Neue Methode im Kampf gegen Luftverschmutzung

Forschern des Paul-Scherrer-Instituts (PSI) ist es gelungen, erstmals chemische Reaktionen im Feinstaub nachzuweisen.

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Wenig Gäste: Auch das Thermalbad Bad Zurzach bekommt die Folgen des Corona-Virus zu spüren. Urs Baltensperger (l.) und André Prévôt am neu entwickelten Gerät.

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Bild: zvg Bild: zvg

Mit ihrer Hilfe widerlegten die Forscher die Lehrmeinung, dass Moleküle im Feinstaub keine chemischen Umwandlungen mehr eingehen, weil sie in Schwebepartikel eingebunden sind. In der Smogkammer am PSI in Villigen analysierten sie chemische Verbindungen direkt im Feinstaub und beobachteten, wie Moleküle zerfielen und beispielsweise gasförmige Ameisensäure in die Atmosphäre­abgaben, heisst es in einer Mitteilung des Instituts. Diese Erkenntnisse werden helfen, weltweite Prozesse bei Wolkenbildung und Luftverschmutzung besser zu verstehen und entsprechende Modelle zu verfeinern.

Wer durch einen Nadelwald spaziert und die würzige Luft geniesst, atmet Pinen ein. Das ist eine der flüchtigen organischen Verbindungen in den Ölen von Nadelbäumen und kommt auch in Eukalyptus und Rosmarin vor. Der Geruch löst angenehme Gefühle in den meisten Menschen aus. Weniger angenehm ist, dass die Verbindung sich in der Atmosphäre unter Einfluss von Radikalen in andere Verbindungen umwandelt, in sogenannte hochoxidierte organische Moleküle. Einige von ihnen sind reaktive, teils gesundheitsschädliche Substanzen. Sie sind erst in den letzten Jahren in den Fokus von Atmosphärenforschern gerückt, und ihre Rolle etwa bei der Wolkenbildung ist noch unverstanden.

«Bisher dachte man, dass solche Moleküle vor weiteren Umwandlungen geschützt sind, wenn sie erst mal im Feinstaub gelandet sind», sagt André Prévôt vom Labor für Atmosphärenchemie am PSI. «Man glaubte, sie würden sich dann nicht mehr verändern, sondern einfach über die Atmosphäre verteilen und irgendwann abregnen.»

Reaktionsprodukte in Zürcher Feinstaub erfasst

Diese weitverbreitete Meinung entspricht aber nicht der Realität, wie die PSI-Forschenden um Prévôt jetzt zeigten: «Die Reaktionen gehen auch im Feinstaub weiter.» Die Moleküle sind noch immer reaktiv und reagieren entweder miteinander zu grösseren Teilchen oder zerfallen, indem sie beispielsweise Ameisensäure freisetzen. Diese häufige Verbindung kommt nicht nur bei Ameisen und Brennnesseln vor, sondern auch in der Atmosphäre, wo sie ein wichtiger Indikator für Luftverschmutzung ist. Die Beobachtungen der PSI-Forschenden helfen dabei, Simulationsmodelle zu verbessern.

Zum ersten Mal analysierten PSI-Forschende chemische Verbindungen unter atmosphärischen Bedingungen direkt im Feinstaub. Dafür nutzten sie die Smogkammer des PSI, in der sich Vorgänge in der Atmosphäre simulieren lassen. Möglich machte das ein neues Analysegerät, das die Forschenden in Zusammenarbeit mit der Firma Tofwerk in Thun für atmosphärische Messungen entwickelt haben: ein sogenanntes EESI-TOF (extraktives Elektrospray-Ionisation-Flugzeitmassenspektrometer). «Es weist auch grössere Moleküle direkt im Aerosol nach», erklärt Atmosphärenchemiker Urs Baltens­perger. «Frühere Messmethoden hingegen zerhacken die ­Moleküle zuvor bei hohen Temperaturen zu kleineren Fragmenten.» Das neue Gerät ionisiert ohne Fragmentierung. «Wir können jedes Molekül separat erfassen.»

Mit der neuen Analyse­methode haben die Forscher zum Beispiel den Feinstaub von Zürich analysiert. Dieser bestehe zu gut einem Drittel aus Reaktionsprodukten von Molekülen. Feinstaub in der Luft von Zürich. (az)