Materialanalytik und Innenluftchemie

Forschungsschwerpunkt

Nachhaltige und funktionelle Baustoffe

 

Funktionelle Baustoffe können das Raumklima verbessern sowie Schadstoffe bzw. Geruchsstoffe adsorbieren oder katalytisch abbauen, unter anderem mittels Photokatalyse. Die Konzeption solcher Baustoffe ist sehr komplex, da es zu unerwünschten Wechselwirkungen von Emissionen verschiedener Materialien oder Nebenreaktionen kommen kann. Mit unserer langjährigen Erfahrung und unseren Spezialkenntnissen hinsichtlich Emissionen und Materialeigenschaften unterstützen wir Hersteller bei der Entwicklung und Optimierung derartiger Materialien. Ergänzend arbeiten wir eng mit anderen in diesem Bereich aktiven Einrichtungen zusammen und bringen unsere Expertise in die Normung ein.

 

© Shutterstock, grafische Ergänzung: Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Symbolische Darstellung für die Aufspaltung eines Störstoffs durch neuartige reaktive Werkstoffe. Beispielweise wird Formaldehyd (HCHO) umgewandelt in Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O)

Emissionen aus Bauprodukten, Einrichtungsgegenständen und elektrischen Geräten vermischen sich mit Emissionen aus der Außenluft, die beim Lüften eingetragen werden. Auch Menschen und Tiere emittieren Stoffe, die in die Luft gelangen. Diese Vorgänge haben neben den physikalischen Rahmenparametern wie Luftfeuchte, Temperatur oder Luftwechsel einen signifikanten Einfluss auf die Qualität der Innenraumluft insgesamt.

Funktionelle Baumaterialien können dazu beitragen, die Konzentration gesundheitlich relevanter Stoffe wie Formaldehyd oder unangenehm riechender Stoffe wie Chloranisole durch Adsorption oder Abbau zu reduzieren und damit die Qualität der Innenraumluft zu verbessern. Diese Baustoffe können bereits beim Rohbau zum Einsatz kommen, um den Eintrag unerwünschter Emissionen von vorne herein zu minimieren – zum Beispiel in Form von Holzwerkstoffen mit adsorbierender und katalytischer Funktion zur Minderung der Formaldehydemission aus den Bindemitteln der Holzwerkstoffe. Für die nachträgliche Reduktion unerwünschter Emissionen, etwa bei Sanierungsmaßnahmen, sind seit einiger Zeit katalytisch ausgerüstete Materialien für den Innenraum im Handel erhältlich, beispielsweise Beschichtungen für Wände wie Tapeten, Farben oder Putze, aber auch andere Produkte wie Gardinen, Fußbodenbeläge oder Fußmatten. Ein Schwerpunkt unserer Arbeit liegt darin, die Effektivität dieser Produkte zu untersuchen und den Herstellern Hinweise für deren Optimierung zu geben.

Für die erfolgreiche Konzeption von funktionellen Baustoffen genügt es nicht, einzelne Emissionen und Emissionsquellen zu betrachten, denn die emittierten Stoffe bleiben unter Umständen nicht unverändert in der Luft. Je nach Konstellation werden sie vielfach erneut adsorbiert und abgegeben, abgebaut oder reagieren miteinander zu neuen Stoffen. Unter bestimmten Bedingungen können aus unkritischen Stoffen durch Reaktion schädliche oder unangenehm riechende Stoffe gebildet werden. Dies gilt es bei der Konzeption von funktionellen Baustoffen zu berücksichtigen.

Beispielsweise sollte beim katalytischen Abbau der geruchsintensiven Verbindung Hexanal durch einen funktionellen Baustoff Wasser und Kohlendioxid entstehen. Bei schlecht konzeptionierten Baustoffen kann der Abbau jedoch zur Bildung von Formaldehyd führen. Bei Katalysatoren besteht darüber hinaus immer die Gefahr, dass sie in unerwünschter Weise mit Matrixbestandteilen wie organischen Bindemitteln reagieren. 

© Fraunhofer ISC | Katrin Selsam-Geißler

Spanplatte und Strukturmodell eines Zeolith-Kristalls mit gebundenem Schadstoffmolekül; Zeolithe mit absorberkatalytischer Wirkung können bei der Herstellung von Holzwerkstoffen eingebracht werden, um die Formaldehydemission aus den Bindemitteln der Holzwerkstoffe zu senken.

© Fraunhofer WKI | Jan Gunschera

Untersuchung einer photokatalytischen Beschichtung auf Dachziegeln

© Fraunhofer WKI | Jan Gunschera

Luftprobenentnahme aus einem Gefach eines Fertighauses

Es gibt kein Standardrezept für funktionelle Baustoffe. Mittels langjähriger Erfahrung und Spezialkenntnissen hinsichtlich Emissionen und Materialeigenschaften unterstützen wir Hersteller bei der Entwicklung solcher Produkte. Unsere besondere Stärke ist ein höchst individuell aufbaubares Versuchsdesign. Wir verfügen nicht nur über ein großes Spektrum an Prüfkammern von 20 Liter bis 48 Kubikmeter, sondern auch über die Möglichkeiten und das Know-How für das gezielte Einstellen einer Atmosphäre und die dosierte Eingabe von Schadstoffen. Über die Feststellung hinaus, welche Stoffe aus dem untersuchten Material emittieren, zielen unsere Untersuchungen auf Aussagen über die Ursachen für solche Emissionen. So bearbeiten wir ganz unterschiedliche Fragestellungen wie beispielsweise:

  • Industrielle Sanierungsmaßnahmen für geruchsbelasteter Holzhäuser
  • Nebenprodukte aus und Effizienz von Luftreinigern
  • Senkung der Formaldehydemission von Holzwerkstoffen durch Absorber mit gleichzeitig katalytischer Wirkung auf Basis von Zeolithen oder Photokatalyse
  • Funktionsfähigkeit katalytisch ausgerüsteter Materialien