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ETH Zürich: Konferenz zu verbrennungsgenerierten Nanopartikeln

18.08.2004 - (idw) Eidgenössische Technische Hochschule Zürich

Zurzeit diskutieren an der ETH Zürich Vertreterinnen und Vertreter aus Hochschulen, der Industrie und Behörden Lösungen, um verbrennungsgenerierte Nanopartikeln zu reduzieren. Diese Russpartikel in Nanometergrösse entstehen z. B. in Dieselmotoren. Wegen ihrer geringen Grösse sind sie mit blossem Auge nicht sichtbar und dringen direkt in die Lunge und von dort in Blutbahnen und in Nervenzellen ein, wo sie Erkrankungen wie Asthma oder verschiedene Krebsarten auslösen können. Die Abgasnachbehandlung mit Partikelfiltern zählt zu den erfolgreichen technologischen Lösungen, um Nanopartikel praktisch vollständig aus den Abgasen zu eliminieren.

Schwebestäube in der Atmosphäre gelten schon lange als schädlich für die Gesundheit. Die kleinsten von ihnen, Nanopartikel genannt, dringen unmittelbar in die Atemwege und von dort möglicherweise in Blutbahnen und Nervenzellen ein. Einmal im Körper werden sie für Erkrankungen der Atemwege, verschiedene Krebsformen, aber auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder sogar Erkrankungen des Nervensystems verantwortlich gemacht. Nanopartikel entstehen vorwiegend durch Verbrennungsprozesse, am offensichtlichsten z. B. bei Dieselmotoren. Grenzwerte basieren in der heutigen Gesetzgebung auf der Massenkonzentration. Wie die Forschung zeigt, muss die zukünftige Gesetzgebung in Richtung Anzahl, Grösse und eventuell Zusammensetzung übergehen, um allein schon den gesundheitlichen Aspekten Rechnung zu tragen. Vom 16. bis 18. August 2004 treffen sich an der ETH Zürich Fachleute aus aller Welt, um Fra¬gen zu den Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt, zur Gesetzgebung sowie zu Methoden und Verfahren zum Messen und Charakterisieren zu diskutie¬ren. Möglichkeiten zur Reduktion oder sogar Eliminierung sind zukunftsrelevante Themen dieser Konferenz.

Kombination von Massnahmen bringt signifikante Reduktion

Eine signifikante und befriedigende Reduktion der verbrennungsgenerierten Nanopartikel kann nur durch die Kombination von Massnahmen erreicht werden. Dazu gehören eine verbesserte Kraftstoffqualität, innermotorische Methoden z. B. mithilfe der Einspritzung und Aufladung sowie vor allem die Abgasnachbehandlung mit Partikelfiltern. Das Ziel dabei ist, einerseits den Partikelausstoss zu minimieren und anderseits die CO2- und Stickoxidemissionen gering und die Gesamtsystemkosten in einem vernünftig Rahmen zu halten. Aufgrund der langen Lebensdauer von Motoren für schwere Nutzfahrzeuge in Industrie und Landwirtschaft - bei Traktoren bis 50 Jahre - ist die Frage der Nachrüstung ein vordringliches Thema. Noch liegen die Kosten dafür hoch - rund 5 bis 7% der Fahrzeugkosten. Im Vergleich zu den vermiedenen Gesundheitskosten sind diese jedoch bereits sehr tief.

Weitere Informationen
Prof. Konstantinos Boulouchos
Laboratorium für Aerothermochemie und Verbrennungssysteme
Institut für Energietechnik
Telefon +41 (0)1 632 56 48
boulouchos@lav.mavt.ethz.ch

Was sind Ultrafeine Partikel?
Schwebeteilchen in der Atmosphäre werden üblicherweise als PM 10 (kleiner als 10 Mikrometer) oder neuerdings PM 2.5 (kleiner als 2,5 Mikrometer) erfasst und zwar als Massenkonzentration in Mikrogramm/m3. Sie stammen aus der Industrie (mechanische Bearbeitung, chemische Prozesse), dem Verkehr (Reifenabrieb, Motoren) und Feuerungen sowie aus Kondensation von Substanzen aus der Atmosphäre selber.

Nanopartikel stammen vorwiegend aus Verbrennungsprozessen, sind kleiner als 1 Mikrometer, und man unterscheidet sie grob in feine Partikel (zwischen 100 Nanometer und 1 Mikrometer) und ultrafeine Partikel (zwischen 1 und 100 Nanometer).

Feine und insbesondere ultrafeine Partikel sind äusserst schwierig zu messen; dazu wurden in den letzten Jahren ausgeklügelte Forschungsmethoden, geeignet für die Anwendung im Labor, entwickelt. Umweltämter und Industrie aber suchen nach einer Methode, die zuverlässig in der breiten Anwendung für die Typenprüfung von Fahrzeugen funktioniert.

Die chemische Zusammensetzung der Nanopartikel variiert extrem, je nach Konfiguration des Verbrennungssystems, des verwendeten Kraftstoffs, aber auch je nach Grössenklasse. Mit Ausnahme der kleinsten ultrafeinen Partikel (um die 10 Nanometer gross), die als Kondensate von z.B. organischen Substanzen, schwefelhaltigen Verbindungen etc. gelten, bestehen die restlichen nachweisbaren Nanopartikel meistens aus einem Kohlenstoffkern, der von angelagertem organischem und nicht organischem Material umgeben wird.

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