Luftverschmutzung in Innenräumen hat möglicherweise „ihr Gegenstück“ gefunden
Am 16.08.2023 berichteten Wissenschaftler im Rahmen der Herbsttagung der American Chemical Society (ACS), dass sie katalysator-beschichtete Lampenschirme entwickelt haben, die Schadstoffe in der Innenraumluft in harmlose Verbindungen umwandeln. Die Lampenschirme funktionieren mit Halogen- und Glühlampen, das Team erweitert die Technologie so, dass sie auch mit LEDs kompatibel ist. ACS Herbst 2023 ist ein Hybridtreffen, das vom 13. bis 17. August virtuell und persönlich stattfindet und etwa 12.000 Präsentationen zu einem breiten Spektrum wissenschaftlicher Themen bietet. Laut Hyoung-il Kim von der Yonsei Universität in Seoul, Südkorea, dem Hauptforscher des Projekts, zielen die Lampenschirme auf flüchtige organische Verbindungen (VOCs) ab, die für die meisten Luftschadstoffe in Innenräumen verantwortlich sind.
Glühlampe – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Zu diesen Verbindungen gehören Acetaldehyd und Formaldehyd und werden von Farben, Reinigungsmitteln, Lufterfrischern, Kunststoffen, Möbeln, beim Kochen und aus anderen Quellen freigesetzt. „Obwohl die Konzentration von VOCs in einem Zuhause oder Büro gering ist, verbringen Menschen mehr als 90 % ihrer Zeit in Innenräumen, sodass sich die Belastung mit der Zeit summiert“, sagt Kim.
„Konventionelle Methoden zur Entfernung von VOCs aus der Raumluft basieren auf Aktivkohle oder anderen Arten von Filtern, die regelmäßig ausgetauscht werden müssen“, sagt Minhyung Lee, ein Doktorand in Kims Labor an der Yonsei University. Lee stellte die Arbeit des Teams beim ACS-Treffen vor. Es wurden weitere Geräte entwickelt, die VOCs mit Hilfe von Thermokatalysatoren, die durch hohe Temperaturen aktiviert werden, oder mit Photokatalysatoren, die auf Licht reagieren, abbauen. Kim weist jedoch darauf hin, dass die meisten dieser Geräte eine separate Heizung oder eine ultraviolette Lichtquelle benötigen, was zu unerwünschten Nebenprodukten führen kann. Sein Team wollte einen einfacheren Ansatz verfolgen, der lediglich eine sichtbare Lichtquelle erfordert, die auch Wärme erzeugt – etwa eine Halogen- oder Glühlampe – und einen mit einem Thermokatalysator beschichteten Lampenschirm.
Laut Lee wandeln Halogenlampen lediglich 10 % der von ihnen verbrauchten Energie in Licht um, die restlichen 90 % werden in Wärme umgewandelt. Glühlampen sind noch schlimmer und geben nur 5 % Licht und 95 % Wärme ab. „Diese Wärme wird normalerweise verschwendet“, sagt Kim, „aber wir haben uns entschieden, sie zur Aktivierung eines Thermokatalysators zu aktivieren, um VOCs zu zersetzen.“ In einem im vergangenen Herbst veröffentlichten Artikel berichtete das Team, dass es Thermokatalysatoren aus Titandioxid und einer kleinen Menge Platin synthetisiert habe. Die Forscher beschichteten die Innenseite eines Aluminiumlampenschirms mit dem Katalysator und platzierten den Schirm über einer 100-Watt-Halogenlampe in einer Testkammer mit Luft und Acetaldehydgas. Durch das Einschalten der Lampe wurde der Schirm auf Temperaturen von bis zu 121 Grad Celsius erhitzt – warm genug, um die Katalysatoren zu aktivieren und Acetaldehyd zu zersetzen.
Bei diesem Oxidationsprozess wurde das VOC zunächst in Essigsäure, dann in Ameisensäure und schließlich in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt. Beide Säuren seien mild und die Menge des freigesetzten Kohlendioxids sei harmlos, betont Kim. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass Formaldehyd unter den gleichen Bedingungen zersetzt werden kann und dass die Technik mit Glühbirnen funktioniert. „Dies war die erste Demonstration, bei der die Abwärme von Lampenquellen genutzt wurde“, sagt Kim.
Die meisten früheren Forschungsprojekte und sogar einige Lampen auf dem Markt setzten stattdessen auf lichtaktivierte Photokatalysatoren, um die Luftverschmutzung in Innenräumen zu beseitigen. In ihrer neuesten Arbeit wendet sich Kims Gruppe kostengünstigeren Ersatzstoffen für Platin zu. Das Team hat bereits gezeigt, dass diese neuen Katalysatoren auf Eisen- oder Kupferbasis VOCs abbauen können. Darüber hinaus wirkt Kupfer desinfizierend, sodass Kim davon ausgeht, dass der Kupferkatalysator in der Luft befindliche Mikroorganismen abtöten könnte. Die Wissenschaftler suchen nun nach Möglichkeiten, das Konzept des umweltschädlichen Lampenschirms auf LEDs auszudehnen, ein schnell wachsendes Segment des Beleuchtungsmarktes. Im Gegensatz zu Halogen- und Glühlampen geben LEDs jedoch zu wenig Wärme ab, um Thermokatalysatoren zu aktivieren. Deshalb entwickelt Kims Team Photokatalysatoren, die durch das von LEDs emittierte nahe UV-Licht angeregt werden, sowie andere Katalysatoren, die einen Teil der sichtbaren Lichtleistung der LEDs in Wärme umwandeln. „Unser oberstes Ziel ist die Entwicklung eines Hybridkatalysators, der das gesamte Spektrum von Lichtquellen, einschließlich UV- und sichtbarem Licht, sowie Abwärme nutzen kann“, sagt Kim.
->Quelle: acs.org/august/clever-coating-turns-lampshades-into-indoor-air-purifiers