Chemische Analyse von Aerosolen für bessere Luftqualität

2 Juni 2021

Luftverschmutzung beeinträchtigt sowohl die Umwelt, als auch die Gesundheit. Zwar konnte in den letzten Jahrzehnten laut Europäischer Umweltagentur (European Environmental Agency: EEA) die Luftqualität europaweit verbessert werden. Doch die EEA sagt auch: noch immer lebt ein wesentlicher Anteil der europäischen Bevölkerung in Gebieten, in denen es zu Überschreitungen der Richtwerte für die Luftqualität kommt.

Auch weltweit gehört Luftverschmutzung zu den fünf größten Sterberisikofaktoren. Sie ist verantwortlich für bis zu 9 Millionen vorzeitige Todesfälle pro Jahr. Dies ist bedingt durch Erkrankungen wie Lungenkrebs, COPD, Schlaganfall, Asthma und Herzinfarkt oder auch Allergien, die durch Luftschadstoffe ausgelöst werden können.

Luftverschmutzung setzt sich aus Gasen und festen bzw. flüssigen Anteilen, den sogenannten Aerosolen, zusammen. Die aus chemischer Sicht komplexe Zusammensetzung von Aerosolen untersucht Prof. Thomas Adam, Inhaber der Professur für Chemie, Umwelt- und Energieverfahrenstechnik an der Universität der Bundeswehr München, gemeinsam mit seinem Team, u. a. im Projekt „Entwicklung eines mobilen, automatisierten Messsystems für die zeitgleiche Analytik von Partikel und Gasphase aus Aerosolen für die fortgeschrittene Umweltanalytik“. Gefördert wird die Forschung durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Projektpartner sind die Photonion GmbH und die Scientific Instruments Manufacturers (SIM) GmbH.

Menschlich verursachte Aerosole

Die Größe der Aerosole, die in der Luft schweben, bewegt sich zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern (zur Einordnung: Ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter). Die Schwebeteilchen können somit tief in die Atemwegsorgane vordringen. Sie können natürlichen Ursprungs sein – dazu zählen beispielsweise Seesalz, Wüstenstaub oder Vulkanasche. Allerdings verursachen auch wir Menschen Aerosole: Abgase aus dem Verkehr, Energieerzeugung, Gebäudeheizung und Waldrodung sowie Emissionen aus industriellen Prozessen tragen zur Luftverschmutzung bei. Sowohl durch die Europäische Union als auch durch die deutsche Bundesregierung gibt es Programme, die zur Luftreinhaltung beitragen sollen. Hauptziel ist ein deutlicher Rückgang von gesundheitsschädlichem Feinstaub. Die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben zur Luftreinhaltung unterliegt in Deutschland den Umweltbehörden der Länder sowie dem Umweltbundesamt, die jedoch nur einzelne Parameter wie beispielsweise Ozon, Stickoxide und Feinstaubmasse überwachen.

Chemische Analyse zur Aerosol-Charakterisierung

Für wissenschaftliche Untersuchungen und auch gesundheitsbezogene Studien ist es jedoch unabdingbar, die komplexe chemische Zusammensetzung von Aerosolen aufzuklären. Ziel des Projekts von Prof. Adam ist die Entwicklung eines innovativen und vollautomatischen Messgeräts bei dem der Einsatz von technischen Personal auf ein Minimum beschränkt ist. Dieses Analysesystem soll in der Lage sein, Umweltaerosole kontinuierlich zu sammeln und im Anschluss die organisch-chemische Zusammensetzung der Gas- und der Partikelphase direkt zu untersuchen. Gleichzeitig kann mit dem vollautomatisierten System im Vergleich zu etablierten Methoden erstmals eine deutlich umfassendere Bestimmung einer Vielzahl von Substanzen erfolgen. Mit diesem Analyseverfahren soll es künftig möglich sein, Umwelteinflüsse, die zur Luftverschmutzung führen, mit möglichst wenig Arbeitsaufwand genau zu untersuchen und so die Luftreinhaltung langfristig zu verbessern.

Das Institut für Chemie und Umwelttechnik forscht vor allem im Bereich der chemischen und physikalischen Analyse von Aerosolen und Gasen. Im Mittelpunkt stehen dabei Untersuchungen von Verbrennungsabgasen (z. B. Verkehr, Holzverbrennung, Industrieabgase), Bremsstaub, Reifenabrieb, Umgebungsluft oder anderen Schadstoffquellen. Prof. Thomas Adam, Leiter des Instituts, ist zeitgleich stellvertretender Leiter der Abteilung ‘Comprehensive Molecular Analytics’ (CMA) des Helmholtz Zentrums München. Zusammen mit CMA werden Aerosole auf ihre schädliche Wirkung auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit untersucht. In diesem Zusammenhang besteht ein regelmäßiger Austausch von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Technikerinnen und Technikern sowie Studierenden zwischen beiden Instituten.

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^{Titelbild: © iStockphoto / JM_Image_Factory}