Fehlgeschlagen: Photokatalyse als Mittel zur Luftreinigung in einem Brüsseler Verkehrstunnel

(10.11.2013) Das über das EU-Programm LIFE+ geförderte Projekt PhotoPAQ hat das Ziel, den Einsatz von photokatalytischen Baustoffen für die Luftreinigung in Städten zu untersuchen. Acht Partner aus fünf verschiedenen europäischen Ländern nahmen an dem Projekt teil, bei dem die Photokatalyse im Labor, in größeren Simulationskam­mern und in Feldversuchen untersucht wurde.

Als Teil der Studie fand von Juni 2011 bis Januar 2013 eine umfangreiche, dreistufige Messkampagne im Leopold-II-Tunnel in Brüssel statt. Eine photokatalytische Zement­beschichtung wurde an den Seitenwänden und der Decke der Tunnelröhre auf einer Länge von 80 bzw. 160 Metern angebracht, die in Richtung Stadtzentrum führt. Das luftreinigende Material wurde von einem extra installierten UV-Lampensystem aktiviert.

Mögliche Vorteile der photokatalytischen Luftreinigung in Tunneln sind ...

• saubere Luft zum Atmen für die Autofahrer,
• mögliche Kostenreduktionen bei der Tunnelbelüftung sowie
• eine Verbesserung der Luftqualität am Tunnelein- bzw. -ausgang bzw. an den Lüftungsausgängen.

Während der Feldkampagne wurde die Wirkung der photokatalytischen Beschichtung auf die Luftverschmutzung (einschließlich NO_x, VOC, Feinstaub, CO, etc.) innerhalb des Tunnelabschnitts untersucht. Das PhotoPAQ-Konsortium installierte dazu für je­weils mehrere Wochen eine große Anzahl von Messgeräten, um den Verschmutzungs­grad im Tunnel mit und ohne Spezialbeschichtung vergleichen zu können.

Hauptergebniss: Fehlschlag?

Im Gegensatz zu ersten Abschätzungen aus den Laborversuchen zeigten die Ergeb­nisse im Tunnel keine deutliche Reduktion der Schadstoffe. Zum Beispiel lag die Re­duktion von Stickoxiden (NO_x, eine wichtige Schadstoffklasse aus dem Straßenver­kehr) unter den statistischen Unsicherheiten des Experimentes von zwei Prozent.

Als Ursachen wurden ausgemacht:

• Das photokatalytische Material innerhalb des verkehrsreichen Leopold-II- Tun­nels wurde durch die starke Verschmutzung deaktiviert.
• Die tatsächliche Beleuchtungsstärke mit nur zwei Watt UV-A-Strahlung pro Quadratmeter lag unter dem angestrebten Wert von vier Watt pro Quadratme­ter, was zu einer geringen Aktivierung und photokatalytischen Aktivität des ein­gesetzten Materials führte.
• Ein anderer negativer Effekt war die hohe Windgeschwindigkeit von bis zu fünf Metern pro Sekunde innerhalb des Tunnels, die die Kontaktzeit zwischen den Schadstoffen und der photokatalytischen Tunneloberfläche begrenzte.
• Und schließlich herrschte im Januar 2013 sehr kaltes und feuchtes Wetter mit Luftfeuchtigkeiten von 70 bis 90 Prozent, was ebenfalls die Aktivität des photo­katalytischen Materials reduzierte.

Alle diese Probleme führten unter den schwierigen Bedingungen im Tunnel zu geringe­ren Schadstoffreduktionen, die nur ein Zehntel der ursprünglichen Abschätzungen erreichten.

Trotzdem soll es dem PhotoPAQ-Konsortium gelungen sein, durch die gewonnenen Er­kenntnisse aus den Feld- und Laborversuchen anhand von Simulationen die maximal mögliche Schadstoffminderung zu ermitteln. demnach könne im Idealfall die Reduktion der NO_x-Konzentrationen ...

• vier Prozent im 160 Meter langen Untersuchungsabschnitt und
• zwölf Prozent im ganzen zwei Kilometer langen Tunnel betragen.

Diese Werte stellen allerdings Maximalwerte der photokatalytischen Luftreinhaltung unter optimalen Bedingungen dar, bei denen die UV- Bestrahlungsstärke deutlich über vier Watt pro Quadratmeter und die relative Luftfeuchtigkeit unter 50 Prozent liegen sollte. Zudem müssten zur Verhinderung der Deaktivierung der photokatalytischen Tunneloberfläche geringe Schadstoffbelastungen vorliegen.

Ausblick

Die PhotoPAQ-Messkampagne im Brüsseler Leopold-II-Tunnel erwies sich als ein ein­zigartiges Experiment zur umfassenden Beurteilung der Wirkung von photokatalyti­schen Baumaterialien auf die Luftverschmutzung in einem Tunnel. Die umfangreichen Messdaten und Modellierungen sollen es ermöglichen, die Schadstoffreduzierungen durch photokatalytische Materialien in anderen Tunneln abzuschätzen. Diese Metho­de könne auch von Nicht-Experten genutzt werden.

Darüber hinaus geben die Wissenschaftler Empfehlungen für die optimale Verwendung dieser photokatalytischen Materialien - wie zum Beispiel:

• Optimierung der photokatalytischen Beschichtung mit geringer Oberflächenrauig­keit zur Unterdrückung der Staubanlagerung,
• hohe UV-Beleuchtungsstärke (möglichst ≥10 Watt pro Quadratmeter) und gerin­ge relative Luftfeuchtigkeit der Tunnelluft (möglichst <50 Prozent),
• niedrige Windgeschwindigkeiten im Tunnel, um die Reaktionszeiten der Schad­stoffe zu erhöhen,
• möglichst kleine Tunnelquerschnitte zur Verbesserung des Oberflächen/Volu­men-Verhältnisses.