Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Toxische Wirkung von Nanopartikeln aus Biomassenverbrennung

Anschrift
NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen
72770 Reutlingen
Markwiesenstr. 55
Kontakt
Dr. Werner Dreher
Tel: +49 7121 515-3059
E-Mail: dreher@nmi.de
FKZ
22015507
Anfang
01.07.2008
Ende
31.12.2009
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes ist es zur Aufklärung der Toxizität von Feinstaub, der bei unvollständiger Verbrennung von Biomasse in Kleinfeuerungsanlagen entsteht - bei Inhalation dieser Partikel beizutragen. Hierfür wird ein Kultursystem zum Einsatz kommen, welches die natürlichen Bedingungen der Lunge widerspiegelt. Epithelzellen der Lunge werden an einer Gas-Flüssigkeits-Grenzschicht kultiviert was zum Einen die Zuführung des Feinstaubs über die Gasphase und zum Anderen die Simulation der Schrankenfunktion des Epithels erlaubt. Partikel aus Kleinfeuerungsanlagen (Stückholz / Holzpellet) werden auf die Oberfläche der Epithelzellen appliziert. Die toxischen Effekte werden auf molekularer Ebene anhand der Integrität von Zell-Zellkontakten mittels konfokaler Laserscanmikroskopie untersucht und die Verteilung der Partikel nach Bio-Präparation mittels elektronenmikroskopischer Analysemethoden analysiert. Die Bestimmung des Toxizitätspotentials erfolgt abhängig von der Betriebsart der Anlage, dem Brenngut und der chemischen Zusammensetzung der Staubemission und Ausgangsstoffe. Die Aufklärung stellt Grundlage für technische Innovationen dar, die der Optimierung des Feuerungsprozesses dienen.
Ergebnisdarstellung
Aufgrund der guten Feuerungs- und Regelungstechnik des eingesetzten Stückholzkessels war eine schlechte Betriebsweise dieser Feuerung nur schwer realisierbar. Dagegen konnten schlechte Verbrennungszustände am Pelletofen sehr gut durch die Reduzierung der Verbrennungsluft eingestellt werden, da dieser weder mit einer Verbrennungsregelung noch mit einer Nachbrennkammer (Sekundärluftzufuhr) ausgestattet war. Auch der optische Eindruck der mit Staub belegten Planfilterproben lässt auf bessere Verbrennungsbedingungen im Stückholzkessel schließen: während der abgeschiedene Staub auf den Planfilterproben aus dem Pelletofen tiefschwarz war, zeigten die Staubproben aus dem Stückholzkessel - selbst bei schlechten Verbrennungsbedingungen - eine bräunliche Färbung. Die Analyse der Proben auf polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) ergab bei guten Verbrennungsbedingungen im Pelletofen einen 6,5-fach höheren PAK-Gehalt als bei gleicher Betriebsweise des Stückholzkessels. Die Charakterisierung der Verbrennungsaerosole im Konditionierungsreaktor des Expositionssystems ergab folgende Ergebnisse: Die gemessene Staubkonzentration im Konditionierungsreaktor lag zwischen 1,0 mg/m3 (Stückholzkessel, nahezu vollständige Verbrennung) und 14,9 mg/m3 (Pelletofen, unvollständige Verbrennung). Einer Depositionseffizienz von 2 % vorausgesetzt, wurden bei einer Staubkonzentration von 14,9 mg/m3 im Konditionierungsreaktor ca. 0,4 ?g/(cm2h) Staub auf den exponierten Zellen abgeschieden. Wie viel Staub in der Realität auf den Zellen deponiert wurde, kann anhand der hier vorgestellten Ergebnisse nicht beurteilt werden.

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