Welche gase sind in wassr von bedeutung

Entstehung und Emission saurer Gase

Die fossilen Brennstoffe Erdöl und Kohle enthalten bis zu 2% organisch gebundenen Schwefel und Stickstoff, einige Erdölsorten sogar bis zu 7 % Schwefel. Bei der Verbrennung wird dieser Schwefel zu Schwefeldioxid oxidiert.
Bei hohen Temperaturen wird Stickstoff aus dem Brennstoff und aus der Luft hauptsächlich zum Stickstoffmonooxid (NO), daneben auch etwas zu Stickstoffdioxid oxidiert. Das Gemisch beider Stickstoffoxide bezeichnet man als Stickoxide, deren Bildung und Emission stark von der Verbrennungstemperatur abhängt. Daneben entstehen bei der Verbrennung noch große Mengen an Kohlenstoffoxiden (CO und CO2).

Diese Gase bilden mit Wasser Säuren und werden deshalb als saure Gase bezeichnet.

Die größten Emissionen von SO2 stammten aus den Kraftwerken. Durch den Einsatz von Rauchgasentschwefelungsanlagen in den Kraftwerken konnten diese Emissionen seit den 70iger Jahren drastisch verringert werden.
Bei den NOx-Emissionen waren Kraftwerke und der Verkehr Hauptverursacher. Die Emissionen der Kraftwerke wurden durch den Bau von sogenannten DENOX-Anlagen stark verringert. In diesen Anlagen werden die Stickstoffoxide mit Ammoniak zu ökologisch unbedenklichem Stickstoff reduziert. Die Freisetzung von Stickstoffoxiden im Straßenverkehr vermindern sich trotz Abgaskatalysatoren in Pkws nur wenig.

Emissionen saurer Gase in Gesamtdeutschland von 1970 bis 2007 in Mio. Tonnen

Wirkung saurer Gase in der Umwelt

Besonders gravierend sind die Auswirkungen des Schwefeldioxids und der Stickstoffoxide in der Atmosphäre.
Erhöhte SO2-Konzentrationen in der Umwelt beeinträchtigen das Wachstum von Pflanzen und die Gesundheit von Menschen. Besonders drastisch waren die Auswirkungen 1952 in London, wo infolge hoher SO2- und Staubgehalte in der Luft (sogenannter Smog) in wenigen Tagen rund 4 000 Menschen mehr als üblich starben.
Das Schwefeldioxid löst sich zudem im Wolkenwasser, es bildet sich schweflige Säure, die dann durch Luftsauerstoff zu Schwefelsäure oxidiert wird.

SO2 + H2O → H2SO3H2SO3 + 2 H2O → 2 H3O+ + SO32-

2 SO 2 + O2 + H2O → 2 H2SO4H2SO4 + 2 H2O → 2 H3O+ + SO42-

Auch das NO wird in der Luft zu NO2 oxidiert, welches dann mit Luftfeuchtigkeit unter Bildung von Salpetersäure regiert.

2 NO + O2→ 2 NO24 NO2 + 2 H2O + O2→ 4 HNO3HNO3 + H2O → H3O+ + NO3-

Die Säuren werden mit dem Regen ausgewaschen wodurch der pH-Wert des Niederschlags sinkt und man vom sauren Regen spricht.
„Sauberer“ Regen weist pH-Werte um 5,6 auf, ist also schwach sauer. Der natürliche Säuregehalt wird verursacht durch den Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft. Auch CO2 löst sich in Wasser und reagiert teilweise zur schwachen Kohlensäure.

CO2 + H2O → H2CO3H2CO3 + 2 H2O→ 2 H3O+ + CO32-

In Deutschland wurden in den 80er- und 90er-Jahren jedoch pH-Werte des Regens zwischen 4,0 und 4,5 gemessen, d. h. die 10- bis 40-fache Säurekonzentration im Vergleich zu „sauberen“ Regen. In Schottland traten sogar Spitzenwerte von pH = 2,4 auf, das entspricht der 1 000-fachen natürlichen Säurekonzentration!

Durch die hohen Schornsteine der Kraftwerke werden emittiertes SO2 und NOx weiträumig verteilt. Sie können über mehr als 1 000 km vom Emissionsort entfernt dann als saurer Regen niedergehen. So versauerten in der Vergangenheit in Skandinavien viele Seen aufgrund der SO2 -Emissionen aus Westeuropa bei bevorzugter Südwest-Windströmung. In Schweden wurden so etwa 18 000 Seen, das sind ca. 20 % der Seen übersäuert, weil der pH-Wert unter 5,8 sank. Viele Fische reagieren empfindlich auf die Versauerung der Gewässer. Bereits bei pH-Werten unter 6 kommt es zu einem Rückgang der Fischpopulation und bei pH-Werten unter 5 können keine Fische mehr in den Gewässern leben.

Das Kyoto-Protokoll nennt sechs Treibhausgase: Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), und Lachgas (N2O) sowie die fluorierten Treibhausgase (F-Gase): wasserstoffhaltige Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), perfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW), und Schwefelhexafluorid (SF6). Ab 2015 wird Stickstofftrifluorid (NF3) zusätzlich einbezogen. Diese können durch Anwendung der sogenannten GWP-Werte (aktuell die des Vierten Sachstandsberichtes der ⁠IPCC⁠ im 100-Jahrehorizont) miteinander normiert werden. In Deutschland entfallen 87,1% Prozent der Freisetzung von Treibhausgasen auf Kohlendioxid, 6,5 Prozent auf Methan, 4,6 Prozent auf Lachgas und rund 1,7 Prozent auf die F-Gase (im Jahr 2020).

Kohlendioxid

Kohlendioxid ist ein geruch- und farbloses Gas, das aus sehr stabilen Molekülen besteht. Anthropogenes Kohlendioxid entsteht unter anderem bei der Verbrennung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) und macht den Großteil des vom Menschen zusätzlich verursachten Treibhauseffektes aus. Quellen sind vor allem die Strom- und Wärmeerzeugung, Haushalte und Kleinverbraucher, der Verkehr und die industrielle Produktion. Zusätzlich in die Erdatmosphäre ⁠anthropogen⁠ emittiertes Kohlendioxid wird durch die natürlichen physikalischen und biogeochemischen Prozesse im Erdsystem nur sehr langsam abgebaut. Nach 1000 Jahren sind davon noch etwa 15 bis 40 Prozent in der ⁠Atmosphäre⁠ übrig. Der gesamte Abbau dauert jedoch mehrere hunderttausend Jahre.

Methan

Methan ist ein geruch- und farbloses, hochentzündliches Gas. Die durchschnittliche Lebenszeit in der Atmosphäre beträgt um die 12,4 Jahre, wesentlich kürzer als die von CO2. Trotzdem macht es einen substanziellen Teil des menschgemachten Treibhauseffektes aus, denn das Gas ist 25-mal so wirksam wie Kohlendioxid. Methan entsteht immer dort, wo organisches Material unter Luftausschluss abgebaut wird. In Deutschland vor allem in der Land- und Forstwirtschaft, insbesondere bei der Massentierhaltung. Eine weitere Quelle sind Klärwerke und Mülldeponien.

Lachgas (Distickstoffoxid)

Lachgas ist ein farbloses, süßlich riechendes Gas. Die durchschnittliche Lebenszeit in der Atmosphäre beträgt etwa 121 Jahre. Es gelangt vor allem über stickstoffhaltigen Dünger und die Massentierhaltung in die Atmosphäre, denn es entsteht immer dann, wenn Mikroorganismen stickstoffhaltige Verbindungen im Boden abbauen. In der Industrie entsteht es vor allem bei chemischen Prozessen (u.a. der Düngemittelproduktion und der Kunststoffindustrie). Das Gas kommt in der Atmosphäre zwar nur in Spuren vor, ist aber 298-mal so wirksam wie CO2 und macht daher einen auf die Menge bezogen überproportionalen Teil des anthropogenen Treibhauseffektes aus.

F-Gase (HFKW, FKW, SF6, NF3)

Viele fluorierte Kohlenwasserstoffverbindungen (F-Gase) sind selbst im Vergleich zu Methan und Lachgas extrem treibhauswirksam. Auch ihre Verweildauer in der ⁠Atmosphäre⁠ ist enorm lang. Im Gegensatz zu den übrigen Treibhausgasen kommen Fluorkohlenwasserstoffe in der Natur nicht vor. F-Gase werden produziert um als Treibgas, Kühl- und Löschmittel oder Bestandteil von Schallschutzscheiben (insbesondere SF6) eingesetzt zu werden. Emissionen können im Wesentlichen durch Vermeidung, sachgerechte Entsorgung und durch Wiederverwendung gemindert werden.

Welche Gase gibt es im Wasser?

Was ist in Wasser enthalten?

Wie verhalten sich Gase in Wasser?

Was gibt es alles für Gase?