US-Militär verhalf der Sprühdose zum Durchbruch

Spraydosen wie sie heutzutage überall im Allgag eingesetzt werden – © Pixabay

Der norwegische Ingenieur Erik Rotheim nutzte für die von ihm erfundene Spühdose das Treibmittel Dimethylether (DME). Was ist das?

Nico Meuter: „Die Sprühdose: Wenn ich so darüber nachdenke, würde ich sagen, dass sie ein wenig wie die Büchse der Pandora ist. Eine, die er lediglich erfunden hat, um seine Ski besser wachsen zu können. Und seine erste Version war bei weitem nicht so ausgereift, wie diejenigen, die heutzutage im Bau- oder Supermarkt zu finden sind. Aber kommen wir zur eigentlichen Frage: Die Moleküle von Dimethylether, also seine kleinsten Teilchen, sind aus den gleichen Bausteinen aufgebaut wie Ethanol. Aber alleine dadurch, dass diese Moleküle anders aufgebaut sind, ändern sich einige Eigenschaften des Stoffes fundamental: Ethanol, der typische Trinkalkohol, ist bei Raumtemperatur flüssig, während Dimethylether ein Gas ist. Allerdings sind beide brennbar und bei brennbaren Gasen muss man nochmal um einiges Vorsichtiger sein, was Zündquellen anbelangt.“

In heutigen Dosen herrschen 5 bis 15 bar. Ein Autoreifen hat heute gute 2 bar. Was bewirkt der hohe Druck?

Nico Meuter: „Bei Autoreifen bewirkt der Druck, dass der Reifen rund ist und rund läuft. Löst man da das Ventil, oder hat dieser ein Loch, strömt die Luft aus diesen heraus und der Reifen ist nicht mehr rund. In den Druckdosen sorgt der Druck ebenfalls dafür, dass der Inhalt aus der Dose herauskommt. Doch der Druck alleine reicht nicht, um die Farbe, den Haar- oder Bartschaum oder ähnliches dort vollständig herauszubekommen. Oder es wäre so wenig in der Dose, dass ihr Einsatz sich nicht lohnen würde.

© Bergische Universität

Der hohe Druck ändert noch etwas an dem Triebmittel. Man kennt es vielleicht vom Feuerzeug: Darin ist auch Gas enthalten, aber wir sehen an einem Flüssigkeitspegel, wie voll das Feuerzeug ist. Das liegt daran, dass diese Triebmittel unter erhöhtem Druck flüssig werden. Nur ein geringer Teil liegt mit dem Druck gasförmig vor. Strömt dieser aus, wird aus der flüssigen Phase mehr Gas nachgebildet und der hohe Druck bleibt in der Dose sehr lange erhalten.

Um auf das Beispiel aus der vorherigen Frage zurückzukommen: Der Unterschied zwischen flüssigem und gasförmigem Dimethylether ist enorm. 4 cL flüssiges Dimethylether, also die Menge, die in einem Schnapsglas unterkommt, nimmt ca. 15 L im gasförmigen Zustand ein – also ein voller Putzeimer. Mit etwas mehr kann so eine Sprühdose also richtig viel Farbe bewegen.“

Wir nutzen heute Sprühdosen, um die Haare zu stylen, gegen Achselschweiß oder auch gegen Asthma. Ist das austretende Gas nicht auch giftig für uns?

Nico Meuter: „Dimethylether ist nicht giftig. Gleiches gilt für andere Kohlenwasserstoffe, die als Triebmittel infrage kommen. Natürlich können sie in größeren Mengen und in kleinen, schlecht belüfteten Räumen zu Benommenheit führen, aber große gesundheitliche Einschränkungen sind durch den Gebrauch nicht zu erwarten. Da wäre ich teilweise vorsichtiger mit dem anderen Inhalt, den wir uns in die Haare oder unter die Achseln sprühen. Ich denke nicht, dass wir diese einatmen sollten.

Der Chemiker Dr. Nico Meuter – © Bergische Universität

Asthma-Sprays funktionieren ganz anders. Bei diesen wird durch Betätigung Luft in den Behälter gedrückt, welche dann das Medikament austreibt. Asthmatiker müssen dieses schließlich gleichzeitig einatmen und es muss auch eine festgelegte Dosis sein. Dies wäre bei einem kontinuierlichen Ausströmen, wie es bei Spraydosen der Fall ist, nicht gegeben.

Eine weitere Einschränkung ist bei Sprühsahne gegeben, da dort Stickstoffmonoxid zum Einsatz kommt. Es ist vielleicht besser bekannt als Lachgas. Bei normalem Sprühen hat es keine Auswirkungen auf uns, weil es sehr schnell verfliegt und verteilt wird. Atmet man dieses jedoch konzentriert ein, kommt es zu einem kurzfristigen High. Wird es auf längere Zeit missbraucht, kann man ernsthafte gesundheitliche Schäden davontragen. Wie bei allem gilt hier: Die Dosis macht das Gift. Und die Dosis, der man normalerweise ausgesetzt ist, ist entsprechend ungiftig.“

Die technische Umsetzung war gar nicht so einfach, oder?

Nico Meuter: „Wie anfangs erwähnt, hatte Erik Rotheim noch seine Probleme damit. Er konnte seine schwere und sehr unhandliche Dose öffnen und musste sie in einem Zug aufbrauchen. Es gab noch kein zur Seite stellen und später weiterverwenden. Da haben noch einige weitere Ingenieure dran gearbeitet, bis es zu dem handlichen und leicht verwendbaren Produkt wurde, das wir heute kennen, oder dessen Produkte wir an vielen Straßenecken bereits sehen.“ 

Diese Erfindung mit ihrem heute variantenreichen Einsatz schlug aber anfangs nicht wie eine Bombe ein. Warum nicht?

Nico Meuter: „Damals war es noch eine sehr junge Technologie. An Farben wurde zwar schon früh gedacht, aber da der Behälter stets unter hohem Druck stand, war die Wand natürlich recht dick und schwer. Auch konnte der Sprühstoß noch nicht gut dosiert werden. Am Sprühkopf alleine wurde danach auch noch gefeilt, bis das ausströmende Aerosol möglichst gleichmäßig ausströmte. Es fehlten einfach noch sehr viele Optimierungsschritte bis zum marktfähigen Produkt.“

Vielseitig einsetzbar: Die Spraydose, die einen wahren Siegeszug hinter sich hat – © Pixabay

Rotheim erlebte selbst den Erfolg seines Patentes nicht mehr, er starb 1938, aber der Durchbruch seines Patentes kam erst im Zweiten Weltkrieg. Und da spielte die Malaria eine Rolle. Welche?

Nico Meuter: „Eine neue Art der Anwendung kann ebenfalls zum Durchbruch verhelfen. 1942 hatten die Amerikaner während des Pazifikkriegs, neben ihrem Kriegsgegner, ein weiteres Problem: Mücken. In den dortigen Breitengraden übertrugen und übertragen sie noch immer diverse Krankheiten, darunter auch Malaria. Ein Problem, das bis heute nicht vollständig gelöst ist, aber damals gab es eine Erfindung, die dieses Problem zumindest stark eindämmen konnte: Die „Insecticide Bomb“ – wörtlich übersetzt die Insektizid-Bombe – konnte diesem Feind stark zu Leibe rücken. Tatsächlich kamen solche Spraydosen nicht nur im Militär, sondern auch in der Heimat zum Einsatz und halfen der Technologie in den USA so zum Siegeszug. Hier in Deutschland und Europa waren Haarsprays, bzw. die „flüssigen Haarnetze“ interessanter. Seitdem hat sich viel getan. Lacke und Farben werden damit heute versprüht. Allerdings werden meines Wissens immer noch nicht Skier damit gewachst…“

Als dann der Preis für Treibmittel günstiger wurde, gab es auf einmal auch andere Produkte zu kaufen. Vom Raumduft über Farben und Lacke bis zur Sprühsahne sprühten wir dann damit Jahrzehnte auch FCKW in die Atmosphäre und schadeten unsere Umwelt nachhaltig. Erst 1985 wurde die Spraydose als Umweltkiller entlarvt, denn da entdeckte man das Ozonloch. Was war also passiert?

Nico Meuter: „Man hat entdeckt, was diese Büchse der Pandora tatsächlich anrichtet. FCKW, also Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe, waren nach ihrer Entdeckung erst mal der heilige Gral der Chemie: Ein Gas, mit vielfältigen Eigenschaften, dass sich leicht verflüssigen ließ. Noch dazu ist es vollkommen inert, reagiert also nicht mit dem Inhaltsstoff, den man versprühen will. Es kam auch als Kältemittel in Kühlschränken zum Einsatz. Es war also fast schon die eierlegende Wollmilchsau der Industrie. Aufgrund des im Molekül gebundenen, massereichen Chlor-Atoms, hatte man auch angenommen, dass es nie in die obere Atmosphäre gelangen könne, geschweige denn in die Ozonosphäre. Aber es war doch dort oben angekommen. In vergleichsweise geringen Mengen, aber das reichte aus, um das Ozonloch zu erzeugen. Im UVC-Licht der Sonne war dieser Stoff nicht ganz so inert, wie gedacht. Stattdessen hat es das Ozon abgebaut. Und das tut es bis heute noch. Obwohl wir uns vor vierzig Jahren zusammengerissen haben und diesen Stoff vollständig durch andere ausgetauscht haben.

Spraydose – wie man sie heute kennt – im Einsatz – © Colourbox

FCKWs sind dort oben so problematisch, weil sie, stark vereinfacht gesagt, photokatalytisch wirken. Vielleicht kennen einige das mit dem Katalysator noch aus der Schule: Es ist ein Stoff, der eine Reaktion begünstigt, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Und in diesem Fall begünstigen die freigesetzten Chlor-Radikale die Rückbildung von Ozon zu Sauerstoff. Und da diese nicht verbraucht werden, tun sie das immer und immer wieder. Nun schon seit über vierzig Jahren.

Damals hatte man auf die Wissenschaft gehört und innerhalb weniger Jahre etwas geändert. Und dennoch hat der Planet immer noch mit den Folgen zu kämpfen. Wenigstens gibt es inzwischen die ersten Anzeichen, dass das Ozonloch kleiner wird.“

Heute gilt die Sprühdose bei Kritikern als verschwenderische Verpackung und doch rechnet man damit, dass sich der Verbrauch noch bis 2032 verdoppelt. Was macht sie nach wie vor so attraktiv für die Nutzer?

Nico Meuter: „Ich kann Kritikern da nur recht geben: Die Verpackung ist verschwenderisch. Schließlich ist ein Teil des Inhalts ausschließlich ein Triebmittel, das nur genutzt wird, um den Inhalt herauszubekommen. Auf der anderen Seite ist es aber auch extrem bequem. Würden Sie morgens gerne im Bad stehen und fünf Minuten pumpen, bevor Sie ihr Haarspray nutzen können? Oder für kleinere Ausbesserungsarbeiten mit Farbe einen Kompressor betreiben?

Natürlich würde sich recht schnell ein Ersatz finden lassen, der nur ein bisschen weniger bequem ist, würde der Einsatz dieser Sprays von heute auf morgen verboten werden. Und womöglich würden auch Graffiti weniger werden, die auf neu errichteten Schallschutzwänden bereits während des Baus auftauchen. Es würde vermutlich dem Klima ein bisschen helfen, da die Triebmittel alle auch Treibhausgase sind. Aber am Ende ist der Mensch ein Gewohnheitstier. Und es ist für uns alle verdammt schwer, über den eigenen Schatten zu springen. Pandora konnte ihre Neugier schließlich auch nicht ablegen und hatte letzten Endes die Büchse geöffnet. Nur eine Sache blieb am Ende übrig und an der möchte auch ich festhalten: Die Hoffnung.“

Uwe Blass

Dr. Nico Meuter – © Bergische Universität

Über Dr. Nico Meuter

Dr. Nico Meuter ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Arbeitskreis Chemie und ihre Didaktik an der Bergischen Universität.