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Mobilität umweltverträglich verbessern
Mit Reibungsprozessen an PETRA IV können Forschende analysieren, wie sich Feinstaubpartikel beim Kontakt eines Autoreifens mit dem Straßenbelag aus dem Reifen lösen und in der Umwelt verteilen. Innovative Materialien könnten zukünftig Nanopartikel aus diesem Abrieb reduzieren und so das Gefährdungspotenzial durch Feinstaub verringern.
Mobilität verbessern
Materialien für weniger Feinstaub
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungsbereichs Transport und Technologie erarbeiten Konzepte in den Bereichen Verkehr, Mobilität und Ressourcenmanagement sowie Umwelt und Sicherheit. Mobilität spielt eine wesentliche Rolle in unserer Gesellschaft, stößt jedoch zunehmend an Grenzen. Nicht nur Staus auf der Straße und Verspätungen im Bahn- und Luftverkehr nehmen zu, vor allem Lärm und Abgase belasten Mensch, Umwelt und Klima. Neue innovative technische Lösungen sind dringend nötig. PETRA IV kann hier auf verschiedenen Ebenen – von der Materialforschung bis hin zur Gesundheitsforschung – wesentliche Beiträge leisten.
Feinstaubbelastung reduzieren
Für unsere Gesundheit stellt vor allem die Belastung der Luft mit Feinstaub ein großes Problem dar. Fortschritte in der E-Mobilität, zu denen auch die Energieforschung mit PETRA IV beitragen wird, vermindern zwar die Luftbelastung, lösen aber nur einen Teil des Problems, denn für einen Großteil des Feinstaubs im Straßenverkehr sind Reibungsprozesse verantwortlich. Rund siebzig Prozent der feinen und ultrafeinen Partikel stammen aus dem Abrieb von Reifen, Brems- und Straßenbelag, nur die restlichen dreißig Prozent kommen durch Abgase von Verbrennungsmotoren. PETRA IV bringt neue Analysemöglichkeiten, um die Entstehung und Verbreitung von Feinstaub im Gesamtkontext zu verstehen, sein gesundheit liches Schadpotenzial zu bemessen und diesem durch die Entwicklung neuer Materialien und Technologien entgegenzuwirken. Feinstaub besteht aus Teilchen, die so klein sind, dass sie in der Luft schweben und nicht sofort zu Boden sinken. Einen hundertstel Millimeter Durchmesser (10 µm) haben die größeren Partikel, PM10 genannt. Studien deuten darauf hin, dass die noch feineren Partikel Herz-Kreislauf-Leiden und Krebs fördern. Auch das Risiko für Atemwegserkrankungen wie Asthma steigt. Der Ausbau der heutigen PETRA III-Quelle zu PETRA IV schärft die mögliche Strahlfokussierung um mehr als ein Hundertfaches. So werden Teilchen von wenigen Mikrometern Größe bis hin zu Ultrafeinstaub aus kleinsten Nanopartikeln sichtbar – und damit auch der Teil des Feinstaubs, der als besonders gesundheitsschädlich eingestuft wird.
Innovative Materialien auf dem Prüfstand
Um Feinstaub aus Abrieb experimentell zu beobachten, sind Röntgenquellen die geeigneten Messinstrumente. Denn der Ort, an dem die Reibung entsteht – die Kontaktfläche zwischen zwei Materialien –, ist im Moment der Entstehung des Abriebs naturgemäß nicht einsehbar. Röntgenlicht dagegen durchdringt die Materialien und liefert Bilder des Reibungsgeschehens. Aus diesen Erkenntnissen können Materialien entwickelt werden, die weniger gefährlichen Abrieb zeigen. Der Gesundheitsforschung bietet sich mit PETRA IV die Möglichkeit, mithilfe der großen Eindringtiefe der Röntgenstrahlung auch die biologische Wirkung der Feinstaubpartikel im Gewebe im Detail zu untersuchen.
Reibungsprozesse sind nicht nur für die Feinstaubproblematik von großer Bedeutung – sie finden in nahezu allen Maschinen statt.
Gelingt es, Reibung zu verstehen und zu kontrollieren, können Prozesse vielerorts effizienter und kostengünstiger gestaltet werden. Der sehr hohe Messdurchsatz mit PETRA IV ermöglicht großangelegte, industrielle Studien für neue Materialentwicklungen.
»Mit PETRA IV und der bahnbrechenden Nanofokussierung bieten sich uns hervorragende Forschungsmöglichkeiten zur Herstellung neuer zukunftsweisender und ressourcenschonender Materialien.«
- Das brillante Röntgenlicht durchdringt die Materie und macht den Reibungsprozess an der Kontaktfläche zwischen zwei Materialien sichtbar.
- An PETRA III können Abriebexperimente heute schon geplant und getestet werden. Doch erst PETRA IV wird den Röntgenstrahl so fein fokussieren, dass auch kleinste Partikel unterscheidbar werden.
- Im Röntgenlicht erzeugen Teilchen charakteristische Streuungsmuster. Die hohe Kohärenz von PETRA IV garantiert den notwendigen, hohen Bildkontrast, um auch die kleinsten, potenziell gefährlichsten Partikel zeitaufgelöst zu detektieren.
