Rauch

Rauch von einem Waldbrand.

Rauch ist die Menge an festen und flüssigen Partikeln und Gasen in der Luft, die bei der Pyrolyse oder Verbrennung eines Materials entsteht, zusammen mit der Menge an Luft, die mitgerissen oder anderweitig mit der Masse vermischt wird. Er ist in der Regel ein unerwünschtes Nebenprodukt von Bränden (einschließlich Öfen und Lampen) und Kaminen, kann aber auch zur Schädlingsbekämpfung (Begasung), zur Kommunikation (Rauchsignale), zur Verteidigung (Rauchschutz) oder zur Inhalation von Tabak oder anderen Drogen verwendet werden. Rauch wird manchmal als Aromastoff und Konservierungsmittel für verschiedene Lebensmittel verwendet. Rauch ist auch manchmal ein Bestandteil von Abgasen von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren.

Das Einatmen von Rauch ist die Haupttodesursache bei Opfern von Bränden in Innenräumen. Der Rauch tötet durch eine Kombination aus thermischer Schädigung, Vergiftung und Lungenreizung durch Kohlenmonoxid, Blausäure und andere Verbrennungsprodukte.

Chemische Zusammensetzung

„Bling-bling“: Himmelsschreiber benutzen Rauch, um zu buchstabieren.

Die Zusammensetzung des Rauchs hängt von der Art des brennenden Brennstoffs und den Verbrennungsbedingungen ab.

Brände mit hoher Sauerstoffverfügbarkeit verbrennen bei hoher Temperatur und mit geringer Rauchentwicklung; die Partikel bestehen meist aus Asche oder bei großen Temperaturunterschieden aus kondensiertem Wasseraerosol. Hohe Temperaturen führen auch zur Bildung von Stickstoffoxiden. Der Schwefelgehalt führt zur Bildung von Schwefeldioxid. Kohlenstoff und Wasserstoff werden vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Bei Bränden unter Sauerstoffmangel entsteht eine wesentlich breitere Palette von Verbindungen, von denen viele giftig sind. Bei der teilweisen Oxidation von Kohlenstoff entsteht Kohlenmonoxid, bei stickstoffhaltigen Materialien können Blausäure, Ammoniak und Stickoxide entstehen. Der Gehalt an Chlor (z. B. in Polyvinylchlorid) oder anderen Halogenen kann zur Bildung von Chlorwasserstoff, Phosgen, Dioxin sowie Chlormethan, Brommethan und anderen Halogenkohlenwasserstoffen führen.

Auch bei der Pyrolyse des Brennmaterials entstehen große Mengen an Kohlenwasserstoffen, sowohl aliphatische (Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen) als auch aromatische (Benzol und seine Derivate, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe; z.B. Benzopyren, das als krebserregend untersucht wurde, oder Teten), sowie Terpene. Heterozyklische Verbindungen können ebenfalls vorhanden sein. Schwerere Kohlenwasserstoffe können als Teer kondensieren.

Das Vorhandensein von Schwefel kann zur Bildung von z.B. Schwefelwasserstoff, Carbonylsulfid, Schwefeldioxid, Schwefelkohlenstoff und Thiolen führen; insbesondere Thiole neigen dazu, an Oberflächen adsorbiert zu werden und auch noch lange nach dem Brand einen anhaltenden Geruch zu erzeugen. Durch partielle Oxidation der freigesetzten Kohlenwasserstoffe entsteht eine breite Palette anderer Verbindungen: Aldehyde (z. B. Formaldehyd, Acrolein und Furfural), Ketone, Alkohole (oft aromatisch, z. B. Phenol, Guajakol, Syringol, Catechol und Kresole), Carbonsäuren (Ameisensäure, Essigsäure usw.).

Die sichtbaren Partikel in solchem Rauch bestehen meist aus Kohlenstoff (Ruß). Andere Partikel können aus Tropfen von kondensiertem Teer oder festen Aschepartikeln bestehen. Der Gehalt an Metallen führt zu Partikeln aus Metalloxiden. Es können sich auch Partikel anorganischer Salze bilden, wie Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat. Viele organische Verbindungen, typischerweise aromatische Kohlenwasserstoffe, können auch an der Oberfläche der festen Partikel adsorbiert werden.

Rauchemissionen können charakteristische Spurenelemente enthalten. Vanadium ist in Emissionen von ölbefeuerten Kraftwerken und Raffinerien enthalten; Ölanlagen emittieren auch etwas Nickel. Bei der Verbrennung von Kohle entstehen Emissionen, die Selen, Arsen, Chrom, Kobalt, Kupfer und Aluminium enthalten.

Einige Bestandteile des Rauchs sind charakteristisch für die Verbrennungsquelle. Guajakol und seine Derivate sind Produkte der Pyrolyse von Lignin und sind charakteristisch für Holzrauch; andere Marker sind Syringol und Derivate sowie andere Methoxyphenole. Reten, ein Produkt der Pyrolyse von Nadelbäumen, ist ein Indikator für Waldbrände. Levoglucosan ist ein Pyrolyseprodukt von Zellulose. Laubholz- und Nadelholzrauch unterscheiden sich durch das Verhältnis von Guajakolen/Syringolen. Zu den Markern für Fahrzeugabgase gehören polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Hopane, Sterane und bestimmte Nitroarene (z. B. 1-Nitropyren). Anhand des Verhältnisses von Hopanen und Steranen zu elementarem Kohlenstoff kann zwischen den Emissionen von Benzin- und Dieselmotoren unterschieden werden.

Gefahren durch Rauch

Rauch von Bränden unter Sauerstoffmangel enthält eine beträchtliche Menge an brennbaren Verbindungen. Eine Rauchwolke, die mit Luftsauerstoff in Berührung kommt, kann daher entweder durch eine andere offene Flamme in der Nähe oder durch ihre eigene Temperatur entzündet werden. Dies führt zu Effekten wie Backdraft und Flashover.

Viele Bestandteile des Brandrauchs sind hochgiftig und/oder reizend. Am gefährlichsten ist Kohlenmonoxid, das zu Kohlenmonoxidvergiftungen führt, manchmal mit unterstützender Wirkung von Blausäure und Phosgen. Das Einatmen von Rauch kann daher schnell zu Handlungsunfähigkeit und Bewusstlosigkeit führen.

Rauch kann die Sicht behindern und den Bewohnern das Verlassen von Brandgebieten erschweren. Tatsächlich war die schlechte Sicht durch den Rauch beim Brand des Worcester Cold Storage Warehouse in Worcester, Massachusetts, genau der Grund, warum die eingeschlossenen Feuerwehrleute das Gebäude nicht rechtzeitig evakuieren konnten. Due to the striking similarity that each floor shared, the dense smoke caused the firefighters to become disoriented.

Visible and invisible particles of combustion

Depending on particle size, smoke can be visible or invisible to the naked eye. This is best illustrated when toasting bread in a toaster. As the bread heats up, the products of combustion increase in size. These particles begin as invisible but become visible if the toast is burnt.

See also

Smoke from a bee smoker, used in beekeeping.

• Firefighter
• Smoke detector
• Smog
• Smoking (cooking technique)
• Smoke-screen
• Smoke bomb
• Smoke signal
• Tobacco

Notes

• Bowman, C., et al. Shedding new light on wood smoke: a risk factor for respiratory health Eur. Respir. J. 27:446-47, 2006. Abgerufen am 1. Oktober 2007.
• Centers for Disease Control and Prevention (U.S.). Passivrauchen: Was es für Sie bedeutet. Rockville, MD: U.S. Dept. of Health and Human Services, 2006. OCLC: 70215796.
• Schwartz, Joel. The Wood Smoke Issue: Comparison of Fuel Emissions Burning Issues, 2002. Abgerufen am 1. Oktober 2007.

Alle Links wurden am 16. November 2019 abgerufen.

• Chemische Zusammensetzung von Holzrauch