„Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden und ohne die endgültige Lage des thermodynamischen Gleichgewichts dieser Reaktion zu verändern.“
Wilhelm Ostwald, der 1909 den Chemie-Nobelpreis für seine Forschung über die Katalyse erhielt
(1853 – 1932)
Fahrzeug-Katalysatoren sind Pflicht seit 1993
Der Begriff „Katalysator“ ist dem Nicht-Chemiker wohl hauptsächlich vom Automobil bekannt. Die Aufgabe des Fahrzeugkatalysators ist die chemische Umwandlung der Verbrennungsschadstoffe Kohlenwasserstoffe (CmHn), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) in die ungiftigen Stoffe Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasser (H2O) und Stickstoff (N2) durch Oxidation beziehungsweise Reduktion. Je nach Betriebspunkt des Motors und bei optimalen Betriebsbedingungen des Katalysators können Konvertierungsraten nahe 100 % erreicht werden.
Gesundheitsproblem Stickoxid-Emissionen
An viel befahrenen Straßen in Großstädten werden Stickoxid-Emissionen, insbesondere aus Dieselmotren ein wachsendes Gesundheitsproblem. Als Hauptverursacher sind Dieselfahrzeuge ausgemacht. Mancherorts drohen deshalb Fahrverbote für ältere Fahrzeuge.
Wie holt man die Stickoxide aus der Luft?
Es ist nicht so leicht, die Schadstoffe einzusammeln und unschädlich zu machen, wenn sie erst mal in der Luft sind. Aber es ist möglich. Zum Beispiel, indem man die Oberflächen von Gebäuden zu Katalysatoren macht.
Dächer und Fassaden als Katalysator
Forschungsprojekte suchen und erfinden Baustoffe, die durch eine spezielle Oberflächenbehandlung effizient und kostengünstig die Luft in den Städten reinigen.
Titandioxid ist photokatalytisch aktiv
Eine Titandioxidschicht auf Fassaden und Dächern wirkt als Katalysator und damit als Luftreiniger. Die chemische Reaktion, die Schadstoffe eliminiert, braucht (Sonnen-)Licht als Energiequelle, daher heißt der Vorgang Photokatalyse (durch Licht ausgelöste chemische Reaktion).
Titandioxid ist eine Alltags-Chemikalie. Es steckt als Zusatzstoff E171 in manchen Lebensmittel, und in Kosmetikprodukten heißt es CI 77891. Der Stoff hellt Sonnencreme, Zahnpasta oder Kaugummi auf. Ganz häufig wird Titandioxid in Farben, Lacke und andere Anstriche gemischt.
Sauber durch Sonnenkraft – das Fraunhofer-Institut erforscht photokatalytische Oberflächen
Ob Beton, Glas oder Fassadenfarbe, fast jedes Material kann man photokatalytisch aufrüsten. Doch es gibt gleich mehrere Haken: Je nach Trägermaterial, Oberflächenstruktur und Umwelteinflüssen schwankt die photokatalytische Effizienz in Abhängigkeit von Schadstoff und Produkt um bis zu 100 Prozent und mehr.
Die Wirksamkeit ist auch eine Frage der richtigen Mischung: Beschichtet man nur die Oberfläche, wäscht sich der Katalysator schnell ab oder erodiert. Mischt man ihn ins Material, ist ein Großteil nicht wirksam. Das Optimum ist noch nicht gefunden. Auch das Langzeitverhalten und die Stabilität solcher Baumaterialien lassen sich außerhalb des Labors nur schwer vorhersagen.
Erschwerend kommt hinzu, dass es eine hohe Diskrepanz zwischen den im Labor erreichbaren Wirksamkeiten und den draußen im praktischen Einsatz erzielten gibt. All dies ist bislang kaum untersucht worden. Ein besseres Verständnis dieser Zusammenhänge strebten die elf Partner im Verbundprojekt PureBau an. Ihr Ziel war es, die Effizienz von Materialverbindungen zu steigern, so dass bessere photokatalytisch wirksame Baustoffe entwickelt werden können.
Dachziegel reinigen die Luft
Im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts „PureBau – Untersuchung von Werkstoffsystemen für photokatalytisch hocheffiziente Baustoffe“ hat das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig Dachziegel getestet, die mittels Erlus Lotus Air beschichtet wurden.
Hersteller ERLUS schreibt dazu:
ERLUS Lotus air® Dachziegel bauen 2,9 mg Stickoxide pro Quadratmeter und Stunde ab. Ein 160 Quadratmeter großes Dach mit ERLUS Lotus air® kann schon in jeder Sonnenstunde 464 mg Stickoxide in unbedenkliches Nitrat umwandeln. So können Sie also jährlich rund 10.000 Kilometer mit reinem Gewissen Auto fahren.
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Photokatalytische Oberflächenherstellung, Charakterisierung und Bewertung
Dachziegel reinigt Stadtluft von Stickoxiden
Photokatalytische Beschichtung mit Titandioxid – was bringt es?
Luft reinigen durch photokatalytische Baustoffe
Ein Staubsauger für Stickstoffdioxid
Titandioxid – Ein Stoff, den Sie meiden sollten
Titandioxid scheint sich im Körper einzulagern, das Immunsystem zu schwächen und Krebs verursachen zu können – und zwar schon in genau jener kleinen Dosis, die man täglich über die Zahncreme, die Blutdruckpille, die Magnesiumtablette oder das Kaudragee zu sich nimmt.