Materialanalytik und Innenluftchemie

Forschungsprojekt

Freisetzung von Quecksilber aus zerbrochenen Energiesparlampen

Amerikanische Untersuchungen (Maine Compact Fluorescent Lamp Study) des Maine Department of Environmental Protection vom Februar 2008 zeigten, dass bei einer Zerstörung einer Kompaktleuchtstofflampe das zur Funktion nötige Quecksilber in hohen Konzentrationen an die Raumluft abgegeben werden kann. Zur Absicherung der Ergebnisse und zur Überprüfung der Gefahrenlage bei modernen Kompaktleuchtstofflampen mit geringem Quecksilbergehalt hat das Umweltbundesamt eine Pilotstudie am Fraunhofer WKI in Auftrag gegeben.

© Fraunhofer WKI

Zerstörte Energiesparlampe auf Laminat.

© Fraunhofer WKI

Zeitlicher Verlauf der Quecksilberkonzentration in der Prüfkammer mit verschiedenen Oberflächen.

© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Versuchsaufbau in der 24 m³-Edelstahlkammer des WKI.

Seit Jahrtausenden nutzt der Mensch Lichtquellen zur künstlichen Verlängerung des Tageslichts. Während zunächst nur Kerzen, Öl- und Gaslampen eine Rolle spielten, wurde in den 40er Jahren des 19. Jahrhunderts das erste elektrische Leuchtmittel patentiert. Dabei handelte es sich um eine Glühlampe mit Platinglühdraht. Das Platin wurde im Laufe der Zeit durch verschiedene Materialien ersetzt, heute kommen in modernen Glühlampen doppelt-gewendelte Wolframfäden zum Einsatz. 

Seit einiger Zeit sind auch alternative Produkte erhältlich. Diese Kompaktleuchtstofflampen, Leuchtdioden und Halogenlampen sind bei einer höheren Lichtausbeute energiesparender als ein traditionelles elektrisches Leuchtmittel.

Aufgrund des hohen Energiebedarfs der herkömmlichen Leuchtmittel hat eine EU-Kommission in Brüssel am 8.12.2008 beschlossen, schrittweise die konventionellen Glühlampen durch Energiesparlampen zu ersetzen. Im ersten Schritt wurde im September 2009 die Produktion von allen mattierten sowie klaren 100-Watt-Glühlampen eingestellt. Ein Jahr später kam das Produktionsende für die 75-Watt-Birne. Im September 2011 folgt das Aus der 60-Watt- und schließlich Ende 2012 der Stopp für die 40- und 25-Watt-Glühlampe. Der Verbraucher soll somit angehalten werden, auf alternative Leuchtmittel umzusteigen.

Die Funktionsweise einer Glühlampe unterscheidet sich grundlegend von einer Kompaktleuchtstofflampe. Bei dem traditionellen Leuchtmittel wird unter einer Schutzatmosphäre ein Glühdraht zum Glühen gebracht. Die moderne Leuchtstofflampe hingegen enthält geringe Mengen an Quecksilber, in der EU z. B. max. 5 mg. Das Quecksilber wird in der Leuchtstoffröhre verdampft und emittiert nach Stoßanregung durch Elektronen-UV-Licht. Auf der Glasoberfläche der Leuchtstoffröhre befindet sich eine fluoreszierende Schicht, welche das UV-Licht in sichtbares Licht umwandelt. Die Farbtemperatur ist durch chemische Modifikation der fluoreszierenden Schicht einstellbar. 

Im Fachbereich Material- und Innenluftchemie (MAIC) wurde eine Apparatur konstruiert, um die quecksilberhaltigen Leuchtmittel in einer geschlossenen Prüfkammer bei definierten klimatischen Parametern (T = 23 °C, r.  F. = 50 %, Luftwechsel = 0,5 h-1) zu zerstören. Um den Einfluss verschiedener Böden beurteilen zu können, wurden die Leuchtmittel über unterschiedlichen Bodenbelägen, z. B. Teppich, zerstört. Die dabei in der Prüfkammer freigesetzten Quecksilberkonzentrationen wurden nach Probenahme mittels Gold-Amalgamtechnik über Atomabsorption quantifiziert.

Zur Beurteilung der Ergebnisse wurden die Richtwerte für Quecksilber der Ad-hoc-Arbeitsgruppe Innenraumrichtwerte der Innenraumlufthygiene-Kommission des Umweltbundesamts und der Obersten Landesgesundheitsbehörden herangezogen. Bei Überschreitung des Richtwerts I (RW I) von 0,035 µg/m³ Quecksilber in der Raumluft wird ein verbessertes Lüftungsverhalten und weiteres Beobachten der Raumluftkonzentration empfohlen. Bei einer Überschreitung des Richtwerts II (RW II) von 0,35 µg/m³ Quecksilber ist sofortiger Handlungsbedarf notwendig. Die Ergebnisse der Experimente in der Prüfkammer zeigten bei beiden Experimenten eine deutliche Überschreitung des RW II.

Derzeit führt das WKI im Auftrag des Umweltbundesamts Folgeuntersuchungen mit verschiedenen Typen von Energiesparlampen in Prüfkammern und Büroräumen durch, wobei auch Lüftungs- und Aufräumszenarien berücksichtigt werden.

 

Förderung:
Umweltbundesamt, Berlin