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Fragen und Antworten zum Thema AirClean®
1. Woher kommen die Schadstoffe, die zur Luftverschmutzung beitragen?
Die Schadstoffe werden durch menschliche Tätigkeiten verursacht – durch Fahrzeuge, den Fahrzeugverkehr, durch Heizungen und die industrielle Produktion – und werden dabei in die Atmosphäre freigesetzt. Die Abgabe der Schadstoffe wird als Emission bezeichnet, die Abgabequelle
als Emissionsquelle.
2. Wie verhalten sich die Luftschadstoffe in der Atmosphäre?
Sie sammeln sich in den untersten Schichten der Atmosphäre an, speziell dann, wenn kein Wind
weht oder kein Regen vorliegt.
3. Wer stellt fest, ob Luftverschmutzung vorliegt oder nicht?
Für die Mitgliedstaaten der EU wurden Grenzwerte für bestimmte Stoffe erarbeitet. Werden diese
Grenzwerte überschritten, können Risiken bezüglich der Gesundheitsgefährdung auftreten bzw.
dauerhafte Schäden an menschlichen Organen herbeigeführt werden. Diese Grenzwerte wurden
in einer EU-Richtlinie festgelegt und wurden durch jedes Mitgliedsland der EU in nationales Recht
umgesetzt. (Deutschland: BImSchG 39. BImSchV)
4. Ab wann gelten die Grenzwerte?
In der EU-Richtlinie sind Grenzwerte festgelegt, die innerhalb bestimmter Fristen erreicht werden
müssen. Die festgesetzten Grenzwerte für Schwefeldioxid und Stickstoffdioxid gelten im vollen
Umfang ab dem Jahr 2010 und sind ab diesem Jahr zu erreichen. Für Feinstaub oder genauer
gesagt PM10 wurde die Frist bereits für das Jahr 2005 festgesetzt. Für NO2 galt eine Übergangsfrist
bis 2015.
Anteil an Feinstaub aus. PM10 umfassen alle in der Luft enthaltenen Schwebstoffteilchen mit einem
aerodynamischen Durchmesser unter 10 µm (10 Tausendstel Millimeter). So zählen zum PM10
auch Aerosole. Die Zusammensetzung von PM10 variiert in Abhängigkeit von der Entstehung der
Partikel. Es können auch Salze im weitesten Sinne (z.B. Sulfate, Nitrate), Schwermetalle oder
kohlehaltige Partikel enthalten sein. An den Oberflächen der Partikel sind oftmals komplexe organische Substanzen adsorbiert.
10. Was sind VOC?
VOC ist die Abkürzung für „Volatile Organic Compound“. Hierbei handelt es sich Stoffe der großen
Kategorie kohlenstoffhaltiger flüchtiger organischer Verbindungen, die oft durch stechenden Geruch
gekennzeichnet sind und zu denen über 1000 Verbindungen zählen. Die VOC sind in zahlreichen
Bau- und Ausbaumaterialien enthalten. Sie werden in der Folgezeit durch langsame Emissionen
abgegeben.
11. Wozu zählt Benzol?
Benzol gehört zu den aromatischen Kohlenwasserstoffen. Diese sind für die Gesundheit am gefährlichsten. Benzol gehört zu den einfachen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Benzol ist eine
farblose, wenig wasserbeständige Flüssigkeit. Gelangt es in den menschlichen Körper, wird es vor
allem in den Fettgeweben eingebaut. Benzol kann sowohl über den Mund als auch über die Atemwege aufgenommen werden. Je nach Dosis kann es akute Vergiftungserscheinungen verursachen.
Gefährlich ist diese Substanz auch wegen ihrer krebserregenden Eigenschaften.
12. Wer reinigt die Luft?
Photokatalysatoren wandeln fast alle Luftschadstoffe, z.B. Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid,
Schwefeldioxid, leicht flüchtige organische Verbindungen etc. durch Oxidation bzw. Reduktion um
und machen sie damit unschädlich.
5. Was passiert, wenn die Grenzwerte überschritten werden?
13. Was ist Photokatalyse?
Der Nachweis darüber, dass die Grenzwerte eingehalten werden oder nicht, obliegt den einzelnen
Ländern. Werden Grenzwerte überschritten oder besteht die Gefahr, dass Grenzwerte überschritten
werden, müssen die betroffenen Kommunen zusammen mit den Ländern Luftreinhaltepläne erstellen und Maßnahmen festlegen, die sicherstellen sollen, dass die Grenzwerte eingehalten werden
können. Bei Nichteinhaltung wird durch die EU ein Vertragsverletzungsverfahren eingeleitet (gegen
den Mitgliedsstaat).
Die Photokatalyse ist ein Beschleuniger für Oxidationsprozesse, die in der Natur bereits vorkommen. Sie fördert die schnellere Zersetzung der Schadstoffe und verhindert so deren Anreicherung.
Sie findet unter Anwesenheit eines Photokatalysators und Sonneneinstrahlung statt.
6. Wie stellt man fest, ob Grenzwerte überschritten werden?
Dies geschieht durch kontinuierliche Messung der Schadstoffe an Messstationen, die im Auftrag der
Länder aufgestellt werden. Die Messung und Auswertung der Ergebnisse wird durch Landesämter,
in der Regel durch Landesämter für Umwelt übernommen. Für die Errichtung der Messstationen
und die Auswahl der Standorte, wo Messstationen errichtet werden, wurden zentral Vorgaben
erarbeitet, nach denen man sich richtet. Die Messstationen sollen zwar repräsentativ sein, können
streng genommen nur Stichproben liefern, die verallgemeinert werden sollen.
Die Ergebnisse der Messungen selbst werden bspw. im Internet veröffentlicht und sind dadurch für
jedermann relativ leicht zugänglich.
7. Welche Luftschadstoffe, die in der EG-Richtlinie genannt werden, sind besonders von
Bedeutung?
Dies sind vor allem die Stickstoffoxide, Feinstaub (PM10), die leicht flüchtigen organischen Substanzen (VOCs) und Benzol.
8. Was zählt zu den Stickstoffoxiden?
Stickstoffoxide (oder kurz genannt Stickoxide) werden allgemein mit NOX bezeichnet. In der
Natur treten mehrere Stickoxide auf. Mengenmäßig von Bedeutung sind dabei Stickstoffdioxid
(NO2) und Stickstoffmonoxid (NO). Das Stickstoffdioxid (NO2) entwickelt sich in der Atmosphäre
aus Stickstoffstoffmonoxid (NO). Stickstoffmonoxid entsteht in erster Linie bei der Verbrennung
fossiler Brennstoffe, z.B. in Kraftfahrzeugmotoren. NO und NO2 in den Städten und Ballungsgebieten kommen überwiegend aus dem Fahrzeugverkehr und nehmen in den Hauptverkehrszeiten
zu. Laut Weltgesundheitsorganisation ist NO2 gesundheitsschädlich. Über längere Zeit in erhöhten
Konzentrationen eingeatmet kann die Lungenfunktion beeinträchtigt und das Risiko einer Lungenkrankheit erhöht werden.
9. Was ist PM 10 ?
PM10 wird allgemein als Feinstaub bezeichnet. Fester Staub macht jedoch nur einen gewissen
14. Was sind Photokatalysatoren?
Photokatalysatoren sind Verbindungen, die eine normalerweise langsam ablaufende chemische
Reaktion durch Lichteinwirkung sehr stark beschleunigen. Katalysatoren sind Beschleuniger chemischer Reaktionen. Damit chemische Reaktionen ablaufen können, wird Energie benötigt. Photokatalysatoren erhalten die Energie von der Sonne. Energieträger sind die Photonen.
15. Verändern sich Photokatalysatoren bei den stattfindenden chemischen Reaktionen?
Nein. Photokatalysatoren gehen selbst keine Verbindungen ein. Sie sind chemisch inert.
Photokatalysatoren regen die Bildung stark oxidierender Reagenzien (freier Radikale) an, die in
der Lage sind, durch Oxidation einige der in der Atmosphäre vorhandene organische und anorganische Verbindungen zu zersetzen. Photokatalysatoren unterstützen die ablaufende chemische
Reaktion dadurch, dass sie ein freies Elektron für den Reaktionsbeginn zur Verfügung stellen,
parallel dazu aber ein anderes Elektron binden. Damit bleibt die Anzahl der Elektronen der als
Photokatalysator wirkenden Verbindung immer gleich.
16. Wo kommen Photokatalysatoren zum Einsatz?
Photokatalysatoren werden heute bereits in dünnen Beschichtungen auf Glas oder Metallen verarbeitet. Die Schichtstärken betragen dabei weniger als 0,1 µm. Die einfachste Methode zur Verteilung photokatalytischer Substanzen auf großen Flächen ist aber die Verwendung in Baustoffen.
Bei derartigen Massenprodukten erlangen sie große Wirksamkeit bei vergleichsweise geringstem
Kostenanstieg.
17. Welche Bauprodukte sind dafür geeignet?
Der Einsatz ist bei horizontalen Strukturen, vertikalen Strukturen möglich.
Beispiele für horizontale Strukturen sind:
• Betonfußböden
• Betonpflaster (AirClean®)
• Betonplatten
• Straßenbegrenzungssteinen
• Straßenmarkierungsfarben
• Dachsteine
• Abstreusplitt für Asphalt (AirClean®)
Beispiele für vertikale Strukturen sind:
• Putze
• Wandfarben, mineralisch gebunden
• Betonmauerblöcke
• Verkleidungselemente
• Lärmschutzwände (AirClean®)
• Fahrbahnteiler
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18. Wie reinigt AirClean die Luft?
Bei der Herstellung eines AirClean -Produktes wird ein Photokatalysator als Zuschlagstoff beigemischt. Gelangt Sonnenlicht an den Photokatalysator und sind gleichzeitig Luftschadstoffe vorhanden, werden die Luftschadstoffe unschädlich gemacht.
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19. Was passiert mit den Photokatalysatoren, die nicht mit Sonnenlicht in Berührung kommen?
Diese Photokatalysatoren bleiben in jeder Hinsicht neutral und inaktiv.
20. Wie lange hält der Luftschadstoffabbau eines Betonsteins an?
Solange Photokatalysatoren in Kontakt mit Sonnenlicht kommen können, solange bleibt auch der
Luftschadstoffabbau erhalten.
Betonsteine enthalten den Photokatalysator in der obersten Schicht, die auch für das Aussehen des
Betonsteins verantwortlich ist. Diese Schicht ist je nach Betonsteinart 6 – 8 mm dick. In dieser
Schicht ist der Photokatalysator gleichmäßig (homogen) verteilt. Diese Schicht kann während
der Liegezeit (z.B. 30 Jahre) altern oder durch mechanische Beanspruchung etwas abgetragen
werden. Werden durch die mechanische Beanspruchung Partikel, so auch Photokatalysator-Partikel, aus dem Betonverband gelöst und entfernt, übernehmen darunter liegende Photokatalysator-Partikel die Photokatalyse. D.h. auch bei mechanischem Abtrag von Betonsteinpartikel an
der Oberfläche wird der Photokatalysevorgang aufrechterhalten. Photokatalytische Oberflächen
müssen allerdings regelmäßig gereinigt werden!
schluchten (Canyon), in denen weitestgehend gleiche klimatische Bedingungen herrschen, wie
Helligkeit, Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Beide Canyons
werden mit der gleichen Ausgangs-Luftschadstoffkonzentration versetzt. Während des Feldversuches können die meteorologischen Randbedingungen durchaus wechseln und Veränderungen
unterliegen.
Die Messung der Luftschadstoffkonzentration erfolgt für jeden Canyon getrennt, die beiden verwendeten Messgeräte sind gleicher Bauart. Es können auch Nachweise über mobile Messgeräte
erfolgen.
26. Wird in Deutschland ein solcher Feldversuch durchgeführt?
Ja. Die einzige Firma, die in Deutschland und Europaweit über eine große Feldversuchsfläche verfügt ist die Firma F.C. Nüdling Betonelemente GmbH + Co. KG. Sie bestimmt die photokatalytische
Aktivität der von ihr hergestellten Betonsteine in einem Feldversuch. Dieser Feldversuch wird (seit
über 5 Jahren kontinuierlich eingesetzt) zusätzlich zu den Labormessungen nach ISO durchgeführt.
27. Welche Schadstoffe werden durch Photokatalyse abgebaut?
Betonsteinpflaster auf Verkehrsflächen behält seine photokatalytische Wirkung solange, bis es zum
Beispiel durch eine Sanierungsmaßnahme ausgebaut wird.
In verschiedenen Labors durchgeführte Versuche und reale Anwendungen haben gezeigt, das die
Anzahl der Schadstoffe sehr hoch ist, die durch ein photokatalytisches System abgebaut werden. Die hohe Wirksamkeit wurde an folgenden Einzelstoffen überprüft: Stickstoffdioxid (NO2),
Stickstoffmonoxid (NO), Schwefeldioxid (SO2), Ammoniakgas (NH3), Kohlenmonoxid (CO), VOC
(Benzol, Toluol etc.), organische Chloride, aromatische Polykondensate, Acetataldehyde und Formaldehyde. Sogar Essigsäuren, die auf natürlichem Wege nicht abgebaut werden, werden durch
Photokatalysatoren zersetzt.
21. Werden auch Luftschadstoffe abgebaut, wenn keine Photokatalysatoren vorhanden sind?
28. Können Photokatalysatoren speziell auf den Abbau eines Schadstoffes eingesetzt werden?
Glücklicherweise ja. Viele Verbindungen, so auch Luftschadstoffe, werden durch die energiereichen
UV-Strahlen des Sonnenlichts zersetzt. Dieser natürliche Vorgang, genannt Photolyse, läuft in der
Regel sehr langsam ab. Um z.B. die Stickstoffverbindungen, die durch die Fahrzeugabgase an
einem Tag freigesetzt werden, alleine durch die Photolyse zu zersetzen werden etwa 8 bis 14
Tage benötigt. Durch die Photokatalysatoren lassen sich die Reaktionen wesentlich beschleunigen.
Bereits in weniger als einer Minute gehen die Stickstoffverbindungen um mehr als ein Fünftel
zurück (nachgewiesen im Freiflächenversuch der Firma F.C. Nüdling Betonelemente).
Unter normalen atmosphärischen und Umweltbedingungen ist dies nicht möglich. In der Regel liegen keine einkomponentigen Stoffsysteme vor sondern immer ein Mehrstoffsystem. Demzufolge
wird die Photokatalyse auf alle photokatalytisch zersetzbaren Stoffe wirken. Welche Abhängigkeiten sich hier bezüglich der einzelnen Abbauraten ergeben ist bisher nicht erforscht.
22. Wie ist der Reaktionsverlauf beim Ablauf einer durch Photokatalyse ausgelösten Reaktion?
Durch Energiezufuhr aus Licht- oder UV-Strahlung bilden sich unter normalen Umweltbedingungen
an der Oberfläche der Photokatalysatoren zuerst hochreaktive Verbindungen (Radikale), die z.B.
aus Luftsauerstoff oder dem nicht kondensierten Wasser entstehen. Diese hochreaktiven Verbindungen, die wiederum innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde zerfallen können, führen die
nachfolgenden Reaktionen aus.
Am Beispiel von Stickstoffoxiden geschieht dies folgendermaßen:
Radikale wandeln NO zuerst in NO2 und gleich anschließend in das leichtlösliche Nitrat um.
Diese Reaktion läuft in Sekundenschnelle ab. Das Nitrat wird durch den nächsten Regen gelöst und
fließt ab. Salpetersäure kommt aufgrund des stark basischen PH des Betons nicht vor.
23. Kann aus Labormessdaten, an denen der Luftschadstoffabbau auf Airclean®-Oberflächen gemessen wird, abgeleitet werden, wie hoch der Luftschadstoffabbau über verlegten
Pflastersteinen sein wird?
29. Wie repräsentativ ist hier ein Feldversuch, bei dem je ein Mehrkomponenten-Stoffsystem vorliegt?
Ein Feldversuch, bei dem zwar nur die Reduzierungsrate eines Stoffes gemessen wird, ist repräsentativer als die Aussage, die mittels Laborversuch an einem Einkomponenten-Stoffsystem erlangt
wird. Ohne die gegenseitigen Abhängigkeiten eines Mehrkomponenten-Stoffsystems zu kennen,
werden die realen Reduktionsraten gemessen.
30. Was geschieht mit den Abfallprodukten der Photokatalyse mit AirClean® ?
Die Produkte der photochemischen Oxidationsreaktion werden aufgrund der Zementgrundmasse
und der damit verbundenen alkalischen Umgebung des Betonsteins mineralisiert und werden zu
gewöhnlichen anorganischen Salzen wie Nitraten und Sulfaten. Diese sind leicht löslich und werden
durch das Regenwasser ausgewaschen.
31. Ist die Bildung von Nitrat nicht schädlich für das Grundwasser oder Abwasser?
24. Wie erfolgt die Messung nach einem in Deutschland üblichen Standard?
Durch die Photokatalyse wird nicht mehr oder weniger Nitrat erzeugt als durch die natürlich ablaufende Photolyse. Die Photokatalyse bewirkt lediglich eine schnellere Mineralisierung mit der
damit gleichzusetzenden Vermeidung der Ansammlung hoher Luftschadstoffkonzentrationen in der
Atmosphäre.
Durch die Photokatalyse wird jedoch der Bildungsort der Mineralisierung von Nitrat beeinflusst. Da
die Nitratbildung mehr in Richtung innerstädtischen Bereich verlagert wird, wird Nitrat verstärkt
in das Abwassersystem gelangen. Damit wird die Eutrophiering von Gewässern vermindert und
gleichzeitig auch der Eintrag von Nitrat ins Grundwasser reduziert. Beides wirkt sich positiv auf die
Umwelt aus. Jedoch muss man dabei bedenken, dass fast 90 % der Nitratbelastung der Gewässer
nicht aus dem Straßenverkehr sondern aus der Landwirtschaft kommt.
Verschiedene, aber nicht alle Labors in Deutschland richten sich bei ihren Messungen nach der
ISO 22197-1.
32. Reagiert die Photokatalyse auch bei Regen?
Dies ist seriös derzeitig nicht möglich.
Laborversuche gestatten bisher nur, verschiedene photokatalytisch wirkende Produkte miteinander
zu vergleichen. Dies ist auch nur mit der Einschränkung möglich, wenn mit dem gleichen Messverfahren gemessen wird. Europaweit werden leider verschiedene Messverfahren und Standards
verwendet, so dass damit die Vergleichbarkeit erschwert wird.
25. Gibt es außer Labormessungen andere Methoden, um den Luftschadstoffabbau zu
bestimmen?
Ja, durch einen Feldversuch/Mobile Messbox.
In einem Feldversuch wird eine parallele Bestimmung der Luftschadstoffkonzentration über einer
photokatalytisch aktiv ausgebildeten Betonpflastersteinfläche und einer nicht aktiven Betonsteinpflasterfläche gemessen. Die Feldversuchsfläche besteht aus 2 parallel angeordneten Straßen-
Bei Anwendungen im Freien reduziert der Wasserfilm auf der Oberfläche die photokatalytische
Aktivität. Durch den Regen andererseits werden die mineralisierten Stoffe von der Oberfläche der
Betonsteine gelöst und somit die photokatalytischen Eigenschaften von AirClean® regeneriert. Regen bzw. Niederschlagswasser ist wiederum für das Anheben der Luftfeuchtigkeit erforderlich. Nicht
zuletzt ist Regen der natürliche Lieferant der Ausgangstoffe für die Bildung der freien Radikale.
33. Gibt es Nebenwirkungen und Beeinträchtigungen der Gebrauchseigenschaften für
AirClean im Vergleich zu üblichen Betonsteinpflaster?
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Nein. Die Verwendung eines Photokatalysators in der von uns verwendeten Menge wirkt sich nicht
negativ auf die Festigkeitseigenschaften eines Betonsteins und das Frost-Tausalz-Verhalten aus.
34. Werden Gerüche abgegeben?
Absolut nicht, im Gegenteil. Da der Photokatalysator auch aromatische Substanzen und sonstige
Geruchsbildner zersetzt, kann man sagen, dass es auch als „Geruchsvernichter“ wirkt.
35. Welcher Photokatalysator wird eingesetzt und wie ist die Partikelgröße?
In AirClean® wird nanokristallines TiO2 eingesetzt. Das TiO2 liegt überwiegend als Mineral Anatas
vor. Die Partikel haben eine Größe von 2 bis 10 nm. Durch die Bildung von Kristallketten können
größere Aggregate gebildet werden.
36. Sind die Nanopartikel von TiO2 gesundheitsschädigend?
TiO2 als Nanopartikel wird in vielen Artikeln des täglichen Lebens verwendet, z.B. in Kosmetika
und Sonnencremes. Seit über einem halben Jahrhundert wird TiO2 in der Farbenindustrie als „Weißmacher“ eingesetzt. TiO2-Photokatalysatoren wurden durch den Hersteller toxikologisch untersucht
und sind weder augen- noch hautreizend. Auch konnte keine klastogene oder mutagene Wirkung
nachgewiesen werden. Ökotoxoligische Untersuchungen gemäß OECD 201, 202, 203 (an Algen,
Daphnien und Fischen) haben gezeigt, dass TiO2-Photokatalysatoren für die Umwelt nicht gefährlich sind. Titandioxidpigment wird bei Inhalationsstudien aufgrund seiner inerten Eigenschaften
häufig als negative Kontrollsubstanz eingesetzt.

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