Giftiger Müll: Wie sicher ist er im Glaskäfig?

Gläser zeichnen sich durch hohe chemische Stabilität und Beständigkeit gegen Korrosion aus. Die Physikerin Fani Pinakidou von der Aristoteles Universität Thessaloniki hat in ihrer Dissertation derartige Gläser an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY untersucht. Für ihre Arbeit erhält sie den Ernst-Eckehardt-Koch-Preis.

Glas ist zerbrechlich und wem schon einmal eine volle Bierflasche heruntergefallen ist, der weiß, wie ärgerlich das sein kann. Deswegen erstaunt vielleicht, dass ausgerechnet Glas zur Deponierung toxischer Abfälle verwendet wird. Die Erklärung ist, dass Glas hierbei nicht als Behälter dient, vielmehr werden die giftigen Rückstände selbst unter Zugabe von Silikat und Natriumkarbonat zu Glass verarbeitet. Giftige Elemente wie zum Beispiel Schwermetalle werden dabei in die Glasmatrix eingebettet. Es bleibt aber die Frage: Wie beständig ist dieses Glas?

Die Physikerin Fani Pinakidou von der Aristoteles Universität Thessaloniki in Griechenland hat in ihrer Doktorarbeit derartiger Gläser und Glaskeramiken mit Hilfe der Synchrotronstrahlung bei BESSY untersucht. Dabei fand sie heraus, dass ihre chemische Beständigkeit direkt von der Präsenz der Schwermetalle, ihrer lokalen Umgebung in der Matrix und ihrer Wertigkeit abhängt. Für ihre Arbeit wird sie heute in Berlin mit dem Ernst-Eckhard-Koch Preis ausgezeichnet.

In den Lagertanks der Ölindustrie sammeln sich giftige Schlämme an, die eine hohe Konzentration an Blei- und Eisenverbindungen enthalten. Für die Deponierung dieser Abfälle werden die festen Bestandteile der Schlämme zur sogenannten Flugasche verbrannt. Diese enthält zwar keine giftigen organischen Verbindungen mehr, aber immer noch eine hohe Konzentration weniger giftiger anorganischer Verbindungen. Die meist angewandte Deponierung dieser Flugasche stellt ein hohes Risiko dar, da die Schwermetalle heraus gelöst und Boden und Grundwasser verseucht werden können. In den letzten Jahren wurde deswegen ein Verfahren zur Verglasung dieser Flugasche unter Zugabe von Silikat und Natriumkarbonat entwickelt. In ihrer Doktorarbeit untersuchte Fani Pinakidou verschiedene derartige Produkte, die mit unterschiedlich hohen Anteilen an Flugasche und bei unterschiedlichen Temperaturen hergestellt worden waren. Mit Hilfe von kontinuierlicher Synchrotronstrahlung, wie sie BESSY liefert, konnte die Physikerin elementspezifisch die lokale Umgebung von Atomen oder Molekülen studieren. Insbesondere konnte Fani Pinakidou so Informationen über strukturelle und chemische Eigenschaften der Schwermetalle gewinnen und damit auf die Festigkeit der Matrix schließen. Sie fand heraus, dass bei der Verglasung das in der Flugasche enthaltene Eisen eine wichtige Rolle spielt, da Eisen je nach der Symmetrie seiner Bindung entweder das molekulare Netzwerk des Glases bilden (Glasbildner) oder gemeinsam mit einem anderen Glasbildner, z.B. Silikat, die Struktur aufbauen und modifzieren kann (Glaswandler). So fand Fani Pinakidou unter anderem heraus, dass bei einem Flugascheanteil von über 40% das Eisen zunehmend als Glasbildner wirkt, ohne dass dabei die Einbindung des Bleis verändert wird. Es kann also mit einem geringen Anteil an Silikat und einem hohen Anteil an Flugasche ein stabiles Produkt hergestellt werden, das den giftigen Müll sicher einschließt.

Mit dem Ernst-Eckhard-Koch Preis zeichnet der Verein der Freunde und Förderer BESSYs jährlich herausragende Doktorarbeiten auf dem Gebiet der Synchrotronstrahlung aus; die Doktorarbeiten sollen bei BESSY oder dem HASYLAB/Hamburg durchgeführt worden sein als den hauptsächlichen Wirkungsstätten von E.-E. Koch.