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Neue Hilfsmittel für bessere Luft in Flugzeugkabinen sowie zum Schutz vor organischen Schadstoffen und Ozonbelastung

Die Luftqualität ist nicht nur im Freien, sondern gleichermaßen in Innenräumen wie Wohnhäusern, Fahrzeugen und Flugzeugen ein kritischer Faktor. Eine EU-finanzierte Forschergruppe entwickelte daher neue Instrumente, um die zunehmende Belastung durch Schadstoffe in Flugzeugkabinen zu senken.

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Das EU-finanzierte Projekt MACAO entwickelte effiziente und genaue Mikroanalysatoren, die die Zirkulation verschiedener gasförmiger Schadstoffe in Flugzeugkabinen und aus Klimaanlagen messen und auswerten. Mit den neuen Instrumenten lassen sich schneller denn je Konzentrationen schädlicher flüchtiger organischer Verbindungen und Ozon messen, sogar von Substanzen, die bislang nicht nachweisbar waren.

Die Flugzeugkabine: ein Cocktail chemischer Substanzen

Flugzeugkabinen können vielen Zwecken dienen: als Lounge, Snackbar, Kino oder für den zollfreien Einkauf. Nicht zuletzt sind sie aber auch ein Sammelbecken für schädliche Gase. Die Luft in einem Flugzeug setzt sich aus recycelter Kabinenabluft und Außenluft, die von den Triebwerken des Flugzeugs komprimiert wird, zusammen. Flüchtige organische Verbindungen und Ozon können auch in die Kabine gelangen, letzteres aber vor allem dann, wenn das Flugzeug sehr hoch und nah an der Ozonschicht fliegt. Zudem können schädliche Nebenerzeugnisse der Kraftstoffverbrennung im Motor wie Stickoxide die Kabine kontaminieren, während andere Schadstoffe direkt im Kabineninneren entstehen, etwa wenn Ethanol aus alkoholischen Getränken verdampft und Formaldehyd aus der Inneneinrichtung freigesetzt wird. All diese schädlichen Gase können Gesundheit und Komfort von Passagieren und Besatzung beeinträchtigen. Ist man längere Zeit erhöhten Ozonwerten und zahlreichen flüchtigen organischen Verbindungen ausgesetzt, kann dies zu Kopfschmerzen sowie Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Problemen führen.

Schnelle, hochempfindliche Analyse

MACAO wollte eine Lösung für diese Probleme finden und entwickelte dafür zwei analytische Instrumente auf der Basis von Mikrofluidikgeräten, um die wichtigsten Schadstoffe in Flugzeugen zu messen. Zwei Mikroanalysatoren ermitteln die Konzentration verschiedener flüchtiger organischer Verbindungen bzw. die Ozonbelastung. Der Mikroanalysator stellt einen bedeutsamen technischen Fortschritt dar. So wurde ein Benzolanalysator mit einer neuen Vorkonzentrationseinheit entwickelt und unter Laborbedingungen validiert. Dies zeigte, dass der Prototyp die betreffenden organischen Spezies adsorbiert und desorbiert. „Das patentierte Instrument hat erfolgreich Konzentrationen flüchtiger organischer Verbindungen von 60 Teilen pro Million mit einer Probe von nur 20 ml Luft nachgewiesen“, beobachtet Stéphane Le Calvé, Projektkoordinator von MACAO und Forschungsdirektor am französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS). Mit einer Nachweisgrenze von 3,6 Pikogramm ist das neue Gerät etwa 40 bis 260 Mal empfindlicher als tragbare miniaturisierte Instrumente nach höchstem technischen Stand (Nachweisgrenzen von 140 bis 940 Pikogramm). Die neu entwickelten Technologien zeichnen sich u. a. durch sehr schnelle Probenahme- und Analysezeiten aus. „Für die Analyse werden minimale Probemengen benötigt, und auch die Probenahmezeit für die Analyse, die etwa 10 Minuten dauert, wird auf 4 Minuten verkürzt. So ist es möglich, in Abständen von nur 15 Minuten die Luftqualität zu analysieren“, erklärt Le Calvé. Innovativ ist bei MACAO insbesondere, dass nun erstmals ein speziell zur Messung der in der Kabine zirkulierenden flüchtigen organischen Verbindungen und Ozonkonzentration entwickeltes Instrument zur Verfügung steht. Erst seit kurzem sind derart kleine Mengen der Gase mit Mikrofluidikgeräten nachweisbar. Das MACAO-Team strebt an, die Mikroanalysatoren nun weiterzuentwickeln und leistungsfähigere Software für einen vollautomatischen und robusteren Betrieb zu integrieren. Diese Faktoren sind für eine Demonstration unter realen Flugbedingungen entscheidend.

Schlüsselbegriffe

MACAO, flüchtige organische Verbindungen, Ozon, Schadstoffe, Flugzeugkabine, Luftqualität, Mikrofluidikgeräte

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