08.02.2022

Dem Saharastaub auf der Spur

KNF Pumpen im wissenschaftlichen Einsatz

Rund 500 Millionen Tonnen Wüstenstaub verbreiten sich jährlich über den Globus.

Wer weiß schon, dass der Amazonas-Regenwald mehr als die Hälfte seiner Nährstoffe aus der Sahara bekommt? Rund 500 Millionen Tonnen Wüstenstaub verbreiten sich jährlich über den Globus. Für Wissenschaft und Forschung eröffnet sich mit der Nachverfolgung dieser Aerosole ein weites Feld. Partikelmessgeräte nutzen dazu die ausdauernde Kraft der KNF Pumpen.

In Frühjahr und Herbst sind Mittelmeerstürme keine Seltenheit. Dann entdeckt man gerne gelb-rötliche Ablagerungen auf Auto- und Fensterscheiben. Diese Staubpartikel sind weit gereist: In der Sahara aufgewirbelt, verteilen sich die Partikel mit einer durchschnittlichen Größe von gerade einmal ein paar Tausendstelmillimetern über die Welt. Der Mineralstaub wirkt zum einen als Dünger in nährstoffarmen Gegenden, beeinflusst andererseits den Wärmehaushalt und die Wolkenbildung der Erde. Als Feinstaub hat er negative Auswirkungen auf unsere Gesundheit und beeinträchtigt die Luftqualität.

Die Sahara-Stürme versorgen den Amazonas Regenwald mit Nährstoffen.
Die Sahara-Stürme versorgen den Amazonas Regenwald mit Nährstoffen.

Sahara-Staub-Sauger für die europäische Aerosole-Forschung DNAAP

Das Projekt DNAAP (Detection of Non-Anthropogenic Air Pollution) ermittelt diese nicht-anthropogene, also nicht vom Menschen verursachte, Luftverschmutzung in Echtzeit in Europa. An ausgewählten Standorten in Zypern, Spanien und Slowenien werden die Staubpartikel mit Hilfe von Licht gemessen. Dies gibt Aufschluss über die Mineralstaubkonzentration, insbesondere des Sahara-Staubs, im Mittelmeerraum. 

Bild: Aerosol d.o.o.
Bild: Aerosol d.o.o.
Wüstensand landet auf slowenischem Schnee und wird präzise im Rahmen des Projektes DNAAP gemessen. 
Bild: Aerosol d.o.o.
Wüstensand landet auf slowenischem Schnee und wird präzise im Rahmen des Projektes DNAAP gemessen. Bild: Aerosol d.o.o.

Für die Messungen setzt der führende Projektpartner Aerosol d.o.o. auf das hauseigene Aethalometer-Modell Magee Scientific AE33. Für optimale Messergebnisse wird diesem Absorptionsphotometer ein virtueller Impaktor vorgeschaltet. Dieser filtert schwarzen Kohlenstoff heraus, der die Messergebnisse verfälscht. Schwarzer Kohlenstoff ist zumeist das Ergebnis von absichtlich gelegtem Rodungsfeuer und der Verwendung fossiler Brennstoffe, also vom Menschen verursacht. Beim Projekt DNAAP ist er daher ein unerwünschter Mitreisender. Den Staub-Sauger-Dienst im Impaktor versehen Pumpen aus dem Hause KNF. Als Basismodell dient die N 940, die im KNF Baukastensystem speziell auf die Anforderungen des Projektes angepasst wurde.

 

Für die benötigte Förderleistung von 100 l/min fiel die Auswahl auf parallel verschaltete Pumpenköpfe einer höheren Leistungsklasse. Das Pumpenkopfmaterial Aluminium ist eloxiert, um genau die Robustheit zu erreichen, die die Umgebungsbedingungen der in Küstennähe liegenden Messstelle fordern. Die Messkampagnen profitieren von maximal langen, störungsfreien Standzeiten der Messsysteme. So ist die eingesetzte Pumpe mit einem langlebigen bürstenlosen DC-Motor ausgestattet. Die wartungsfreie Gas-Membranpumpe überzeugt durch Zuverlässigkeit.

Das N 940 Serienmodell wurde auf die besonderen Einsatzbedingungen des Forschungsprojektes angepasst.
Das N 940 Serienmodell wurde auf die besonderen Einsatzbedingungen des Forschungsprojektes angepasst.

Getrennte Gasvolumenströme für präzise optische Partikelmessung

Die durch die Pumpe in den virtuellen Impaktor geförderte Umgebungsluft teilt sich dort auf. Der Impaktor fungiert als Abscheider. Da der dafür erforderliche Gegenstrom künstlich erzeugt ist, ist es ein virtueller Impaktor. Aus dem Gasvolumenstrom entsteht ein Hauptstrom mit 98 l/min und ein Nebenstrom mit 2 l/min Durchfluss. Die Partikelgröße des Sahara-Staubs bedingt eine höhere Trägheit, die die Sandkörner in den Nebenstrom und den sich anschließenden Absorptionsphotometer Aethalometer AE33 zieht.

 

Die Daten dieser optischen Messung geben Aufschluss über die Konzentration des Saharastaubs. Die im Aethalometer eingebaute KNF Membran-Gaspumpe der Reihe N 86 fördert ein definiertes Volumen des Nebenstromes zur Analyseeinheit des Gerätes. Um die Anforderungen des Messgerätes zu erfüllen, nutzte KNF auch hier die Flexibilität seines Baukastensystems und seines Fertigungs-Engineerings. So ist der Aspekt eines möglichst einfachen und schnellen Einbaus der Pumpe in die Geräte von Aerosol d.o.o. durch extra angepasste Stecker und Anschlüsse erreicht.

Die Membran-Gaspumpe der Reihe N 86 fördert ein definiertes Volumen zur Analyseeinheit des Aethalometers.
Die Membran-Gaspumpe der Reihe N 86 fördert ein definiertes Volumen zur Analyseeinheit des Aethalometers.

Erste Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt wurden bereits auf der European Aerosol Conference 2020 vorgestellt. Damit ergänzen sie Daten aus anderen Messprojekten, die ebenfalls auf die flexiblen Lösungen von KNF setzen. Dazu gehören, beispielsweise die mobilen Feinstaubmessungen über die Google Street View Cars in Kopenhagen oder auch Daten der stationären Forschungsstation auf dem ATTO-Tower im Amazonas-Regenwald.

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