VOC-Analyse Zwischen Himmel und Erde – VOC-Analyse in der Atomsphäre

Im Rahmen des EU-geförderten PEGASOS-Projekts untersuchten Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich den oxidativen Abbau flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) in der Atmosphäre. Mit dabei: ein speziell für die Erfordernisse der Onlinemessung auf Flugzeugen konzipiertes GC/MS-System.

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In Europa stimmt die Chemie, zumindest in puncto Atmosphärenforschung. Einen Beleg für diese These liefert das im vergangenen Jahr gestartete und kürzlich zum Abschluss gebrachte EU-Projekt Pegasos, an dem sich 26 Partner u.a. aus 14 europäischen Mitgliedsstaaten beteiligten. Das Akronym Pegasos erinnert an das in der griechischen Mythologie beheimatete geflügelte Pferd, leitet sich aber von der Bezeichnung „Pan-European Gas-AeroSOls-climate interaction Study“ [1, 2] ab. Der Fokus des unter Beteiligung von Wissenschaftlern unter anderem aus Deutschland, Griechenland, Finnland, Estland, der Schweiz und den USA durchgeführten Projektes lag folglich auf den in der Atmosphäre vorliegenden Spurengasen und Aerosolen sowie deren Einfluss auf das Klima.

Fliegende Pferde spielen, wie das Akronym Pegasos vermuten lässt, für die Studie jedoch keine Rolle, wohl aber ein Luftschiff, ein Zeppelin NT (Neuer Technologie), wie er schon seit einigen Jahren zu Forschungszwecken eingesetzt wird. Aus gutem Grund: Luftschiffe erreichen eine Flughöhe von 1000 Metern, lassen sich aber selbst noch in 100 Meter Höhe fliegen, einer Flughöhe, die für Atmosphärenforscher besonders interessant ist. Mit einem Zeppelin NT kann eine Tonne technischen Geräts transportiert werden, um komplexe Messungen in der bodennahen Troposphäre in situ durchzuführen.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Geschwindigkeit, die sich bei Luftschiffen so gering halten lässt, dass hinreichend lange aus gleicher Umgebung online Luftproben genommen werden können. „Das ist mit einem Flugzeug nicht möglich, da es aufgrund seiner sehr viel größeren Geschwindigkeit in kürzerer Zeit eine längere Strecke zurücklegt“, erklärt Julia Jäger vom Forschungszentrum Jülich. Jäger, Teil des Wissenschaftlerteams, das die Pegasos-Zeppelinmissionen begleitet hat, führte im Auftrag des Forschungszentrums Jülich mehrere Messkampagnen an Bord des Zeppelins durch, um insbesondere Aufschluss über den Abbau luftgetragener Spurenstoffe und deren Verbleib in der Atmosphäre zu erlangen.

Im Blickpunkt von Julia Jäger lagen flüchtige organische Kohlenwasserstoffverbindungen (VOC), wie sie aus natürlichen (biogenen) Quellen emittiert, aber auch und vor allem durch menschliche Aktivitäten (anthropogen) erzeugt und in die Umwelt abgegeben werden. Mit dem Wind werden die VOC abtransportiert und in der Atmosphäre weit verbreitet. Allerdings verbleiben VOC nicht in der Atmosphäre. Größere Staubpartikel etwa sinken gen Erdboden, wo sie sich absetzen. Niederschläge tragen gelöste oder an Partikeln haftende Substanzen aus der Atmosphäre heraus.

Damit sich VOC effizient aus der Atmosphäre entfernen lassen, müssen sie durch Oxidation in polare Verbindungen umgewandelt werden. Das wichtigste Oxidationsmittel der Atmosphäre ist das Hydroxylradikal (OH-Radikal), das auch als das „Waschmittel der Atmosphäre“ bezeichnet wird. Leider entstehen bei dem oxidativen Abbau von VOC andere Verbindungen, etwa Ozon, das zwar in der Stratosphäre wertvolle Dienste leistet, in der Troposphäre jedoch als Schadstoff einzustufen ist.

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