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Schlechte Luft: Mit Neutronen der Umweltverschmutzung auf der Spur

Dr. Nuno Canha (r.) bei der Analyse seiner Flechten in der Prompten Gamma Aktivierungsanalyse (PGAA) des MLZ mit Dr. Christian Stieghorst. © W. Schürmann / TUM

Dieser Geruch nach verbranntem Holz ist Nuno Canha von Kindheit an vertraut. Besonders im Winter, wenn der Luftdruck bei Kälte höher ist, hängen neben den üblichen Abgasen von Holzheizungen zusätzliche Rauchschwaden über den Hängen. Die Rede ist von traditionellen Öfen zur Produktion von Holzkohle. Sie erzeugen den charakteristischen Geruch in einigen ländlichen Gebieten von Portugal.

Der Rauch steigt aus Öfen in einer Gemeinde der Region Alto Alentejo, aus der Nuno Canha stammt. Es ist die Gemeinde in Portugal mit einer der höchsten Dichten dieser traditionellen und kleinen Industrie, die auf alten Techniken beruht. In diesen Öfen wird Holz auf traditionelle Art zu Kohle verbrannt. In einem Dorf stehen sogar 100 dieser Öfen. Klagen über den Geruch und Berichte von Asthma und anderen Atemwegserkrankungen sind keine Seltenheit in diesem 450-Einwohner-Dorf, sagt Nuno Canha, promovierter Umweltwissenschaftler.

Die Kohleöfen schaffen Arbeitsplätze

Offizielle Messungen der Luftqualität gibt es nicht im portugiesischen Inland, wie es dagegen in großen Städten und in der Küstenregion sehr wohl üblich ist. Und natürlich sorgt diese Industrie in der ländlichen Gegend für Arbeitsplätze. Die Behörden fassen die Betreiber deshalb mit Samthandschuhen an. Nuno Canha erzählt, dass es sogar schwer war, mit den Kohleproduzenten selbst eine Zusammenarbeit zu erreichen, um die Auswirkungen dieser Industrie auf die Luftqualität zu verstehen und Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
Deshalb hat sich der 36-Jährige vom Instituto Superior Técnico der Universität Lissabon und an der Universität Aveiro überlegt, wie er die schlechte Luft auf Umwegen messen kann. Die Methode musste günstig sein, einfach durchzuführen und sollte niemanden stören.

Flechten nehmen die Schadstoffe aus der Luft auf

Baum und Flechte Baum und Flechte Die Flechten sammelte der Wissenschaftler von Olivenbäumen. © N. Canha

Die Flechten sammelte der Wissenschaftler von Olivenbäumen. © N. Canha



Eine entscheidende Rolle spielen dabei die Neutronen der Prompten Gamma-Aktivierungsanalyse (PGAA), die er am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum für seine Messungen nutzt. Und die Flechten, die er von Olivenbäumen aus der Gegend der Holz-Kohle-Öfen gesammelt hat. Flechten sind eine Lebensgemeinschaft aus Pilz und Alge. „Weil sie alle ihre Nährstoffe über die Luft aufnehmen, eignen sie sich hervorragend als Indikator für Luftqualität“, sagt Nuno Canha. Er legte ein Raster über die Gegend um die Öfen und sammelte die Flechten “Flavoparmelia caperata (L.) Hale” von den Stämmen der Olivenbäume. Eine Charge pflückte er im Frühjahr, die andere im Herbst, um jahreszeitliche Unterschiede auszuschließen.

Bislang hat man an den Flechten immer nur die elektrische Leitfähigkeit gemessen: Je höher die Leitfähigkeit der Flechten in einem Wasserbad war, desto eher schloss man auf Stress, dem die Lebewesen bei erhöhter Luftverschmutzung ausgesetzt sind. Denn die feinen Zellmembranen brechen unter extremer Belastung, was sich wiederum positiv auf die Leitfähigkeit der Flechten auswirkt. Erste Ergebnisse bestätigen, dass Flechten in der Nähe der kohleproduzierenden Öfen eine höhere Leitfähigkeit aufweisen.

Mit Neutronen hat Nuno Canha für seine Doktorarbeit ebenfalls schon Flechten untersucht, allerdings nutzte er dabei die Neutronenaktivierungsanalyse (NAA). „Damals habe ich mit Flechten, die innerhalb und außerhalb von Klassenzimmern aufgehängt waren, untersucht, ob die Luft in Grundschulen auf dem Land oder in der Stadt besser ist“, erzählt Nuno Canha. Warum er nicht übliche Messinstrumente verwendet hat, um die Luftqualität zu bestimmen? Es war eine geräuschlose Lösung, die den Unterricht nicht störte, einfach durchzuführen und nicht zu teuer.

Mehr Kalium und Schwefel in belasteten Flechten

Ofen

Die traditionellen Öfen zur Holzkohleproduktion geben ihren Rauch ungefiltert in die Umgebung ab. © André Moreira / visao

Neu ist jetzt die Prompte Gamma Aktivierungsanalyse (PGAA). An der PGAA des MLZ in Garching mit Dr. Zsolt Revay und Dr. Christian Stieghorst kann der Umweltwissenschaftler mehrere Elemente in den gefriergetrockneten Flechten nachweisen. „Die PGAA ist viel besser für die leichteren Elemente geeignet als die NAA“, erklärt Nuno Canha. Das sind zum Beispiel , N, S, Si, P, O, C, F, Cl und H, aber auch andere Elemente wie K. Vor allem Kalium und Schwefel finden sich in höheren Konzentrationen in den Flechten nahe den Holzkohle-Öfen. Beim Verbrennen von Holz entstehen Schwefeldioxid und Kalium. Das passt gut zu den Leitfähigkeitsmessungen, die den Flechten direkt neben den Öfen ebenfalls höheren Stress attestieren. Und das wiederum bestätigt die höhere Luftverschmutzung in dieser Gegend, wenn er seine Ergebnisse mit Messungen aus Gebieten ohne Öfen vergleicht.

Seine Ergebnisse will Nuno Canha demnächst auf einer Konferenz vorstellen und dann auch veröffentlichen. Er hofft, dass sich dann etwas ändert in seiner Heimatstadt. Dass die Holzverbrennung dann mehr im Fokus der Behörden steht, man sich Gedanken macht, wie man sie umweltverträglicher gestalten kann. Etwa durch Luftfilter, die die Schadstoffe aus dem Abgas entfernen.

„Die Öfen sind in den letzten Jahren immer mehr geworden“, sagt Nuno Canha. Den Anwohnern stinkt das buchstäblich. „Die wirtschaftliche Entwicklung sollte jedoch niemals über der Gesundheit und dem Wohlergehen der Bürger stehen. Wie schon die Vereinten Nationen und die Weltgesundheitsorganisation sagen: Saubere Luft ist ein Menschenrecht.“

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Andrea Voit

Andrea Voit

Presse- und Öffentlichkeits-
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