"Von allen die Umwelt schädigenden Elementen verdient das Cadmium derzeit die stärkste Beachtung" - so formuliert dies der ULLMANN, ein der Übertreibung sicherlich unverdächtiges Standardwerk der technischen Chemie (vgl. Abb. 33).
Abb. 33: Vorkommen von Cadmium
Cadmium ist wie Quecksilber ein seltenes Schwermetall. Anders als beim Quecksilber findet man es nicht in speziellen Lagerstätten, sondern stets zusammen mit anderen Metallen. An erster Stelle ist hier Zink zu nennen. Cadmium ist Zink chemisch sehr ähnlich, was dazu fuhrt, daß in Zinklagerstätten immer Cadmium als Begleitmetall vorhanden ist. Bis zu Beginn unseres Jahrhunderts war es nicht möglich, bei der Herstellung von Zink das Cadmium abzutrennen, so daß die Menschen bei der Nutzung von Zink automatisch auch in Kontakt mit Cadmium kamen. Die ähnlichen chemischen Eigenschaften von Zink und Cadmium sind ein Grund für die Gefährlichkeit des Cadmiums: es vermag das für biologische Systeme besonders wichtige Zink aus den zinkhaltigen Enzymen zu verdrängen, die dadurch ihre Wirksamkeit verlieren.
Analysen von Rohphosphat mit Cadmiumgehalten zwischen 0,1 bis 50 ppm, entsprechende Funde in fossilen Brennstoffen sowie im Knochenmaterial von Meerestieren aus erdgeschichtlich länger zurückliegenden Perioden belegen, daß Cadmium schon immer - allerdings in wesentlich niedrigeren Mengen als heute! - weit verbreiteter Inhaltsstoff von Boden und Wasser war. Über Wind, Regen, fließende Gewässer, Vulkane und Pflanzen gelangte es schon immer in unsere Nahrung und damit in den menschlichen Körper (vgl. Abb. 34).
Abb. 34: Ersatz von Calcium durch Cadmium im menschlichen Körper
Heute jedoch werden die Cadmium-Bestände der Erdkruste durch das Verbrennen von Öl und Kohle, die Verhüttung von Erzen, die Verarbeitung von Metallen und durch die Lagerung und Beseitigung von Abfällen immer stärker in Umlauf gebracht.
Man kann davon ausgehen, daß die natürliche Cadmiumkonzentration des Bodens zwischen 0,1 bis 1 mg/kg Boden liegt. Durch Emissionen von Industrieanlagen, den Kohle- und Erdölheizungen in Ballungsräumen sowie durch mit Cadmium belastete Fluß- und Klärschlämme kann der Cadmiumgehalt des Bodens bis weit über 100 mg/kg angehoben sein.
Auf die mögliche Bedeutung von Cadmium als Umweltgift wurden die Forscher in den 60er Jahren aufmerksam, als in der Nähe einer japanischen Zinkhütte, die ohne Abgasreinigung betrieben wurde, bei Reisbauern und Fischern die sogenannte "Itai-Itai"-Krankheit auftrat. Ins Deutsche übersetzt würde die Krankheit als "Aua-Aua"-Krankheit zu bezeichnen sein - ein Hinweis auf den sehr schmerzhaften Verlauf dieser Erkrankung. Die chronische Cadmiumvergiftung führte nicht nur zu Schädigungen an Nieren und Lungen, hervorstechendes Merkmal waren Schäden am Knochengewebe, die sich in Gelenkbeschwerden, Veränderungen des Knochengerüsts bis hin zu Spontanbrüchen äußerten. Die Krankheit wird dadurch verursacht, daß Cadmium Calcium aus den Knochen verdrängt, was zu ihrer Versprödung führt. Heute geht man davon aus, daß diese extreme Ausprägung der Symptome nur dann auftritt, wenn eine hohe Cadmiumbelastung einhergeht mit einem Mangel an Nährstoffen, wie z.B. Calcium, Eiweiß oder Vitamin D.
Cadmium und Cadmiumverbindungen stehen im begründeten Verdacht, auch beim Menschen die Entstehung von Krebs zu fördern. In der Bundesrepublik Deutschland sind sie in die Gefahrenklasse A2 eingeordnet, die Stoffe umfaßt, "die sich bislang nur im Tierversuch eindeutig als krebserzeugend erwiesen haben, und zwar unter Bedingungen, die der möglichen Exposition des Menschen am Arbeitsplatz vergleichbar sind" (TRGS 900).
Es ist daher besonders wichtig, daß sowohl die durch die TA Luft vorgegebenen Grenzwerte für Cadmium im Abgas mit 0,2 mg/m3 beziehungsweise 0,001 kg pro Stunde wie auch der Imissionswert von 0,00004 mg/m3 Cadmium in Staubniederschlägen gewährleistet sind. Entsprechendes gilt für den für Klärschlamm gesetzten Grenzwert von 20 mg/kg Trockenschlamm. Angesichts der hohen Übergangsrate des Cadmiums in Pflanzen stellt dieser Wert sicher eine obere Grenze dar.
Einen Überblick über die Verwendung von Cadmium gibt die Tabelle 17.
Tab. 17: die Verwendung von Cadmium (nach: W. Tötsch, UWSF 2 (4) 226 (1990))
| Verwendung | Einsatz | Tendenz | Konzentration | Einsatzdauer | Verwendungsbeispiele |
| Akkumulatoren | 350 - 400 t | ||||
| Offene Zellen | 50 t | sinkend | 150 - 220 g/kg | 15 - 20 a | Unterbrechungsfreie Stromversorgung, Startbatterien für Flugzeuge, Fahrerlose Transportsysteme |
| Geschlossene Zellen | 300 - 350 t | steigend | 150 - 200 g/kg | 2 - 3 a | Schnurlose Elektrogeräte, Modellbau, Ersatz von Primärelementen, Meßgeräte |
| Pigmente | 291 t | ||||
| Kunststoff-Färbung | 250 t | konstant | 1 - 3 g/kg | 5 - 15 a | Flaschenkästen und andere langlebige bunte Kunststoffprodukte |
| Lacke | 6 t | sinkend | 1 - 20 g/m2 | 5 - 10 a | Sonderlackierungen |
| Keramikindustrie | 24 t | konstant | 5 - 20 g/m3 | 5 - 10 a | Emaillierte Töpfe, dekorierte Keramiken |
| Glasindustrie | 11 t | konstant | 20 - 30 g/kg | 5 - 20 a | Signalgläser, Kirchenfenster |
| Stabilisatoren | 279 t | ||||
| Fensterprofile | 210 t | konstant | 1 - 2 g/kg | 30 - 50 a | Kunststoffenster |
| andere Außenprofile | 47 t | konstant | 1 - 2 g/kg | 10 - 20 a | Werbetafeln |
| Dach- und Schwimmbadfolien | 18 t | sinkend | 1 - 2 g/kg | 5 - 20 a | Baubereich |
| Weichextrusion | 4 t | sinkend | 1 - 2 g/kg | 5 - 10 a | Gartenschläuche |
| Galvansiche Beschichtungen | 200 t | konstant | 40 - 100 g/m2 | 5 - 15 a | Verbindungselemente, Ventile, Präzisionsteile |
| Andere Verwendungen | 126 t | ||||
| Lote | 40 t | konstant | 150 - 210 g/kg | 5 - 20 a | Silberhartlote |
| Kontaktmaterial | 6 t | sinkend | 25 - 150 g/kg | 5 - 20 a | Elektrische Schalter |
| Andere | ca. 80 t | Legierungen, Neutronenadsorber, Chemikalien, Halbleiter | |||
| Summe | 1250 - 1300 | schwach steigend |
In der Bundesrepublik wies der Cadmiumverbrauch im Jahr 1979 mit über 2000 t seinen höchsten Wert auf. Als dann die Bedenken hinsichtlich der Toxizität von Metall und Verbindungen stärkere Beachtung fanden, wurde innerhalb von 2 Jahren der Cadmiumeinsatz um 43% gesenkt. Heute liegt er auf einem Niveau von ca. 1300 t pro Jahr mit leicht steigender Tendenz. Es ist festzustellen, daß die Bundesrepublik deutlich mehr Cadmium verwendet als Japan oder die USA.
Die Tabelle 17 zeigt, daß der Einsatz von Cadmium bei Ni/Cd-Akkus der einzige Anwendungsbereich ist, wo ein steigender Verbrauch zu verzeichnen ist. In keinem der in der Tabelle 17 genannten Bereiche wird Cadmium in nennenswertem Umfang einem Recycling zugeführt. Die einzige deutsche Anlage zum Recycling von Cadmium, die Duisburger Kupferhütte, stellte 1983 ihren Betrieb ein. Allein sie verursachte 75% der Cadmiumemissionen in Gewässern. In ganz Europa gibt es nur drei Anlagen zum Recycling von Cadmium (in Schweden und Frankreich). Mit ihrer Kapazität von ca. 600 t pro Jahr erfassen sie bei einem Jahresverbrauch in Westeuropa von ca. 7 200 t nur etwa 8% der eingesetzten Menge. Man muß daher davon ausgehen, daß die vom Umweltbundesamt im Jahre 1981 vorgenommene Abschätzung der Cadmiumemission nach wie vor Gültigkeit hat (Tab. 18).
Tab. 18: Cadmiumemissionen
| Quelle | Cadmium/ t pro Jahr |
| 1. Groß- und Industriefeuerungsanlagen: | |
| Steinkohle | 4,3 |
| Braunkohle | 4,1 |
| Heizöl | 0,2 |
| Erdgas | 0,0 |
| 2. Haushalte und Kleinverbraucher | 1,0 |
| 3. Müllverbrennungsanlagen | 2,9 |
| 4. Klärschlammverbrennung | 0,1 |
| 5. Eisen- und Stahlindustrie | 11,3 |
| 6. Zinkerzeugung | 1,0 |
| 7. Bleierzeugung | 0,9 |
| 8. Kupfererzeugung und Legierungsschmelzwerke | 1,0 |
Cadmiumemissionen in t/a (Quelle: Umweltbundesamt)
| Recycling von Cadmium Die Übersicht über die Einsatzgebiete für Cadmium zeigt, daß ein Recycling nur im Bereich der Akkus möglich ist, wenn der Cd-Gehalt zwischen 15 und 22% liegt. Angesichts der Steigerungsraten bei Ni/Cd-Akkus erscheint dies für die Zukunft auch wirtschaftlich interessant. Zur Zeit verlagert sich in diesem Bereich der Schwerpunkt bei der Produktion von den großen, industriell eingesetzten Ni/CdAkkus zu den kleinen, geschlossenen Zellen für den privaten Gebrauch. Leider werden zur Zeit in den kommunalen Sammelstellen Ni/Cd-Akkus zusammen mit Zink/Kohle- und Alkali/Mangan-Batterien gesammelt. Eine direkte Aufarbeitung des gemischten Batterieschrotts ist nicht möglich, eine teure manuelle Sortierung jedoch die Voraussetzung für ein Recycling. Aus Kostengründen (!) wird der gemischte Batterieschrott daher in der Regel immer noch deponiert. Unerläßlich ist es daher, Ni/CdAkkus schon im privaten Bereich getrennt zu sammeln, um diese dann einem Cadmium-Recycling zuzuführen. Eine eindeutige Kennzeichnung dieser Akkus, etwa durch eine bestimmte Farbe, ließe dieses Verfahren für alle Bürger praktikabel werden, ein Pfandsystem würde darüber hinaus den Anreiz verstärken, sich umweltgerecht zu verhalten. |
Wie und in welchen Mengen nehmen wir Cadmium in unseren Körper auf? Die Aufnahme von Cadmium in den menschlichen Körper erfolgt auf zwei Wegen:
- durch Einatmen belasteter Luft und
- durch Aufnahme über Nahrungsmittel.
Der inhalative Weg ist eigentlich - wenn man von Arbeitern in cadmiumverarbeitenden Betrieben einmal absieht - nur noch bei Rauchern (und leider auch bei Passivrauchern!) von Bedeutung. Im Zigarettenrauch ist so viel Cadmiumoxid enthalten, daß ein Konsum von 10 Zigaretten am Tag die "normale Cadmiumaufnahme" durch die Nahrung um etwa 30% erhöht, also durchaus als "beträchtlich" zu bezeichnen ist.
| Cadmium im Zigarettenrauch - woher, wieviel? Wie andere großblättrige Pflanzen ist der Tabak ein besonders guter Cadmium-Sammler. Dies führt dazu, daß in einer Zigarette zwischen 0,0005 und 0,002 mg Cadmium enthalten ist. Mit der Nahrung aufgenommenes Cadmium wird im Magen-Darm-Trakt nur zu etwa 6% resorbiert. Dagegen liegt die Resorptionsrate beim Rauchen viel höher, nämlich in der Größenordnung von 50%. Pro Zigarette mit einem Cadmiumgehalt von 0,002 mg werden damit etwa 0,001 mg Cadmium aufgenommen. Geht man von einer "Grundbelastung" mit Cadmium über die normale Nahrung in Höhe von 0,25 mg/Woche aus, verbleiben noch 0,25 mg "Sicherheitsspanne", bis der WHO-Grenzwert von 0,5 mg Cadmium pro Woche erreicht ist. Die Rechnung zeigt, daß dieser Grenzwert bei einem Konsum von 35 Zigaretten täglich erreicht beziehungsweise überschritten wird. |
Cadmium gelangt in die Nahrungsmittel über den Weg: Boden - Pflanze - Frucht - Nahrung. Im Vergleich mit Quecksilber, das relativ fest an den Boden gebunden ist, wird Cadmium 10 bis 100 mal leichter von der Pflanze aufgenommen, d.h. reichert sich in ihr in viel stärkerem Maße an, als dies beispielsweise bei Quecksilber der Fall ist. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß von der Pflanze aufgenommenes Quecksilber zu etwa 90% in den Wurzeln verbleibt und damit nicht in die Nahrung gelangt. Dies ist bei Cadmium ganz anders: hier wird Cadmium zu mehr als 50% in Sproß, Blätter und Früchte geleitet. Daher ist der Cadmiumgehalt von Lebensmitteln, insbesondere aus stark belasteten Ballungsräumen, hoch. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hält für den normalgewichtigen Erwachsenen eine Cadmium-Aufnahme von 0,52 mg pro Woche für "duldbar". Für die Bundesrepublik liegt die bei normalen Verzehrgewohnheiten aufgenommene Cadmiummenge bei 0,24 mg pro Woche, also bei etwa 50% des "duldbaren" Wertes. Ein Vergleich mit der Situation in anderen Ländern gibt die Tabelle I9, eine Übersicht über die Cadmiumgehalte ausgewählter Lebensmittel zeigt Tabelle 20.
Tab. 19: Übersicht über die tägliche Cadmiumaufnahme durch Nahrungs- und Genußmittel sowie Getränke in verschiedenen Ländern (nach: AID, 33, Heft 12 (1988))
| Land | mittlere tägliche Cadmiumaufnahme durch Nahrung/mg Cd/d) |
| alte Bundesländer | 30 - 67 |
| Großbritannien | 15 - 30 |
| Japan | 35 - 80 |
| Rumänien | 38-64 |
| Schweden | 6- 19 |
| USA | 13 - 47 |
| neue Bundesländer | 30 - 50 |
Tab. 20: Cadmiumgehalte in Lebensmitteln in mg/kg Frischsubstanz, zusammengestellt aus Werten des Ernährungsberichtes 1984 (nach: AID, 33, Heft 12 (1988))
| Seefische | 0,015 |
| Fischwaren | 0,010 |
| Fischkonserven | 0,039 |
| Reis | 0,025 |
| Roggen | 0,015 |
| Weizen | 0,056 |
| Kartoffeln | 0,047 |
| Spinat | 0,232 |
| Sellerie | 0,675 |
| Pilze | 0,200 |
| Obst | 0,009 |
| Honig | 0,021 |
| Schokolade | 0,072 |
| Kaffee | 0,016 |
| Mineralwasser | 0,002 |
| Milch | 0,002 |
| Kondensmilch | 0,007 |
| Käse | 0,017 |
| Eier | 0,012 |
| Kalbfleisch | 0,007 |
| Rindfleisch | 0,010 |
| Schweinefleisch | 0,010 |
| Kalbsleber | 0,025 |
| Rinderleber | 0,123 |
| Schweineleber | 0,100 |
| Kalbsniere | 0,128 |
| Rinderniere | 0,619 |
| Schweineniere | 0,691 |
| Hühner | 0,025 |
| Wurstwaren | 0,018 |
| Süßwasserfische | 0,032 |
Die Abbildung 35 gibt eine Übersicht über die Cadmiumzufuhr aus unterschiedlichen Nahrungsmitteln. Die Übersicht zeigt, daß praktisch die Hälfte der aufgenommenen Menge aus pflanzlichen Lebensmitteln stammt. Pflanzen mit großer Blattoberfläche, wie Rüben, Spinat, Salat oder Sellerie sind starke "Cadmium-Sammler". Auch wildwachsende Pilze können sehr hohe Cadmiumgehalte aufweisen.
Abb. 35: Cadmiumzufuhr über unterschiedliche Nahrungsmittel (Angaben in % der Cadmiumgesamtaufnahme über die Nahrung)
Von den tierischen Nahrungsmitteln sind besonders Innereien, speziell Nieren, reich an Cadmium, die Gehalte in Fleisch oder Milch sind dagegen von deutlich geringerer Bedeutung.
Angesichts der vielfältigen Cadmiumquellen in der Umwelt wird selbst bei sorgfältigster Auswahl der Nahrungsmittel eine gewisse Aufnahme von Cadmium nicht auszuschließen sein. Selbst vor dem Hintergrund, daß eine "natürliche Belastung" schon immer bestanden hat, muß man feststellen, daß die heute gegebene Situation noch unbefriedigend ist. Noch längst nicht alle Fragen sind geklärt, die zu einer abschließenden Beurteilung der Giftigkeit dieses Metalls erforderlich sind. Dies betrifft insbesondere die Frage nach sich eventuell verstärkenden Wirkungen bei Vorliegen weiterer Belastungen durch andere Schwermetalle oder auch andere potentielle Schadstoffe. Es sollte daher alles getan werden, um die Verbreitung dieses Metalls in der Umwelt einzuschränken. Besonders wichtig ist hier die wirksame Entfernung des Schwermetalls aus der Luft durch Abgasreinigung von Kraftwerken, Hüttenwerken und Müllverbrennungsanlagen und die permanente Kontrolle der von der Landwirtschaft genützten Klärschlämme.
Ist der Ersatz von Cadmium möglich ?
Bestimmte Cadmiumverbindungen verleihen als Stabilisatoren PVC eine ausgezeichnete Licht- und Wetterunempfindlichkeit. Auf diese Stoffe wird heute verzichtet; an ihre Stelle sind rein organische Stabilisatoren getreten.
Cadmiumpigmente basieren auf dem gelben Cadmiumsulfid. Ihr Zusatz bringt nicht nur reine, brillante Farbtöne, sie ermöglichen auch die Färbung von Kunststoffen, die bei Temperaturen von 300 °C und darüber verarbeitet werden müssen, wo sich andere Farbstoffe bereits zersetzen. Für die Färbung bei niedrigen Temperaturen wurden dagegen zahlreiche Alternativen für Cadmiumpigmente entwickelt. Unverzichtbar sind Cadmiumpigmente jedoch nach wie vor, wenn im Temperaturbereich des Glasurbrandes Rotpigmente gewünscht werden, oder für Signalanlagen die vorgeschriebenen Gelb- oder Rottöne erzielt werden sollen.
Bei den kleinen, geschlossenen Ni/Cd-Akkus für den überwiegend privaten Gebrauch ist ein Ersatz derzeit nicht in Sicht. Wenn es nicht gelingt, diese Akkus in großem Umfang durch ein geeignetes Sammelsystem einem Recycling zuzuführen, düfte angesichts der weiter steigenden Nachfrage nach diesen Akkus der Cadmiumgehalt des Hausmülls eher noch steigen.
Im Bereich der Galvanotechnik, auf den etwa 20% des Cadmiumverbrauches entfallen, wird Cadmium dort verwendet, wo ein starker Korrosionsangriff zu erwarten ist. Es ist heute - vor allem in Japan - gelungen, hier gleichwertige Ersatzstoffe zu schaffen.