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Reduktion von (V)VOC-Emissionen aus NawaRo-Dämmstoffen unter besonderer Berücksichtigung neu aufkommender Schadstoffe

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Reduktion der Emission insbesondere neu aufkommender Schadstoffe aus NawaRo-Dämmstoffen. Für einige dieser Stoffe sind noch keine eindeutigen Wege der Generierung identifiziert worden. Dies gilt insbesondere für neu aufgekommene Stoffe wie VVOC. Die Entwicklung von Minderungsmaßnahmen steht folglich zumindest zum Teil noch aus. Ziel des Projektes ist es daher, VOC- und VVOC-Emissionen weiter zu senken, um Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen mehr Verwendungsmöglichkeiten zu eröffnen. Als Hauptkomponenten wurden in Vorarbeiten organische Säuren, Aldehyde, Alkohole und andere, meist polare Verbindungen sowie SVOC identifiziert. Um die zur Reduzierung dieser Emissionen sinnvollen Entwicklungsschritte definieren zu können, fehlen zum Teil vertiefte Kenntnisse zu deren Entstehung aus Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dies gilt insbesondere für Substanzen wie Alkohole, VVOC und SVOC (Semi Volatile Organic Compounds). Außerdem sind viele dieser Dämmstoffe mit Flammschutzmitteln ausgerüstet. Inwieweit das das Emissionsverhalten möglicherweise indirekt beeinflusst, z.B. durch deren Einfluss auf den Feuchtehaushalt, ist nicht bekannt. Aus den bestehenden und zusätzlich gewonnenen Erkenntnissen zur Generierung der Emissionen sollen mindernde Veränderungen im Herstellprozess abgeleitet werden. Dabei kann auf Erkenntnisse aus dem Bereich der Herstellung von Holzwerkstoffen aufgebaut werden. Eine weitere Möglichkeit der Emissionsminderung ergibt sich aus dem Zusammenwirken verschiedener Materialien, z.B. Dämmstoffen und Folien. Vorkenntnisse über das Diffusionsverhalten von Wasserdampf und einiger weniger (V)VOC sind vorhanden, bedürfen aber einer Vervollständigung. Konkret soll daher die Möglichkeit dampfbremsender Folien, den Übergang solcher Stoffe in die Innenraumluft zu behindern, über die o.g. Stoffe hinaus geprüft werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Messungen mit mini-DOAS Instrument während der HALO Phase II Missionen WISE, CAFE, EmerGe, and CoMet und Auswertung, Interpretation und Publikation der während früheren HALO Missionen gewonnenen Meßdaten

Mit dem vorliegenden Antrag sollen 2 Hauptziele verfolgt werden. Einerseits wird die Teilnahme des mini-DOAS Instruments an den, für die Mitte 2016 bis Mitte 2019 geplanten HALO Missionen WISE, CAFE, EmerGe, and CoMet beantragt, und andererseits sollen die mit dem Instrument bei früheren Missionen (TACTS/ESMVal, NarVal, Cirrus, Acridicon und OMO) gemessenen Daten und jener aus in Zukunft stattfindenden HALO Missionen bzgl. dreier wissenschaftlicher Hauptziele im Detail ausgewertet, interpretiert und publiziert werden. Die 3 wissenschaftlichen Hauptziele sind: 1. die Untersuchung der Quellen und Senken und die Photochemie der NOx und NOy Verbindungen in der Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) für unterschiedliche photochemische Regime (u.a. Reinluft und durch diverse NOx Quellen verschmutzte Luft), wobei hier das mini-DOAS Instrument mit den Messungen von NO2, (und evt. HONO) zusammen mit den Messungen anderer Instrumenten (z.B. AENEAS, AIMS, ..) zum Gesamtbudget von NOy beiträgt, 2. die Bedeutung der volatiler organischer Verbindungen für die atmosphärische Oxidationskapazität in reiner und verschmutzter Luft durch Messungen von CH2O (und C2H2O2) mit dem mini-DOAS Instrument, die die Schließung des Oxidationsmechanismus VOC größer als oder gleich CH2O größer als oder gleich CO erlauben. 3. Messungen zum Budget und zur Photochemie von Brom in der UTLS, wobei hier das Instrument besonders mit seinen Messungen von BrO zum anorganischen Brombudget beiträgt, das zusammen mit den Messungen der organischen Bromverbindungen (der Universität Frankfurt) das Gesamtbudget an Brom schließt. Alle diese Untersuchungen sollen auch zur Überprüfung der Vorhersagen globaler Chemietransportmodelle (CTMs) (EMAC, CLAMS, TOMCAT/SLIMCAT, ...) dienen.

Aerosolbelastung in der zukünftigen Atmosphäre (ALFA) - Verbesserung der Vorhersagefähigkeit atmosphärischer Aerosolbelastung durch molekulares Verständnis der Transformation von Emissionen in der Gegenwart und unter zukünftigen Szenarien

Atmosphärische Aerosole wirken auf die menschliche Gesundheit und beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde. Die Quellen, Bildungsmechanismen und Senken sekundärer Aerosole, welche aus der Transformation von organischen und anorganischen Vorläufergasen entstehen, sind nicht ausreichend verstanden, so dass eine genaue Vorhersagbarkeit der Aerosolbelastung unter gegenwärtigen Emissionen und zukünftigen Szenarien nicht möglich ist.Um ein genaueres Prozessverständnis zu erlangen, werden wir neue analytische Methoden entwickeln, die die Messung einzelner aerosolgetragener Moleküle in Echtzeit, sowie die Erstellung molekularer Fingerabdrücke von Aerosolfilterproben, ermöglichen. Hierfür werden wir ein ultra-hochauflösendes (OrbitrapTM) Massenspektrometer (MS) für die Echtzeit-Aerosolmessung adaptieren, um im Rahmen von Messkampagnen an der Simulationskammer SAPHIR am Forschungszentrum Jülich, die Chemie der Aerosole unter zukünftigen Emissionsszenarien zu untersuchen. An der SAPHIR Kammer werden wir VOC-Emissionen von Pflanzen unter Stress und deren Wechselwirkung mit SO2, NOX und NH3 studieren. Die zentrale Fragestellung dieser Experimente ist, inwiefern überschüssiges Ammoniak mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in der Atmosphäre reagiert, und ob es im Aerosol zu einer verstärkten Bildung von absorbierenden organischen Stickstoff-Heterozyklen kommt. Die Relevanz heterogener photochemisch-induzierter Prozesse soll an der SAPHIR Kammer bei atmosphärischen Konzentrationen untersucht werden. Diese Untersuchungen sind nötig um Voraussagen darüber treffen zu können, inwieweit sich verändernde, zukünftige anorganische Emissionen und VOC-Emissionen gestresster Pflanzen einen Effekt auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Aerosolen in der zukünftigen Atmosphäre haben werden.Neben den Kammermessungen in Jülich sollen Feldmessungen an solchen Orten unternommen werden, an denen eine besonders starke Wechselwirkung zwischen organischen und anorganischen Komponenten zu erwarten ist, und somit die Kammerexperimente im Hinblick auf deren atmosphärische Relevanz validiert werden können.Während der Echtzeit-Messungen mit dem online Aerosol-Orbitrap-MS werden wir Aerosolfilterproben sammeln und molekulare Fingerabdrücke der Aerosolzusammensetzung mit Hochleistungs-Flüssigchromatografie / Massenspektrometrie erstellen. Basierend auf Laborstudien zur Oxidation einzelner VOCs werden wir die molekularen Fingerabdrücke der Realproben mit den Laborexperimenten vergleichen. Eine open-access-"Aerosolomics"-Datenbank soll erschaffen werden, die die gemessenen Merkmale einzelner Oxidationsprodukte archiviert und online verfügbar macht. Dies wird eine „top-down“ Klassifizierung von Aerosolproben ermöglichen, mit deren Hilfe man Aussagen darüber treffen kann welche VOCs und welche Prozesse für die sekundäre Bildung von atmosphärischem Aerosol an den untersuchten Orten verantwortlich sind.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Chemische Zusammensetzung und zeitliche Veränderung von leicht flüchtigen organischen Verbindungen im Luftaustrag großer Bevölkerungszentren während EMeRGe (Chocolate)

Verbessertes Verständnis der Emissionen von leichten flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und deren genaue Zusammensetzung aus großen Populationszentren sowie deren chemische Veränderung windabwärts. Dies beinhaltet die Messung möglichst vieler VOCs mit unterschiedlichen Eigenschaften wie chemische Lebensdauern, chemische Eigenschaften (z.B. unterschiedliche Abbauprozesse wie z.B. Reaktion mit OH, NO3, O3, Photolyse), Wasserlöslichkeit (Auswaschung und/oder trockene Deposition), Dampfdruck (auswirkend auf Bildung und Wachstum von organischen Aerosolen). Eine wichtige Frage ist diesbezüglich die Rolle von biogenen Emissionen in asiatischen Megastädten. Die gesammelten Daten sollen mit Simulationen des neuen Klimamodells ICON-ART in Kollaboration mit der Modellgruppe des IMK (Institut für Meteorologie und Klimaforschung) verglichen werden. Hierbei geht es darum Schwachstellen in den verwendeten Emissionsdaten und der chemischen Prozessierung entlang der Transportpfade aufzudecken. Des Weiteren können hier auch die Wechselwirkungen mit organischen Aerosolen sowie Mischungs- und Verdünnungsprozesse mit Hintergrundluftmassen untersucht werden.Ausserdem sollen die Quelltypen und deren Aufteilung von europäischen und asiatischen Megastädten identifizert und quantifiziert werden. Unterschiede diesbezüglich werden erwartet und wurden bereits identifiziert (Guttikunda, 2005; von Schneidemesser et al., 2010; Borbon et al., 2013), z.B. aufgrund von unterschiedlichen Treibstoffen, PKW und LKW - Typen / Alter, Abfall-Zusammensetzungen / Management, Energieerzeugung, etc. Zum Beispiel ist Acetonitril ein verlässlicher Marker für Biomassenverbrennung und es wird vermutet, dass dessen Bedeutung in Asien wesentlich größer ist als in Europa. Eine weitere Frage ist, ob die photochemische Ozonbildung windabwärts von Megastädten durch NOx oder durch VOCs limitiert ist und wie verändert sich dies entlang der Transportpfade bzw. mit dem Alter der Luftmasse. Gibt es diesbezüglich allgemeine Unterschiede zwischen asiatischen und europäischen Megastädten und wie ist der Einfluss biogener Emissionen?

Field based and laboratory data of sediment cores from the Lower Havel Inner Delta near Lake Gülpe, Brandenburg (Germany)

Sediment cores were recovered using a hand-held Cobra Pro (Atlas Copco) core drilling system with a 60 mm diameter open corer. One-meter segments were retrieved and assessed in the field for sedimentological features, including estimations of grain size, carbonate content, humus content, and redox features (AG Boden 2005, 2024). Colour descriptions were carried out using the Munsell Soil Color Chart. The exact positions of the drilling points were recorded using a differential GPS device (TOPCON HiPer II). The cores were photographed, documented and sampled at 5–10 cm intervals for subsequent laboratory analyses. Bulk samples from five selected cores (RK1, RK3, RK13, RK15, RK17) were freeze-dried, sieved (2 mm), and weighed. Total carbon (TC), total nitrogen (TN), and total sulfur (TS) contents were measured using a CNS analyzer (Vario EL cube, Elementar). Inorganic carbon (TIC) was determined using calcimeter measurements (Scheibler method, Eijkelkamp). Organic carbon (TOC) was calculated as TOC = TC − TIC. For the grain size analyses, sediment samples were first sieved to <2 mm and subsamples of 10 g were treated with 50 ml of 35% hydrogen peroxide (H₂O₂) and gently heated to remove organic matter. Following this, 10 ml of 0.4 N sodium pyrophosphate solution (Na₄P₂O₇) was added to disperse the particles, and the suspension was subjected to ultrasonic treatment for 45 minutes. The sand fraction was analysed by dry sieving and classified into four size classes: coarse sand (2000–630 µm), medium sand (630–200 µm), fine sand (200–125 µm), and very fine sand (125–63 µm). Finer fractions were determined using X-ray granulometry (XRG) with a SediGraph III 5120 (Micromeritics). These included coarse silt (63–20 µm), medium silt (20–6.3 µm), fine silt (6.3–2.0 µm), coarse clay (2.0–0.6 µm), medium clay (0.6–0.2 µm), and fine clay (<0.2 µm).

Geophysical, Sedimentological and Geochemical Data from the Lower Havel Inner Delta (Gülpe Island), Brandenburg (Germany)

To investigate subsurface features in the Lower Havel River floodplain, we conducted Electrical Resistivity Tomography (ERT) transects and Electromagnetic Induction (EMI) surveys at three different depths in 2023 and 2024. These near surface geophysical methods were complemented by 24 driving core drillings to relate the electrical properties with sedimentological characteristics. Additionally, five selected sediment cores were used for subsequent geochemical lab analyses (grain size, CNS, TOC, TIC). Electromagnetic induction (EMI) was measured with a CMD-Mini Explorer (GF Instruments s.r.o., Brno, Czech Republic) in June 2023 and June 2024. We used the vertical dipole (VDP) at coil spacings of 0.32 m (VDP1), 0.71 m (VDP2) and 1.18 m (VDP3), archieving effective penetration depths of 0.5 m (VDP1), 1.0 m (VDP2) and 1.8 m (VDP3). According to the manufacturer, 70% of the signal originate from above these depths. The EMI sensors measure the apparent electrical conductivity (ECa, in mS/m). Measurements were taken by carrying the instrument about 0.2 m above ground while being directly connected to D-GPS (Leica GPS1200) for positioning. The acquisition rate was five measurements per second. Data quality was checked by measuring a reference line before and after each measurement. The area investigated by EMI in June 2023 is located to the north and northeast of the Gülpe research station. It has a total area of 12.3 ha. The reference line was located in the southern part of the study area. No drift correction had to be applied due to good data quality. Reference lines and single outliers were removed. The area investigated by EMI in June 2024 is located southeast of the research station. The survey area there is 8.1 ha in size. The reference line for the measurements there was located in the north-westernmost area of the site. No drift correction had to be applied due to good data quality. Reference lines and single outliers were removed. The Electrical Resistivity Tomography (ERT) data were acquired by using a PC controlled DC resistivity meter system (RESECS, Geoserve, Kiel, Germany). In total, we measured four ERT transects. Two transects in June 2023, where transect 1 had a total length of 259 m with an electrode spacing of 0.5 m and transect 2 had a total length of 223 m with an electrode spacing of 1 m. The measurements in 2023 were carried out under extreme dry conditions. Two further transects were measured in June 2024 with an electrode spacing of 1m, transect 3 with a total length of 207 m and transect 4 with a total length of 239 m. We applied wenner alpha and dipol-dipol configuration. The coordinates and the height of the electrodes were measured with a D-GPS (2023: TOPCON HiPer II / 2024: Leica GPS1200). Sediment cores were recovered using a hand-held Cobra Pro (Atlas Copco) core drilling system with a 60 mm diameter open corer. One-meter segments were retrieved and assessed in the field for sedimentological features, including estimations of grain size, carbonate content, humus content, and redox features (AG Boden 2005, 2024). Colour descriptions were carried out using the Munsell Soil Color Chart. The exact positions of the drilling points were recorded using a differential GPS device (TOPCON HiPer II). The cores were photographed, documented and sampled at 5–10 cm intervals for subsequent laboratory analyses. Bulk samples from five selected cores (RK1, RK3, RK13, RK15, RK17) were freeze-dried, sieved (2 mm), and weighed. Total carbon (TC), total nitrogen (TN), and total sulfur (TS) contents were measured using a CNS analyzer (Vario EL cube, Elementar). Inorganic carbon (TIC) was determined using calcimeter measurements (Scheibler method, Eijkelkamp). Organic carbon (TOC) was calculated as TOC = TC − TIC. For the grain size analyses, sediment samples were first sieved to <2 mm and subsamples of 10 g were treated with 50 ml of 35% hydrogen peroxide (H₂O₂) and gently heated to remove organic matter. Following this, 10 ml of 0.4 N sodium pyrophosphate solution (Na₄P₂O₇) was added to disperse the particles, and the suspension was subjected to ultrasonic treatment for 45 minutes. The sand fraction was analysed by dry sieving and classified into four size classes: coarse sand (2000–630 µm), medium sand (630–200 µm), fine sand (200–125 µm), and very fine sand (125–63 µm). Finer fractions were determined using X-ray granulometry (XRG) with a SediGraph III 5120 (Micromeritics). These included coarse silt (63–20 µm), medium silt (20–6.3 µm), fine silt (6.3–2.0 µm), coarse clay (2.0–0.6 µm), medium clay (0.6–0.2 µm), and fine clay (<0.2 µm).

Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen 2014–2017 (GerES V) - Teil 2: Qualität der Innenraumluft

Der Bericht stellt Ergebnisse der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit 2014–2017 (GerES V) zur Schadstoffbelastung der Innenraumluft bei Kindern und Jugendlichen vor. Repräsentativ ausgewählte Haushalte wurden auf flüchtige organische Verbindungen (⁠ VOC ⁠), Aldehyde, sowie ultrafeiner Partikel in der Innenraumluft untersucht. Ein Vergleich mit toxikologisch abgeleiteten Innenraumrichtwerten ermöglicht eine gesundheitliche Einordnung der Messwerte. Der Bericht liefert Aussagen zu den vermuteten Ursachen der Schadstoffe sowie Ungleichheiten der Belastung in Abhängigkeit von Geschlecht, Wohnumständen und sozioökonomischen Faktoren. Die Daten dieser Studie stellen einen Referenzdatensatz zur Grundbelastung der Innenraumluft im Wohnumfeld in Deutschland dar. Veröffentlicht in Umwelt & Gesundheit | 01/2025.

Aktuelle Studienergebnisse zu Geruchsprüfungen bei Bauprodukten

<p>Aus Bauprodukten können flüchtige organische Substanzen (VOC) ausgasen. Diese können, ebenso wie dadurch verursachte Gerüche, dem Wohlbefinden der Raumnutzenden schaden. Unangenehme Gerüche können auch zu vermehrtem Lüften und somit zu höherem Energieverbrauch führen. Der Blaue Engel zeichnet emissions- und geruchsarme Produkte aus. Zu Bodenbelägen gibt es diesbezüglich neue Forschungsergebnisse.</p><p>Gerüche in Innenräumen können belästigend wirken und das Wohlbefinden sowie die Gesundheit beeinflussen. Hauptziel der Untersuchungen im jetzt abgeschlossenen Forschungsvorhaben war es zu prüfen, ob die Vergabekriterien des Umweltzeichens Blauer Engel für die Produktgruppen „Elastische Bodenbeläge“ (DE-UZ 120) und „Emissionsarme Bodenbeläge, Paneele und Türen aus Holz und Holzwerkstoffen für Innenräume“ (DE-UZ 176) um geruchsrelevante Aspekte ergänzt werden können. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass es möglich ist, Anforderungen an den Geruch der Produkte zu stellen.</p><p>Ferner wurde untersucht und gezeigt, dass die bislang vorläufig festgelegte Schwelle einer empfundenen Intensität von 7 pi für die Zulassung von Bauprodukten gemäß Schema des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB) und beim Blauen Engel grundsätzlich als Bewertungsmaßstab geeignet ist.</p><p>Die Einhaltung konstanter Bedingungen für die Temperatur und die relative Feuchte bei den Messungen sind von großer Bedeutung, da diese Einfluss auf die Messergebnisse haben. Es wurden Untersuchungen bei unterschiedlichen Temperaturen und abweichender relativer Luftfeuchte, die mit einer eigens dafür gebauten kleinen raumlufttechnischen Anlage eingestellt werden konnten, durchgeführt. Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/geruchs-emissionsarme-produkte-fuer-eine-gesunde">Ergebnisse</a> belegen, dass die Einhaltung konstanter Prüfbedingungen wichtig ist und zeigen deren Einfluss auf die Geruchswahrnehmung.</p><p>Im Vorhaben wurde gezeigt, dass holzbasierte Produkte teilweise trotz hoher Geruchsintensität eine neutrale bis positive Hedonik (Wahrnehmung/Bewertung) zeigen, was für Bauprodukte untypisch ist. Die Zusammenhänge zwischen Intensität, Hedonik und Zumutbarkeit werden in den nächsten drei Jahren in einem Folgeprojekt weiter untersucht.</p>

Ist-Analyse der VOC-Emissionen bei der Reinigung von Transportmitteln und Tanks

Im Rahmen des REFOPLAN-Vorhabens wurde eine Ist-Analyse der ⁠ VOC ⁠-Emissionen aus der Innenreinigung von Transportmitteln und Lagertanks durchgeführt. Grundlage hierfür ist die Emissionsberichterstattung in der Kategorie 1.B.2 „Öl und Erdgas und diffuse Emissionen aus der Energieerzeugung“ mit mehreren Unterkategorien, die Daten zur Tankinnenreinigung beinhalten. Im Jahr 2021 wurde während der nationalen Emissionsberichterstattung, welche durch das Umweltbundesamt erfolgt, deutlich, dass in den Kategorien die entsprechenden Daten lückenhaft sind. Es fand eine Befragung von Akteuren und Experten*innen sowie eine Literaturrecherche statt. Die Bestimmung der Emissionen erfolgte auf Basis von Emissionsfaktoren und Aktivitätsraten, die für die Aktivitäten in der Analyse identifiziert wurden. Es wurden Zeitreihen der Emissionen von 1990 bis 2021 erstellt. Ergänzend fand eine Abschätzung der Unsicherheiten statt. Veröffentlicht in Texte | 103/2025.

Die atmosphärische Tagchemie von Schlüsselverbindungen beeinflußt von der atmosphärischen Nachtchemie (DARK KNIGHT).

Flüchtige organische Verbindungen (VOC) werden in großen Mengen (1300 TgC pro Jahr) von biogenen und anthropogenen Quellen in die Atmosphäre emittiert. Die Oxidation solcher Verbindungen führt zur Bildung von semivolatilen Produkten, welche in die Partikelphase übergehen können und somit zur Bildung von sekundärem organischem Aerosol (SOA) beitragen. Die globale SOA Produktion anthropogenen Ursprungs beläuft sich auf 0,05 bis 9,7 Tg pro Jahr. Hingegen wird die biogene SOA Produktion mit bis zu 910 Tg pro Jahr beziffert, was einem Umsatz von 70% der emittierten biogenen VOCs entspricht. Ein solcher Umsatz ist unvereinbar mit den vergleichsweise niedrigen SOA Ausbeuten aus Aerosolkammerexperimenten. Die Ursache für diese Diskrepanz liegt vermutlich an zusätzlichen SOA Bildungswegen wie der Weiterreaktion von VOC Oxidationsprodukten, welche von den Umgebungsbedingungen wie dem Oxidationsmittel, der relativen Feuchte und der Art der vorhandenen Partikel abhängt. Somit sind zwar Tag- und Nachtchemie grundverschieden, allerdings auch eng miteinander verbunden, denn die Produkte der Nachtchemie werden durch die darauffolgende Tagchemie weiterprozessiert und umgekehrt. Dadurch wird das Partitionierungsverhalten der Produkte und somit die SOA Bildung stark beeinflusst. Daher soll im Rahmen des Projektes Dark Knight der Einfluss der Tagchemie auf die Nachtchemie und umgekehrt untersucht werden. Das Wissen über die Verschaltung von Tag- und Nachtchemie kann erheblich zum Verständnis über die an der SOA Bildung beteiligte Prozesse beitragen.

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