Sell, D., Pils, J., & Ulber, R.

Angesichts hoher Ölpreise und der sich abzeichnenden globalen Klimaveränderungen erscheinen biotechnisch hergestellte Energieträger als vielversprechende Zukunftsoption. Mit seinen Jahresproduktionsmengen von 2 Mio t Biodiesel, 560.000 t Bioethanol und seinen 2.700 Biogasanlagen befindet sich Deutschland in Sachen Bioenergie in der vorderen Hälfte der Industrienationen. Vorgestellt werden die Möglichkeiten, die die weiße Biotechnologie zur Herstellung von Energieträgern bietet.

Feichter, J., Schurath, U., & Zellner, R.

In der Öffentlichkeit wird Luftverschmutzung als ein lokales Problem betrachtet, das sich auf Ballungszentren und Industriegebiete beschränkt. Der vom Menschen verursachte Einfluss auf das Klima wurde hingegen als globales Problem erkannt. Tatsächlich sind aber die Ursachen für Luftverschmutzung und Klimabeeinflussung dieselben, nämlich zunehmende Freisetzungen von Spurenstoffen wie Kohlendioxid, Methan, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid und Stickoxide aus Verkehr, Hausbrand, Industrie und Landwirtschaft. Umwelt- und Klimaschutz erfordern also dieselben Maßnahmen, Reduktion der vom Menschen verursachten Spurenstofffreisetzungen. Klima und Umwelt sind darüber hinaus auch miteinander verknüpft, insofern als Wetter und Klima sowohl Emissionen aus biogenen Quellen wie marine Biosphäre oder Vegetation als auch den Transport in der Atmosphäre und das Auswaschen von Spurenstoffen durch Niederschlag beeinflussen und damit die atmosphärischen Konzentrationen von Spurenstoffen. Das Klima ändert sich und wird sich weiterhin ändern und damit auch die Luftqualität. Strategien zu Klima- und Umweltschutz erfordern in Zukunft bessere Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Wissenschaftsdiziplinen.

Dameris, M., Peter, T., Schmidt, U., & Zellner, R.

Das Ozon in der Atmosphäre gehört zu dem am längsten und am umfassendsten beobachteten Spurengasen. Das Muster seiner Verteilung über den Globus und mit der Höhe – vom Boden bis in ca. 80 km Höhe – ist gut bekannt. Seine Bedeutung in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre ist allerdings sehr unterschiedlich. Während das Ozon in der Troposphäre als Quelle von Photooxidantien (wie dem OH-Radikal) wirkt und zur Erwärmung des Globus aufgrund seines Treibhauseffektes beiträgt, ist das Ozon in der Stratosphäre hauptsächlich für den Schutz der Biosphäre vor der kurzwelligen Strahlung der Sonne verantwortlich. In beiden Regionen wird das Ozon auch durch unterschiedliche Mechanismen gebildet und verbraucht.

Burrows, J., Fischer, H., Künzi, K., Pfeilsticker, K., Platt, U., Richter, A., & et al.

In der Zeit des globalen Wandels stellt die Untersuchung der Erdatmosphäre eine große Herausforderung dar. Zum einen werden für belastbare Wettervorhersagen ständig meteorologische Parameter benötigt. Zum anderen ist der durch natürliche und menschliche Ursachen beschleunigte Wandel der Atmosphäre so besorgniserregend, dass die möglichen Folgen dieses Wandels für die heutige und zukünftige Zivilisation besser vorhergesagt werden sollten. Hierfür sind umfangreiche und genaue Untersuchungen der atmosphärischen Zusammensetzung, der Strahlung in der Atmosphäre, des Energiebudgets und der Dynamik notwendig. Solche Untersuchungen werden u.a. mit in-situ-Methoden praktisch in allen Regionen der Atmosphäre durchgeführt, wobei raffinierte Messinstrumente auf unterschiedlichen Fluggeräten (Zeppeline, Flugzeuge, Ballone, und Raketen) eingesetzt werden. Die Fernerkundung atmosphärischer Spurenstoffe und Parameter ist praktisch nur durch die Analyse elektromagnetischer Strahlung möglich. Identifiziert werden die Moleküle aufgrund ihrer charakteristischen Spektren; die Konzentration der Spurenstoffe ergibt sich aus der Stärke der thermischen Emission oder der Abschwächung eines externen Signals. Vor etwas mehr als 45 Jahren wurde das erste Bild der Erde vom Weltraum aus aufgenommen. Seither sind Satellitenbilder zum vertrauten Bestandteil unserer Alltagswelt und zum unerlässlichen Hilfsmittel der Meteorologie geworden. Neben der bildgebenden Fernerkundung wurden seither aber auch spektroskopische Satelliteninstrumente entwickelt und eingesetzt. Solche Instrumente arbeiten in verschiedenen Spektralbereichen und erlauben heute die Messung einer Vielzahl von atmosphärischen Spurenstoffen auf globaler Skala.

Wahner, A., & Moortgat, G.

Die Troposphäre ist ein sehr großer photochemischer Reaktor, der enorme Mengen Spurengase und Aerosole verarbeitet. Zukünftige Zunahmen der anthropogenen und natürlichen Emissionen und Aerosolbildung werden den Zustand der Troposphäre und das Klima weiter verändern. Dabei hat die “Selbstreinigungsfähigkeit” der Troposphäre eine entscheidende Bedeutung. Troposphärische Oxidation wird durch eine Reihe von Oxidationsmitteln, vor allem durch das Hydroxylradikal, OH, aber auch durch Ozon, O3, das Nitratradikal, NO3, eingeleitet. Reagieren OH-Radikale mit Spurengasmoleküle werden sie nicht verbraucht, sondern in katalytischen Zyklen regeneriert, wobei die Konzentration der Stickoxide eine entscheidende Rolle spielt. Dieses, an einfachen Beispielen dargestellte, photochemische Reaktionssystem der Troposphäre ist generell zutreffend: nahezu alle Reaktionen von OH mit atmosphärischen Spurengasen (wie z. B. Methan, anthropogen oder biogen emittierten organischen Spurenstoffen) führen zu Kettenreaktionen, die OH-Rradikale regenerieren. Es veranschaulicht, dass in einer NO enthaltenden Atmosphäre der Spurengasabbau unabänderlich mit der Produktion von O3 verbunden ist, die Selbstreinigungsfähigkeit und damit die Luftqualität und Klimawirkung der Troposphäre entscheidend von der troposphärischen Photochemie und den Emissionen beeinflusst wird.

Barnes, I., Becker, K., & Wiesen, P.

In der Troposphäre werden infolge des stofflichen Eintrags aus natürlichen und anthropogenen Quellen mannigfaltige photochemische Reaktionen ausgelöst. Insbesondere wird die Bildung von Photooxidantien, verursacht durch die Emission reaktiver organischer Gase und Stickoxide als Vorkäufersubstanzen für Ozon, verändert. Einige grundlegende Reaktionsmechanismen für den Abbau verschiedener Gruppen organischer Verbindungen werden diskutiert. Der wichtigste Oxidationsmechanismus verläuft über OH-Reaktionen in einer Radikalkette, die sich vor allem tagsüber in der belasteten Luft bei Sonneneinstrahlung ausbildet. Da über den Oxidationsmechanismus aromatischer Kohlenwasserstoffe die größten Wissenslücken bestehen, werden die dafür verantwortlichen bekannten und vorgeschlagenen Reaktionsmechanismen ausführlich erläutert. Schließlich wird das Problem der steigenden NO2-Konzentrationen in urbaner Luft angesprochen.

Brauers, T., & Weisen, P.

Große Simulationskammern bieten die Möglichkeit, auch komplexe Systeme der atmosphärischen Chemie unter vorgegebenen und gut kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. In großen Kammern kann bei niedrigen Konzentrationen gearbeitet werden, was die Übertragbarkeit auf die reale Atmosphäre verbessert. Darüber hinaus lassen sich feldtaugliche Instrumente an der Kammer einzusetzen. In den vergangen 30 Jahren wurden wichtige Erkenntnisse zu Spurengasen und Aerosolen in Simulationskammern gewonnen. Heute werden Simulationskammern immer wichtiger bei der Entwicklung neuer Verfahren zur Untersuchung atmosphärischer Spurenstoffe sowie für den direkten Vergleich verschiedener Messverfahren.

Schnelle-Kreis, J., Sklorz, M., Herrmann, H., & Zimmermann, R.

Die Zusammensetzung des Aerosols und seine physikalischen und chemischen Eigenschaften beeinflussen seine Wirkungen auf die Chemie der Atmosphäre, das Klima der Erde und die menschliche Gesundheit. Die in der Atmosphäre vorliegenden Partikel werden entweder durch anthropogene und natürliche Quellen direkt in die Atmosphäre emittiert (Primärpartikel), oder aus anorganischen Spurengasen oder gasförmigen organischen Substanzen gebildet (Sekundärpartikel). Sobald Partikel in der Luft sind, können sich ihre Größe, Zusammensetzung und Konzentration aufgrund vielfältiger Prozesse verändern. Die wichtigsten Prozesse sind Koagulation, Gas-Partikel-Verteilung, Partikel-Phasen Chemie (z.B. Oxidation, Polymerisation) und Deposition. Neben einigen anorganischen Spurenkomponenten bestehen troposphärische Partikel im Allgemeinen aus Sulfat, Nitrat, Ammonium, Metallen, Wasser sowie elementarem Kohlenstoff (EC) und organischem Kohlenstoff (OC). Obwohl in jüngster Zeit wesentliche Fortschritte in der Charakterisierung von Aerosolen gemacht wurden, sind die Kenntnisse über die Eigenschaften und die Zusammensetzung der Aerosolpartikel noch relativ gering. Dies gilt insbesondere für die Zusammensetzung der organischen Fraktion der Partikel die einen starken Einfluss auf die physikochemischen, klima- und gesundheitsrelevanten Eigenschaften der Partikel hat.

Hoffmann, T., Zetzsch, C., & Rossi, M.

Atmosphärische Aerosolpartikel sind keine chemisch inerten Teilchen, deren Bildungsmechanismen, Verweildauer oder Funktion in der Atmosphäre lediglich von mechanischen oder physikalischen Prozessen abhängen. Sowohl bei der Bildung von Aerosolpartikeln als auch im Verlauf ihres Verbleibs in der Atmosphäre spielen chemische Reaktionen eine wesentliche Rolle. Chemische Reaktionen laufen an der Oberfläche und im Inneren von Aerosolpartikeln ab und können sowohl die atmosphärische Gasphasenchemie beeinflussen, z.B. indem sie sowohl als Reaktionsmedium für ansonsten langsam verlaufende Gasphasenreaktionen dienen, als auch die Eigenschaften der Partikel, beispielsweise ihre Funktion als Kondensationskerne bei der Wolkenbildung.

Bruckmann, P., & Eikmann, T.

Feinstäube (PM10) in der Umwelt sind heutzutage – wegen ihrer negativen gesundheitlichen Einwirkungen auf Atemwege und das Herzkreislaufsystem – als das wichtigste lufthygienische Problem anzusehen. Die zurzeit gültigen Grenzwerte müssen überall, insbesondere auch an Brennpunkten mit hoher Luftbelastung (z.B. an stark befahrenen Straßen) eingehalten werden. In der geplanten Revision der Luftqualitätsrichtlinien der EU sollen in einer Neubewertung der Gesundheitsrisiken neue Grenzwerte (für PM2.5) zusätzlich zu den bestehenden Grenzwerten für PM10 festgelegt werden. Dabei müssen auch die neuen Erkenntnisse zum Wirkmechanismus der Feinstäube sowie beobachtete Effekte bei der Durchführung von Luftreinhaltemaßnahmen Berücksichtigung finden.