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Alternde Aerosole in der Atmosphäre: Wissenschaftler untersuchen in Rostock Schiffsdieselabgase

02.12.2014

Am Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren (LKV) der Universität Rostock finden vom 10. November bis 5. Dezember 2014 großangelegte, interdisziplinäre Experimente statt, die Klimaauswirkungen und Gesundheitsgefährdungen von Abgasen aus Schiffsmotoren untersuchen. Das Besondere an den Untersuchungen ist, dass die Aerosole, die aus der Verbrennung der Kraftstoffe entstehen, gealtert werden. Das bedeutet, dass die Wissenschaftler die Prozesse, die normalerweise in der Atmosphäre auf Aerosole einwirken, wie zum Beispiel die Photooxidation (Einwirkung des Sonnenlichts), in einer speziell dafür hergestellten Alterungskammer simulieren.

Die Forschungsarbeiten finden im Rahmen des Projektes „WOOd combustion and SHIpping - primary aerosol emissions and secondary aerosol formation potential (WOOSHI)“ statt.


Rektor Wolfgang Schareck macht sich ein Bild vom Messvorgang, der am Lehrstuhl f. Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren läuft und an dem derzeit über 30 internationale Wissenschaftler beteiligt sind

Das Projekt wurde gemeinsam vom Schweizer Paul Scherrer Institut (Laboratory of Atmospheric Chemistry, Dr. André Prévôt) und der Universität Rostock mit dem Helmholtz Zentrum München (Gemeinsamens Massenspektrometrie Zentrum und Lehrstuhl für Analytische Chemie, Prof. Ralf Zimmermann) initiiert.

Gefördert werden die Forschungen über drei Jahre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie dem Schweizer Nationalfonds (SNF) im Rahmen der "Lead-Vereinbarung" der deutschen, schweizerischen und österreichischen Forschungsorganisationen.

Insgesamt über 30 Wissenschaftler aus sechs Ländern beteiligen sich an der Messkampagne. Neben den Wissenschaftlern aus der Schweiz und Deutschland sind Experten aus Österreich, Großbritannien, Norwegen, den USA und Australien in die Arbeiten vor Ort eingebunden.

„Die Untersuchung dieser Vorgänge ist sehr wichtig, da bei der Alterung der Aerosole neue chemische Verbindungen entstehen, die vergleichbare negative Gesundheitseffekte auf den Menschen ausüben können, wie Schadstoffe aus direkten Emissionen“, sagt Prof. Dr. Ralf Zimmermann, Lehrstuhlinhaber für Analytische Chemie an der Universität Rostock, Mitinitiator des WOOSHI Projektes und Leiter der Kampagne.

Für die Experimente stellt der LKV ein Einzylinder-Schiffsdieselmotor zur Verfügung, der Schweröl, Gasöl und Diesel verbrennt. „Schiffe verbrennen 30% aller weltweit eingesetzten Kraftstoffe“, erklärt Prof. Horst Harndorf, Lehrstuhlinhaber des LKV. Damit tragen Schiffe zu einem beträchtlichen Anteil am weltweiten Emissionsausstoß bei.

Der Dieselmotor am LKV wird für die Versuche konstant bei 50% Last betrieben und gibt dabei Aerosole frei. Die Aerosole werden in eine Klimakammer geleitet und dort circa tausendfach verdünnt. Anschließend werden sie mit UV-Licht bestrahlt. Diese Prozesse simulieren das, was mit den Aerosolen passiert, wenn sie in die Atmosphäre entlassen werden.

Um die Aerosole zu analysieren, werden sie kontinuierlich aus der Kammer entnommen. Gasanalysatoren messen die Hauptbestandteile des Abgases, wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Stickstoffoxid. Mit Methoden der Massenspektrometrie analysieren die Wissenschaftler organische Spurenkomponenten in der Gasphase sowie die chemischen Bestandteile von Partikeln.

Aerosole bestehen jeweils aus einer Gas- und einer Partikelphase, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Beschaffenheit auch unterschiedlich untersucht werden müssen. Diese Untersuchungen finden direkt vor Ort statt. Weiterhin werden Partikel von Aerosolen auf Filter gesammelt, die später im Labor auf weitere organische Bestandteile sowie Schwermetalle geprüft werden.

Die Wissenschaftler möchten besser verstehen lernen, welche Vorgänge sich im vom Schiffsmotor ausgestoßenen Aerosol in der Atmosphäre abspielen und forschen zudem an modernen Brennverfahren zur Reduzierung der Emissionen. Neben der Alterung des Aerosols, spricht man hier auch von der Bildung des sekundären organischen Aerosols (SOA) – im Gegensatz zu dem primären organischem Aerosol, das direkt bei der Emission entsteht. Zusätzlich zu den negativen Gesundheitseffekten können Bestandteile des SOA durch ihre Lichtabsorptionseigenschaften und das Wolkenbildungspotential auch stark klimarelevante Auswirkungen haben.


Kontakt:
Universität Rostock
Institut für Chemie
Prof. Dr. Ralf Zimmermann
Fon: +49(0)381 498 6460 / +49 (0)893187 4544
Sekretariat +49 (0)893187 4048
Mail: ralf.zimmermann@uni-rostock.de

Ingrid Rieck | Universität Rostock

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