Ruß

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Einleitung

Ruß, Sammelbezeichnung für tiefschwarze, pulverförmige Stoffe, die zu 80 bis 99,5 Prozent aus elementarem Kohlenstoff bestehen und sich aus mikroskopisch kleinen Teilchen zusammensetzen.

Die ultrafeinen, annähernd kugelförmigen Teilchen haben einen Durchmesser von weniger als einem Mikrometer (0,001 Millimeter). Sie sind ihrerseits zu kettenförmigen Teilchen zusammengewachsen, die wiederum größere Partikel bilden. Aufgrund ihrer Feinkörnigkeit haben die Rußteilchen eine große spezifische (innere) Oberfläche, die bei über 40 Typen 10 bis 1 000 Quadratmeter pro Gramm erreicht.

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Entstehung

Ruß entsteht durch die unvollständige Verbrennung und thermische Spaltung (Pyrolyse) von Kohlenstoffverbindungen, insbesondere fossiler Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle. Ist bei reichlicher Brennstoffzufuhr zu wenig Sauerstoff vorhanden, um Kohlenstoff vollständig zu Kohlendioxid (CO₂) zu oxidieren, bricht die Verbrennungsreaktion vorzeitig auf der Stufe des elementaren Kohlenstoffs ab. Unter sauerstoffarmen Bedingungen werden die Brennstoffmoleküle zunächst zu Acetylen, einem brennbaren Gas, abgebaut, das nach komplexen chemischen Reaktionen schließlich zu mikrokristallinem Kohlenstoff wird.

Gebräuchlichstes Herstellungsverfahren für Industrieruß ist der Furnace-Prozess. Dabei werden in eine mit heißem Gas gefüllte Brennkammer aus Erdöl oder Kohle gewonnene Öle gespritzt und unter kontrollierten Bedingungen unvollständig verbrannt.

Sehr oft ist Ruß aber auch ein unerwünschtes Verbrennungsprodukt, das sich z. B. in Schornsteinen absetzt oder mit den Abgasen aus Verbrennungsmotoren ausgestoßen wird und dabei entscheidend zur Luftverschmutzung beiträgt.

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Verwendung

Ruß wird bereits seit Jahrtausenden als Farbstoff verwendet, z. B. im Gemisch mit Öl als Rohstoff für die Herstellung von Druckerschwärze. Noch heute dient es als schwarzes Pigment zur Herstellung von Druckfarben, Lacken und Tonern für Kopierer sowie zur Einfärbung von Kunststoffen. Mehr als 90 Prozent des industriell hergestellten Rußes werden jedoch in der Gummi-Industrie als Füllstoff, hauptsächlich für Autoreifen, verwendet. Reifen bestehen bis zu einem Viertel aus Ruß; zusammen mit Gummi bestimmt er wichtige Eigenschaften wie den Rollwiderstand und den Abrieb.

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Negative Auswirkungen

Rußpartikel rufen mit hoher Wahrscheinlichkeit Erkrankungen der Atemwege sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen hervor. Ein besonderes Problem sind Partikel, die durch Verbrennung von Dieselkraftstoff in Dieselmotoren entstehen. Dieselruß bildet einen Hauptbestandteil des so genannten Fein- oder Schwebstaubs. Experten schätzen, dass durch Dieselruß verursachte Erkrankungen in Deutschland pro Jahr zu mindestens 8 000 Todesfällen führen.

Seit etwa 1990 ist es in Europa zwar gelungen, die Gesamtemission von Staub erheblich zu verringern, vor allem an verkehrsreichen Straßen und in Städten enthält die Luft jedoch noch immer große Mengen feinster Rußpartikel. Im Winter und bei austauscharmen Wetterlagen werden dort die zulässigen Grenzwerte weit überschritten.