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.
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.
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
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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.