Technology - Forschungscluster an der CBS

Forschungscluster: Technology

Technology befasst sich mit neuen Technologien, die entwickelt werden, um Prozesse zu verbessern, Probleme zu lösen oder die Lebensqualität zu steigern. Im Nachfolgenden werden Projekte zur Verbesserung der Luftqualität vorgestellt.

INDAIRPOLLNET (Indoor Air Pollution Network)

Projektteilnehmer: Prof. Dr. Sascha Nehr

In den Industrieländern wird rund 80-90 % unserer Zeit in Innenräumen verbracht, wo die Aussetzung der Luftverschmutzung am größten ist. Die Regulierung der Luftverschmutzung konzentriert sich jedoch hauptsächlich auf den Außenbereich, während die Innenraumumgebung viel weniger gut beschrieben ist. Die Konzentrationen vieler Luftschadstoffe können in Innenräumen höher sein als im Freien, insbesondere nach Tätigkeiten wie Putzen und Kochen. Angesichts der zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels werden Gebäude durch Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz wesentlich luftdichter. Solche Maßnahmen können die Schadstoffkonzentrationen in Innenräumen noch weiter erhöhen. Um die menschliche Exposition gegenüber Luftverschmutzung zu verringern, müssen daher sowohl die Innen- als auch die Außenumgebung und die Rolle der Belüftung berücksichtigt, werden um durch einen angemessenen Gebäudebetrieb, eine angemessene Gebäudenutzung und eine angemessene Gebäudegestaltung die Belastung zu verringern.

Das übergeordnete Ziel dieses Netzwerks bestand darin, einen Plan für eine optimale Kampagne zur chemischen Charakterisierung der Innenraumluft zu erstellen, der für die genutzten Gebäude und die Art und Weise, wie sie genutzt werden, relevant ist.

INDAIRPOLLNET (INDoor AIR POLLution NETwork) hat das Verständnis der Ursachen für hohe Konzentrationen von Innenraumluftschadstoffen verbessert. Es hat Experten für Labor- und Kammerexperimente, Modellstudien und Messungen, die für die Luftqualität in Innenräumen relevant sind, zusammengebracht, einschließlich Chemiker für Außenluft. Ziel dieser Aktion war es, den Bereich der Wissenschaft über Luftverschmutzung in Innenräumen erheblich voranzubringen, künftige Forschungsbereiche aufzuzeigen und die Kluft zwischen Forschung und Wirtschaft zu überbrücken, um geeignete Minderungsstrategien zur Optimierung der Innenraumluftqualität zu ermitteln. Die Ergebnisse wurden an relevante Interessengruppen wie Architekten, Bauingenieure und Gerätehersteller weitergegeben.

Dieses Projekt hatte die folgenden Ziele:

Verbessertes Verständnis der Luftverschmutzung in Innenräumen
Verbesserte und/oder neue Techniken zur Messung der Innenraumluftchemie • Verbesserte Modelle für die Innenraumluftchemie
Verbesserte Gebäude für die Zukunft
Verbesserte Standardisierungsprotokolle
Identifizierung von potenziell schädlichen Stoffen in der Innenraumluft
Datenerfassung, Überprüfung und Ausarbeitung strenger Empfehlungen für die künftige Wissenschaft zur Luftverschmutzung in Innenräumen
Wissenstransfer an politische Entscheidungsträger und andere Interessengruppen mit Interesse an der Luftqualität in Innenräumen.

Außerdem wurden auch Zielsetzungen im Hinblick auf Kapazitätsaufbau gesetzt:

Aufbau einer neuen wissenschaftlichen Gemeinschaft an der Schnittstelle von Außen- und Innenluftchemie
Maximierung der Forschungszusammenarbeit in Europa
Einreichung von zukünftigen Vorschlägen
Wissenschaftliche Ausbildung
Weitergabe von Informationen

DACBE - Direct Air Capturing in the Built Environment

Projektteilnehmer: Lukas Baus, Prof. Dr. Sascha Nehr

Stoffliche Lasten beeinflussen die Raumluftqualität. Luftgetragene Spurenstoffe resultieren aus raumausstattungs- (z. B. Materialemissionen) sowie raumnutzungsbedingten (z. B. CO2 aus der Atmung) Quellen. CO2 ist der anerkannte Leitparameter zur hygienischen Bewertung der Raumluftqualität, da die CO2-Konzentration mit anderen Spurenstoffkonzentrationen korreliert. Zudem verursachen zu hohe CO2-Konzentrationen Kopfschmerzen, Müdigkeit, Schwindel und Konzentrationsschwäche. Eine CO2-Konzentration von unter 1.000 ppm gilt als hygienisch unbedenklich. Bei konventionellen Lüftungsmethoden geht man davon aus, dass eine Minderung der CO2-Konzentration auch zu einer Minderung anderer Spurenstoffkonzentrationen führt. Allerdings kann auch die Außenluft beim Lüften zur Verunreinigung der Raumluft beitragen. Hier spielen insbesondere O3, NOx, organische Verbindungen und Partikel eine Rolle. Nach aktuellem Stand der Technik wird ein normales Maß an Erwartungen an die Raumluftqualität über eine CO2-Raumluftkonzentration festgelegt, die die Außenluftkonzentration von CO2 (ca. 400 ppm) um maximal 800 ppm überschreitet. Mit konventionellen Lüftungsmethoden und bei Erfüllung eines normalen Maßes an Erwartungen ist der Leitwert von 1000 ppm CO2 in der Raumluft nicht mehr einzuhalten und es sind weitere raumlufthygienische Maßnahmen erforderlich.

Durch eine Förderung von IMCD Cares Fund für eine 6-monatige Teilzeitstelle sowie eine Sachbeihilfe in Höhe von 4.000€ wurde das DACBE ermöglicht. DACBE stellte einen Lösungsansatz vor, bei dem durch CO2-Abscheidung unter Verwendung des Direct-Air-Capturing (DAC) sowie unter Luftrezirkulation die raumlufthygienischen Anforderungen eingehalten werden konnten. Des Weiteren barg dieser Ansatz das Potenzial zur Auflösung

des Zielkonflikts zwischen energieeffizientem Gebäudebetrieb und hoher Raumluftqualität. Es ist hervorzuheben, dass in Deutschland raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) mit einem Gesamtfördervolumen von ca. 5 ∙ 109 m³ h-1 installiert sind. Unter der Annahme, dass diese Anlagen kontinuierlich mit Atmosphärenluft betrieben werden, transportieren sie im Jahresverlauf ca. 40 % der CO2-Emissionen Deutschlands. Daraus ergibt sich ein enormes Potenzial für die CO2-Bereitstellung durch Abscheidung aus dem Gebäudesektor.

DACBE widmete sich der Forschungsfrage: „Wie kann durch neuartige Kopplung bestehender RLT-Anlagen mit DAC die Raumluftqualität verbessert werden bei gleichzeitiger Senkung des Gebäudeenergieverbrauchs sowie paralleler Gewinnung von CO2?“ Hierzu musste im Zeitraum von Januar bis Februar und September bis Dezember untersucht werden,

wie eine RLT-Anlage mit DAC zur Verbesserung der Raumluftqualität beitragen kann,
wie eine RLT-Anlage mit DAC zur Senkung des Gebäudeenergieverbrauchs beitragen kann und
wie CO2 aus Gebäudeluft energetisch sinnvoll abgeschieden sowie einer weiteren energetischen und/oder stofflichen Nutzung in dezentralen Anwendungen zugeführt werden kann