Der kürzlich vom Bundesstaat New York in den Vereinigten Staaten vorgeschlagene Gesetzesentwurf sieht ein zweijähriges Verbot des Verkaufs von Ruß vor. Er behandelt unter anderem die Definition von Ruß, die Gründe für eine Einschränkung seiner Verwendung, seine Einsatzgebiete in der Druckindustrie und anderen Branchen, seine Herstellung, seine potenziellen Umweltauswirkungen und die Machbarkeit von Alternativen.
Im Laufe der Zeit haben die Menschen je nach technologischem Stand und geografischen Gegebenheiten verschiedene Methoden zur Rußherstellung entwickelt. Das Ofenrußverfahren ist derzeit das effizienteste und am weitesten verbreitete Verfahren, wir werden aber auch andere Verfahren besprechen.
Ofenschwärzungsprozess
Bei diesem Verfahren werden Kohlenwasserstoffe aus Erdöl und Erdgas als Rohstoffe verwendet, um den Großteil des weltweiten Rußes herzustellen. Die Rohstoffe werden zur thermischen Zersetzung in den Reaktor eingespritzt. Sie verbrennen jedoch in temperatur- und sauerstoffkontrollierten Umgebungen nur teilweise. In dieser kontrollierten Reaktion entstehen und werden Rußpartikel gesammelt. In modernen Reaktorsystemen kann bei der Pigmentherstellung eine Oberflächenbehandlung durchgeführt werden, um die Eigenschaften für spezifische Anwendungen (z. B. Pigmentdispersion und Tintenherstellung) zu verbessern.
Ruß ist ein pulverförmiges Agglomerat mit Primärpartikelgrößen von 10 bis 80 nm. Zur einfacheren Verarbeitung kann das Pulver zu Partikeln verpresst werden. Neben der Modifizierung der Oberfläche lassen sich auch die Prozessbedingungen anpassen, um Eigenschaften wie Struktur und Oberfläche gezielt zu beeinflussen.

katalytische Pyrolyse
Das thermische Crackverfahren zur Rußgewinnung erfordert das Einleiten von Erdgas in den Vorwärmofen unter Inertgasatmosphäre. Dort zersetzt sich das Gas in Ruß und Wasserstoff. Unter anaeroben Bedingungen bildet sich der entstehende Ruß langsam, und die resultierenden Partikel sind in der Regel sehr rein. Im Vergleich zu Ofenruß ist die Partikelgröße größer und die Struktur weniger dicht. Dieses Verfahren nutzt zwei Öfen. Während ein Ofen vorgeheizt wird, zersetzt der andere Ofen Erdgas zu Ruß. Der dabei entstehende Wasserstoff kann zum Vorheizen des zweiten Ofens verwendet werden, um in diesem diskontinuierlichen Prozess die nächste Produktcharge herzustellen.

Gasrußverfahren (Degussa-Verfahren)
Das Gasrußverfahren wurde in Europa unter Verwendung von Kohlenteerfraktionen entwickelt. Das Öl wird erhitzt, bis es verdampft. Reines, verdampftes Öl wird durch ein wasserstoffreiches Trägergas in die Brennkammer transportiert. Aufgrund des vorhandenen Sauerstoffs weist die Oberfläche des entstehenden Rußes einen hohen Grad an Funktionalität auf, die aus sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen besteht. Mit diesem Verfahren lässt sich hochreiner Ruß mit kleiner Partikelgröße herstellen. Ähnlich wie Ofenruß eignet sich Gasruß aufgrund seiner Eigenschaften ideal für Druckfarben und Beschichtungen.

Weitere historische Verfahren zur Rußherstellung sind Lampenruß, Ruß aus Rillen und Acetylenruß. Ruß selbst herzustellen ist ganz einfach: Stellen Sie einen Topf mit kaltem Wasser über die Kerze, aber innerhalb der orangefarbenen Flamme. Ein Teil des verbrannten Wachses sammelt sich als Ruß am Topfboden. Kurz gesagt: Wenn Sie Kerzen anzünden, grillen, Räucherstäbchen verbrennen oder Zitronengraskerzen gegen Mücken verwenden, produzieren Sie Holzkohle.

Regulierungsfragen
Wenn es um regulatorische Fragen im Zusammenhang mit Ruß geht, ist zunächst eine wichtige Unterscheidung zu treffen. Geht es um trockenen Ruß in Pulverform als Pigment oder um Ruß in getrockneten Druckfarben? Betrachten wir zunächst den von Druckfarbenherstellern gelieferten Ruß in Pulverform.
Gesundheitsrisiken
Die größte versteckte Gefahr von Ruß besteht darin, dass bei unsachgemäßer Handhabung Staubexplosionen auftreten können. Übersteigt die Staubkonzentration 50 Gramm pro Kubikmeter, besteht in Gegenwart einer Zündquelle Explosions- oder Brandgefahr. Durch sorgfältiges Management und die Beseitigung von Brandquellen lässt sich dieses Risiko minimieren.
Das zweite Problem ist das Einatmen. Die Rußpartikel sind sehr klein und verteilen sich leicht, wenn sie nicht abgedeckt werden. Kurzfristiges Einatmen von Rußstaub kann Reizungen und Beschwerden der oberen Atemwege verursachen. Dies kann zu Husten und pfeifenden Atemgeräuschen führen. Es gibt jedoch keine Hinweise darauf, dass akuter Kontakt lebensbedrohlich ist.
Die langfristige Inhalation von Ruß kann bei Tieren zu einer Überlastung der Lunge und zu Entzündungen führen. Obwohl Entzündungen genotoxische Wirkungen hervorrufen können, gilt Ruß selbst nicht als mutagen. Diese Ergebnisse ähneln zudem anderen Studien zu unlöslichen anorganischen Partikeln bei der Inhalation. Da die langfristige Exposition gegenüber Ruß und anderen unlöslichen Partikeln die Lungenkapazität verringert, wird beim Umgang mit Rußpulver stets das Tragen persönlicher Schutzausrüstung (PSA) und die Einhaltung guter Arbeitsschutzmaßnahmen empfohlen.
Ruß reizt weder Augen noch Haut. Er kann jedoch mechanische Reizungen verursachen und, wie andere Pulver auch, die Haut austrocknen.
Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) stuft Rußpulver als Karzinogen der Klasse 2B ein. Die Internationale Rußvereinigung (International Carbon Black Association) geht davon aus, dass diese Einstufung darauf beruht, dass Laborratten besonders empfindlich auf das Einatmen hoher Dosen schwerlöslicher Partikel reagieren. Es gibt nicht genügend Beweise für einen Zusammenhang zwischen Ruß und Lungenkrebs beim Menschen. Die gemeinnützige American Conference of Government Industrial Hygienists (ACGIH) hat Ruß als nachweislich krebserregend für Tiere eingestuft, die Auswirkungen auf den Menschen sind jedoch noch unklar.
Sobald Ruß in Tinte oder Farbe eingearbeitet ist, sind alle Risiken, die mit seiner Verwendung als unlösliche Partikel verbunden sind, beseitigt. Dies ist ein wichtiger Unterschied, der im Gesetzesentwurf des Senats offenbar übersehen wird, indem Ruß fälschlicherweise als giftige Substanz bezeichnet wird. George Fuchs, Direktor für regulatorische Angelegenheiten und Technologie bei NAPIM, erklärte: „Wir sind sehr besorgt darüber und haben uns mit verschiedenen Branchen- und Wirtschaftsverbänden zusammengeschlossen, um gegen dieses unüberlegte und kontraproduktive Gesetz vorzugehen.“
Umwelteinflüsse
Schätzungen zufolge werden bei der Produktion von über 15 Millionen Tonnen Ruß 29 bis 79 Millionen Tonnen Kohlendioxid freigesetzt. Durch den Einsatz von Wasserstoff anstelle von Erdgas ließe sich der CO₂-Fußabdruck um 19 % reduzieren. Zu den weiteren potenziellen Umweltauswirkungen zählt die Freisetzung von Kohlenmonoxid.

Wie bereits besprochen, werden Rußpigmente hauptsächlich aus Erdölfraktionen hergestellt. Ruß wird aus Abfallstoffen wie Reifen gewonnen, und einige Unternehmen nutzen bereits erneuerbare Ressourcen für die Rußproduktion. Living Ink stellt Ruß aus Biomasseabfällen in einem CO₂-negativen Verfahren her. Das Unternehmen hat die Produktionsprozesse für Siebdruck-, Offset- und Flexodruckfarben optimiert. In naher Zukunft werden wir voraussichtlich auch Produkte in Inkjet-Qualität sehen. Wie herkömmlicher Ruß werden auch biobasierte Rußpigmente durch Verbrennung unter anaeroben Bedingungen hergestellt. Leider werden auch diese erneuerbaren Rußformen durch geplante Landesgesetze verboten.

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