Abbildung 1: Blick in die Aerosolkammer inklusive der Konstruktion zur Untersuchung des photokatalytisch aktiven Materials (UV- Licht an).
Projekt PhotoPAQ
PhotoPAQ (Demonstration of Photocatalytic remediation Processes on Air Quality)
Photokatalyse Luftverschmutzung trägt aufgrund der Komplexität aus primärer Emission, Ferntransport und Bildung sekundärer Luftschadstoffe noch immer zu einer akuten Gefährdung der Umwelt und menschlichen Gesundheit bei. Die Stickoxide (NOx) spielen dabei eine wichtige Rolle, da sie im Zusammenspiel mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) zur Bildung der sekundären Luftschadstoffe Ozon (O3) und partikulärem Material (PM) beitragen. Zu den wichtigsten anthropogenen Quellen zählen die Industrie, Kraftwerke, Landwirtschaft und der Verkehrssektor. Daraus folgt, dass insbesondere bevölkerungsreiche, dicht besiedelte urbane Gebiete hohen Schadstoffbelastungen ausgesetzt sind. Die Anwendung photokatalytisch aktiver Materialien stellt dafür einen möglichen Ansatz zur Verbesserung urbaner Luftqualität dar. Das Ziel der Arbeiten am TROPOS war die Beurteilung des Potentials photokatalytisch aktiver zementbasierter (Bau-) Materialien, die Luftschadstoffe NOx, O3 und ausgewählte VOCs abzubauen. Dazu wurden in Laborexperimenten unter Verwendung von kleinskaligen Laborphotoreaktoren die Aufnahmekoeffizienten zur Bestimmung der photokatalytischen Aktivität in Abhängigkeit von den experimentellen Bedingungen (relative Luftfeuchtigkeit, Flussrate, Mischungsverhältnis und Lichtintensität) ermittelt. Auch die Auswirkungen von Regen konnten durch einen eigens entwickelten Photoreaktor beschrieben werden. Zusätzlich wurde in Experimenten in der Leipziger Aerosolkammer (LEAK) die sekundäre Bildung von Reaktionsprodukten untersucht (siehe Abbildung 1).
Die Ergebnisse aus diesen Laborversuchen konnten anschließend durch die Teilnahme an großangelegten Feldexperimenten überprüft werden. In den Laborexperimenten konnte das Potential des verwendeten Materials zum photokatalytischen Abbau der getesteten Luftschadstoffe nachgewiesen werden. Es wurde aber bereits in diesen Laborstudien deutlich, dass die photokatalytische Aktivität zum Teil erheblich von den experimentellen Bedingungen abhängig ist. Der Einsatz dieser Materialien in den Feldexperimenten ergab schließlich eine realistische Größe für den Schadstoffabbau von nur wenigen Prozent (z. B. für NOx ≤ 2%) unter urbanen Umgebungsbedingungen. Hinzu kommt, dass für das eingesetzte Material unter bestimmten Bedingungen die Bildung unerwünschter Reaktionsprodukte (z. B. O3) beobachtet wurde. Dies stellt eine potentielle Gefahr für Mensch und Umwelt dar und muss vor einer Applikation geprüft werden. Aufgrund der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit kann der Einsatz der getesteten photokatalytisch aktiven Materialien nur als Ergänzung anderer Maßnahmen zur Verbesserung urbaner Luftqualität dienen.
Referenzen:
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