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Kohlenmonoxid – der lautlose Killer

Von Dr. Henning Salié

Eine Studie der Feuerwehr Wiesbaden brachte den Stein ins Rollen: Immer mehr Unfälle mit Kohlenmonoxid im privaten Wohnbereich kommen ans Tageslicht. Die Zahl der Toten und Verletzten liegt in einer ähnlichen Größenordnung wie die der Opfer durch Brände. Unfallursache sind häufig defekte Gasthermen und verstopfte Kamine. Dabei wäre ein Schutz einfach und preiswert: Kohlenmonoxidwarnmelder warnen bereits frühzeitig vor dem geruchlosen Gas. Da ihre Verendung gesetzlich nicht geregelt ist, sind sie allerdings noch nicht weit verbreitet.

Die zunehmende Ausstattung der Feuerwehren mit mobilen Messgeräten bringt immer mehr Kohlenmonoxid-Unfälle in privaten Wohnbereichen ans Tageslicht, die früher unentdeckt geblieben sind. Häufig werden Feuerwehr oder Rettungssanitäter zu bewusstlosen Personen ohne klare Unfallursache gerufen. Erst wenn die Messgeräte Alarm schlagen, ist klar, dass ausgetretenes Kohlenmonoxid der Grund ist. Die Wiesbadener Feuerwehr zählte 2012 nach einer sechsmonatigen Studie mit mobilen CO-Warngeräten 34 Primäreinsätze mit Kohlenmonoxid als Einsatzgrund[1]. Die Unfallzahlen in ganz Deutschland sind höher, als allgemeinhin angenommen: Allein von Januar bis April 2015 gab es mindestens sieben Tote und 39 Verletzte, wie eine zufällige und unvollständige Medienauswertung zeigt. Bei einem Kohlenmonoxid-Vorfall im Dezember 2014 in Hamburg starben gleich drei Menschen, 13 wurden verletzt. In dem Mehrfamilienhaus wurden 50.000 ppm Kohlenmonoxid gemessen, der Grenzwert für Arbeitsplätze liegt bei 30 ppm (parts per million).

 

Tückische Gefahr

Die Gefahr ist allgegenwärtig, denn in Wohnungen, Garagen und Kellern gibt es eine Vielzahl potenzieller Quellen. In jeder Feuerstätte mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen kann bei unvollständiger Verbrennung Kohlenmonoxid entstehen. Im häuslichen Umfeld sind das beispielsweise Gas-, Öl-, Brikett- oder Pelletheizungen, Kamin- oder Kohleöfen, offene Kamine sowie Gasherde oder Gasboiler.

 

Holzpellets emittieren Kohlenmonoxid

Auch bei der Lagerung von Holzpellets kann sich Kohlenmonoxid in gefährlichen Konzentrationen entwickeln. Der Grad der Ausgasung hängt vom Extraktstoffgehalt der verwendeten Holzart, von der Temperatur und dem Druck beim Pressvorgang sowie der anschließenden Lagerung beim Hersteller ab. Das ergab ein mehrjähriges Forschungsprojekt der Universität Göttingen und des Deutschen Energieholz- und Pellet-Verbands (DEPV)[2]. Die Ergebnisse flossen in Sicherheitshinweise des DEPV und des TÜV Rheinlands zur sicheren Lagerung von Holzpellets durch Heizungsbetreiber ein[3]. Der Leitfaden empfiehlt beispielsweise ein ausreichendes Lüften vor Betreten des Pelletlagers (nur durch Fachpersonal) und dauerhaft belüftete Einfüll- und Ausblasstutzen.

 

Tödliches Kohlenmonoxid

Kohlenmonoxid führt bereits nach wenigen Atemzügen zu Nervenschäden und zum Tod. Schon geringe Mengen bewirken, dass das Blut deutlich weniger Sauerstoff transportiert. und Atemnot, Verwirrtheit, Erbrechen und Herzversagen auftreten. Wer gerettet wird, leidet oft noch Monate später an Gedächtnisstörungen, Lähmungen oder Schwindel. Das Gefährliche daran: Kohlenmonoxid ist geruch- und geschmacklos und kann von Betroffenen und Einsatzkräften nicht wahrgenommen werden. Es führt bereits in geringen Konzentrationen zur Bewusstlosigkeit und kann durch Wände und Decken diffundieren. Eine einzige defekte Gastherme kann so die Bewohner eines ganzen Mehrfamilienhauses gefährden.

Tabelle 1: Wirkung von Kohlenmonoxid auf den Menschen

Kohlenmonoxidwert*

Mögl. Vergiftungserscheinungen**

30 ppm

Arbeitsplatzgrenzwert nach TRGS 900

150 ppm

Geringe Kopfschmerzen nach 1,5 Stunden.

200 ppm

Geringe Kopfschmerzen, Ermüdung, Schwindel, Übelkeit nach 2 bis 3 Stunden.

400 ppm

Kopfschmerzen in der Stirn innerhalb von 1 bis 2 Stunden, lebensbedrohlich nach 3 Stunden. Auch höchstzulässige ppm in Rauchgas (auf luftfreier Basis) gemäß der US-Umweltschutzbehörde

800 ppm

Schwindel, Übelkeit und Schüttelkrämpfe innerhalb von 45 Minuten. Bewusstlosigkeit innerhalb von 2 Stunden. Tod innerhalb von 2 bis 3 Stunden.

1.600 ppm

Kopfschmerzen, Schwindel und Übelkeit innerhalb von 20 Minuten. Tod innerhalb von 1 Stunde.

3.200 ppm

Kopfschmerzen, Schwindel und Übelkeit innerhalb von 5 bis 10 Minuten. Tod innerhalb von 25 bis 30 Minuten.

12.800 ppm

Tod innerhalb von 1 bis 3 Minuten.

*Kohlenmonoxidkonzentration in der Luft in ppm (parts per million)
**gemäß OSHA = Occupational Safety & Health Association

 

Einfache Lösung

Tote und Verletzte müssen jedoch nicht sein: Kohlenmonoxidwarnmelder schlagen bereits bei geringen Gaskonzentrationen Alarm und ermöglichen anwesenden Personen, sich in Sicherheit zu bringen. Voraussetzung für ein zuverlässiges Funktionieren im Gefahrenfall sind hochwertige Produkte mit langlebigen Sensoren. Leistungsfähige Kohlenmonoxidwarnmelder besitzen eine Lebensdauer von mindestens zehn Jahren einschließlich Stromversorgung. Der elektrochemische Sensor sollte werkseitig in echtem Gas kalibriert werden und bereits ab etwa 40 ppm (parts per million) einen Voralarm auslösen. Besonders anwenderfreundlich sind Displays, die die Gaskonzentration anzeigen und Maßnahmen wie „Lüften“ oder „Raum verlassen“ vorschlagen.

Ideal ist die Vernetzung mit Rauch- und Hitzewarnmeldern in der gleichen Wohneinheit. Ein Alarm wird so in das gesamte Funknetzwerk weitergegeben. Kohlenmonoxidwarnmelder werden häufig in entfernt gelegenen Räumen oder im Keller installiert, so dass ein Alarmton ohne Vernetzung im übrigen Gebäude schlecht bis gar nicht wahrgenommen wird.

 

Normen sorgen für Qualität

Die Verwendung von Kohlenmonoxidwarnmeldern ist gesetzlich nicht geregelt. Anwender, Planer und Installateure müssen sich das nötige Fachwissen selbst aneignen. Die grundlegende Produktnorm für Kohlenmonoxidwarnmelder zum kontinuierlichen Betrieb in Wohnhäusern ist die EN 50291-1. Sie legt Anforderungen an die Bauweise, die Prüfverfahren und das Betriebsverhalten der Warnmelder fest. Zusätzliche Anforderungen für Freizeitfahrzeuge oder ähnliche Umgebungen einschließlich Sportboote sind in der EN 50291-2 festgelegt. Produkte, die beide Normen erfüllen, gelten als besonders zuverlässig und robust, denn es wird auch deren Widerstandsfähigkeit gegen aggressives Salzwasser getestet.

Grundlegend überarbeitet wurde im Oktober 2014 die Anwendungsnorm DIN EN 50292. Diese Europäische Norm dient als Leitfaden für Auswahl, Installation, Gebrauch und Instandhaltung von Geräten für die Detektion von Kohlenmonoxid, die stationär zum kontinuierlichen Betrieb in Wohnhäusern, Caravans und Booten bestimmt sind.

Weitere für Funktion und Betrieb wichtige Normen sind die EN 50270 (Elektromagnetische Verträglichkeit) und die EN 60335 (Sicherheit elektrischer Geräte für den Hausgebrauch). Eine CE-Kennzeichnung belegt die Übereinstimmung des Warnmelders mit harmonisierten europäischen Normen.

 

Richtig montieren

Ebenso relevant für einen wirksamen Schutz ist die Wahl des Montageortes: Kohlenmonoxid besitzt ungefähr die Dichte von Luft. Deshalb sollten die Warnmelder in Räumen mit einer Feuerstätte außerhalb des Totluftbereiches in ausreichender Höhe an der Decke oder an der Wand befestigt werden. Der Abstand zur Feuerstätte sollte mindestens einen bis drei Meter betragen. In Räumen ohne Feuerstätte wie beispielsweise in Wohn- oder Schlafzimmern sollten die Warnmelder dagegen ungefähr in der Höhe platziert werden, in der sich normalerweise der Kopf befindet.

 

Funktionsweise von Kohlenmonoxid-Warnmeldern

Durch die katalytische Oxidation von Kohlenmonoxid können bereits geringste Mengen des giftigen Gases detektiert werden. © rhsModerne Kohlenmonoxidwarnmelder enthalten einen elektrochemischen Sensor, der sich die Reaktion von Kohlenmonoxid mit Sauerstoff zu Kohlendioxid an speziellen Katalysatoren zunutze macht. An der Arbeitselektrode aus Platin reagiert ein Molekül Kohlenmonoxid (CO) unter Freisetzung von zwei Elektronen mit Wasser (H2O) zu Kohlendioxid (CO2). Die übrig bleibenden Wasserstoffionen (H+) wandern durch den Elektrolyten zur Gegenelektrode, wo sie mit den beiden Elektronen und einem Sauerstoffmolekül aus dem Luftreservoir des Sensors wieder zu Wasser reagieren. Der Elektronenfluss im Draht von der Arbeits- zur Gegenelektrode kann als elektrischer Strom gemessen werden und ist ein Maß für den Kohlenmonoxidgehalt der Umgebungsluft.

 

Hightech auf engstem Raum

Die grundlegende chemische Reaktion ist zwar einfach, doch erst trickreiche Messtechnik macht sie nutzbar. Die Umgebungsluft wandert durch die Gasdiffusionsöffnung zur Arbeitselektrode, die ein Aktivkohlefilter vor unerwünschten Gasen wie Wasserstoff oder Alkoholen schützt. Um die Empfindlichkeit des Sensors durch eine große Oberfläche zu erhöhen, ist das Platin der Elektroden auf poröses Teflon® (PTFE) aufgedampft. Als Elektrolyt wird in einem Gel verteilte Schwefelsäure verwendet, die auch das an der Gegenelektrode entstehende Wasser bindet.

Aufbau eines modernen KohlenmonoxidwarnmeldersBei der Messung des Kohlenmonoxids fließt nur ein äußerst geringer elektrischer Strom. Er beträgt beim oben beschriebenen Warnmelder bei einer Kohlenmonoxidkonzentration von 100ppm lediglich vier tausendstel Ampere. Entsprechend aufwendig ist die Elektronik zur Verstärkung und Rauschunterdrückung sowie zum Ausgleichen von Langzeitabweichungen (Drift). Zur besseren Leitfähigkeit sind die äußeren Kontakte des Sensors vergoldet und die inneren Drahtverbindungen aus Platin.

Fraunhofer-Forscher haben ein neues Messprinzip entwickelt, das auf der Bindung von Kohlenmonoxid an bestimmte Farbstoffe beruht. Die neuen Sensoren lassen sich kostengünstig herstellen und eigenen sich für den Massenmarkt. Ob diese Sensoren die aktuell verwendeten elektrochemischen Sensoren einmal ersetzen werden, ist unklar.

 

Literatur:

[1] http://www.wiesbaden112.de/gefahrdung-durch-kohlenmonoxid-eindeutiges-ergebnis-der-studie-der-feuerwehr-wiesbaden

[2] Abschlussbericht zum Verbundvorhaben: Umweltgerechte Herstellung und Lagerung von Holzpellets, Teilprojekt des DEPV
Abschlussbericht zum Verbundvorhaben: Umweltgerechte Herstellung und Lagerung von Holzpellets, Teilprojekt der Uni Göttingen

[3] Empfehlungen zur Lagerung von Holzpellets: www.depi.de/download/broschueren/DEPI_Lagerraumbroschuere_2012.pdf

 

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Über den Autor
Autor: Helmut Brückmann
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