Kolumne "Zur Sache"

Forschung an OH-Radikalen: Das „Waschmittel der Atmosphäre“ besser verstehen

Prof. Dr. Andreas Wahner, Forschungszentrum Jülich GmbH

Die Selbstreinigung der Atmosphäre ist entscheidend für die Luftqualität und wesentlich für das Klima. In Jülich werden die chemischen Prozesse erforscht, die ihr zugrunde liegen.

Das sogenannte Hydroxyl-(OH)-Radikal sorgt dafür, dass sich die Atmosphäre selbst von vielen Schadstoffen reinigt. Dies geschieht jedoch in Regionen, in denen der Mensch für eine starke Luftbelastung sorgt, offenbar anders als in bewaldeten Gebieten fernab der Metropolen. Um das Potenzial der Selbstreinigungskraft auf die Luftqualität und das Klima besser abschätzen zu können, müssen wir die zugrunde liegenden chemischen Prozesse erforschen.

OH-Radikale entstehen zum Beispiel, wenn Ozon durch Sonnenlicht gespaltet wird. Diese OH-Radikale sorgen nicht nur dafür, dass Schadstoffe aus der Luft ausgewaschen werden können, sondern sie bauen auch das klimarelevante Methan ab. Weltweit arbeiten Experten daran, das Potenzial dieses „Waschmittels der Atmosphäre“ genau zu verstehen.

Ein Beispiel für Schadstoffe, die das OH-Radikal effektiv abbaut, sind Stickoxide aus Abgasen. Dabei unterliegt das OH-Molekül sogar einem Recycling-Prozess. Zudem gilt: Je mehr Stickoxide sich in der Luft befinden, umso höher fällt auch die OH-Konzentration aus, jedoch nur bis zu einer bestimmten Stickoxidkonzentration. Danach nimmt die Menge der OH-Moleküle wieder ab, denn Stickstoffdioxid (NO2) reagiert mit OH zu Salpetersäure (HNO3).  Das bestätigen sowohl Modellrechnungen als auch Messungen geringer OH-Konzentrationen in unbelasteten Meeresregionen. In bewaldeten Gebieten mit geringen Stickoxidwerten jedoch versagen die Rechenmodelle. Wir haben dort eine viel höhere OH-Konzentration vorgefunden, als es unsere chemischen Modelle vorhergesagt hatten. Wir suchen nach einem bisher unbekannten chemischen Prozess, der diese Werte erklären kann.

Pflanzen stoßen eine große Menge an flüchtigen organischen Komponenten aus. Isopren und Monoterpen aus Pflanzen reagieren beispielsweise mit dem OH-Radikal. Bisher stimmen die chemischen Gleichungen aber nicht mit unseren Messwerten vor Ort überein. Aufschluss über den bisher unverstandenen Prozess soll eine neue Versuchsreihe in der Jülicher Klimakammer „SAPHIR Plus“ bringen. Dabei werden die von Pflanzen abgegebenen flüchtigen organischen Emissionen in eine streng kontrollierte große Luftkammer geleitet. In dieser werden dann alle ablaufenden chemischen Prozesse gemessen und aufwendig analysiert.

Um effektivere Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität ergreifen zu können, müssen wir wissen, wie lange Luftschadstoffe sowie natürlich vorhandene Emissionen und deren Abbauprodukte wie Ozon oder Aerosole in der Atmosphäre verweilen. Und wir müssen die richtigen Maßnahmen treffen, um Luftqualität und gleichzeitig die Klimawirksamkeit der Atmosphäre zu verbessern. Denn nicht alles, was die Luftqualität verbessert, hilft auch dem Klima. Beispiel Feinstaub: Ihn zu verringern, verbessert die Luftqualität – gleichzeitig nimmt jedoch die globale Erwärmung zu, da das Sonnenlicht weniger abgeschirmt wird.

Prof. Dr. Andreas Wahner

Direktor des Instituts für Energie- und Klimaforschung IEK-8: Troposphäre am Forschungszentrum Jülich GmbH
(25.01.2016)

Bildnachweis: © Forschungszentrum Jülich, Foto: S. Kreklau

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