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1.1 Mensch und Umwelt • Grundlagen
1 Einführung
Jakob von Uexküll (1864 - 1944), deutscher Biologe, Einführung des Begriffs Umwelt in die Naturwissen- wissenschaften Umwelt ist die Gesamtheit aller direkten und indirekten Einwirkungen (Umweltfaktoren, ökologische Faktoren) auf die Lebewesen, die deren Lebens- umstände beeinflussen.
Wassere
Boden
Luft
Hauptkomponenten der Umwelt
Lebe-wesen
System Umwelt
Systembegriff
- System mehr als die Summe der Teile
- Netz von Wechselwirkungen, isolierte Betrachtung nicht sinnvoll System Umwelt – Biosphäre1)
- Hauptkomponenten Wasser, Boden, Luft, Lebewesen und Klima
- Mensch inzwischen bestimmende Grö- ße (Industrialisierung, Landwirtschaft)
- Umweltbelastung als Gesamtheit stö- render Umweltfaktoren (anthropogene Eingriffe)
1)Raum, in dem Leben vorkommt
Mensch
Tier
Luft
Wassere
Pflanze
Boden
Beziehungen im System Umwelt
� Mensch beeinflusst das System
Systematik der Umweltbelastungen
� Umweltprobleme von Menschen verursacht!
1)ff. 2)
� 2.1 - 2.4, 4.1 - 4.6 3)
� 4.3
Belastungen durch Verbrauch von Lebensraum1)
Stoffliche Belastungen der Umwelt2)
Industrie-anlagen
Landwirt-schaft
Verkehr Wohnen Freizeit Luft Boden Wasser
Wärme
Physikalische Belastungen der Umwelt3)
Lärm
Strahlung
Rohstoffe, Baustoffe und Bauwerke im System Umwelt - einige Aspekte
� Mensch greift mit Bauprodukten und Bauwerken ins System Umwelt ein.
Fläche
Transport
Baustoffe
Energie
Emission Bauwerke
Versiegelung
Standzeit
Schadstoffe
Korrosion
Abfall
Rohstoffe Recycling
Mensch
Baustoff Umwelt
Bauwerk
Verkehr
Energie- Verbrauch
Stoffliche Belastung
Grundwasserverlust
Überschwemmungen
Artensterben
Zersiedelung
Infrastruktur-kosten
Verlärmung
Verlust von Acker- und Weidefläche
Bau
wer
ke
Rohstoffverbrauch Flächenverbrauch Lärm
Bau
stof
fe
Energieverbrauch Emissionen
Besonderheiten einzelner Roh- und Baustoffe
Rohstoff Baustoff Ökologische Aspekte
Naturstein Naturstein Transport, Naturzerstörung, Strahlung, Dauerhaftigkeit
Sand, Kalk, Soda Glas Rohstoffverbrauch, Energieverbrauch, bis 90 % Altglas- recycling
Kalkstein, Gipsstein Kalkstein, Ton
Kalk, Gips Zement
Lärm, Staub, Transport, Flächenverbrauch, hoher Energieverbrauch (Brennen, Zementherstellung), Emission, REA-Gips
Kies, Sand Kies und Sand Lärm, Staub, Transport, Flächenverbrauch, Renaturierung, Unterhaltung Baggerseen
Erz, Steinkohle Eisen, Stahl Rohstoffverbrauch, Energieverbrauch, Emission, Schadstoffbelastung, "Urban mining"
Erdöl Bitumen Rohstoffverbrauch, Energieaufwand, Schadstoffbelastung temperaturabhängig (PAK > 100 °C)
Bindemittel, Füllstoffe
Beschichtungen Schutzfunktion, Dauerhaftigkeit, Schadstoffbelastung, Lösungsmittel
Erdöl, Erdgas Kunststoffe Rohstoffverbrauch, Emission, Schadstoffbelastung, Recycling, Energierückgewinnung
unterschiedlich Dämmstoffe Senkung Energieverbrauch und Emission, Fasern
Nutzholz Holz Nachwachsender Rohstoff, Begriff der Nachhaltigkeit, Holzschutzmittel
Infrastrukturkosten Artensterben
Lärm
Verkehr
Grundwasserverlust
Zersiedelung Überschwemmungen
Energie- verbrauch
Verlust von Acker- und Weidefläche
Stoffliche Belastung
Versiegelung
Versiegelung
Auswaschung
Bau
wer
ke
Zusammenhänge zwischen wichtigen Roh- und Baustoffen
Abbau von Sand SiO2
Abbau von Kalk CaCO3
Abbau von Ton Al2O3 ⋅ 2 SiO2(aq)
Abbau von Steinsalz NaCl
Herstellung von Soda 2 NaCl + CaCO3 � Na2CO3 + CaCl2
Herstellung von Bauglas SiO2 CaCO3 � CaO + CO2 Na2CO3 � Na2O + CO2
Herstellung von Brannt- und Löschkalk CaCO3 � CaO + H2O CaO + H2O � Ca(OH)2
Gewinnung von REA- Gips CaCO3 + SO2 + ½ O2
2 H2O � CaSO4 ⋅ 2 H2O + CO2 oder Einsatz von CaO
Produktion von Kalksand-stein und Porenbeton SiO2 CaO � CSH-Phasen H2O
Herstellung tonkera-mischer Erzeugnisse Al2O3 ⋅ 2 SiO2(aq) SiO2
Herstellung von Zement, Mörtel und Beton CaCO3 SiO2 Al2O3 ⋅ 2 SiO2(aq)
Herstellung von Gipsprodukten CaSO4 ⋅ 2 H2O SiO2
Systemeinfluss menschlicher Tätigkeit - Beispiel Energieerzeugung Konventionelle Kraftwerke: - elektrischer Strom - 30 % ≤ η ≤ 60 %
Kraft-Wärme-Kopplung: - elektrischer Strom + Fern- / Prozesswärme - 60 % ≤ η ≤ 90 %
� verringerter Brennstoffbedarf � weniger CO2-Emission Betrieb mit Kohle (C): C + O2 � CO2 ∆H1
0 = - 393 kJ/mol
Betrieb mit Methan (CH4): CH4 + 2 O2 � CO2 + 2 H2O ∆H20 = - 802 kJ/mol
∆H2
0/ ∆H20 = - 802 / -393 = 2,04
Komplexe Vernetzung von Stoffen im System Umwelt – Beispiel Ozonbildung und Ozonabbau in der Luft
• Situation in der Gegenwart
- Plünderung der Ressourcen
- Industrialisierung der Landwirtschaft, Massentierhaltung
- Zunahme von Transport und Verkehr
- Abholzung der Regenwälder
- Luft-, Wasser- und Bodenverschmut- zung, Erosion und Wüstenbildung
- Klimawandel
- Bevölkerungswachstum
Einige Ressourcen � Wasser Erde nur 2,5 % Süßwasser, nur 1 % nutzbar, Problem Wasserknappheit, Wasserverschmutzung, Gefahr von Kriegen
� Phosphat Mangel bereits in wenigen Jahrzehnten, Vorräte noch 50 - 100 Jahre, Trennung von Ackerbau und Viehzucht, keine geschlossenen Kreisläufe, Notwendigkeit des Recycling (Klärschlamm, Fäkalien)
� Kohle heute bekannte Vorräte reichen noch 100 Jahre, Rohstoff zur Energieerzeu- gung, 2. Stelle hinter Öl, 1. Stelle bei Verstromung
� Seltene Metalle Problem Verteilung, Vorkommen ungewiss
Gewürzmetalle: Mo, Nb, In, Ta, Ga, Sb, Pt, Pd, Rh, Ir sowie Y, Nd, La, Sc, Ce, Pr ("Seltene Erden", größter Teil der Vorkommen in China!)
Lithium: Li (Salzseen in Bolivien, Chile)
� Sand
Wasserüberschuss und Wassermangel Wasserverbrauch und virtuelles Wasser (FAO1), 1990)
Wasserdargebot
Österreich 11.000 m3/P ⋅ a
Deutschland 2.000 m3/P ⋅ a
Indien 1.900 m3/P ⋅ a
Peru 1.500 m3/P ⋅ a
Südafrika 1.200 m3/P ⋅ a
Botswana 797 m3/P ⋅ a
Syrien 615 m3/P ⋅ a
Israel 372 m3/P ⋅ a
Jordanien 222 m3/P ⋅ a
Libyen 154 m3/P ⋅ a
Wasserverbrauch Industrie
1 kg Kunststoff 240 L
1 kg Papier 390 L
1 kg Aluminium 1400 L
1 PKW 220.000 L
Wasserverbrauch Landwirtschaft
1 kg Bananen 1.000 L
1 kg Reis 3.000 L
1 kg Tee 10.000 L
1 kg Kaffee 20.000 L
1)
Food and Agriculture Organization
22 zukunftsträchtige High-Tech-Metalle1)
Anwendungsbereiche
- Informations- und Kommunikationstechnik
- Energietechnik
- Elektrotechnik
- Antriebstechnik
- Medizintechnik
- Chemie u. s. w.
Kupfer Cu Rhodium Rh
Chrom Cr Osmium Os
Kobalt Co Iridium Ir
Titan Ti Selen Se
Zinn Sn Indium In
Antimon Sb Germanium Ge
Niob Nb Gallium Ga
Tantal Ta Silber Ag
Platin Pt Neodym Nd
Palladium Pd Scandium Sc
Ruthenium Ru Yttrium Y
1)Studie Fraunhofer-Institut ISI, 2009:
"Rohstoffbedarf für Zukunftstechnologien"
Ordnen Sie die Metalle den richtigen Blöcken im PSE zu!
Anwendungsbeispiele für einige Gewürzmetalle Gallium 31Ga Integrierte Schaltungen, Photovoltaikzellen, Leuchtdioden
Indium 49In Flachbildschirme (geringe Reserven, neue Vorkommen?)
Tantal 73Ta Tantalkondensatoren, z. B. in Mobiltelefonen (geringe Reserven)
Scandium 21Sc Brennstoffzellen, Röntgentechnik
Yttrium 39Y Brennstoffzellen, Laser, Supraleiter
Lanthan 57La Nickel-Metallhydrid-Akkus, Katalysatoren, Rußpartikelfilter, Brennstoffzellen
Neodym 60Nd Magnete in Elektroautos, Windrädern u. a. m.
Ein Computerchip enthält ca. 70 Metalle! � Erschließung der Tiefsee
Metalle der "Seltenen Erden", Umweltprobleme durch Schürfen und Abtrennen - in seltenen Mineralien entdeckt und in Form ihrer Oxide ("Erden") isoliert (17 Metalle � 3. NG + Lanthanoide)
- andere Metalle sind seltener, Lanthan ist drei mal so häufig in der Erdkruste wie Blei! Selbst Thulium ist häufiger als Gold und Platin!
- Phosphatlagerstätten ≤ 1 % SEE1), Bayan-Obo-Mine (China) 3 - 5,4 % SEE
- gemeinsames Vorkommen SEE in unterschiedlicher Menge, Anteil China (Bayan- Obo-Mine) am Abbau ca. 97 %, am Gesamtvorkommen weltweit 38 %!
- Landschaftszerstörung durch riesige Tagebaue und Abraumhalden
- hoher Energieaufwand für Gesteinszerkleinerung
- große Mengen an Wasser und Chemikalien für Trennung und Anreicherung, Bildung giftiger Schlämme
- Freisetzung von Schwermetallen und radioaktiver Substanzen, Verteilung durch Wind, Häufung von Lungenkrebs und anderen Erkrankungen
- Wiederverwertung der im Abwasser vorhandenen Substanzen durch neue Reinigungs- und Kreislaufsysteme sinnvoll
1)Seltene Erdelemente
Recycling bzw. "Urban mining" Im Jahr 2000 in Gebrauch:
- ca. 15 Mrd. t Eisen
- 500 Mio t Aluminium
- 311 Mio t Kupfer
- 200 Mio t Zink Jährlicher Anfall von Elektro- und Elektronikschrott1): - bis zu 50 Mio t, darin Fe, Al, Cu, Co, Au, Ag, Pd …
1)Scobel, 3 sat, 02.02.2012
Metalle in Elektro- und Elektronikschrott (Planet Wissen, WDR, 08.08.2013)
Eine Tonne Elektroschrott aus Computern und Laptops ( > 1500 €):
� 70 Kilogramm Kupfer
� 140 Gramm Silber
� 30 Gramm Gold
Darüber hinaus Palladium im Wert von rund 200 Euro dazu.
Eine Tonne Handyschrott (> 10.000 €)
� 92 Kilogramm Kupfer
� 38 Kilogramm Kobalt
� 2,5 Kilogramm Silber
� 240 Gramm Gold
� 92 Gramm Palladium
41 Handys = 1 t Erz
Sand1) - jährlicher Sandverbrauch weltweit ca. 15.000.000.000 t, in Beton "verloren"
� 1 mittelgroßes Haus 200 t Sand, 1 km Autobahn 30.000 t Sand,
1 Atomkraftwerk 12.000.000 t Sand
- Flussbetten und Kiesgruben erschöpft, Abbaggern der Strände und Meeresböden,
in Marokko ca. 45 % der Strände verschwunden, massive Umweltzerstörungen,
Wüstensand ungeeignet � Dubai importiert Sand aus Australien
- massive Bebauung der Küsten führt zur verstärkten Erosion der Strände,
Küsten verlieren Schutzfunktion
1)Arte-Magazin, Krieg um den Sand, 03.05.2013
Arte-Dokumentation, 28.05.2013
Was ist Sand?
Bevölkerungswachstum erste Milliarde 1804 ca. 50.000 Jahre
zweite " 1927 ca. 100 Jahre
dritte " 1960 ca. 30 Jahre
vierte 1974 ca. 15 Jahre
fünfte " 1987 ca. 12 Jahre
sechste " 1999 ca. 12 Jahre
siebte " 2012 ca. 12 Jahre
Prognose
achte " 2025 ca. 12 Jahre
neunte " 2050 ca. 25 Jahre
danach vermutlich Rückgang
Wachstum der Weltbevölkerung
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 500 1000 1500 2000 2500
Zeitrechnung in JahrenW
eltb
evöl
keru
ng in M
illia
rden
0,3 0,3 0,5
Grenzen des Wachstums
� Motorisierung in China im Jahr 2030 analog Westeuropa � China allein mit 1,1 Milliarden Autos (gesamte Weltflotte derzeit bei 800 Millionen Autos)
� Ölverbrauch China dann täglich 99 Millionen Barrel � Weltproduktion heute bei 84 Millionen täglich (Peak-Oil) Wie viel Menschen kann unsere Erde ernähren? (7 Mrd. 2012)
� 30 Mrd., wenn alle so leben wie die Bauern in Bangladesh
� 0,7 Mrd., wenn alle so leben wie die Westeuropäer
"… Das westliche Modell einer ölabhängigen, autozentrierten Wegwerfgesell- schaft funktioniert dort nicht. Und es funktioniert nicht für Indien, wo bald vielleicht sogar noch mehr Menschen leben und nicht für die 3 Milliarden Menschen in den Entwicklungsländern, die ebenfalls den amerikanischen Traum träumen."
Lester Brown, Präsident des Earth Policy Institute in der Arte-Doku "Die demografische Zeitbombe - 2030", ausgestrahlt am 27.03.2007
UNO-Studie: "Die Ökonomie von Ökosystemen und der Biodiversität" (The economics of ecosystems and biodiversity, TEEB, Stand 2010) � Umweltschäden durch die 3000 größ- ten Unternehmen (Wälder, Trinkwasser, Böden, Ozeane, Atmosphäre, Artenster- ben) von 1,7 Billionen Euro pro Jahr
� Ein Problem: Ökosystemen fehlt der Preis, Nutzung von Ökosystemen hat keinen Marktwert, Rücksichtnahme marktwirt- schaftlich nicht notwendig
� Kosten für Umweltschäden der Unterneh- men trägt Allgemeinheit
� Ökosystemnutzung muss Preis bekommen, ökonomische Bedeutung der Natur in Entscheidungsprozesse integrieren
Deepwater Horizon, Golf von Mexico, 2010
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