Troposphärische Radikalchemie

Über

Unsere Forschung zielt darauf ab zu verstehen, wie Schadstoffe in der Atmosphäre in Feld- und Kammerexperimenten verarbeitet werden. Ihre chemische Umwandlung führt zu Sekundärschadstoffen wie gefährlichem Ozon und Partikeln. Detaillierte Kenntnisse über die zugrunde liegenden chemischen Prozesse sind der Schlüssel zum Verständnis der Luftqualität. Mit unseren Beobachtungen von Radikal- und Spurengaskonzentrationen können wir gängige chemische Mechanismen überprüfen und bisher unbekannte Prozesse aufdecken.

Forschungsthemen

Eine große Anzahl verschiedener organischer Verbindungen wird nicht nur von menschlichen Aktivitäten, sondern auch von Pflanzen emittiert. Unser Forschungsschwerpunkt ist die Untersuchung ihrer Chemie unter verschiedenen chemischen Bedingungen, die für städtische und abgelegene Bedingungen repräsentativ sind. Die Beobachtung spezifischer atmosphärischer Radikalarten erfordert hochempfindliche Instrumente, die wir in unserer Forschungsgruppe entwickeln.

Kontakt

Prof. Dr. Hendrik Fuchs

ICE-3

Dr. Anna Novelli

ICE-3

Jährlich werden etwa 10⁹ Tonnen flüchtige organische Verbindungen (VOC) aus anthropogenen und natürlichen Quellen in unsere Atmosphäre freigesetzt, wobei der Großteil (etwa 90 %) aus biogenen Quellen stammt. Die meisten organischen Verbindungen werden im untersten Teil der Atmosphäre (Troposphäre) durch Oxidationsreaktionen zu oxidierten organischen Verbindungen, Partikeln und Ozon umgewandelt, die alle schädlich für Mensch und Umwelt sind. Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität orientieren sich an den Vorhersagen numerischer Modelle, die chemische Reaktionsschemata berücksichtigen. Unsere Forschung zielt auf ein detailliertes Verständnis der zugrunde liegenden Oxidationsprozesse organischer Verbindungen ab, um genaue Vorhersagen treffen zu können.

Der wichtigste Oxidationsmittel in der Troposphäre ist das Hydroxylradikal (OH), das hauptsächlich durch die Photolyse von Ozon und salpetriger Säure (HONO) entsteht. OH-Radikale greifen die meisten organischen Verbindungen an. Ihre herausragende Bedeutung für die Oxidationskapazität der Atmosphäre beruht auf ihrem quasi-katalytischen Kreislauf: Nach dem Angriff auf organische Verbindungen entstehen Peroxyradikale, die OH regenerieren können, sodass ein aus der Photolyse stammendes OH-Radikal eine große Anzahl von Schadstoffen oxidieren kann, bevor es in Radikaldarstellungsreaktionen verloren geht.

Durch Beobachtungen der Spurengas- und Radikalkonzentrationen in Feld- und Kammerversuchen überprüfen wir unser derzeitiges Verständnis der chemischen Mechanismen, indem wir die Beobachtungen mit den Ergebnissen von Modellberechnungen vergleichen. Unterschiede zwischen Modell und Messung deuten auf fehlende Prozesse hin, die die Bildung von Ozon und Partikeln beeinflussen können. Ergebnisse aus quantenchemischen Berechnungen der Gruppe Theoretische Kinetik Studien helfen dabei, die spezifischen Reaktionen zu identifizieren, die für die Lücken verantwortlich sind.

Da keine kommerziellen Messgeräte verfügbar sind, entwickeln wir unsere eigenen Messgeräte für den Nachweis von Radikalen und Spurengasen: