Seit der ersten Entfachung des Feuers hat die Menschheit eine Vielzahl von Explosivstoffen entwickelt. Welche Eigenschaften haben sie und wie lässt sich sicher mit ihnen umgehen?
Sprengstoffe werden sowohl zu militärischen Zwecken als auch in zivilen Bereichen, etwa zur Gesteinsgewinnung oder für Abbrucharbeiten, eingesetzt
Einige Sprengstoffe sind unter anderem ätzend, krebserzeugend, keimzellmutagen oder reproduktionstoxisch
Tätigkeiten mit explosiven und gesundheitsgefährdenden Stoffen verlangen Schutzmaßnahmen wie für andere gesundheitsschädigende Stoffe
Als erste militärische Anwendung des Feuers gilt der Einsatz einer Brandwaffe – das „Griechische Feuer“ (Bestandteile: Erdöl oder Asphalt, Baumharz und Schwefel, später wurde auch Salpeter beigemengt) (7. Jahrhundert n. Chr.). Das Griechische Feuer war flüssig und wurde mit einer „Siphon“ genannten Vorrichtung, einer Art Flammenwerfer, eingesetzt. Bekannter und heute immer noch als ziviles und militärisches Treibmittel relevant, ist aber das Schwarzpulver – eine Mischung aus Salpeter, Schwefel und Holzkohle. Vielfach wird der Mönch Berthold Schwarz (14. Jahrhundert) als Erfinder des Schwarzpulvers bezeichnet. Das erste bekannte Schwarzpulverrezept stammt jedoch von Roger Bacon aus dem Jahr 1267.
Die Erfindung und industrielle Nutzbarmachung des Glycerintrinitrates (umgangssprachlich Nitroglycerin genannt) ist ein Meilenstein in der Entwicklung der Sprengstoffe. Der italienische Chemiker Ascanio Sobrero synthetisierte das Nitroglycerin 1847 zum ersten Mal. Alfred Nobel machte Nitroglycerin dann industriell nutzbar, unter anderem als Sprenggelatine oder auch in Dynamiten.
Zu dieser Zeit wurde zudem das Trinitrololuol (TNT) erstmals hergestellt (1863). Später wurden auch die heute noch im Einsatz befindlichen einheitlichen Sprengstoffe Pentaerythrittetranitrat (Nitropenta) (1891), Cyclotrimethylentrinitramin (Hexogen, RDX) (1889) und Cyclotetramethylentetranitramin (Octogen, HMX) (1942) entwickelt. Bei heutigen Neu- beziehungsweise Weiterentwicklungen achtet man neben einer hohen Leistung des Sprengstoffes auch auf dessen Handhabungssicherheit (Insensitivität). Als Beispiele seien hier das Hexanitroisowurtzitan (CL-20) oder auch das Dihydroxylammonium-5,5′-bistetrazolyl-1,1′-diolat (TKX-50) genannt.
Welche Eigenschaften haben Sprengstoffe?
Denkt man an die Eigenschaften von explosionsgefährlichen Stoffen, geht der erste Gedanke in Richtung der explosiven Merkmale dieser Stoffe und deren Auswirkungen. Gerade in der heutigen Zeit rücken die explosiven Eigenschaften im militärischen Bereich wieder in den Vordergrund. Hier spielt die zerstörerische Wirkung dieser Stoffe eine wesentliche Rolle und wird sowohl zum Angriffskrieg (zum Beispiel in der Munition) als auch zur Verteidigung (zum Beispiel Flugabwehrraketen) genutzt. Neben den militärischen Einsatzbereichen werden hochenergetische Materialien sowohl in der Wissenschaft (zum Beispiel Treibstoffe für Trägerraketen-Satellitentriebwerke) als auch zur Gewinnung von Gesteinen (sowohl über- als auch unterirdisch) sowie für Abbrucharbeiten eingesetzt. Darüber hinaus sind sie uns im Alltag allgegenwärtig (zum Beispiel in Airbags und Gurtstraffer oder der Medizin).
Pyrotechnische Sätze spielen militärisch eine große Rolle. Lebensrettend ist ihr Einsatz beispielsweise im Bereich der Seenotrettung.
Zu den explosionsgefährlichen Stoffen gehören ebenfalls die pyrotechnischen Sätze, die sowohl in militärischen als auch in zivilen Bereichen eingesetzt werden. Militärisch spielen die Erzeugung von Wärme, Licht, Schall, Gas oder Rauch, die für Signalgebung (Rauch-, Leuchtraketen), Gefechtsfeldbeleuchtung, Tarnung (Rauchgranaten), Leuchtspurmunition (Verfolgung), Simulationen (Einschläge) oder in Zündern (Verzögerungssätze) eingesetzt werden, eine große Rolle. Auch im zivilen Bereich, unter anderem bei Feuerwerken, ist die Erzeugung von Licht, Schall oder auch Rauch wesentlich. Lebensrettend ist der Einsatz von pyrotechnischen Sätzen beispielsweise im Bereich der Seenotrettung oder in Flugzeugen, wo Rettungsgeräte mittels pyrotechnischer Treibsätze aktiviert werden.
Woher kommen explosive Eigenschaften?
Die explosiven Eigenschaften sind verknüpft mit dem Vorhandensein von bestimmten chemischen Gruppen im Molekül, die bei einer Reaktion einen sehr raschen Temperatur- oder Druckanstieg bewirken können. Explosionsgefährliche Stoffe enthalten in den Molekülen oder in den jeweiligen Mischungen brennbare und sauerstoffliefernde Bestandteile. Hierbei handelt es sich meist um Stoffe mit Sauerstoff-Stickstoff-Verbindungen, wie Nitrite, Nitrate, Nitro- oder Nitroso-Verbindungen, oder auch um Stoffe mit Sauerstoff-Chlor-Gruppen (Chlorate, Perchlorate). Ausnahmen von der Reaktion mit disponiblem Sauerstoff bilden einige Stoffe wie Azide, bei deren Zersetzung in die Elemente genügend Energie und Gasvolumen (Stickstoff) für den Explosionsprozess frei werden.
Für den Umgang mit diesen Stoffen ist die explosive Eigenschaft unbedingt zu beachten, weil eine unbeabsichtigte Umsetzung tödliche Folgen haben kann. Daher ist es überlebenswichtig, die sprengstofftypischen Parameter – insbesondere die thermischen, mechanischen oder elektrostatischen Beanspruchungen – zu kennen und zu beachten. Explosionsgefährliche Stoffe reagieren explosionsartig und setzen große Energiemengen frei.
Welche weiteren Eigenschaften sind bekannt?
Nitroglycerin (Glyceroltrinitrat) ist ein wichtiger pharmazeutischer Wirkstoff, der Blutgefäße erweitert (Vasodilatator), um Angina Pectoris, Herzinsuffizienz und Bluthochdruck zu behandeln. Es setzt Stickstoffmonoxid frei, das glatte Muskeln entspannt und den Blutfluss zum Herzen reduziert. Es wird in verdünnter Form als Spray, Spray unter der Zunge (Sublingual), Pflaster, Creme oder Injektion verabreicht. Die medizinische Form ist nicht explosiv. Aber eine Reihe von Sprengstoffen haben auch die „klassischen“ Eigenschaften von Gefahrstoffen. Sie sind unter anderem ätzend, krebserzeugend, keimzellmutagen oder reproduktionstoxisch. Und – sofern sie zur Erzeugung einer Explosionswirkung oder pyrotechnischen Wirkung in Verkehr gebracht werden – werden sie gemäß der CLP-Verordnung[1] ausschließlich gemäß den Vorschriften für explosive Stoffe, Gemische und Erzeugnisse mit Explosivstoffen gekennzeichnet. In diesen Fällen findet man die weiteren Einstufungen und damit Hinweise auf die weiteren Gefahren ausschließlich im Sicherheitsdatenblatt.
Bei Tätigkeiten wie der Munitionszerlegung erhält man naturgemäß keine Sicherheitsdatenblätter, sondern muss diese weiteren Eigenschaften anhand der zu erwartenden Sprengstoffe selbst identifizieren und dann entsprechend beurteilen. So ist im Zweiten Weltkrieg für Bomben hauptsächlich 2,4,6- Trinitrotoluol (TNT) verwendet worden. Auch Dinitrotoluole (DNT) kamen zum Einsatz. Bei diesen Stoffen handelt es sich jeweils um krebserzeugende Gefahrstoffe der Kategorie 1B. Im Zusammenhang mit Patronenmunition kann sowohl im Projektil als auch in Anzündhütchen Blei zum Einsatz kommen. Blei ist als reproduktionstoxisch Kategorie 1A, H360Df eingestuft.
Für alle Tätigkeiten mit TNT, DNT oder Blei sind wie bei allen krebserzeugenden, keimzellmutagenen oder reproduktionstoxischen Gefahrstoffen der Kategorie 1A oder 1B die besonderen Schutzmaßnahmen nach § 10 der Gefahrstoffverordnung[2] zu beachten.
Tetryl, Hexogen, TNT und DNT sind darüber hinaus als giftig bei Verschlucken, bei Hautkontakt oder bei Einatmen (Akute Toxizität, Kategorie 3) eingestuft. Die vollständige Einstufung und Kennzeichnung kann zum Beispiel in der GESTIS-Stoffdatenbank[3] des Instituts für Arbeitsschutz der DGUV (IFA) recherchiert werden (s. Abbildung 1). Darüber hinaus finden sich dort sowohl Arbeitsplatzgrenzwerte als auch Hinweise auf hautresorptive oder hautsensibilisierende Eigenschaften der Stoffe. Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung muss daher auch bei explosionsgefährlichen Stoffen zunächst die Informationsermittlung stehen: Welche weiteren Gefahren gehen von dem Stoff aus? Dabei müssen sowohl die inhalativen als auch die dermalen Gefahren beurteilt werden.[4]
Diese Gefährdungsbeurteilung erfolgt auch bei explosionsgefährlichen Stoffen anhand der entsprechenden Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS).[5] Für die Beurteilung der inhalativen Gefährdung werden Grenzwerte und Konzentrationen herangezogen, bei TNT zum Beispiel der Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) in Höhe von 0,1 mg/m³ nach TRGS 900. Die entsprechenden Tätigkeiten mit möglicher TNT-Freisetzung müssen dabei identifiziert und die Konzentration durch Arbeitsplatzmessungen oder durch nichtmesstechnische Methoden ermittelt werden. Für diese Messungen oder die nichtmesstechnische Ermittlung ist Fachkunde erforderlich.
Neben der inhalativen Gefährdung darf auch die dermale Gefährdung nicht vergessen werden. Stoffe können auch durch die Haut in den Körper gelangen – dies umso mehr, wenn die Stoffe als hautresorptiv eingestuft sind. Diese Einstufung findet sich für TNT ebenfalls in der TRGS 900. Darüber hinaus sind auch Einstufungen in Akute Toxizität, Kategorie 3, Hautkontakt für die Beurteilung der Hautgefährdung heranzuziehen. Wie dies im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung geschieht, zeigt die TRGS 401 („Gefährdung durch Hautkontakt, Ermittlung – Beurteilung – Maßnahmen“).
Abbildung 1: Einstufung und Kennzeichnung von TNT – GESTIS Stoffdatenbank
Welche Schutzmaßnahmen sind zu beachten?
Die zu treffenden Schutzmaßnahmen für Tätigkeiten mit explosiven und gesundheitsgefährdenden Stoffen unterscheiden sich prinzipiell nicht von den Schutzmaßnahmen für andere gesundheitsschädigende Stoffe. Manche Schutzmaßnahmen sind dabei bereits durch die Maßnahmen zur Verhinderung von Detonationen oder Explosionen getroffen, weitere Schutzmaßnahmen müssen aber abhängig von der Gefährdung und den Tätigkeiten getroffen werden. Nicht vergessen werden sollten auch die entsprechenden zusätzlichen Pflichten bei Tätigkeiten mit krebserzeugenden, keimzellmutagenen und reproduktionstoxischen Stoffen der Kategorie 1A und 1B wie das Führen eines Expositionsverzeichnisses. Dies kann nach der entsprechenden Ermittlung der Expositionshöhen und der betroffenen Beschäftigten durch die Nutzung der Zentralen Expositionsdatenbank (ZED)[6] der DGUV kostenfrei geschehen, sodass Aushändigungs- und Aufbewahrungsfristen durch die DGUV übernommen werden und die Daten im Rahmen möglicher Berufskrankheitenermittlungen zuverlässig zur Verfügung stehen.
Auch wenn zunächst die explosiven Eigenschaften bei der Gefährdungsbeurteilung im Vordergrund stehen, dürfen die weiteren gefährlichen Eigenschaften nicht vergessen werden, um sicher mit „explosionsgefährlichen Stoffen“ zu arbeiten.
Phthalate sind Weichmacher und Additive, von denen einige aufgrund ihrer hormonähnlichen Wirkungen im Verdacht stehen, gesundheitsschädlich zu sein. Am Institut für Prävention und Arbeitsmedizin der DGUV (IPA) wurde eine Human-Biomonitoring-Methode entwickelt, die die Belastung durch alle relevanten Phthalate erfasst.
Die Messung von Gefahrstoffen am Arbeitsplatz ist zentraler Bestandteil des Arbeitsschutzes. Die Teilnahme an Ringversuchen dient der Qualitätssicherung von Messverfahren. Die Ringversuche mit eigener Probenahme des Instituts für Arbeitsschutz der DGUV (IFA) bieten die Möglichkeit zur Prüfung des gesamten Messverfahrens.
Lithium-Ionen-Akkumulatoren befinden sich mittlerweile nicht nur in Smartphones oder Laptops, sondern begleiten Arbeitnehmende auch vermehrt auf dem Weg zur Arbeit bei der Benutzung von E-Bikes, E-Rollern oder Elektrofahrzeugen. Zudem werden immer mehr Arbeitsmittel elektrifiziert und über einen Akku betrieben.
