15. Asbestzeit, Asbestsubstitution und Chrysotil

Historische Materialkontinuität: Asbest, Calciumsilikat und die Zeit danach

Calciumsilikat ist nicht erst als nachträglicher Ersatzstoff nach dem Wegfall von Asbest in Hochtemperaturanwendungen eingeführt worden. Die Materialklasse war bereits in der Asbestzeit im Markt der technischen Wärme- und Rohrleitungsdämmung vertreten.

Ein historisches Produktblatt von Johns-Manville dokumentiert diesen Zusammenhang unmittelbar. Es bewirbt „J-M Thermobestos“ für den Einsatz bis 1.200 °F und bezeichnet das Produkt ausdrücklich als „calcium silicate insulation“. Das Blatt steht in einer Produktübersicht des traditionsreichen Asbestherstellers Johns-Manville für Wärme- und Rohrleitungsdämmungen. Es zeigt damit, dass Calciumsilikat in der Asbestzeit keine ausserhalb des Asbestmarkts stehende Werkstoffwelt bildete, sondern Teil desselben Hochtemperaturdämmungsumfelds war. [6]

Der spätere Wegfall der Asbestfaser hat die asbestbedingte Fasergefährdung adressiert. Er hat jedoch nicht automatisch die für die Chromatbildung relevante Calciumoxidchemie aus den Dämmstoffsystemen entfernt. Calciumsilikatprodukte wurden weiterhin als Hochtemperaturdämmungen angeboten; gegenwärtig vermarktet Johns Manville beispielsweise ebenfalls calcium-silikatische Hochtemperaturdämmungen, nun ausdrücklich asbestfrei. Die Veränderung der Faserkomponente ist somit nicht mit einer Beseitigung der basischen Calciumkomponente gleichzusetzen.

Asbest-Mineralwolle-Mischungen und Verbundsysteme

Die historische Materialentwicklung verlief nicht ausschliesslich als Wechsel von reinem Asbest zu reiner Mineralwolle. Das Johns-Manville-Patent US2389460A, erteilt am 20. November 1945, beschreibt Wärmedämmplatten mit Steinwolle und Asbestfasern im Gewichtsverhältnis von ungefähr 2:1, verbunden durch einen Kunststoffbinder. Es dokumentiert eine ausdrücklich vorgesehene Fasermischung. [20]

Für die Hochtemperaturtechnik ist zusätzlich US2162387A vom 13. Juni 1939 relevant: Der für Kessel- und Feuerungsfugen beschriebene Hochtemperaturzement enthält 10 Gewichtsprozent Asbestfasern, 5 % Mineralwolle und 8 % Natriumsilikat sowie 27 % Sand und 50 % Feuerclay. Asbest, Mineralwolle und eine Natriumkomponente waren somit bereits damals in derselben Rezeptur vorgesehen. Die historische Bewertung muss solche Misch- und Verbundsysteme einschliesslich ihrer basischen Komponenten erfassen. [21]

Die historische und die heutige Risikologik sind daher zu trennen und zugleich zusammenzudenken:

Früher Forschungsansatz: der US-Bericht von 1969

Ralph J. Sullivans Air Pollution Aspects of Chromium and its Compounds enthält zwei getrennte Anknüpfungspunkte. Abschnitt 3.4.1 Asbestos, gedruckte Seiten 24-25, referiert damalige Überlegungen zu Chrom und anderen Spurenstoffen als Beteiligte an asbestassoziierten Krebserkrankungen. Er nennt einen Chromgehalt von ungefähr 1.500 µg/g im angeführten Asbestmaterial. Abschnitt 3.4.3 Cement, Seite 25, erläutert die Chromatbildung durch Wärmebehandlung von Cr₂O₃ unter alkalischen Bedingungen und fragt nach deren Bedeutung für weitere Materialien, beispielsweise Asbest. [17]

Der erste Bezug betrifft eine mögliche zusätzliche biologische Schadenskomponente; der zweite eine thermochemische Forschungsfrage. Diese beiden historischen Fragen sind getrennt weiterzuverfolgen: über die faserassoziierte Metallchemie einerseits und über Zusammensetzung, Grenzflächen und Betriebsbedingungen asbesthaltiger Dämmsysteme andererseits. Der Bericht entstand 1969 für die US National Air Pollution Control Administration im Gesundheitsministerium. Er liegt heute im Archiv der US-Umweltbehörde EPA; die EPA war nicht sein damaliger Auftraggeber. [17]

Chrysotilasbest als mögliche parallele Cr(VI)-Quelle: der Befund von Walter et al.

Die Studie von Walter et al. (2022) untersucht nicht die Chromatbildung an Dämmstoffen, sondern die Freisetzung von Chrom aus Chrysotilasbest. Gerade deshalb ergänzt sie die historische Betrachtung entscheidend: Sie macht sichtbar, dass eine Asbestexposition bei chromhaltigem Chrysotil nicht zwingend ausschliesslich als Faserexposition verstanden werden kann.

Walter et al. zeigen im untersuchten Chrysotil einen Chromgehalt im niedrigen Gramm-pro-Kilogramm-Bereich. Das Chrom liegt im Ausgangszustand überwiegend als schwer lösliches Cr(III) vor. Unter oxidativen Bedingungen bei physiologischem pH, insbesondere in Gegenwart von Wasserstoffperoxid (H₂O₂), wurde Chrom aus den Fasern mobilisiert und in der Lösung ausschliesslich als Cr(VI) nachgewiesen. Das mobilisierte Cr(VI) lag überwiegend als Chromat-Oxyanion vor.

Der zuvor unzureichend untersuchte Chrompfad

Walter et al. stellen klar, dass eine Beteiligung von Chrom an der Kanzerogenität von Chrysotil bereits früher postuliert worden war. Unzureichend verstanden waren jedoch das Verhalten und die Reaktivität des faserassoziierten Chroms in Lunge und Pleura; die Aufnahmefähigkeit einschlägiger Zellen war nach Kenntnis der Autoren zuvor nicht untersucht worden. Die Studie adressiert diese Wissenslücken experimentell. [4]

Die Studie belegt darüber hinaus, dass Lungenepithel-, Mesothel-, Lungenkarzinom- und Mesotheliomzellen Cr(VI)-Transporter exprimieren und das in den Zellaufnahmeversuchen dem Kulturmedium zugesetzte Cr(VI) aufnehmen. Die intrazelluläre Chromanreicherung erreichte in den Versuchen bis etwa das Zehnfache der Konzentration im umgebenden Medium. Nach Auffassung der Autoren kann dieses mobilisierte und zellgängige Cr(VI) deshalb zur Tumorinitiation und Tumorprogression bei asbestassoziierten Erkrankungen beitragen.

Der Befund muss präzise gelesen werden:

• Er schwächt die eigenständige Kanzerogenität der Asbestfaser nicht ab.

• Er verlagert die bekannte Eisen-/Faserchemie nicht auf Chrom. Walter et al. fanden keinen relevanten Beitrag des Chroms zur H₂O₂-Zersetzung oder zur Hydroxylradikalbildung; dieser Pfad blieb im Wesentlichen dem Eisen zugeordnet.

• Er ergänzt die Schadensmechanismen um einen zusätzlichen, Cr(VI)-vermittelten genotoxischen Pfad.

Damit eröffnet die Studie eine historisch relevante Frage: In welchem Umfang wurden Erkrankungsrisiken bei chrysotilhaltigen Expositionen ausschliesslich der Faserwirkung zugerechnet, obwohl aus den Fasern unter entzündlich-oxidativen Bedingungen zusätzlich Cr(VI) mobilisiert worden sein könnte? Walter et al. beantworten diese Frage nicht quantitativ. Sie zeigen jedoch, dass eine parallele Cr(VI)-Beteiligung wissenschaftlich begründet in die Bewertung einzubeziehen ist.

Asbestsubstitution: Beseitigung der Fasergefährdung, nicht zwingend des gesamten Reaktionssystems

Der historische Übergang von asbesthaltigen zu asbestfreien Hochtemperaturdämmungen war zunächst und zu Recht eine Substitution der Asbestfaser. Die Asbestfaser war wegen ihrer eigenständigen, schwerwiegenden kanzerogenen Wirkung nicht mehr haltbar. Ihre Entfernung aus Dämmstoffen war deshalb zwingend.

Diese Fasersubstitution ist jedoch nicht mit einer vollständigen stofflichen Substitution des gesamten Hochtemperatur-Dämmsystems gleichzusetzen. Historisch wurden Asbestfasern in Dämmstoffsystemen mit anorganischen Komponenten kombiniert. Die USGS führt für lose Asbestfasermischungen ausdrücklich unter anderem hydriertes Calciumsilikat als anorganische Mischungskomponente für Wärme-, Elektro- und Schalldämmprodukte auf. [8] Bereits das US-Patent 668,684 aus dem Jahr 1901 beschreibt zudem einen feuerhemmenden Dämmstoffverbund aus äusseren Lagen von Asbestpapier und einer mineralwollenen Kernschicht. [7]

Mit dem Wegfall des Asbests änderte sich damit in vielen Anwendungen primär die kritische Faserkomponente. Soweit die asbestfreien Nachfolgeprodukte weiterhin Calcium-, Natrium-, Magnesium- oder Kaliumoxide aus Fasern, Füllstoffen, Bindern oder sonstigen Rohstoffen enthielten, blieb die basisch-oxidische Chemie der Dämmung erhalten. Auf chromlegierten Heissteilen blieben damit auch die stofflichen Voraussetzungen für die Bildung von Chrom(VI)-Verbindungen bestehen.

Die fachlich präzise Bewertung lautet deshalb:

Die Asbestsubstitution beseitigte die nicht mehr vertretbare Asbestfaser, nicht aber zwangsläufig den von dieser unabhängigen Reaktionspfad aus Chromquelle, basischen Oxiden, Sauerstoff und thermischer Beanspruchung zu Calcium- und/oder Natriumchromat.

„Asbestfrei“ ist daher keine Aussage darüber, ob ein Hochtemperaturdämmstoff auf chromlegierten Heissteilen chemisch inert ist oder kein Chromatbildungsrisiko besitzt. Eine präventiv vollständige Substitution muss beide Gefährdungsdimensionen erfassen: Sie muss die asbestbedingte Fasergefährdung ausschliessen und bei der vorgesehenen Anwendung den Bildungsweg zu Chrom(VI)-Verbindungen vermeiden. Dies setzt voraus, dass die Dämmung keine chromatbildenden basischen Oxide enthält oder deren Reaktionsverfügbarkeit unter den Einsatzbedingungen sicher ausgeschlossen ist.