„Verwandlungskünstler“ Photokatalyse – was sie ist und wie sie wirkt … Photokatalyse in Natur und Technik Der Begriff Photokatalyse umschreibt ein Wirkungsprinzip. Dabei bezeichnet das Wort „Katalyse“ die Beschleunigung einer chemischen Reaktion bzw. Umsetzung durch einen Stoff (= Katalysator), der sich dabei nicht verbraucht. Während der von ihm ausgelösten Reaktion verändert sich der „Katalysator” selbst nicht, das heißt: er bleibt prinzipiell stabil. Bekanntestes Beispiel aus der Industrie: der „Kat” im Auto. Er zersetzt bzw. spaltet giftige Abgase in unschädliche Endprodukte. Während dieser Reaktion „regeneriert” sich der Katalysator und bleibt daher enorm lange funktionsfähig. Der Wortbestandteil „Photo” besagt, dass der Stoff, der als Katalysator (oder „Beschleuniger”) wirkt, durch Licht aktiviert wird. Kurz: Bei der Photokatalyse wird eine Substanz (= „Katalysator”) durch Licht (= „Photo”) dazu angeregt, eine chemische Reaktion auszulösen bzw. zu beschleunigen, ohne sich dabei selbst zu verbrauchen. Der Katalysator liegt nach Ablauf der Reaktion wieder in seinem ursprünglichen Zustand vor. Bekanntestes Beispiel einer Photokatalyse in der Natur ist die Photosynthese bei Pflanzen: Hier wirkt das Blattgrün (= Chlorophyll) als Katalysator, indem es durch Tageslicht angeregt wird, aus Wasser und Kohlendioxid Sauerstoff und Traubenzucker zu produzieren. Die Photosynthese und der Kat im Auto – Natur und Technik bedienen sich der Photokatalyse 2
Photokatalyse in Farben Prinzip der Photokatalyse in Farben: Als Photokatalysator wird ein Spezialpigment verwendet. Durch Absorption eines Lichtquants entsteht ein Elektronen-Loch-Paar. Nach der Abgabe des Elektrons aus D, liegt das Pigmentkorn wieder im ursprünglichen Zustand vor und ist bereit für einen neuen Katalysezyklus. Das Prinzip der Photokatalyse hat sich die Industrie nun auch für Farbrezepturen zu eigen gemacht. Als Katalysator dient ein besonders feinteiliges Pigment, das die Eigenschaft hat, photokatalytische Prozesse auszulösen. Dieser Pigmenttyp wird nun in Farbrezepturen eingemischt, um so die chemischen Reaktionen, die dadurch beschleunigt werden, zu nutzen. Das photokatalytisch aktive Pigment (= Katalysator) kann grundsätzlich organische Schadstoffe und Gerüche abbauen. Dabei werden diese Stoffe durch eine entsprechende Reaktion in kleine, ungefährliche Bestandteile umgewandelt. Hierzu wird als Auslöser Licht und außerdem Luftsauerstoff benötigt. Die Abbauraten sind dabei von der Dauer des Lichteinflusses, der Lichtintensität sowie der jeweiligen organischen Substanz abhängig. Grundsätzlich gilt: Je höher die Lichtintensität und je länger der Lichteinfluss, desto besser die Wirkung. Aber Licht ist nicht gleich Licht. Das photokatalytische Spezialpigment braucht in der Regel UV-Licht. UV-Licht wird zum Teil durch Fensterscheiben absorbiert. Allerdings reichen bei bestimmten Pigmenttypen bereits handelsübliche Halogenleuchten aus dem Baumarkt als Innenraumbeleuchtung aus, um photokatalytische Effekte auszulösen. Zusammenfassend gilt: Photokatalytische Farben tragen zu einer Verbesserung der Luftqualität bei. Folgende Schadgase bzw. Schadstoffe werden abgebaut: • Schadgasbelastungen aus der Innenraumnutzung, wie sie z. B. aus Möbeln oder Teppichen ausgasen oder durch Zigarettenkonsum entstehen: Formaldehyd/Acetaldehyd. • Schadgasbelastungen, wie sie durch Industrieanlagen und Autoverkehr entstehen, also primär Stickoxide. • Fettartige Verschmutzungen wie z. B. Stearate. • Auch Bakterien und Schimmelpilzsporen können durch die Nutzung der Photokatalyse deutlich reduziert werden. Gasabbaurate (h -1 ) Gasabbaurate (h -1 ) Gasabbaurate (h -1 ) 2,0 1,5 1,0 0,5 0 Pigment Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Zersetzung von Acetaldehyd Zersetzung von Ammoniak 0 Pigment Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Zersetzung von Methylmercaptan 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Pigment Typ 1 Typ 2 Typ 3 Photokatalytische Spezialpigmente Messbedingungen Gasvolumen: 3.000 ml Lichtquelle: 40 W Schwarzlicht UV-Intensität: 1,0 m W/cm 2 Bestrahlungsfläche: 50 cm 2 Messmethode: Gasdetektor Anstrichkonditionierung: Substrat: Metallplatte (FPTFS) P/B: 1,0 Bindemittel: Si-Type Schichtdicke: 10 µm (trocken) Trocknung: 120°C - 60 min. Photokatalytische Farben reduzieren die Schadstoff- und Geruchsbelastung – ein Plus für die Gesundheit und die Umwelt 3
