Über Ozon

Es folgt eine kurze Einführung in das Thema Ozon, welche die Informationen über Eigenschaften, Grenzwerte und Regulierung, gesundheitliche Auswirkungen und kommerzielle Anwendungen von Ozon zusammenfasst.

Ozon kommt in der Natur vor – teils als schützende Schicht gegen ultraviolette Strahlung in der Stratosphäre und teils als bodennahes Ozon in der Atmosphäre. Ozon wird oft mit der Umweltgefahr, der Ausdünnung der Ozonschicht und einem erhöhten Gehalt von bodennahem Ozon in Verbindung gebracht.

Fakt ist, dass Ozon in vielen industriellen Prozessen genutzt wird, um Luft und Wasser zu desinfizieren. Ozon ist ein hochreaktives Molekül, das aufgrund seiner stark oxidierenden Eigenschaften sehr gefragt ist. Seine Verwendung in der Aufbereitung ist ein hinlänglich erprobtes Verfahren.

Ozongeneratoren und Ozongeräte werden zur Geruchsbeseitigung in Restaurants, Küchen, Müllräumen und Hygieneräumen sowie zur Rauch-/Luftsanierung von Fahrzeugen, Hotelzimmern und Wohnungen verwendet.

„Verschiedene” Arten von Ozon
Es ist wichtig, zwischen industriellem Ozon, bodennahem Ozon und dem Ozon in der Stratosphäre zu unterscheiden.

Stratosphärisches Ozon wird in der Atmosphäre mithilfe der Sonne als Energiequelle gebildet. Wenn man über das Ozonloch spricht, bedeutet dies, dass sich das durch Sonneneinstrahlung in der Atmosphäre gebildete Ozon verringert hat. Die Hauptursache für die Ausdünnung der Ozonschicht in der Stratosphäre ist die Verwendung von Chlorfluorkohlenwasserstoffen, die das Ozon oxidieren (zersetzen), wenn sie die Stratosphäre erreichen.

Die Bildung von bodennahem Ozon ist zum Teil ein natürlicher Prozess. Ozon bildet sich bei elektrischen Entladungen in Blitzen im Falle von Gewittern und durch natürliche photochemische Reaktionen (z.B. Terpene, die von Nadelwäldern abgegeben werden). Die erhöhte Menge bodennahen Ozons, die als Umweltproblem gilt, entsteht bei Reaktionen zwischen dem Sonnenlicht und Gasen wie Stickstoffoxiden und flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen. Häufig wird dafür die Bezeichnung Nox beziehungsweise VOC (Volatile Organic Compounds) verwendet.

Stickstoffoxide, Kohlenwasserstoff und Ozon kommen natürlicherweise in der Atmosphäre vor. Der Gehalt an Stickstoffoxiden und Kohlenwasserstoff in der Luft ist durch die umfassenden verschmutzenden Emissionen von heute gestiegen.

Dadurch ist auch der Ozongehalt in der bodennahen Luftschicht angestiegen. In Europa hat er sich seit Ende des 18. Jahrhunderts nahezu verdoppelt. Seit den 70er Jahren stieg der Ozongehalt um ca. 1 Prozent im Jahr. Erst in den letzten Jahren scheint die Zunahme zu stocken.

Gesundheitliche Auswirkungen
Ozon ist eine stark oxidierende Substanz, vor der man Respekt, nicht jedoch Angst haben sollte. Wie alle anderen oxidierenden Stoffe (z.B. Chlor und Wasserstoffperoxid) ist Ozon über gewisse Grenzwerte hinaus giftig. Natürlicherweise kommt Ozon in unserer Umwelt zu einem Gehalt von ungefähr 0.01 – 0.15 ppm (~ 0.3 mg/m3) vor. In urbanisierten Gegenden kann der Gehalt sogar bei bis zu 1.0 ppm liegen. Entsprechend kann man sagen, dass elektrisch betriebene Maschinen, Motoren und Transformatoren einen Ozongehalt von 0.5 ppm erzeugen.

Ein Vorteil von Ozon liegt in seinem spezifischen Geruch. Man erkennt ihn lange, bevor er sich einem Schwellenwert von 0,1 ppm nähert. Folglich wird man stets wissen, dass man eine Umgebung mit erhöhtem Ozongehalt betritt. So kann man dies auch vermeiden.

Symptome bei Menschen, die erhöhten Ozonwerten ausgesetzt sind:

› 0.1-1 ppm Kopfschmerzen, Halstrockenheit, Augenreizung
› 1-100 ppm
asthmaähnliche Symptome, Müdigkeit, Appetitlosigkeit

Wenn man kurzfristig einer zu hohen Dosis Ozon ausgesetzt ist, treten häufig Halsreizungen und Husten auf. Die Beschwerden sind jedoch nicht chronisch, sondern verschwinden nach einigen Stunden wieder.

Seit über 100 Jahren wird Ozon kommerziell genutzt und es gibt keine Berichte über Todesfälle in Zusammenhang mit Ozon-Exposition.

Man sollte sich an die Bestimmungen und Gesetze halten, die für die Nutzung von Ozon gelten. Ein einfacher Weg, um das Überschreiten von Grenzwerten zu vermeiden, ist die Verwendung eines Ozonmessgerätes. Dieses kann in der Regel so eingestellt werden, dass es vor einem erhöhten Ozongehalt warnt. Das ist eine einfache Sicherheitsmaßnahme zur Gewährleistung der Sicherheit am Arbeitsplatz.

Hygienische Grenzwerte für Ozon:
Schwellengrenzwert (8 Stunden)     = 0,1 ppm
Obergrenzwert (15 Minuten)    = 0,3 ppm
(ppm = parts per million)

Ozonfakten
Ozon ist ein aus drei Sauerstoffatomen bestehendes, als O3 bezeichnetes Molekül, das im Naturkreislauf vorkommt. Auf großer Höhe in der Stratosphäre, 10-50 km über der Erdoberfläche, wird ein Teil der in der Luft vorhandenen Sauerstoffmoleküle (O2) vom Sonnenlicht in Ozon umgewandelt. Dabei wird die natürliche Ozonschicht geschaffen, die ultraviolettes Sonnenlicht absorbiert, die sogenannte UVB-Strahlung (Strahlung im Wellenlängenbereich von 280–315 nm). Diese Ozonschicht ist die Voraussetzung für Leben auf der Erde.

Industriell hergestelltes Ozon wird in Ozongeneratoren mithilfe von UV-Licht oder Koronaentladung erzeugt. Als Basis dient Trockenluft oder Sauerstoff (O2), dem man Energie zuführt.

Das Sauerstoffmolekül wird in zwei Sauerstoffatome aufgespalten. Die Sauerstoffatome vereinen sich daraufhin mit einem anderen Sauerstoffmolekül. Man erhält somit ein Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht – Ozon.

Das Ozonmolekül hat starkes Oxidationspotential. Das bedeutet, es reagiert leicht mit anderen Molekülen, spaltet diese auf oder wandelt sie um. Das Ozonmolekül ist eine instabile Verbindung. Das heißt, sollte das Ozonmolekül auf keine andere oxidationsfähige Verbindung treffen, bilden sich die Sauerstoffmoleküle des Ozons zurück. Die Lebensdauer des Ozons variiert zwischen einigen Minuten und einige Stunden, abhängig von Temperatur, Druck, Verschmutzungsgrad etc.

Es gibt Bestimmungen und Gesetze, die dazu dienen, die Umgebung vor Ozon-Exposition zu schützen. Das industrielle Ozon, welches in Ozongeneratoren z.B. für die Reinigung von Wasser und Luft oder für andere Prozesse hergestellt wird, gelangt nicht in die Umwelt. Bei industriellen Prozessen vermeidet man die Freisetzung des industriell produzierten Ozons in die Natur.

In den meisten Anlagen zur industriellen Erzeugung von Ozon werden katalytische Konverter eingesetzt, die bewirken, dass das Ozon innerhalb von Sekunden erneut zu Ozon wird. Bei diesem Prozess wird die Bildungsenergie in Form von Wärme zurückgeführt. Die Katalyse erfolgt vor allem durch katalytische Umwandlung, dadurch, dass der Ozonüberschuss einen Zerstörer passiert (z.B. Manganoxid, Aktivkohle) oder durch eine thermische Zersetzung. Das Restprodukt ist Sauerstoff.

Da Ozon ein instabiles Molekül ist und spontan zerfällt, muss es „vor Ort“ generiert werden. Dies ist ein Vorteil, da so mögliche Probleme bei Lagerung und Transport von Gasen vermieden werden.

Die Verwendung von Ozon erweist sich im Vergleich zu anderen Chemikalien wie beispielsweise Chlor als umweltfreundlichere Alternative für solche Anwendungen. Doch auch wenn Ozon in den meisten Fällen die deutlich bessere Lösung als Chemikalien ist, sollten wir den Respekt davor nicht verlieren.

Es ist wichtig zu wissen, dass Ozon, das zur Wasserdesinfizierung verwendet wird, häufig Konzentrationen von bis zu 200 000 PPM erreicht. Trifft das Ozon auf Wasser, reduziert sich diese Konzentration auf wenige PPM. Bei einer späteren Wiederabgabe an die Luft stellt man kaum je einen Wert von über 0.1 PPM fest. Nach kurzer Zeit im Wasser gibt es darin keine Ozonreste mehr.

Grenzwerte/Regulierung
1997 erhielt Ozon von der US-amerikanischen FDA (Food and Drug Administration) den GRAS-Status (Generally Recognized As Safe) für die Anwendung in der Lebensmittelindustrie. Diese Klassifikation beinhaltet, dass Ozon für die Sanierung und Desinfektion von Lebensmitteln zugelassen ist, wenn es in Mengen und für Anwendungen genutzt wird, die den GMP (Good Manufacturing Practises) entsprechen. In Übereinstimmung mit Gesetzen und Bestimmungen für Umwelt, Menschen und Qualität wenden heute zahlreiche Lebens- und Arzneimittelherstellern GMP an.

Schon bevor Ozon den GRAS-Status erhielt, wurde es in der Lebensmittelindustrie verwendet. Der Grund dafür ist, dass Ozon klare Vorteile im Vergleich etwa zu Chlor bietet. Ozon hinterlässt nach der Anwendung keine gefährlichen Nebenprodukte, die bei der Anwendung von Chlor entstehen können.

Bei der Anwendung von Ozon regelt ein Grenzwert, wie viel Ozon in die Umgebungsluft gelangen darf. Die hygienischen Grenzwerte für Ozon liegen bei 0,1 ppm als Niveaugrenze und 0,3 ppm als Obergrenze. Die Höchstgrenze nimmt Bezug auf die Ozon-Exposition während eines Arbeitstages, die Obergrenze auf die Ozon-Exposition innerhalb von fünfzehn Minuten.

Die Eigenschaften von Ozon

  • Chemischer Name: Ozon
  • Aussehen: farbloses Gas bei Raumtemperatur
  • Geruch: scharf stechend, „chlorartig”
  • Summenformel: O3
  • CAS-Nummer: 10028-15-6
  • Molekülgewicht: 48.0 g/mol
  • Dichte
    Gas: 2.144 kg/m3 (bei NTP)
    Flüssigkeit: 1574 kg/m3 (bei -183ºC)
    Feststoff: 1728 kg/m3
  • Wasserlöslichkeit: 4.9 ml/l (bei 0ºC)
  • Siedepunkt: -111.9ºC (bei 1 atm)
  • Schmelzpunkt: -192.5ºC (bei 1 atm)
  • Kritische Temperatur: -12.1ºC
  • Kritischer Druck: 5460 kPa
  • Dampfbildung, Wärme: 681 kJ/m3 (bei NTP)

Kommerzielle Anwendungen

Beispiele für die Anwendung von Ozon:

  • Brandsanierung: Beseitigung von Rauchgeruch
  • Immobilien: Geruchsbeseitigung in Wohnungen und Abfallräumen
  • Fischindustrie: Geruchsreduktion und Wasseraufbereitung
  • Fahrzeuge: Beseitigung von Rauch-, Schimmel- und Tiergeruch
  • Gummi- und Kunststoffindustrie: Bekämpfung von Gerüchen
  • Hotels: Beseitigung von Rauch-, Parfüm- und Körpergeruch
  • Lebensmittelindustrie: Geruchsreduktion, Bakterienbekämpfung
  • Marine: Aufbereitung von Abluft und von Schwarz- und Grauwasser
  • Papierindustrie: Bleichen von Papiermasse, Geruchsreduktion
  • Pumpstationen: Geruchsbekämpfung
  • Restaurants: Geruchsreduzierung in Abfallräumen sowie Abluftaufbereitung
  • Abfallräume: dauerhafte Geruchsbeseitigung, Bakterienbekämpfung
  • Ställe: Geruchsbeseitigung, Reduzierung von Ammoniak und Sulfaten
  • Wasserschadensanierung: Geruchsreduktion und Schimmelreduzierung
  • Wasserwerk: Trinkwasseraufbereitung

Schauen Sie unseren Film über die Nutzung von Ozon

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