Schmutzige Fenster können unter Schutzfilmen aus Fettsäuren aus Kochabgasen potenziell schädliche Schadstoffe beherbergen – und diese können über lange Zeiträume herumliegen.
Laut einer neuen Studie, die von Forschern der University of Birmingham geleitet wurde, sind die in Kochabgasen enthaltenen Fettsäuren sehr stabil und werden in der Atmosphäre nicht leicht abgebaut.
Das heißt, wenn sie auf eine feste Oberfläche wie ein Fenster treffen, bilden sie einen selbstorganisierten dünnen Film, der sich mit der Zeit aufbaut und nur sehr langsam von anderen Chemikalien in der Atmosphäre abgebaut wird. Während dieses Vorgangs wird der Film rauer und zieht mehr Wasser aus der Luftfeuchtigkeit an. Darüber hinaus können giftige Schadstoffe unter dieser hartnäckigen Kruste eingeschlossen werden und dann vor dem Abbau in der Atmosphäre geschützt werden.
Seniorautor Dr. Christian Pfrang sagt, dass „die Fettsäuren in diesen Filmen an sich nicht besonders schädlich sind – aber weil sie nicht abgebaut werden, schützen sie effektiv alle anderen Schadstoffe, die darunter eingeschlossen sein könnten.“
Die Studie, abgebildet auf der Titelseite von Umweltwissenschaften: Atmosphärenwurde in Partnerschaft mit Experten der University of Bath, der Diamond Light Source und der ISIS Neutron and Myon Source im Vereinigten Königreich sowie dem Institut Laue-Langevin in Frankreich durchgeführt.
Das Team arbeitete an Labor-„Proxys“ – Materialproben, die im Labor entwickelt wurden, um Proben aus der „realen Welt“ anzunähern. Diese wurden zu superdünnen Verschmutzungsfilmen gesponnen, die nur wenige zehn Nanometer dick waren.
Die Forscher verwendeten sowohl Neutronen als auch Röntgenstrahlen, um die nanoskalige Zusammensetzung der Filme und die Veränderungen ihrer Oberflächenstrukturen zu untersuchen. Durch die Änderung der Luftfeuchtigkeit und der Ozonmenge – einem wichtigen Schadstoff im Innen- und Außenbereich – konnten die Forscher auch das Verhalten der Filme im Laufe der Zeit nachahmen.
Sie fanden heraus, dass die selbstorganisierte Anordnung innerhalb der Filme in sich wiederholenden molekularen Schichten – eine sogenannte lamellare Phase – es kleineren Molekülen wie Ozon erschwerte, an die reaktiven Teile der Fettsäuren innerhalb dieser Strukturen heranzukommen. Einmal abgelagert und Ozon ausgesetzt, wurden die Oberflächen der Filme weniger glatt und nahmen zunehmend Wasser auf, ein Effekt, der auch Auswirkungen auf die Bildung und Lebensdauer von Aerosolen in der Atmosphäre hat.
Adam Milsom et al., Die Entwicklung der Oberflächenstruktur während der simulierten atmosphärischen Alterung von nanoskaligen Beschichtungen eines organischen Tensid-Aerosol-Proxys, Umweltwissenschaften: Atmosphären (2022). DOI: 10.1039/D2EA00011C