Dächer aktivieren für die Luftreinhaltung

Innenstadtdächer: Fotokatalytisch wirksame Baustoffe wie zum Beispiel Dachziegel reinigen die Luft von Schadstoffen. - Foto: Mario/Adobe Stock

Beim Thema Luftverschmutzung sind längst alle gefordert. Viele Städte und Gemeinden fragen sich deshalb, was sie für eine bessere Luft tun können? Einen Beitrag zur Lösung liefern fotokatalytisch wirksame Baustoffe.

Die hohe Luftbelastung durch Stickoxide stellt die Kommunen vor Herausforderungen. Die Europäische Union drängt auf die Einhaltung der Grenzwerte. Auch das Umweltbundesamt warnt vor der zunehmenden Luftverschmutzung. Im März 2019 heißt es in einer Pressemitteilung zur neuen Regelung für den Umgang mit Verkehrsverboten: „NO2 ist ein giftiges Reizgas, das vor allem Kinder, Senioren oder AsthmatikerInnen gesundheitlich belasten und auch zu Herzkreislauferkrankungen führen kann. Der 40-Mikrogramm-Jahresmittelgrenzwert für NO2 wurde im Jahr 2017 in Deutschland in 65 Städten überschritten.“

Doch wie bekommen wir die Luft in den Städten wieder sauber? Durch großflächige Luftfilter zum Beispiel auf Gehwegen, Hausfassaden oder Dächern. Das Zauberwort aus wissenschaftlicher Sicht heißt Fotokatalyse. Bereits heute gibt es auf dem Baustoffmarkt eine große Auswahl an fotokatalytisch aktiven Produkten. Dazu zählen beispielsweise Betonteile, Pflastersteine und Fahrbahndecken, Dacheindeckungen, Farben, Fliesen, Fensterscheiben und Sonnenschutzsysteme, Beschichtungen für Solarmodule und Leuchten sowie Beschichtungen für hygienisch sensible Bereiche in Bad und WC. Die positiven Eigenschaften dieser Produkte sind vielfältig: Sie reinigen die Luft von Schadstoffen, wirken gegen unangenehme Gerüche und sind selbst leichter zu reinigen.

Die Basis für eine fotokatalytische Aktivität in einem entsprechend aufgewerteten Produkt sind Licht, Luft, Feuchtigkeit und der Katalysator, zumeist Titandioxid. Dieser Stoff wird bereits seit vielen Jahrzehnten als weißes Farbpigment in Wandfarben, Lacken, in Kosmetika oder Lebensmitteln eingesetzt. Titandioxid ist für Mensch und Umwelt unbedenklich.

Die UV-Strahlung der Sonne regt Elektronen im Fotokatalysator an. Diese können dann zum Beispiel Stickoxide zu Nitrat oxidieren. Der Regen wäscht das Nitrat von der Hausfassade oder dem Dach ab. Hausfassaden, Lärmschutzwände oder ganze Dachflächen von Mehrfamilienhäusern werden so zu einem wirkungsvollen Luftfilter in den Ballungszentren. Je größer die fotokatalytische Fläche, umso mehr Schadstoffe können abgebaut werden. Durch gezielte Ausschreibungsvorgaben für den Bau oder die Sanierung öffentlicher Gebäude können Städte den Einsatz fotokatalytisch aktiver Baustoffe bereits heute nachhaltig fördern.

Stadtbild bleibt unverändert

Damit zum Beispiel aus einem normalen Tondachziegel ein fotokatalytisch wirksamer Baustoff wird, erhalten die Ziegel eine Beschichtung aus Titandioxid. Der anorganische Binder geht dabei eine feste chemische Bindung mit der Dachziegeloberfläche ein. Der Dachkeramikhersteller Erlus stellt seinen neuen Dachziegel „Lotus air“ in einem solchen Verfahren her. Das Titandioxid wird transparent und dauerhaft auf den Dachziegel aufgebracht. Aktuell bietet der Hersteller das neue Verfahren für den Ziegel Ergoldsbacher E 58 S in Rot an.

Der innovative Baustoff wurde auf der Fachmesse Bau im Januar 2019 präsentiert. Der Hersteller hat sich wie auch andere Mitglieder des Fachverbands angewandte Photokatalyse (FAP) über eine freiwillige Selbstverpflichtung bereit erklärt, die fotokatalytische Leistung seiner Produkte in einem festgelegten Verfahren nachzuweisen.

Im Rahmen des mit Mitteln aus dem Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Projekts „Pure Bau – Untersuchung von Werkstoffsystemen für photokatalytisch hocheffiziente Baustoffe“ wurden mit „Lotus air“ beschichtete Dachziegel durch das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig sowohl unter Laborbestrahlung als auch unter Sonnenlicht getestet.

Mit einem Wert von 1,1 Zentimeter pro Sekunde für die Depositionsgeschwindigkeit (Geschwindigkeit, mit der Gase auf Oberflächen abgesetzt und damit aus der Luft entfernt werden) liegen die Stickoxidabbauwerte der beschichteten Dachziegel etwa viermal so hoch, wie sie für einen vernünftigen Einsatz in der Praxis notwendig wären. Ein Quadratmeter Dach, gedeckt mit dem getesteten Ziegel, kann pro Stunde 2,9 Milligramm NOx abbauen. Der Dachziegel ist somit eine weitere marktfähige Baustofflösung für die Stickoxidreduzierung in belasteten Städten.

In deutschen Städten werden jährlich viele Quadratmeter Dachfläche mit Steildächern neu eingedeckt oder bestehende Dächer saniert. Wird ein Teil dieser Flächen zukünftig mit fotokatalytisch aktiven Oberflächen ausgestattet, könnte die Luft in den Städten nachhaltig verbessert werden – ohne das Stadtbild zu verändern.

Carsten Ackerhans

Der Autor
Dr. Carsten Ackerhans ist Mitarbeiter des Dachkeramikherstellers Erlus in Neufahrn, er ist aktiv im Fachverband angewandte Photokatalyse (FAP)