48. Cadmium (Cd) - Das toxische Batteriemetall

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Wenn dir der Podcast gefällt, bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu produzieren. Kennst du schon unsere anderen Podcastreihen wie Wissensreise durch die Geschichte heute betrachten wir ein Element, das wie kaum ein zweites die widersprüchliche Beziehung des Menschen zur Welt der Metalle verkörpert. Es glänzt silbrig, weiß, es ist weich genug, um sich mit dem Messer schneiden zu lassen, und es war lange Zeit ein stiller, unscheinbarer Begleiter der industriellen Moderne. Zugleich gehört es zu den giftigsten Schwermetallen überhaupt, ein Stoff.

0:48 Der sich in Knochen und Nieren einlagert, der über Jahrzehnte im Körper verbleibt und dessen Spuren wir heute in nahezu jedem Lebewesen auf diesem Planeten nachweisen können. Die Rede ist von Cadmium, dem Element mit der Ordnungszahl 48, jenem Metall, das ganze Industrien antrieb und doch eine der ersten großen Umweltkatastrophen der Nachkriegszeit auslöste, Cadmium, die.

1:18 Erzählt von menschlichem Erfindungsreichtum und von menschlicher Achtlosigkeit zugleich. Und seine Geschichte ist eine Einladung, genauer hinzusehen, was geschieht, wenn wir Stoffe aus der Erde holen, ohne ihre Wirkung zu Ende zu denken. Die Entdeckung des Cadmiums fällt in das Jahr 1817 eine Zeit, in der die Chemie sich gerade als systematische Wissenschaft zu formieren begann und in der die Entdeckung neuer Elemente eine fast monatliche Angelegenheit war. Der deutsche Apotheker und Chemiker Friedrich Stromeier, der an der Universität Göttingen wirkte und dort als Inspekteur der Apotheken im Königreich Hannover. Eine amtliche Funktion innehatte, stieß bei einer Routinekontrolle auf eine

2:09 Unregelmäßigkeit. Er untersuchte Zinkoxid, jenes weiße Pulver, das damals als Heilmittel und als Pigment verwendet wurde, und bemerkte, dass eine bestimmte Charge eine eigentümlich gelbe Färbung annahm, wenn man sie erhitzte. Reines Zinkoxid hätte weiß bleiben müssen. Stromeier ein gründlicher und neugieriger Forscher ließ sich von dieser Abweichung nicht beirren, sondern ging ihr nach.

2:39 Er fällte und destillierte, er reduzierte und kristallisierte, und am Ende seiner Untersuchungen hielt er ein neues Metall in Händen, das bislang unbemerkt im Zink verborgen gewesen war. Er gab ihm den Namen Cadmium, abgeleitet vom lateinischen Wort cadmia. Der antiken Bezeichnung für Galmey, also für jene zinkhaltigen Erze, aus denen das Metall stammte.

3:07 Der Wortstamm reicht noch weiter zurück bis zur griechischen Sagengestalt des Cadmos, jenes Gründers der Stadt Theben, dem die Überlieferung die Einführung der Metallverarbeitung zuschrieb. So trägt Cadmium in seinem Namen eine Spur des Mythos. Beinahe zeitgleich und unabhängig voneinander stießen auch andere Forscher auf denselben Stoff. Karl Samuel Leberrecht Hermann und Johann Christian Heinrich Roloff in Deutschland verfolgten ähnliche Beobachtungen an verunreinigtem Zink, und es gab eine Weile lang eine durchaus typische wissenschaftliche Debatte darüber, wem die Erstentdeckung zuzuschreiben sei. Doch stromeiers Untersuchung war die Vollständigste und überzeugendste, und so gilt er

3:59 bis heute als der Entdecker des Cadmiums. Bemerkenswert an dieser Geschichte ist, dass das Element nicht durch eine kühne Expedition oder eine spektakuläre Reaktion ans Licht kam, sondern durch die geduldige Aufmerksamkeit eines Mannes, der eine winzige Farbabweichung nicht als Zufall abtat. Es ist ein frühes Beispiel dafür, wie eng Wissenschaft und sorgfältige Beobachtung miteinander verbunden sind und wie aus einer scheinbar belanglosen Anomalie eine fundamentale Erkenntnis erwachsen kann. Werfen wir einen Blick auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Elements, denn sie erklären vieles von dem, was später kommen wird.

4:42 Cadmium ist ein silbrig glänzendes, weiches Übergangsmetall, das in der 12. Gruppe des Periodensystems steht. Gemeinsam mit dem Zink über ihm und dem Quecksilber unter ihm. Diese Verwandtschaft ist kein Zufall, denn die 3 Elemente teilen wichtige chemische Merkmale und gerade die Nähe zum Zink ist es, die Cadmium so heimtückisch macht. Mit einer Dichte von etwa 8,65 Gramm pro Kubikzentimeter zählt es zu den Schwermetallen.

5:15 Sein Schmelzpunkt liegt bei vergleichsweise niedrigen 321 Grad Celsius, sein Siedepunkt bei 767 Grad. Diese niedrigen Übergangstemperaturen sind technisch bedeutsam, denn sie erklären, warum Cadmium bei industriellen Prozessen. Etwa beim Schmelzen von Zink oder bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe.

5:38 So leicht verdampft und sich über die Luft verteilt. Das Metall ist außerordentlich duktil und lässt sich gut zu dünnen Schichten verarbeiten, und es bildet mit zahlreichen anderen Metallen Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt. Chemisch tritt Cadmium fast ausschließlich in der Oxidationsstufe plus 2 auf, es verhält sich darin sehr ähnlich wie Zink das. Und genau hier liegt der biologische Kern seiner Giftigkeit, der menschliche Körper ebenso wie der Körper von Tieren und Pflanzen verwechselt Cadmium mit dem lebensnotwendigen Zink Zink ist ein essentielles Spurenelement, es ist Bestandteil von Hunderten Enzymen und steuert zahlreiche Stoffwechselvorgänge.

6:28 Weil Cadmium dem Zink chemisch so ähnlich sieht, schmuggelt es sich an dessen Stelle in biologische Systeme ein, besetzt Bindungsstellen, die eigentlich für Zink vorgesehen sind, und stört dadurch empfindliche Prozesse. Der Körper besitzt keinen wirksamen Mechanismus, um Cadmium wieder auszuscheiden, und so Reichert es sich über die Jahre an, vor allem in der Leber und in den Nieren.

6:55 Die biologische Halbwertszeit von Cadmium im menschlichen Körper wird auf 10 bis 30 Jahre geschätzt, was bedeutet, dass eine einmal aufgenommene Menge praktisch ein Leben lang im Organismus verbleibt. Es gibt nur 6 natürlich vorkommende stabile Isotope. Das häufigste ist Cadmium, 114 und einige der Isotope sind schwach radioaktiv mit Halbwertszeiten, die das Alter des Universums um ein Vielfaches übersteigen, sodass sie für praktische Zwecke als stabil gelten. In der Natur kommt Cadmium nicht in reiner Form vor, sondern stets als Begleiter des Zinks.

7:38 Es findet sich in Zinkerzen wie der Zinkblende, auch Sphalerit genannt, und tritt dort in Konzentrationen von wenigen Promille auf. Aus diesem Grund wird Cadmium fast vollständig als Nebenprodukt der Zinkgewinnung gewonnen, wer Zink fördert und Verhüttet, gewinnt unweigerlich auch Cadmium und in der Geschichte der Industrie wurde dieses Nebenprodukt zunächst kaum beachtet, später dann gezielt aufgefangen und verwertet.

8:08 Die größten Vorkommen und Produzenten liegen in Ländern mit bedeutendem Zinkbergbau, darunter China, Südkorea, Japan und einige Länder Lateinamerikas. Die jährliche weltweite Produktion liegt im Bereich von etwa 25000 Tonnen, eine Zahl, die im Vergleich zu vielen anderen Industriemetallen klein erscheint, deren Wirkung auf Mensch und Umwelt jedoch in keinem Verhältnis zur Menge steht. Die technische Karriere des Cadmiums begann im späten 19 und frühen 20 Jahrhundert und entfaltete sich entlang mehrerer paralleler Linien.

8:50 Eine der ältesten Anwendungen war die als Pigment Cadmiumsulfid liefert ein leuchtendes, beständiges Gelb und durch Beimischung von Selen lassen sich tiefe Orange und Rottöne erzeugen. Diese Cadmiumfarben waren über Jahrzehnte bei Künstlerinnen und Künstlern hochgeschätzt, denn sie besaßen eine Leuchtkraft und Lichtbeständigkeit, die mit anderen Pigmenten kaum zu erreichen war.

9:18 Viele der strahlenden Gelb und Rottöne in den Gemälden der klassischen Moderne verdanken ihre Brillanz dem Cadmium. Bis heute werden Cadmium Pigmente in der Kunst verwendet, auch wenn ihr Einsatz wegen der Giftigkeit zunehmend durch Ersatzstoffe verdrängt wird. Eine zweite große Anwendung war der Korrosionsschutz, eine dünne galvanische Cadmiumschicht auf Stahl bietet einen hervorragenden Schutz gegen Rost, insbesondere unter salzhaltigen und feuchten Bedingungen, wie sie etwa in der Luft und Raumfahrt sowie in der Schifffahrt herrschen. Kadmierte schrauben, Bolzen und Bauteile waren über Jahrzehnte hinweg Standard in anspruchsvollen technischen Anwendungen.

10:05 Auch hier hat die Erkenntnis, um die Giftigkeit zu einem allmählichen Rückzug geführt, doch in einigen sicherheitskritischen Bereichen, vor allem in der Militär und Luftfahrttechnik, gilt die Kadmierung wegen ihrer Zuverlässigkeit bis heute als schwer ersetzbar. Die wohl bekannteste und mengenmäßig bedeutendste Anwendung jedoch war und ist die Verwendung in wiederaufladbaren Batterien, namentlich in den Nickel Cadmium Akkumulatoren.

10:38 Diese Akkus, oft als Nickel Cadmium Zellen bezeichnet, beherrschten über weite Teile des 20 Jahrhunderts den Markt für wiederaufladbare Energiespeicher, die. Sie waren robust, lieferten zuverlässig Strom, auch bei tiefen Temperaturen, vertrugen eine hohe Zahl von Lade und Entladezyklen und galten als außerordentlich langlebig.

11:03 Vom schnurlosen Telefon über den Akkuschrauber bis zur Notbeleuchtung und zu Anwendungen in der Raumfahrt waren sie allgegenwärtig. Ihr großer Nachteil neben der Giftigkeit des Cadmiums war der sogenannte Memory Effekt, bei dem ein Akku, der regelmäßig nur teilweise entladen wurde, mit der Zeit an nutzbarer Kapazität verlor.

11:28 Mit dem Aufkommen der Nickel Metallhydrid Akkus und später der Lithium Ionen Technik wurden die Nickel Cadmiumzellen weitgehend verdrängt und in der Europäischen Union ist ihr Verkauf für die meisten Verbraucheranwendungen seit 2006 stark eingeschränkt. Es ist ein eindrucksvolles Beispiel dafür, wie eine einst dominierende Technik aus Gründen des Gesundheits und Umweltschutzes vom Markt genommen werden kann, wenn der gesellschaftliche Wille dazu vorhanden ist. Cadmium fand und findet sich darüber hinaus in Halbleitern und in der Optoelektronik, Cadmium, Tellurid und Cadmiumsulfid.

12:14 Sind Halbleitermaterialien, die in bestimmten Solarzellen und in Strahlungsdetektoren eingesetzt werden. Cadmium Tellurid Dünnschichtmodule gehören zu den kostengünstigsten Verfahren der Photovoltaik und tragen durchaus mit einer gewissen Ironie zur Erzeugung sauberer Energie bei. Obwohl das verwendete Element selbst hochgiftig ist.

12:40 So begleitet das Element den Menschen von den Pigmenten der Renaissance bis in die Hochtechnologie des 21 Jahrhunderts. Doch keine Geschichte des Cadmiums wäre vollständig ohne den Blick auf seine dunkle Seite und diese dunkle Seite hat einen Namen und einen Ort in Japan. In der Präfektur Toyama am Fluss Jimsu ereignete sich in der ersten Hälfte des 20 Jahrhunderts eine der ersten dokumentierten Massenvergiftungen durch ein Industriemetall. Die Menschen in den Dörfern entlang des Flusses begannen über quälende Schmerzen in Knochen und Gelenken zu klagen. Ihre Knochen wurden so brüchig, dass sie schon bei alltäglichen Bewegungen, beim Husten oder beim Heben leichter Lasten Splitterten und brachen.

13:36 Die Betroffenen in der überwiegenden Mehrheit ältere Frauen, die mehrere Kinder geboren hatten, litten unter unerträglichen Schmerzen, und ihre Schreie gaben der Krankheit ihren japanischen Namen, der übersetzt so viel wie Autsch, Autsch, Krankheit bedeutet. Weil die Erkrankten beim leisesten Anstoß vor Schmerz aufschrien über lange Zeit blieb die Ursache rätselhaft. Erst in den 50er und 60er Jahren gelang es Forschern um den Mediziner Hagino Noboru, den Zusammenhang aufzuklären. Bergbau und Hüttenbetriebe im Oberlauf des Flusses, allen voran ein großes Unternehmen der Zink und Bleiverhüttung, hatten über Jahrzehnte cadmiumhaltige Abwässer in den Jinzu geleitet. Das Wasser wurde flussabwärts

14:30 zur Bewässerung der Reisfelder genutzt, das Cadmium reicherte sich im Reis an und die Bevölkerung nahm es über ihr Grundnahrungsmittel in großen Mengen auf. Das eingelagerte Cadmium schädigte die Nieren und störte den Stoffwechsel von Calcium und Vitamin D, was zu einer schweren Entkalkung und Erweichung der Knochen führte.

14:53 Die Autsch. Autsch Krankheit wurde zu einer der 4 großen Umweltkrankheiten Japans und zu einem Mahnmal dafür, welche Folgen die ungebremste Einleitung von Schwermetallen in die Umwelt für ganze Bevölkerungen haben kann. Der Fall von Toyama hatte weitreichende Wirkung. Er wurde zu einem der ersten großen Umweltprozesse der Welt, in dem geschädigte Menschen ein Industrieunternehmen erfolgreich auf Entschädigung verklagten. Das Urteil erkannte den Zusammenhang zwischen der Cadmiumbelastung und der Erkrankung an und verpflichtete das Unternehmen zu Zahlungen und zur Sanierung. Die Tragödie trug entscheidend dazu bei, dass in Japan und später weltweit ein Bewusstsein für die Gefahren der industriellen Verschmutzung

15:44 entstand und dass Gesetze zum Schutz von Wasser, Boden und Gesundheit verschärft wurden. Es ist eine der Episoden in der Geschichte des 20. Jahrhunderts, in denen das Leid einzelner Menschen. Vor allem das Leid von Frauen, die lange nicht gehört wurden, am Ende zu einem strukturellen Wandel führte, weil eine Gesellschaft bereit war, hinzusehen und Verantwortung einzufordern.

16:09 Die Wege, auf denen Cadmium in den menschlichen Körper gelangt, sind vielfältig und betreffen jeden von uns. Der wichtigste Aufnahmeweg für Nichtraucher ist die Nahrung, die. Pflanzen nehmen Cadmium aus dem Boden auf, manche von ihnen besonders effizient. Und so finden sich erhöhte Werte vor allem in Getreide, in Reis, in bestimmten Gemüsesorten wie Sonnenblumenkernen, Leinsamen und Spinat sowie in Innereien wie Leber und Nieren von Tieren, die das Metall ebenfalls anreichern.

16:45 Auch Pilze und bestimmte Meeresfrüchte können beträchtliche Mengen enthalten. Eine besondere Quelle ist der Tabakrauch, denn die Tabakpflanze gehört zu den Pflanzen, die Cadmium besonders stark aufnehmen. Wer raucht, nimmt mit jedem Zug Cadmium auf und die Belastung von rauchenden liegt im Schnitt deutlich über der von nicht rauchenden, oft um das Doppelte oder mehr.

17:13 Eine weitere stille Quelle sind Phosphat Düngemittel. Die je nach Herkunft des verwendeten Rohphosphats erhebliche Mengen Cadmium enthalten können und es so über die Landwirtschaft in die Böden und Nahrungsketten eintragen. Die schleichende Anreicherung des Metalls in landwirtschaftlich genutzten Böden ist ein ernstes und oft unterschätztes Problem, denn was einmal im Boden ist, bleibt dort über sehr lange Zeiträume. Die gesundheitlichen Folgen einer chronischen Cadmiumbelastung sind gut erforscht und durchweg ernst. Das wichtigste Zielorgan ist die Niere, in der sich das Metall einlagert und über die Jahre die feinen Filtereinheiten schädigt. Eine fortgeschrittene Belastung führt zu einer Nierenfunktionsstörung, die sich

18:05 zunächst durch den Verlust wichtiger Eiweiße über den Urin bemerkbar macht und im weiteren Verlauf. In ein chronisches Nierenversagen münden kann. Daneben schädigt Cadmium, wie der Fall von Toyama zeigte, den Knochenstoffwechsel und begünstigt Osteoporose und Knochenbrüche. Die internationale Agentur für Krebsforschung, eine Einrichtung der Weltgesundheitsorganisation, hat Cadmium und seine Verbindungen als sicher krebserregend für den Menschen eingestuft, die.

18:37 Mit besonderem Bezug auf Lungenkrebs bei beruflicher Belastung durch das Einatmen cadmiumhaltiger Stäube und Dämpfe. Darüber hinaus gibt es Hinweise auf Zusammenhänge mit Erkrankungen des Herz Kreislauf Systems und mit Störungen des Hormonhaushalts. Angesichts dieser Befunde haben die Behörden weltweit Grenzwerte für Cadmium in Lebensmitteln, im Trinkwasser, in der Luft, am Arbeitsplatz und in zahlreichen Produkten festgelegt.

19:08 Und diese Grenzwerte werden im Zuge neuer Erkenntnisse immer wieder verschärft. Die Regulierung des Cadmiums ist ein lehrreiches Kapitel in der Geschichte des Umwelt und Verbraucherschutzes in der Europäischen Union. Beschränkt eine Reihe von Vorschriften den Einsatz des Metalls erheblich. Die Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe in Elektro und Elektronikgeräten, oft mit ihrer englischen Abkürzung bezeichnet, verbietet Cadmium in den meisten elektronischen Erzeugnissen.

19:45 Die europäische Chemikalienverordnung beschränkt seine Verwendung in zahlreichen Produkten wie Kunststoffen, Schmuck und Farben. In Spielzeug, in Lebensmittelverpackungen und in vielen Alltagsgegenständen ist Cadmium heute weitgehend verboten oder streng begrenzt. Diese Regelungen sind ein Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Erkenntnis, gesellschaftliches Bewusstsein und Gesetzgeberisches handeln zusammenwirken können, um ein erkanntes Risiko einzudämmen. Sie zeigen zugleich, dass solcher Schutz nicht von selbst entsteht, sondern erkämpft werden muss. Gegen wirtschaftliche Interessen und gegen die Trägheit eingespielter Verfahren und das funktionierende rechenschaftspflichtige Institutionen, die Voraussetzung dafür sind, dass aus

20:34 wissenschaftlichem Wissen tatsächlich Schutz für die Menschen wird. Ein hoffnungsvolles Kapitel in dieser Geschichte ist das Recycling, weil Cadmium giftig ist und weil seine ungeordnete Entsorgung Böden und Gewässer dauerhaft belasten würde. Ist die getrennte Sammlung und Wiederverwertung cadmiumhaltiger Produkte, insbesondere der alten Nickel Cadmium Akkus, von großer Bedeutung?

21:04 Moderne Recyclingverfahren erlauben es, das Cadmium aus Altbatterien zurückzugewinnen und in geschlossenen Kreisläufen wiederzuverwenden, statt es in die Umwelt gelangen zu lassen als. Ein verantwortungsvoller Umgang mit diesem Element bedeutet es nicht einfach zu verbieten und zu vergessen, sondern die noch vorhandenen Mengen sorgfältig zu lenken, zu kontrollieren und im Kreislauf zu führen.

21:32 Hier zeigt sich ein Grundgedanke, der weit über das Cadmium hinausweist, nämlich die Einsicht, dass die Stoffe. Die wir der Erde entnehmen, nicht verschwinden, sondern in irgendeiner Form Teil unserer Welt bleiben. Und dass es an uns liegt, ob sie zur Last oder zum verantwortungsvoll genutzten gut werden.

21:53 Wenn wir am Ende dieser Folge innehalten und über das Cadmium nachdenken, dann begegnet uns ein Element, das uns viel über uns selbst lehrt. Es ist ein Stoff, der nützlich war und gefährlich zugleich, der Industrien beflügelte und Menschen krank machte, der in den leuchtenden Farben großer Kunstwerke ebenso steckt wie in den brüchigen Knochen der Erkrankten von Toyama. Cadmium erinnert uns daran, dass die Erde uns ihre Schätze nicht ohne Bedingungen überlässt, dass jeder Eingriff in ihre Stoffkreisläufe folgen hat.

22:31 Die sich oft erst Jahrzehnte später zeigen. Und dass wir die Verantwortung tragen, diese Folgen mitzudenken. Die Böden, die uns nähren, die Flüsse, aus denen wir trinken, die Luft, die wir atmen, sind kostbar und verletzlich, und die Geschichte des Cadmiums ist eine stille Mahnung, sie zu schützen, nicht aus Angst, sondern aus Achtung vor dem fein gewobenen Netz des Lebens.

22:59 In das wir selbst eingebunden sind. Es liegt eine eigentümliche Ruhe in dem Gedanken, dass wir aus den Fehlern der Vergangenheit lernen können, dass eine Gesellschaft, die hinsieht und Verantwortung übernimmt, Schaden begrenzen und Wege in eine sorgsamere Zukunft finden kann. Mit diesem Gedanken wollen wir die heutige Reise durch das Periodensystem ausklingen lassen.

23:26 Lass die silbrigen Bilder dieses widersprüchlichen Metalls noch einen Moment in dir nachwirken. Atme ruhig und wenn du magst, lass dich in einen erholsamen Schlaf gleiten, getragen von dem Wissen, dass jede Erkenntnis ein kleiner Schritt zu einem behutsameren Umgang mit unserer Welt ist. Schlaf gut und bis zur nächsten Folge.