abfallverbrennungsanlagen sowie Zementklinkerproduktionsanlagen). Im Rahmen einer internationalen Technischen Expertengruppe wurde ein entsprechender ⁠UN⁠-Leitfaden (sog. BAT/BEP Guidance Document) erarbeitet. Die betroffenen Industrieanlagen der Vertragsstaaten des Minamata-übereinkommens sollen diese Leitf?den als Orientierung zur Reduzierung der Emissionen verwenden.

Im Rahmen der Genfer Luftreinhaltekonvention der ⁠UNECE⁠ (United Nations Economic Commission for Europe) gibt es seit 1998 ein Schwermetall-Protokoll – das so genannte ?rhus-Protokoll –, das für den UNECE-Raum rechtlich bindend ist. Darin werden festgelegte Emissionsgrenzwerte für Blei, Cadmium und Quecksilber geregelt und konkrete Vorgaben zur Minderung der Emissionen gemacht. Es geht jedoch nicht über den Stand gültigen EU-Rechts hinaus.

Für quecksilberhaltige Abf?lle wurden zum Umgang und zur Lagerung mit der Quecksilber-Verordnung (EU) Nr. 1102/200827 einige Ma?nahmen europaweit rechtsverbindlich umgesetzt. Hierzu geh?ren das Verbot, metallisches Quecksilber und ausgew?hlte Quecksilberverbindungen aus der EU zu exportieren sowie die Verpflichtung, überschüssiges und bei bestimmten industriellen Prozessen (z. B. in der Chlor-Alkali-Industrie) anfallendes Quecksilber sicher als Abfall zu beseitigen. Laut der EU-Quecksilber-Verordnung darf metallisches Quecksilber zwar zeitweilig auch in übertageanlagen gelagert werden, die dauerhafte Beseitigung muss aber unter Tage erfolgen. Die technischen Anforderungen an die zeitweilige Lagerung flüssiger Quecksilberabf?lle wurden mit ?nderung der EU-Deponierichtlinie 1999/31/EU festgelegt. Im deutschen Recht wurde daraufhin die Deponieverordnung angepasst. Die technischen Anforderungen an die dauerhafte Beseitigung flüssiger Quecksilberabf?lle soll mit einer europ?ischen Verordnung geregelt werden, die die oben genannte 1102/2008 ersetzen soll und deren Entwurf von der Europ?ischen Kommission am 2.2.2016 ver?ffentlicht wurde. Eine andere Option besteht in der Verfestigung des flüssigen Quecksilbers. Ein Forschungsprojekt des ⁠UBA?Verhalten von Quecksilber (Hg) und Quecksilberverbindungen bei der untert?gigen Ablagerung in Salzformationen, insbesondere der m?glichen Mobilisierung von Hg durch salinare L?sungen“ (UBA-Texte 06/2014) hat gezeigt, dass sowohl die Dauerlagerung von metallischem Quecksilber als auch die von festem Quecksilbersulfid in den deutschen Untertagedeponien hinsichtlich Umwelt- und Gesundheitsschutz sicher m?glich und durchführbar ist.

 

Wie ist der Stand der technischen Entwicklung zur Emissionsminderung von Quecksilber in Kohlekraftwerken?

Deutsche Kohlekraftwerke emittieren Quecksilber bereits auf vergleichsweise niedrigem Niveau infolge von Mitnahmeeffekten aus dem Betrieb von Abgasreinigungsanlagen zur Minderung der Emissionen von Staub, Schwefel – und Stickstoffoxiden.

So berichten 15 Steinkohlekraftwerksbl?cke und 14 Braunkohlekraftwerksbl?cke im Rahmen der Meldung von deutschen Referenzanlagen für die Revision des europ?ischen BVT-Merkblattes Gro?feuerungsanlagen (BVT = Beste Verfügbare Techniken) die unten genannten Reingaswerte von Quecksilber für das Bezugsjahr 2010:

Steinkohlenkraftwerksbl?cke mit Inbetriebnahmen zwischen 1963 und 1992

  • acht Bl?cke überwachen ihre Quecksilberemissionen kontinuierlich und meldeten validierte Jahresmittelwerte zwischen 0,79? und 4,30 μg/m3? (Zahlenwerte im Einzelnen:? 0,79 /? 1,21? /? 1,43? /? 1,62? /? 1,97? /? 2,66? /? 3,60? / 4,30); diese Anlagen meldeten Messunsicherheiten im Bereich zwischen 0,6 und 2,32 μg/m3. (Anmerkung: Der validierte Wert ergibt sich durch Abzug der Messunsicherheit vom normierten Wert). Alle Anlagen sind mit Abgasreinigungseinrichtungen zur Minderung von Stickstoffoxidemissionen (Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion, ?SCR“), der Staubemissionen (Elektrofilter) und der Schwefeloxidemissionen (Verfahren der nassen Rauchgasentschwefelung, ?Nass-REA“) ausgestattet;
  • Weitere vier Steinkohle-Bl?cke mit SCR, E-Filter und Nass-REA meldeten Einzelmesswerte zwischen 3,20 und 5,91 μg/m3, die in drei F?llen als normiert gemeldet worden sind; in einem Fall konnte nicht gekl?rt werden, ob der gemeldete Wert normiert oder validiert ist; die Werte stellen Mittelwerte aus 3 bis 12 einzelnen Proben dar;
  • Ein Kraftwerk mit Wirbelschichtfeuerung und Gewebefilter meldete durchschnittlich 0,2 μg/m3 aus einer Einzelmessung mit 4 Proben.??

Die Steinkohlenkraftwerke waren im Berichtsjahr zum Teil bereits mit einer separaten zweiten F?llungsstufe in der REA-Abwasserreinigungsanlage ausgestattet. Diese Ma?nahme dient vor allem der Reduzierung der Kosten für die Abwasserschlammentsorgung. Sie wirkt sich aber auch positiv auf die Quecksilberemissionen in die Luft aus, wenn mit der zweiten F?llung erreicht wird, dass nur noch der quecksilberarme Teilstrom des Schlamms in die Feuerung zurückgegeben wird. Andere technische Ma?nahmen zur spezifischen Quecksilber-Emissionsminderung waren im Bezugsjahr in den Anlagen nicht installiert.

Braunkohlekraftwerksbl?cke mit Inbetriebnahmen zwischen 1972 und 2003

drei Braunkohle-Bl?cke im mitteldeutschen Revier überwachen ihre Quecksilberemissionen kontinuierlich; sie meldeten validierte Jahresmittelwerte von 14,2? und 15,0 und 17,5 μg/m3; die Messunsicherheiten lagen im Bereich zwischen 3,06 und 4,2 μg/m3. Die Anlagen sind mit? Elektrofilter und Nass-REA ausgestattet;

  • acht Braunkohle-Bl?cke im Lausitzer Revier überwachen ihre Quecksilberemissionen durch Einzelmessungen und meldeten normierte Werte von 6,5 (2 Bl?cke)? und 9 μg/m3 (6 Bl?cke). Auch diese Anlagen sind mit Elektrofilter und Nass-REA ausgestattet;
  • drei Braunkohle-Bl?cke im Rheinischen Revier, die ebenfalls mit Elektrofilter und Nass-REA ausgestattet sind, überwachten ihre Quecksilberemissionen nicht; sie meldeten Sch?tzwerte von 3 (2 Bl?cke) und 5 μg/m3 (1 Block).

Zwei Anlagen im mitteldeutschen Revier w?hlten als Bezug das Jahr 2011; es ist bekannt, dass sie im Bezugsjahr bereits quecksilberspezifische Ma?nahmen im Versuchsbetrieb erprobten, um die vormals noch h?heren Emissionskonzentrationen, teilweise verbunden mit überschreitungen der zul?ssigen Grenzwerte, zu reduzieren. Die Anlagen im Lausitzer und Rheinischen Revier betrieben im Bezugsjahr keine quecksilberspezifischen Ma?nahmen.

Diese übersicht kann als repr?sentativ für die deutschen Kohlekraftwerke in den Jahren 2010 und 2011 angesehen werden. Sie zeigt, dass es bereits eine Reihe von Kohlekraftwerken gibt, die ohne nennenswerte quecksilberspezifische Ma?nahmen schon jetzt sehr niedrige Emissionswerte weit unterhalb des derzeit zul?ssigen Grenzwertes von 0,03mg/m3 (entsprechend 30 μg/m3) erzielen, der im Tagesmittel einzuhalten ist; das trifft insbesondere für steinkohlegefeuerte Anlagen zu.
Umgekehrt gibt es Anlagen, die auch nach Ergreifung von quecksilberspezifischen Ma?nahmen derzeit noch vergleichsweise hohe Emissionen aufweisen; dies trifft insbesondere für einzelne Anlagen aus dem mitteldeutschen Revier zu.

 

Welche Quecksilber-spezifischen Emissionsminderungsma?nahmen in Kohlekraftwerken gibt es?

Eine wirksame Quecksilberemissionsminderung, die über die oben beschriebenen Mitnahmeeffekte aus der bestehenden Abgasreinigung hinausgeht, setzt sich in der Regel aus mehreren Einzelma?nahmen zusammen, die an verschiedenen Stellen der Anlage platziert sein k?nnen. Dabei unterscheidet man grob drei Gruppen von Ma?nahmen:

  • Ma?nahmen zur weitergehenden Oxidation des Quecksilbers
  • Ma?nahmen zur besseren Abscheidung von Quecksilber
  • Ma?nahmen zur Vermeidung von Re-Emissionen aus der Waschsuspension in der REA?

Ma?nahmen zur weitergehenden Oxidation des Quecksilbers

Diese Ma?nahmen führen nicht selber zur Abscheidung von Quecksilber, sondern helfen, die Bedingungen für eine Abscheidung an einer anderen Stelle der Anlage zu verbessern. Hintergrund ist, dass in der Feuerung das in dem Brennstoff enthaltene Quecksilber zu einem gro?en Teil in metallisches Quecksilber Hg0 umgewandelt wird. Dieses elementare Quecksilber l?sst sich nur schlecht abscheiden. Oxidiertes Quecksilber wie Quecksilberchlorid oder -bromid l?sst sich ungleich besser abscheiden. In allen Anlagen findet hinter dem Kessel bereits eine teilweise Oxidation ab. Das Ma? dieser ungesteuerten Oxidation wird wesentlich beeinflusst durch die natürlichen Gehalte von Schwefel, Chlor und Brom im Brennstoff, dem Temperaturverlauf im Abgaskanal hinter dem Kessel und Einrichtungen zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickstoffoxiden (SCR). Je geringer diese Einflüsse sind, umso gr??er wird die Bedeutung von Ma?nahmen zur gezielten Steigerung der Quecksilberoxidation. Zu den verfügbaren Ma?nahmen geh?ren:

  • Oxidation in der letzten Katalysatorlage durch Absenkung des NH3-überschusses;
  • Einsatz eines speziellen Oxidationskatalysators in der SCR; (wird u.a. eingesetzt in den Steinkohlekraftwerken Lünen und Staudinger);
  • Ersatz von Ammoniakwasser durch Ammoniumchloridl?sung als vor die SCR einzudüsendes NOx-Reduktionsmittel;
  • Einsatz von Brom in Form von einer Calcium- oder Magnesiumbromidl?sung als Zugabe zur Kohle.??

Abgesehen vom Oxidationskatalysator sind die Ma?nahmen wenig kostenintensiv, da nur geringe Mengen an Betriebsstoffen im Vergleich zu Schwefelminderungsma?nahmen ben?tigt werden (Faktor 100.000 kleiner).

Ma?nahmen zur Verbesserung der Abscheidung von Quecksilber

Hierzu geh?ren sowohl adsorptiv wie absorptiv wirkende Verfahren:

  • Eindüsung von Aktivkohle vor dem Elektrofilter
  • Eindüsung von Aktivkohle nach dem Elektrofilter und Abscheidung durch einen nachgeschalteten Gewebefilter
  • Einbau von Füllk?rpern (sog. Trays) in den W?scher für Rauchgasentschwefelung (REA)

Nachteil der Eindüsung von Aktivkohle vor dem Elektrofilter ist, dass dort abgeschiedene Flugasche infolge des erh?hten Kohlenstoffgehaltes m?glicherweise nicht mehr vermarktbar ist. Zudem müssen m?gliche Einschr?nkungen von Verwertungsma?nahmen der Flugasche vor dem Hintergrund ihres erh?hten Hg-Gehaltes geprüft werden.

Die Eindüsung von Aktivkohle nach Elektrofilter und der nachtr?gliche Einbau eines Gewebefilters zur Abscheidung der Hg-beladenen Aktivkohlepartikel vermeidet diese Nachteile, d.h., die im Elektrofilter abgeschiedene Flugasche kann in dem bisher zul?ssigen Ma?e weiterhin verwertet werden. Weiterer Vorteil ist, dass ein Eintrag von Quecksilber in den REA-Gips weitgehend vermieden werden kann (diesen Vorteil bietet auch die Eindüsung von Aktivkohle vor dem Elektrofilter). Je nach den bestehenden baulichen Verh?ltnissen zwischen Elektrofilter und nasser REA kann der nachtr?gliche Einbau eines Gewebefilters k?nnen vergleichsweise hohe Investitionskosten anfallen. Alternativ kann die Eindüsung von Aktivkohle auch hinter der REA erfolgen; der Gewebefilter zur Abscheidung der quecksilberbeladenen Aktivkohle ist dann zwischen REA und Reingasableitung zu installieren.
Die Füllk?rper wurden ursprünglich entwickelt, um bestehende REAs in die Lage zu versetzen, auch versch?rfte SO2-Grenzwerte sicher einhalten zu k?nnen. Sie helfen, die Kontaktoberfl?chen in den W?schern zu vergr??ern und damit den Stoffaustausch zu intensivieren. Dies kann die absorptive Abscheidung von oxidiertem Quecksilber in der REA unterstützen. Da der Einbau in vorhandene W?scher erfolgt und hierzu lediglich Anpassungsma?nahmen notwendig sind für die Integration des Füllk?rpers, sind die Kosten der Ma?nahme als moderat einzustufen. Erfolgt seine Installation zum Zwecke einer verbesserten Schwefeloxidabscheidung, fallen keine der Quecksilberminderung zuzurechnenden Kosten an.
Vielversprechend erscheint eine technische Neuentwicklung, die den Einbau eines Fluor-Polymer basierten Abscheiders im oberen Bereich des REA-W?schers – also trocken - vorsieht. Das modular aufgebaute System soll ohne Zugabe von Brom und ohne Zugabe von Aktivkohle in der Lage sein, über 90 Prozent des Quecksilbers – auch des metallischen Quecksilbers Hg0 – durch Adsorption sicher zu binden. Der Hersteller gibt an, dass das System Quecksilber bis zu etwa 5 Prozent seines Eigengewichts ohne Minderung des Abscheidegrades binden kann, entsprechend einer Nutzungsdauer von bis zu 10 Jahren in einem durchschnittlichen Steinkohlekraftwerk. Danach ist das Modul als Sonderabfall sicher endzulagern. Nach Angabe des Anbieters wurde das System bisher in den USA an einzelnen Anlagen erprobt. Wenn der Abscheider in einen bestehenden REA-W?scher eingebaut werden kann, k?nnen auch hier eher moderate Kosten erwartet werden, etwa vergleichbar mit den Kosten für einen Oxidationskatalysator zum Einbau in eine bereits bestehende SCR-Einrichtung.

Ma?nahmen zur Vermeidung der Re-⁠Emission

Diese Ma?nahmen sind überall dort überlegenswert, wo im REA-W?scher eine merkliche Reduzierung von bereits oxidiertem Quecksilber beobachtet werden kann. Dieses verl?sst den W?scher und tr?gt zu einer erh?hten Quecksilberkonzentration im Reingas bei. Zur Unterdrückung einer Re-Emission kommen die nachfolgenden Ma?nahmen in Frage, einzeln oder in Kombination:

  • Vermehrte Zugabe von Oxidationsluft zur REA (W?schersumpf)
  • Sicherstellung eines m?glichst hohen Chlorid-Gehaltes im Waschwasser (gleichbedeutend mit weniger REA-Abwasser)
  • Zugabe von Aktivkohle in die W?schersuspension mit dem Ziel der adsorptiven Bindung von Quecksilber
  • Zugabe von Quecksilber-F?llungsmitteln in die W?schersuspension (TMT 15: gebrauchsfertige w?ssrige L?sung mit 15 Prozent Wirkstoffgehalt des Organosulfids Trimercapto–s-triazin)
  • Separate Kreislaufführung des REA-Wassers mit kontinuierlicher Hg-Ausf?llung

Die beiden ersten Ma?nahmen sind praktisch kostenneutral. Für die Zugabe von Aktivkohle in die W?schersuspension werden angesichts der geringen Verbrauchsmengen auch nur geringe Anlagen- und Betriebskosten erwartet. So lag der Verbrauch eines Heizkraftwerkes, in dem das Verfahren gro?technisch erprobt worden ist, bei weniger als 50 kg Aktivkohle pro Tag. Die Zugabe von TMT 15 wurde am Standort Lippendorf erprobt. In Verbindung mit Anpassungen an der Feinteilausschleusung (separater Kreislauf, um die sedimentierten Feinteile im REA-Sumpf, die als Quecksilber-Senke fungieren, kontinuierlich abziehen zu k?nnen) konnte in einem 10 monatigen Langzeitversuch eine durchschnittliche Quecksilberminderung von ca. 80 Prozent erzielt werden. Am Standort Lippendorf wurde dieses Verfahren nach einer vierj?hrigen Phase der Erprobung auch anderer Ma?nahmen für den Dauerbetrieb gew?hlt.

 

Welche Emissionsgrenzwerte sind in Kohlekraftwerken erreichbar?

Es gibt keine technischen Standardl?sungen für niedrige Quecksilberemissionen. Die baulichen, betrieblichen und brenn- und einsatzstoffspezifischen Bedingungen k?nnen sehr unterschiedlich sein, so dass letztlich für jede Anlage individuelle L?sungen erarbeitet werden müssen. Generell ist dabei zu beachten, dass blo?e Verlagerungseffekte in andere Medien wie Wasser/Abwasser oder den REA-Gips vermieden werden. Das in den Kohlen enthaltene Quecksilber soll weitestgehend immobilisiert werden und damit ein Eintrag in die medialen Stoffkreisl?ufe so weit wie m?glich unterbunden werden.

Ausgehend von den niedrigen Emissionswerten, die die gro?en Steinkohlekraftwerke bereits ohne quecksilberspezifische Ma?nahmen schon jetzt erreichen, werden diese Anlagen Jahresmittelwerte von unter 1 μg/m3 durch Einsatz von kostengünstigen quecksilberspezifischen Ma?nahmen sicher und zeitnah erreichen k?nnen.

Dies gilt auch für einen Teil der Braunkohlekraftwerke. Einzelne Braunkohlekraftwerke werden jedoch voraussichtlich zu zeit- und kostenintensiveren Ma?nahmen greifen müssen auf dem Weg zu Jahresmittelwerten unter 1 μg/m3.

Teilen:
Artikel:
Drucken Senden
Schlagworte:
 Quecksilber (Hg)  Quecksilber