Überwachung der Luftverschmutzung durch Ammoniak

A woman in a purple shirt, standing outdoors near busy traffic, covers her mouth—symbolizing concern for air pollution or urban environment.

It is estimated that almost 9 million people worldwide die each year as a result of air pollution. The particulate matter in the air we breathe is a major contributor to this. Particulate matter contains various precursor gases, including ammonia (NH3).

Feinstaub ist ein Sammelbegriff für Teilchen in der Luft, die dort eine Zeit lang schweben, also nicht gleich zu Boden sinken. Je nach ihrer Grösse werden sie in unterschiedliche Klassen eingeteilt: PM10, PM2.5 und PM0.1. Das PM steht dabei für “Particulate Matter” und die Zahl gibt den aerodynamischen Durchmesser der Teilchen in Mikrometer wieder. Die Vorläufergase des Feinstaubs, unter anderem Ammoniak, reagieren in der Atmosphäre mit anderen anorganischen Stoffen und formen sich so zu den Schwebeteilchen. Aufgrund der höheren Abgasemissionen und der schlechteren Frischluftzufuhr in Städten ist hier die Belastung mit Feinstaub meist besonders hoch.

Ein kleines Molekül mit grossen Auswirkungen für die Gesundheit

Laut der WHO (Weltgesundheitsorganisation) gibt es für Feinstaubkonzentrationen keine unbedenkliche, untere Grenze. Aber selbst die festgelegten, länder-spezifischen Grenzwerte werden an unzähligen Tagen pro Jahr um ein Vielfaches überschritten.

Arzt oder Therapeut hört einer Patientin aufmerksam im sonnenhellen Raum voller Pflanzen zu.

Je nach Grösse der Feinstaubpartikel können diese über die Lunge weit in den menschlichen Körper eindringen, sogar bis in die Blutbahn. Wie gefährlich diese Teilchen für unsere Gesundheit sind, hängt auch von ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Bei einer kurzfristigen, starken Belastung mit Feinstaub können akute Symptome wie Husten, Atemnot oder Asthmaanfälle auftreten. Als langfristige Schäden, auch schon bei einer geringen, aber dauerhaften Belastung, können Herzkreislauf-Erkrankungen bis hin zu Lungenkrebs die Folge sein. Damit tragen Feinstaub und die Luftverschmutzung allgemein massgeblich zu den häufigsten Todesursachen bei.

Zu viel Stickstoff schadet der Umwelt

Ammoniak hat als Vorläufergas von Feinstaub nicht nur gesundheitliche Auswirkungen für den Menschen, auch die Umwelt leidet massiv. Das Molekül Ammoniak enthält neben drei Wasserstoffatomen auch Stickstoff. Und dieser Stickstoff bildet die Lebensgrundlage für Pflanzen, weil er den grundlegenden Baustein für Eiweiss und Chlorophyll darstellt.

Das klingt ja erstmal sehr positiv, aber wie so oft im Leben kommt es hier auf die verträgliche Menge an. In der Landwirtschaft wird Stickstoff gerne als Dünger verwendet, um das Wachstum der Pflanzen zu beschleunigen. Gelangt aber zu viel dieses Düngemittels, sei es über Ammoniak oder direkt als Stickstoff, in die Umwelt, kann es zu einem übermässigen Nährstoffeintrag kommen. Dies nennt man Eutrophierung. Bekannt ist dieses Phänomen vor allem bei Gewässern, wenn es durch ein zu hohes Nährstoffangebot zu übermässiger Algenbildung kommt. Ammoniak kann den Pflanzen aber auch direkt schaden, da es von den Blättern aufgenommen wird. Dort wirkt es toxisch und kann zum Absterben der Pflanzen führen.

Reduzierung von Ammoniak setzt zuverlässige Messtechnik voraus

Ammoniak wird heutzutage im grossen Stil industriell hergestellt, bis zu 125 Millionen Tonnen jährlich. Die Produktion verbraucht etwa 3% des weltweiten Energiebedarfs.

Der Hauptabnehmer dieser grossen Menge ist die Landwirtschaft. Hier wird Ammoniak als Ausgangsstoff für Stickstoffdünger verwendet. Durch diesen massiven Eintrag gelangt überschüssiger Stickstoff dann über die Böden in unser Grundwasser. Aber Ammoniak kommt auch natürlich auf unserer Erde vor, wenn auch in viel geringeren Mengen. Im Organismus, im tierischen und im menschlichen, wird Ammoniak bei der Verdauung von Aminosäuren gebildet. Dieser wird mit den Exkrementen ausgeschieden. Vor allem in Ställen mit Massentierhaltung oder in Güllelagern entstehen dabei gefährlich hohe Konzentrationen. Das Ammoniak verflüchtigt sich und gelangt über die Luft direkt in die Umwelt. Für Mensch und Umwelt unschädliche Ammoniakkonzentrationen bewegen sich im unteren ppm-Bereich, die realen Werte übersteigen dies bei weitem. Um die Emissionsquellen zu ermitteln, und folglich das entstehende Ammoniak zu verringern, braucht es zuverlässige Messtechnik für kleinste Spuren von Ammoniak. Die Laser-Gasdetektions-Module von Axetris können Ammoniak bis in den sub-ppm-Bereich messen, und das ohne Querbeeinflussung von anderen Gasen, die vor allem in der Landwirtschaft vorhanden sind.