Ein Pflaster für die Zukunft

Einen Großteil der Luftverschmutzung in Ballungsgebieten machen die Stickoxide aus. Über 99 % von ihnen entstehen bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen durch Kfz-Motoren, Heizungsanlagen oder in Kraftwerken. Stickoxide sind schädlich für den menschlichen Organismus. Sie sind darüber hinaus maßgeblich an der Bildung von Ozon und Sommersmog beteiligt. Da sich Stickoxide kaum durch Niederschläge aus der Luft auswaschen lassen, werden sie nur langsam abgebaut. Bereits in geringsten Konzentrationen gesundheitsschädlich ist das Gas Stickstoffdioxid (NO₂), für das europaweit ein Grenzwert von 40 μ g/m³ eingeführt wurde, der im Jahresdurchschnitt nicht überschritten werden soll. Für Stickstoffmonoxid (NO) existiert ein solcher Grenzwert nicht. Bereits heute ist die Konzentration speziell an NO₂ so hoch, dass die zulässige Jahresmenge in vielen Großstädten bereits in den ersten drei Monaten des Jahres überschritten wird. Die dann greifenden Fahrverbote für Lkw und daraus resultierenden Umleitungen verschieben das Problem jedoch nur auf andere Stadtgebiete. Eine Lösung für dieses Problem bietet jetzt die F.C. Nüdling mit Airclean, einem photokatalytisch wirkenden Pflasterstein. So lässt sich speziell im Stadtgebiet, wo die meisten Schadstoffe entstehen, durch die Anlage entsprechender Pflasterflächen eine Verringerung von Stickoxiden erzielen.

Das Prinzip der Photokatalyse zur Reduzierung der Stickoxide in der Luft wurde in den 90er Jahren in Japan entwickelt und auch erfolgreich angewandt. Im Zuge eines von der EU geförderten Projekts kam die Technik auch in Italien zum Einsatz. Messungen in den betroffenen Gebieten wiesen die Stickoxid reduzierende Wirkung nach. Die Photokatalyse ist ein Prozess, bei dem ein als Katalysator wirkender Stoff, genannt Photokatalysator, die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion, in diesem Fall der Oxidation von hochgiftigen Stickoxiden, stark beschleunigt. Bei der Photokatalyse wird die dafür erforderliche Energie durch ultraviolette Strahlung, also das Sonnenlicht, geliefert. Wie bereits erwähnt, sind Stickoxide selbst nur schwer wasserlöslich und werden als giftiges Gas nicht aus der Atmosphäre ausgewaschen. Als Reaktionsprodukt der Oxidation von Stickoxiden durch Photokatalyse entsteht das wasserlösliche Nitrat. Dieses wird vom Regenwasser gelöst und so abgeführt. Im natürlichen Stoffkreislauf steht das Nitrat dann den Pflanzen als essentieller Nährstoff zur Verfügung. Der Effekt der Photokatalyse von Airclean Pflaster wird erreicht durch photokatalytisch wirkendes Titandioxid, das bei der Produktion des Pflasters zum Einsatz kommt. Der Katalysator verbraucht sich durch die chemische Reaktion nicht. Damit wird die photokatalytische Wirksamkeit des Airclean Pflasters während der gesamten Nutzungsdauer der Pflasterfläche aufrechterhalten.

Prüfung unter realen
Bedingungen

Die Verantwortlichen bei F.C. Nüdling wollten die Wirkungsweise des Airclean-Pflasters mit konkreten Ergebnissen aus Deutschland untermauern. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut in Schmallenberg sowie mit Förderung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt wurde deshalb ein Forschungsprogramm durchgeführt, bei dem der Nachweis der Wirksamkeit der signifikanten NO₂-Verminderung durch Airclean nicht nur im Labor, sondern auch in einem Langzeitversuch unter natürlichen Bedingungen erbracht wurde. Beobachtet wurde vor allem auch der Einfluss aller meteorologischen Gegebenheiten auf die Stickoxid-Umwandlung. Der Feldversuch wurde nötig, da sich mit den gängigen Labormessungen die natürlichen Bedingungen im urbanen Raum nicht adäquat darstellen lassen. Bei der Messung des Abbaus von Stickstoffmonoxid (NO) im Labor liegt die Anfangskonzentration des Prüfgases bis zu zwanzig mal höher als unter den tatsächlichen innerstädtischen Bedingungen, so dass mit den erzielten Messungen keine allgemeingültige Aussage getroffen werden kann. Für den Feldversuch wurde eigens von der Firma F.C. Nüdling Betonelemente eine Testfläche für den Nachweis der NO₂-Reduzierung errichtet. Im Gegensatz zu den Messungen im Labor, bei denen die Reduzierungsraten nur für NO in Höhen von ca. 1 cm über der Pflasterfläche bestimmt werden, können die Messungen für NO₂ und NO hier in einer Höhe von bis zu 3 m erfolgen. Die Ergebnisse lassen sich so direkt mit den Messungen der Luftmessstationen zur Überwachung der Luftgrenzwerte in den Städten vergleichen.

Die Testfläche besteht aus 2 parallel zueinander angeordneten „Straßen-Canyons“ in Form von Betonsteinmauern mit jeweils 50 m Länge und 315 m² Fläche. Im ersten Canyon wurde AirClean vollflächig verlegt, im Parallel-Canyon kam ein konventioneller Pflasterstein zum Einsatz. Über ein Rohrleitungssystem werden Abgase eines Dieselmotors zu gleichen Teilen in die Canyons eingeleitet. Die Verteilung des Abgases erfolgt auf natürlichem Wege durch Wind und Konvektionsströmung. In einem Abstand von 12,5 m Entfernung zur Austrittstelle des Abgases wird in einer Höhe von 3 m sowohl die Konzentration von NO₂ als auch von NO separat in beiden Canyons gemessen und kontinuierlich aufgezeichnet. Ein weiterer Faktor, den es zu erfassen gilt, ist neben dem Tageslicht die momentane Witterung, zu der auch Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit zählen. Für die Aufzeichnung der Windbedingungen werden 2 separate Messgeräte benutzt. Ein Messgerät misst die Verhältnisse im Canyon, das zweite Messgerät die generellen Windverhältnisse. Die Messergebnisse und die darauf basierenden Durchschnittswerte liefern so reale Messdaten, die unter den unterschiedlichen meteorologischen Bedingungen gewonnen werden. Ferner fließen in die Messungen nicht nur die Tagwerte ein, da auch bei Dunkelheit gemessen wurde. Auch wegen der Berücksichtigung der starken Schattenwirkung in den Canyons lassen sich die Messergebnisse nahezu 1:1 auf innerstädtischen Gegebenheiten übertragen. In einer Höhe von 3 m über dem photokatalytisch aktivem Pflasterstein AirClean wurden im Langzeit-Feldversuch unter Berücksichtigung wechselnder Wind- und Helligkeitsverhältnisse Reduzierungsraten von 18 % für NO₂ sowie 29 % für NO nachgewiesen: Bei Windstille betrugen die Reduzierungsraten für beide Schadstoffarten jeweils ca. 70 %. Während des Betrachtungszeitraumes lag die Beleuchtungsstärke 30 % unter dem Jahresmittelwert, zudem wurde die Beleuchtungsstärke der Feldversuchsfläche durch Schattenwirkung um 31 % reduziert. Insgesamt entsprach die Beleuchtungsstärke während der Messzeiten etwa den Tagesdurchschnittswerten über den 24-Stunden-Zeitraum. Im Jahresdurchschnitt lassen sich so in einer Messhöhe von 3 Meter unter den in Mitteleuropa vorherrschenden Bedingungen Jahresreduktionsraten von 25 % für NO₂ sowie 41 % für NO erwarten.

Neben den Messungen auf dem Versuchsgelände erbrachten FCN und Fraunhofer auch den Nachweis der schnell und signifikant erfolgenden Stickoxid-Minderung bei einer vergleichenden Untersuchung im Bereich einer stark befahrenen Bundesstraße in Erfurt. Bei der Messung an der Bundesstraße 4 in Erfurt, Bereich Gothaer Platz, wurde in 3 m Höhe eine durchschnittliche Verminderung von 20 % bezüglich NO₂ und 38 % bezüglich NO festgestellt. Damit werden die Ergebnisse der Langzeit-Messungen des Feldversuchs auch an einem realen Objekt nachdrücklich belegt. Die Verwendung des photokatalytisch wirkenden Pflastersteins AirClean führt somit, ohne verkehrseinschränkende Maßnahmen zu ergreifen, zu einer Unterschreitung der gesetzlich geltenden Grenzwerte für NO₂ in vielen belasteten Bereichen.

Mit dem Airclean-Pflaster bietet F.C. Nüdling ein Betonsteinpflaster an, mit dem sich aktiv Umweltschutz betreiben lässt. Hervorzuheben ist, dass entsprechende Pflastersysteme vor allem im innerstädtischen Bereich eingesetzt werden können. Sie tragen so nachhaltig zu einer Verbesserung der Lebensbedingungen für die Bürger in den Großstädten bei.n