Ein Fingerabdruck
vom Feinstaub
Bochumer
Ingenieur entwickelt ein Messsystem zur Bestimmung der
Feinstaubbelastung
Sobald wir draußen unterwegs sind, atmen wir mit
der Luft Feinstaub ein. Dass er gesundheitsschädlich
ist, wurde in zahlreichen Studien nachgewiesen. Doch sind
bisherige Feinstaubmessungen nur bedingt aussagekräftig
oder es sind zeitintensive Labormessungen nötig.
Wie sich Art und Konzentration der einzelnen Bestandteile
schneller und vor allem präziser messen lassen, erforschen
die Diplomingenieure Konstantinos Nalpantidis und Frank
Platte. Mit dem von Nalpantidis entwickelten Messgerät
gewannen sie Anfang 2009 einen Preis beim Förderwettbewerb
„Transfer.NRW – Science-to-Business PreSeed“.
Feinstaub ist gefährlich. Laut Weltgesundheitsorganisation
WHO verkürzt die Feinstaubbelastung die durchschnittliche
Lebenserwartung der Menschen in der Europäischen
Union nachweislich. Die EU reagierte mit Verordnungen
zu Rußfiltern, Feinstaubplaketten und folgender
Richtlinie: Die Feinstaubbelastung darf bei maximal 50
µg/m³ liegen (d.h. in einem Kubikmeter Luft
dürfen sich max. 50 Millionstel Gramm Feinstaubteilchen
befinden). Um diese Angaben zu prüfen, sind präzise
Messgeräte nötig.
Hier setzt die Forschung von Konstantinos Nalpantidis
unter Mitarbeit von Frank Platte an. „Die aktuellen
Geräte messen zwar den Feinstaub in der Luft, nicht
aber deren genaue Bestandteile und Konzentration. Zudem
werden die Feinstaubproben den Geräten nur in Abständen
von mehreren Tagen entnommen und in einem Labor analysiert.
Die Erkenntnis, dass vor vier Tagen am Ort X eine hohe
Feinstaubbelastung war, nutzt wenig, wenn man schnell
handeln möchte“, erklärt Platte. Seit
2006 tüftelt Nalpantidis an einem Gerät, das
sowohl schnell als auch detailliert anzeigt, wie hoch
die Belastung mit welchen Teilchen ist. Denn man muss
wissen, dass nicht der Feinstaub an sich für den
Menschen gefährlich ist, sondern besonders die darin
enthaltenen extrem kleinen Rußpartikel. Im Feinstaub
finden sich auch harmlose Teilchen wie Sand, Salze, Hausstaub,
Pollen und Reifen-/Bremsbelag-Abrieb. Daher ist ein hoher
absoluter Messwert nicht pauschal ein Alarmsignal.
Mit Laser bestrahlt
Die Idee und erste Versuche, ein solches Gerät
zu entwickeln, laufen an der RUB sogar schon seit über
zehn Jahren. Bislang war es nicht gelungen, die genauen
Anteile der Rußpartikel im Feinstaub zu messen.
Erst Nalpantidis ist es im Rahmen seiner Promotion am
Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik und Messsysteme
(LATM) der RUB unter Leitung von Prof. Dr. Gustav Schweiger
gelungen. Zur Untersuchung des Feinstaubs nutzt er die
Raman-Spektroskopie, eine zeitnahe Analysemethode zur
Materialcharakterisierung. Der zu untersuchende Stoff
– hier der Feinstaub – wird mit einem Filter
aufgefangen und mit Laser bestrahlt. Je nachdem, welche
Teilchen enthalten sind, streuen sie das Licht verschiedenartig.
Anhand des Ergebnisbildes, dem sog. Raman-Spektrum,
lassen sich qualitative und quantitative Aussagen über
die Stoffe treffen: „So kann ich zum einen erkennen,
welche Stoffe in der Luft enthalten sind, zum anderen
aber auch, wie hoch deren Konzentration ist und woher
sie ungefähr kommen“, sagt Nalpantidis. Das
Spektrum ist wie ein chemischer Fingerabdruck des Feinstaubs.
Für ihre weitere Forschung haben Nalpantidis und
Platte Anfang des Jahres den Förderpreis „Transfer.NRW
– Science-to-Business PreSeed“ gewonnen.
Das Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und
Energie des Landes NRW und das Forschungszentrum Jülich
GmbH verleihen den Preis für zukunftsorientierte
Forschungsergebnisse, die innerhalb kurzer Zeit Marktfähigkeit
erreichen sollen. Für die nächsten zwei Jahre
stehen den Ingenieuren nun 200.000 Euro zur Verfügung.
Unterstützung bei der Bewerbung zum Wettbewerb
erhielten Platte und Nalpantidis von rubitec –
der Gesellschaft für Innovation und Technologie
der RUB. rubitec hilft seit 1998 dabei, Ideen in marktfähige
Produkte umzusetzen und Partnerschaften zwischen Uni
und Wirtschaft zu vermitteln.
Noch zu unhandlich
Die beiden haben nun zwei Jahre Zeit, aus dem Messgerät
einen marktreifen Prototyp zu machen. So, wie es bisher
aussieht, ließe es sich nicht verkaufen. Das riesige
Metallgebilde mit zahllosen Kabeln und Schläuchen
beschreibt Platte zwar als „voll funktionsfähig,
für den Markt ist es aber zu groß, zu unhandlich
und vor allem zu hässlich.“ Wenn alles nach
Plan läuft, möchten sie sich nach der Förderungszeit
selbstständig machen. Auch hier können sie
mit der Hilfe der rubitec rechnen, z.B. durch deren
Existenzgründungsprogramm. Ihr Projekt kann dann
ein Spin-Off, also eine Ausgründung, der Uni werden.
Einen großen Markt für das Gerät gibt
es deutschland- und europaweit: Zentrales Interesse
an der Entwicklung hat beispielsweise das Landesamt
für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz. Zu denken
ist auch an einen Einsatz in der Industrie, bei Kraftwerken
und Feuerungsanlagen, oder an eine Dienstleistertätigkeit:
Im Auftrag von Städten und Organisationen ließen
sich einzelne Messungen durchführen, um z.B. Urlaubs-
und Kurorte als besonders arm an Rußpartikeln
auszuzeichnen.
Dass Platte und Nalpantidis (beruflich) ein gutes Team
sind, war ihnen schon während des Studiums klar.
So waren sie 2005 im „GDur Ideen-Wettbewerb“
erfolgreich, als sie den Sonderpreis „Technik/Patente“
gewonnen haben. Beide haben Chemietechnik an der TU
Dortmund studiert. Platte promovierte anschließend
in Dortmund interdisziplinär in Chemietechnik/Mathematik,
Nalpantidis hat gerade an der RUB seine Promotion abgeschlossen.
Die Arbeitsteilung funktioniert optimal: Während
Platte eher für die theoretische Arbeit zuständig
ist (er wird die Software für das Messsystem mitentwickeln,
welche die spektroskopischen Rohdaten auswertet), arbeitet
Nalpantidis eher praktisch (Bau und Entwicklung des
Geräts). Beide sind zurzeit noch als Post-Docs
am ISAS (Institute for Analytical Sciences) in Dortmund
beschäftigt, das eng mit RUB und TU zusammenarbeitet.
Bei diesem Engagement und Zusammenhalt dürfte dem
Einstieg in eine eigene Firma also nichts im Wege stehen.
Infos: http://www.lat.rub.de/index.html
Julia
Brosig
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