Neuartige Pflastersteine könnten zukünftig dazu beitragen, die Stadtluft sauberer zu machen: Mit Hilfe einer Beschichtung mit Nanopartikeln aus Titandioxid und der katalytischen Wirkung des Sonnenlichts absorbieren sie Stickoxide und reduzieren so die Konzentration der gesundheitsschädlichen Gase in der Luft. Erste Tests haben jetzt Abbauraten von bis zu 70 Prozent ergeben.
Um die Luftqualität in Deutschland ist es nicht zum Besten bestellt. Das belegen die Daten des Umweltbundesamts für das Jahr 2009: An 55 Prozent der Luftmessstationen in Städten wurden die zulässigen Grenzwerte von gesundheitsschädlichem Stickoxid überschritten. Eine der Hauptemissionsquellen ist der Autoverkehr, doch die Versuche, den Ausstoß zu verringern, waren bisher nur bedingt von Erfolg gekrönt. Deshalb gehen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (IME) jetzt andere Wege: Sie testeten die Absorption von Stickoxiden durch spezielle Pflastersteine.
Beschichtung wandelt Stickoxide in Nitrat um
Die von einer Betonfirma hergestellten Steine sind an der Oberfläche mit Nanopartikeln aus Titandioxid (TiO2) beschichtet. Dieser Photokatalysator reagiert bei Sonneneinstrahlung mit Luftschadstoffen wie Stickoxiden und wandelt sie in Nitrate um. „Dass photokatalytische Pflastersteine die Luftqualität verbessern können, haben bereits Untersuchungen in italienischen Städten ergeben. Wir wollten prüfen, inwieweit diese Effekte auch in Deutschland – bei geringerer Lichtintensität und Sonnenscheindauer – gemessen werden können“, erläutert Monika Herrchen, Wissenschaftlerin am IME. „Denn je intensiver die Sonneneinstrahlung ist, desto schneller erfolgt der Abbau der Schadstoffe. Ziel war es also, eine Rezeptur mit der höchsten photokatalytischen Effizienz zu finden.“
Verringerung der Stickoxidbelastung durchschnittlich 20 bis 30 Prozent
Dafür fertigte der Betonhersteller zunächst Mustersteine, bei denen Oberfläche, Farbe, Zementsorte und TiO2-Gehalt variiert wurden. Da die Abbauraten von Stickoxid mit handelsüblichem photokatalytischem Zement nicht ausreichend waren, musste die Firma F.C. Nüdling erst eine eigene, wirksamere Rezeptur entwickeln. Nach einigem Testen war schließlich eine geeignete Mischung gefunden: In eigens angelegten Straßenschluchten wiesen die Forscherin und ihr Team im Langzeitfeldversuch Stickoxid- Abbauraten von 20 bis 30 Prozent nach.
Die Messungen erfolgten bei wechselnden Wind- und Helligkeitsverhältnissen in einer Höhe von drei Metern über dem photokatalytischen Pflaster. Bei Windstille stellten die Experten sogar Abbauraten für Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) von jeweils bis zu 70 Prozent fest. „In verschiedenen Tests konnten wir die Wirksamkeit der optimierten Steine belegen“, bestätigt Herrchen. Auch in realen Einsatz haben sich die Steine bereits bewährt: Der mit dem Pflasterstein AirClean belegte Gothaer Platz in Erfurt bewirkte eine durchschnittliche Abbaurate von 20 Prozent für Stickstoffdioxid und 38 Prozent für Stickstoffmonoxid.
Haltbarkeit und biologische Unbedenklichkeit betätigt
In ihrem Langzeitversuch testeten die Wissenschaftler auch, ob die Steine haltbar genug sind, um auf den vielstrapazierten Wegen verlegt zu werden. „Die Pflastersteine sind auch langzeitstabil. Im Zeitraum von 14 bis 23 Monaten nach dem Verlegen des Bodens konnten wir keine Veränderung der anfänglichen Abbaukapazität feststellen“, so Herrchen.
Auch ein Umweltrisiko durch das Nitrat, das beim photokatalytischen Abbau von Stickoxiden entsteht, bestehe nicht. Der Pflanzennährstoff gelangt in die Kanalisation, von dort führt der Weg in die Kläranlage und zu guter Letzt landet es auf dem Acker und im Grundwasser. Doch die maximal mögliche Nitratkonzentration, die sich auf photokatalytische Reaktionen zurückführen lässt, liegt bei fünf Milligramm pro Liter (mg/l). Zum Vergleich: Der Nitrat-Grenzwert für Grundwasser beträgt 50 mg/l. „Alles in allem kann man sagen, dass AirClean die Luftqualität signifikant und schnell verbessert und so zum Umweltschutz beiträgt“, resümiert die Forscherin.
Angeregt von diesen Ergebnissen will jetzt auch Fulda die Pflastersteine in größerem Maßstab einsetzen. Rund um die Petersberger Straße, wo der Jahresgrenzwert von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft (μg/m3) 2009 überschritten wurde, sollen luftreinigende Pflastersteine verlegt werden.
(Fraunhofer Gesellschaft, 06.08.2010 – DLO)
