Die vier Griechischen Elemente: - TOBIAS-lib - Universität Tübingen

2 Atmosphärische Deposition von PAK
Aerosol
ROM a) Kohlige Partikel Metalle
Braun u.
Steinkohle
Verbrennungsrückstände
Steinkohlekoks
Ruß Char Holzkohle
Tennisphere Crassisphere Tenninetwork Crassinetwork
a) ROM = Rezentes organisches Material
Abbildung 2-2 Klassifikationsschema für die
Charakterisierung des Aerosols nach
morphologischen Kriterien.
Die Ursache für die starke Differenzierung der
Char-Partikel liegt einerseits an den
Verbrennungsbedingungen, andererseits aber
auch am Brennstoff. Die Pyrolyse hinterlässt bei
der Verbrennung von Kohle, abhängig vom
Kohletyp, poröse Partikel, die mit Kohlenstoff
angereichert sowie an Sauerstoff und
Wasserstoff verarmt sind. Ähnlich wie bei der
Verkokung weichen während einer plastischen
Phase des Verbrennungsmateriales die
schmelzbaren Kohlepartikel auf und quellen
durch entstehende Gase und Flüssigkeiten, die
zunächst in den Poren gesammelt werden und
teilweise austreten können. Während hoher
Temperaturen ist diese plastische Phase zu kurz,
sodass das Porensystem nicht als Leitbahnen für
den Transport der entstandenen Gase zur
Partikeloberfläche ausreicht. Dann zersplittern
die Partikel explosiv zu kleineren Fragmenten.
Auch bei der Konsolidierung im Anschluss an
die plastische Phase werden Gase freigesetzt, die
zu einer Zersplitterung der Partikel führen
können (Melia & Bowman, 1993). Die
Morphologie der bei der Verbrennung
entstehenden Partikel hängt entscheidend von
den Materialeigenschaften des Brennstoffes ab.
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Je nach Verflüssigbarkeit des Brennstoffes
schwellen im Inneren der Partikel große Blasen
(Vesikel), die von dünnen Wänden umgeben
werden. Weniger pastöse Brennstoffe formen
dickere Wände. Bei steigender Viskosität und
geringer Dauer der plastischen Phase kommt es
nicht zur Vereinigung zu einem großen,
zentralen Vesikel sondern es verbleibt im Innern
der Partikel ein Netzwerk kleinerer Blasen. Jede
dieser Formen ist charakteristisch für bestimmte
Kohletypen und insofern wird die Variabilität
der Char-Partikel in erster Linie von den
Eigenschaften des Brennmateriales bestimmt,
sodass umgekehrt aus der Signatur der Char-
Partikel (Morphologie, Anisotropie, aktive
Oberflächen und katalytische Funktionen v.a.
durch eingeschlossenes Eisen) auf den
ursprünglichen Brennstoff geschlossen werden
kann (Taylor et al., 1998). Allerdings führen
hohe Temperaturen bei der Verbrennung z.T. zu
einer totalen Fragmentierung der Partikel, die
dann kaum noch einem bestimmten Brennstoff
zugeordnet werden können (Hamilton, 1980).
Trotzdem kann anhand der Morphologie der
Partikel die Pyrolyse fossiler Brennstoffe als ihr
Entstehungsprozess identifiziert werden, auch
wenn der Kohletyp nicht mehr eindeutig erkannt
werden kann.
Ähnliche weiterführende Differenzierungen der
Ruß- bzw. Charcoal-Fraktion sind Gegenstand
laufender Untersuchungen am Institut für
Geowissenschaften, Abteilung Organische
Petrologie und Kohlengeologie der Universität
Tübingen.
In dieser Arbeit wird neben der Quantifizierung
der atmosphärischen PAK-Deposition versucht,
die wesentlichen Träger der PAK in der Atmosphäre
mittels optischer Methoden zu identifizieren
und die Deposition von atmosphärischen
Partikeln zu klassifizieren. Entsprechende Vergleichsuntersuchungen
in der jüngeren Literatur
(Gustafsson et al., 2001; Kralovec et al., 2002;
Song et al., 2002; Jonker & Koelmans, 2002a;
Ligouis et al., 2003) erlauben die Zuordnung zu
den unterschiedlichen Brennmaterialien.