Verringert Photokatalyse die Schadstoffkonzentration in der Luft?

Photokatalyse in Modellstraßenschlucht

Auf einem Industriegelände in Italien wurden 2013 zwei parallele Modellschluchten (Aktiver und Referenzcanyon, Dimension 5 m × 5 m × 53 m) aufgebaut. Um identische Bedingungen in beiden Schluchten zu gewährleisten, wurde photokatalytisch aktiver Spritzmörtel auf Paneele vor den Gebäuden aufgebracht (Bild 3). Zunächst wurden die unbehandelten Modellschluchten auf Vergleichbarkeit überprüft, dann wurden die Oberflächen einer Schlucht mit Photokatalysator beschichtet. Neben gasförmigen Schadstoffen, wurde Konzentration und Zusammensetzung von schädlichen Partikeln untersucht.

Bild 4 zeigt die erhaltenen NO_x- und UVA-Daten: Anfangs lagen günstige Bedingungen für die Photokatalyse vor, mit folgenden äußeren Bedingungen:

• hohe maximale Strahlungsintensität (UVA bis 40 W·m^–2)
• geringe Windgeschwindigkeit in der Schlucht (<1 m·s^–1)

Jedoch waren keine signifikanten Unterschiede der NO_x-Konzentrationen in beiden Schluchten zu beobachten (Bild 4). Die Auftragung der NO_x-Daten von Aktiv- und Referenzschlucht zeigte zwischen Tag und Nacht keinen Unterschied. Es wurde eine Obergrenze von 2 Prozent für den mittleren photokatalytischen NO_x-Abbau ermittelt. Da in diesem Fall die Schadstoffbelastung relativ gering und die UV-Strahlung während der Kampagne hoch war, zeigten anschließende Labormessungen an den eingesetzten Oberflächen eine weiterhin hohe photokatalytische Aktivität. Modellrechnungen besagen, dass die geringe NO_x-Reduktion auf die Transportlimitierung der Schadgase zu den aktiven Oberflächen zurückzuführen ist.

Geringer Beitrag zu sauberer Luft

Die geringen Schadstoffreduktionen waren für die VOC und Partikel aufgrund der geringeren Reaktivitäten zu erwarten. Bei den Stickoxiden erzielten andere Feldstudien teilweise deutlich höhere NO_x-Reduktionen von 19 bis 80 Prozent [3–8].

Um diese widersprüchlichen Ergebnisse zu erklären, sind mehrere Faktoren zu betrachten [15]:

• Geometrie der Versuchsanordnung: Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen (S_aktiv/V) spielt bei heterogenen Reaktionen eine wichtige Rolle.
• Messhöhe: Aufgrund der Gradienten, wie sie für den heterogenen Spurengasabbau bekannt sind [8], sind die geringen Messhöhen über den aktiven Oberflächen (teilweise nur wenigen Zentimeter [3]) nicht repräsentativ für die NO₂-Reduktion. Die vorgeschriebene Messhöhe beträgt 3 m.
• Datenauswahl: Die positiven Studien [3–8] haben nur Tagesmesswerte berücksichtigt, während andere Arbeiten [9–11] Tag-Nachtmittel heranzogen.