Aerosolpartikel spielen eine wichtige Rolle für das regionale und globale Klima. Weltweit gibt es deshalb zahlreiche Messstationen, von denen allerdings nur ein kleiner Teil die marine Grenzschicht (MBL) erfasst, obwohl etwa 70% der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind. Dieses Projekt soll dazu beitragen, das Wissen über Quellen und Austauschprozesse von Aerosolpartikeln in der MBL mithilfe einer Messkampagne über den Azoren im Nordostatlantik, welche nahezu unbeeinflusst von lokalen Quellen sind, zu verbessern.Die zentrale Hypothese ist, dass sowohl Ferntransport aus Nordamerika, als auch Partikelneubildung in der freien Troposphäre (FT) und an Wolkenrändern mit anschließendem Vertikaltransport wesentlich zur Anzahlkonzentration der Aerosolpartikel in der MBL beitragen. Das Verständnis der Partikelquellen und Senken zusammen mit dem vertikalen Partikelaustausch zwischen MBL und FT ist daher eine Grundvoraussetzung für die Vorhersagbarkeit der Partikelanzahlkonzentration in den unteren Schichten der MBL wo sie z.B. für die Wolkenbildung von großer Bedeutung ist. Diese Prozesse sind bisher über dem offenen Ozean nur unzureichend quantifiziert. Zur Verifizierung der Hypothese sollen vertikale Austauschprozesse und Partikelquellen über den Azoren mit hoher räumlicher Auflösung untersucht werden. Dazu werden mit einer am TROPOS entwickelten hubschraubergetragenen Messplattform Partikelanzahlkonzentration und Vertikalwind mit einer zeitlichen Auflösung gemessen, die erstmalig eine direkte Bestimmung des vertikalen turbulenten Partikelflusses in verschiedenen Höhen ermöglicht. Die hierfür notwendigen schnellen Partikelmessungen von mind. 10 Hz werden durch den Einsatz eines schnellen Partikelzählers ermöglicht, welcher am TROPOS im Rahmen eines abgeschlossenen DFG-Projektes entwickelt und erfolgreich eingesetzt wurde. Durch dieses Gerät ist es ebenfalls möglich zu prüfen, ob auch in dieser Region regelmäßig die Neubildung von Aerosolpartikeln an Wolkenrändern stattfindet, wie es an Passatwolken auf Skalen von wenigen Dekametern beobachtet wurde. Weiterhin werden Anzahlgrößenverteilungen von Aerosolpartikeln sowie Absorptionskoeffizienten bei drei Wellenlängen bestimmt. Damit sind Rückschlüsse auf die Herkunft der untersuchten Aerosolpartikel möglich.Da die Hubschrauberflüge zeitlich begrenzt sind und damit nur Momentaufnahmen darstellen, werden zusätzlich kontinuierliche Messungen der Partikelanzahlgrößenverteilung an zwei bodengebundenen Stationen installiert. Eine dieser Stationen ist wenige Meter über Meeresniveau gelegen, die andere auf 2200 m und somit in der FT. Damit wird auf der Basis kontinuierlicher Messungen über einen Zeitraum von einem Monat die Untersuchung der Austauschprozesse zwischen MBL und FT ermöglicht. Mit Hilfe der gewonnen Datensätze können Einflüsse globaler Klimaänderungen auf das lokale Klima und mögliche Rückkopplungseffekte über den Einfluss von Aerosol auf Wolken in dieser Region besser eingeordnet werden.
Die Aufmerksamkeit der Oeffentlichkeit zu Fragen der Luftreinhaltung hat zu einer Reihe von Massnahmen gefuehrt, die die Schadstoffemissionen in die Atmosphaere erheblich verringern. Trotzdem werden noch zunehmend Partikelemissionen in die Atmosphaere freigesetzt. Ihre Moeglichkeiten der Beeinflussung des Klimas, des Oekosystems oder der menschlichen Gesundheit sind unbestritten, wobei jedoch eine Reihe grundlegender Fragen zu atmosphaerischen Partikeln noch ungeklaert ist.Zum Beispiel wird durch den Einsatz moderner Filteranlagen das emittierte Partikelspektrum zu kleineren Fraktionen verschoben, die sich im troposphaerischen Aerosol laenger aufhalten koennen. Globale zahlenmaessige Abschaetzungen und Massentransportbilanzen beruhen jedoch vorwiegend auf Hochrechnungen, z. B. vom Verbrauch fossiler Energietraeger, und nicht auf routinemaessigen Partikelmessungen in der Atmosphaere. Fuer diese Messungen werden analytische Methoden benoetigt, die es gestatten, die Konzentrationen von Haupt- und Nebenbestandteilen in Partikeln mit Massen von 10 - 10 g zu messen. Zur Unterscheidung zwischen natuerlicher und anthropogener Herkunft der Partikel ist sowohl die Messung der Partikelgroesse als auch ihrer Zusammensetzung notwendig.Ziel des Projektes ist es, mit der ETV-ICP-MS die Elementgehalte in Partikeln der Atmosphaere zu bestimmen und Korrelationen zu Emissionsquellen nachzuweisen.
Feinstaub hat negative Auswirkungen auf Mensch- und Umwelt. Die gesundheitlichen Auswirkungen durch das Einatmen von Stäuben stellen ein bereits seit Jahrzehnten bekanntes Gesundheitsrisiko dar. Durch eine Verbesserung der Verbrennungstechnik ist es in den letzten Jahrzehnten gelungen, die Staubemissionen zu reduzieren. Eine weitere Reduzierung der Staubemissionen wird zukünftig vor allem durch den Einsatz von Abgasreinigungstechniken erfolgen. Zur Beurteilung der Staubemissionen im Bereich der Feuerungsanlagen wird bisher die Masse der Partikel zur Bewertung herangezogen. Was dabei nur unzureichend erfasst wird, sind Ultrafeine Partikel (UFP), üblicherweise grob definiert als Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm, was 0,1 Ìm entspricht. Im Unterschied zu Partikeln größer 100 nm lassen sich UFP mit der Metrik Masse nicht ausreichend präzise und anwendungsorientiert erfassen und beurteilen. Sie sind so klein, dass sie wortwörtlich nicht ins Gewicht fallen, so dass sich als Beurteilungsmetrik für diese kleinen Partikel die Partikelanzahl bzw. die Partikelanzahlgrößenverteilung als sinnvoll erwiesen hat. In Bezug auf ihre gesundheitliche Wirkung sind UFP aber sehr wohl von Belang, denn sie können tiefer als größere Partikel in die Lunge eindringen und zu negativen gesundheitlichen Auswirkungen führen. UFP entstehen bei allen Verbrennungsprozessen, sowohl primär, also direkt emittiert, als auch sekundär, also aus gasförmigen Vorläufersubstanzen gebildet. Anthropogene Standorte, an denen besonders hohe Anzahlkonzentrationen von UFP auftreten, sind bspw. verkehrsbelastete Standorte, Umgebungen von Flughäfen, aber auch Kraftwerke sowie kleine und mittelgroße Feuerungsanlagen. Kleine Feuerungsanlagen, die der Gebäudebeheizung dienen, stehen hier besonders im Fokus, da diese im unmittelbaren Wohnumfeld liegen und dadurch zu einer Belastung der Nachbarschaft mit UFP aber auch anderen Schadstoffen beitragen. Für die Messung der Partikelanzahl im Bereich der Feuerungsanlagen gibt es bisher nur wenige Forschungsergebnisse, die sich nicht auf die Gesamtheit der Feuerungsanlagen, der dazugehörigen Abgasreinigungstechniken und Brennstoffe übertragen lassen. Hierzu besteht noch Forschungsbedarf. Es besteht Forschungsbedarf, wie hoch der Beitrag derzeitig verfügbarer primärer und sekundärer Emissionsminderungsmaßnahmen zur Partikelanzahlminderung ist und wie hoch die Partikelkonzentrationen in Abhängigkeit von Brennstoff und Anlagentechnik sind. Daher soll die Wirkung primärer und sekundärer Emissionsminderungstechniken zur Partikelanzahlminderung abhängig von Brennstoff und Feuerungstechnik bewertet werden. Darüber hinaus sind Partikelanzahlmessungen durchzuführen.
Die gegenwärtige COVID-19-Pandemie forderte bereits Millionen Opfer und verdeutlicht, dass Lufthygienemaßnahmen zwingend erforderlich sind, um Ansteckungen zu verhindern. Die kurzzeitige Erhitzung von Luftströmen könnte ein probates Mittel sein, um luftgetragene Viren zu inaktivieren. Beispielsweise ist bekannt, dass eine kurzeitige Erhitzung ( kleiner als 1 Sekunde bei 72 Grad C) Coronaviren abtöten kann. Über Einflüsse von hohen Temperaturen auf luftgetragene Viren in Luftströmen existieren allerdings nur sehr wenige Informationen. Hier besteht dringender Forschungsbedarf. Zudem sind mögliche synergistische Effekte durch Erhöhung des Druckes in Lüftungssystemen bislang nicht untersucht worden. Ziel dieses Teilvorhabens ist die Untersuchung des Einflusses von Temperatur und Druck auf die Aktivität luftgetragener Testviren in einem energieeffizienten System, welches zur Dekontamination von Innenraumluft eingesetzt werden kann. Dazu wird das System in Zusammenarbeit mit dem Verbundpartner mit Bioaerosol- und Partikelmesstechniken ausgestattet. Der Einbau der Techniken ermöglicht die Detektion von Viren und Viruspartikeln und somit die Bestimmung der Aktivitätsflüsse von Testviren im System. Die Testviren stellen aus praktischen Gründen unbehüllte und behüllte Bakteriophagen dar, die aufgrund ihrer Struktur und Größe als Surrogate für luftgetragene Erkältungs- und Coronaviren Verwendung finden. Zur Bestimmung der Einflussfaktoren Temperatur und Druck auf die Viren im Luftstrom werden kulturelle und nicht-kulturelle Verfahren eingesetzt, anhand derer die Aktivität sowie die Viruspartikelkonzentrationen bestimmt werden können. Absterberaten werden bei verschiedenen Temperaturen und Drücken im System ermittelt, um das energieeffiziente System hinsichtlich seiner Wirksamkeit optimieren zu können und Skalierungskriterien für die Größenauslegung von Anlagen festlegen zu können.
a) Holzfeuerungen wie Kaminöfen sind eine bedeutende Quelle für besonders gesundheitsgefährdende Staubemissionen und liegen weit über den Emissionen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe. Vor diesem Hintergrund wurden Vergabekriterien für einen Blauen Engel für emissionsarme Kaminöfen erarbeitet. Darin sind Maßnahmen zur Emissionsminderung mit deutlicher Reduzierung der Staub- und sonstigen Abgasemissionen verankert. Die Kaminöfen durchlaufen für die Zertifizierung mit dem Blauen Engel ein erweitertes Typprüfverfahren, mit dem das reale Emissionsverhalten beim Verbrennen des Holzes besser abgebildet wird als in der Typenprüfung. Zusätzlich wurden strenge Grenzwerte für Schadstoffemissionen einschließlich Staub festgelegt. Neben der Staubmasse wird wegen der hohen Feinstaubentwicklung bei der Holzverbrennung auch die Anzahl der Staubpartikel betrachtet und erstmalig die Einführung eines Partikelanzahl-Wertes für Holzfeuerungen vorgesehen. Hierfür wurde ein Messverfahren entwickelt, welches aus den Erfahrungen bei Verbrennungsmotoren im KFZ-Bereich speziell für die Holzverbrennung angepasst wurde Dieses Messverfahren zur Bestimmung der Partikelanzahl ist neu und muss daher validiert und in Ringversuchen erprobt werden. Bisher gibt es nur sehr wenig Erfahrungen bei der Partikelanzahlmessung im Bereich der stationären Feuerungsanlagen. Daher wird ein Forschungsauftrag vergeben. b) Im Ergebnis soll ein validiertes und in Ringversuchen erprobtes Messverfahren zur Bestimmung der Partikelanzahlemissionen von Kaminöfen erarbeitet werden, das unter definierten Prüfbedingungen zu reproduzierbaren Ergebnissen führt. Ziel der Ausschreibung ist weiterhin die verbindliche Einführung eines Grenzwertes für die PA Emissionen für Kaminöfen mit dem Blauen Engel.
Gesundheits- und klimaschädigenden Emissionen von Dieselmotoren können mit dem Einbau von Dieselpartikelfiltern effizient reduziert werden. Die Luftreinhalteverordnung (LRV) schreibt vor, dass die Partikelfilter von Baumaschinen einen strengen Partikelanzahl-Grenzwert einhalten müssen. Zudem verpflichtet die LRV den Halter oder den Betreiber von Baumaschinen zu einer periodischen Abgaswartung. Diese Abgaswartung umfasst unter anderem auch eine Messung, bisher eine Trübungsmessung, in Zukunft eine Partikelanzahl-Messung (wird in der Baurichtlinie Luft geregelt, Ergänzung vom Februar 2016). Dafür existiert auf dem Markt derzeit erst ein Gerät der Firma TSI, welches vom METAS zertifiziert ist. Es ist schwer, unhandlich und benötigt einen Anschluss ans Stromnetz. Zudem ist der darin eingesetzte Partikeldetektor (CPC) aufwändig in der Wartung und wenig flexibel. Messgeräte, die einerseits so klein und portabel sind, dass sie einfach auf Baustellen eingesetzt werden können, andererseits robust genug sind um in rauen Arbeitsbedingungen einsetzbar zu sein, stehen bis heute nicht zur Verfügung. Die FHNW und die Firma naneos particle solutions GmbH haben im Rahmen einer Machbarkeitsstudie (UTF 480.10.14) gezeigt, dass es möglich ist ein Handmessgerät herzustellen, das für Partikelmessung auf Baustellen und im Feld geeignet ist. In der Zwischenzeit wurde vom METAS zugesagt, die Anforderungen zu senken, was eine weitere Vereinfachung erlaubt und damit einen Ansatz, der nicht mehr auf der Machbarkeitsstudie aufbaut. Mit dem vorliegenden Projekt soll nun ein bestehender Partektor weiterentwickelt werden, so dass dieser den Ansprüchen eines handlichen praxistauglichen Messgerätes gerecht wird und die neuen Anforderungen der METAS erfüllt sind. Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 14.12.2017 genehmigt. Projektziele: Es soll ein durch das METAS zertifiziertes, praxistaugliches (auf Baustellen einsetzbar, klein, robust, handlich, mit Batteriebetrieb) und zur Serienreife entwickeltes Messgerät zur Bestimmung der Anzahl Nanopartikel in der Grösse von 10nm bis 300nm entwickelt werden. Das Gerät umfasst die Abgaskonditionierung, die eigentliche Messung sowie eine verordnungskonforme Datenverarbeitung/Speicherung und Protokollierung, damit die Funktionstauglichkeit von Partikelfiltern an Baumaschinen gesetzeskonform überwacht werden kann.
Biokraftstoffe sind in der Lage, die fossilen Kraftstoffe Diesel, Benzin und Erdgas als Reinkraftstoffe vollständig oder partiell zu substituieren. Weltweit besteht derzeit ein Drängen zur vermehrten Nutzung von Kraftstoffen aus nachwachsenden Quellen. Gemäß der EU-Richtlinie 2009/28/EG hat eine Erhöhung der Beimischungsquote von Biokraftstoffen zu fossilen Kraftstoffen auf 10 Prozent bis 2020 verbindlich zu erfolgen. Dieses Bestreben erfährt zurzeit Widerstand von Privatnutzern, wodurch die Durchsetzung oben genannter Ziele erschwert wird. Grund für die Opposition ist unter anderem ein Mangel an grundlegenden Kenntnissen über die physikochemischen Eigenschaften dieselmotorischer Emissionen bei der Verwendung von Biodiesel im Vergleich zu fossilen Dieselkraftstoffen. Bisher ist nur wenig Grundlagenforschung zur Struktur und Reaktivität des Rußes von Biokraftstoffen unternommen worden. Im Rahmen des Projektes soll diese Thematik bearbeitet werden. Hierzu werden am Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse und am Bayreuth Engine Research Center (LTTT / BERC, Universität Bayreuth) optische Messmethoden zur innermotorischen Rußbildungsdiagnostik sowie Messtechniken zur außermotorischen Partikelmessung und -charakterisierung eingesetzt. Der optische Einzylinder-Dieselmotor dient zur Untersuchung der innermotorischen Wirkkette und zur Analyse der emittierten Rußpartikel. Die Rußdiagnostik unter realitätsnahen Bedingungen erfolgt an einem Serienmotor.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 45 |
| Land | 7 |
| Weitere | 1 |
| Wissenschaft | 12 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 41 |
| Text | 4 |
| unbekannt | 4 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 7 |
| Offen | 41 |
| Unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 46 |
| Englisch | 10 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Dokument | 5 |
| Keine | 39 |
| Webseite | 7 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 42 |
| Lebewesen und Lebensräume | 44 |
| Luft | 49 |
| Mensch und Umwelt | 49 |
| Wasser | 41 |
| Weitere | 49 |