Dem Feinstaub auf der Spur

18. November 2016

Als Doktorand entwickelte Martin Brüggemann an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) eine Methode, die es ermöglicht, Feinstaub noch genauer zu messen und detailliertere Aussagen über seine Zusammensetzung zu machen. Für eine breitere Öffentlichkeit hat er seine Forschung in dem Beitrag "Da liegt was in der Luft" beschrieben. Diese klare Darstellung ist jetzt mit dem mit 5.000 Euro dotierten "Klaus Tschira Preis für verständliche Forschung" ausgezeichnet worden.
 

Feinstaub ist allgegenwärtig – und das nicht nur in den Schlagzeilen. "Mit jedem Kubikzentimeter Luft atmen wir Hunderte, Tausende Partikel ein", erzählt Dr. Martin Brüggemann. "Ich brauche nur hier auf die Lehne des Sessels zu schlagen und schon haben wir noch ein paar mehr Partikel."

Der Begriff Feinstaub suggeriert etwas Homogenes, Unkompliziertes. Vielleicht benutzen ihn die Medien auch deswegen so gern. Bei genauerem Hinschauen allerdings erscheint die Sache entschieden komplizierter. "Im Grunde reden wir von den verschiedensten Substanzen aus den unterschiedlichsten Quellen", erläutert Brüggemann. Einige sind von Menschen gemacht, andere natürlichen Ursprungs. Einige können schädlich sein, andere sind völlig unproblematisch. "Die Partikel sind auch verschieden groß. Manche messen wenige Nanometer, manche mehrere Mikrometer. Je kleiner sie sind, desto eher können sie in unseren Körper vordringen. Sie gelangen unter Umständen bis in die feinsten Lungenbläschen."

Klartext schreiben

Chemiker reden bei diesen Partikeln in der Luft nicht von Feinstaub, sondern präziser von Aerosolen. Spätestens seit seiner Diplomarbeit ist Brüggemann ihnen auf der Spur. Er wollte genauer wissen, was da schwebt und entwickelte an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ein neues Verfahren zur Messung der Aerosole. Nachzulesen ist das in seiner Dissertation "Development, Characterization, and Application of Flowing Atmospheric-Pressure Afterglow Ionization for Mass Spectrometic Analysis of Ambient Organic Aerosols".

Wer sich die Lektüre dieser wissenschaftlichen Arbeit nicht unbedingt zutraut, kann auch zur aktuellen Sonderbeilage der Zeitschrift "bild der wissenschaft" greifen. Dort berichtet Brüggemann unter der entschieden kürzeren Überschrift "Da liegt was in der Luft" von seiner Forschung.

Der Artikel ist so gut zu lesen, dass der Chemiker dafür jetzt den renommierten "Klaus Tschira Preis für verständliche Wissenschaft" verliehen bekam. Unter dem Motto "Schreiben Sie KlarText! –  damit auch andere verstehen, was Sie erforscht haben" wird diese mit 5.000 Euro dotierte Auszeichnung einmal im Jahr an junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vergeben, denen es gelingt, ihre Forschung allgemein verständlich darzustellen.

Diskussion anregen

"Das Thema Feinstaub ist von großer gesellschaftlicher Relevanz", betont Brüggemann. "Die OECD geht davon aus, dass Luftverschmutzung insgesamt bis 2050 eines der ganz großen Probleme sein wird. Über Feinstaub sollte also auch in der Gesellschaft diskutiert werden, nicht nur auf unseren Fachkongressen." Dazu hat er einen Beitrag geleistet.

Dass er die Grundlage für diesen Beitrag in Mainz geschaffen hat, ist einer glücklichen Fügung zu verdanken. Bis kurz vor seinem Diplom studierte Brüggemann an der Westfälischen Wilhelms-Universität in Münster. Seine Freundin allerdings lebt und studiert in Mainz. Das zog ihn an den Rhein. "2009 bewarb ich mich für ein Praktikum an der JGU."

Er kam zum Arbeitskreis von Prof. Dr. Thorsten Hoffmann am Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie. "Die Leute dort waren mir von Anfang an sympathisch, wir waren auf einer Wellenlänge. Ihre Forschung faszinierte mich." Brüggemann stieg intensiver ein. Es wurde ihm schließlich ermöglicht, seine Diplomarbeit extern in Mainz schreiben. "Ohne die große Kooperationsbereitschaft von Prof. Dr. Uwe Karst aus Münster und Prof. Dr. Thorsten Hoffmann hier in Mainz wäre das sicher nicht möglich gewesen."

JGU als ideales Umfeld

Für seine Dissertation wechselte Brüggemann endgültig nach Mainz. Er bewarb sich beim Max Planck Graduate Center mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, kurz MPGC, einer Kooperation der JGU und der Max-Planck-Gesellschaft, um ein Stipendium. "Das Stipendium sorgte nicht nur für meinen Unterhalt, es gab mir auch eine gewisse Freiheit und Selbstständigkeit bei meiner Forschung. Das waren ideale Bedingungen. Ein Jahr lang war ich sogar Student Speaker des Graduiertenkollegs und organisierte die Seminare."

Vor allem aber entwickelte Brüggemann eine Plasma-Ionenquelle zur Analytik von sekundären organischen Aerosolen. "Sekundäre organische Aerosole sind Partikel, die aus der Reaktion von Gasen entstehen", erklärt der 31-Jährige.

Solche Partikel lassen sich zum Beispiel messen, indem die Forscher einen Filter aufstellen und nach einer gewissen Zeit schauen, was sich darin gefangen hat. Mit den herkömmlichen Methoden können allerdings nicht alle Partikel analysiert werden. Es entsteht auch kein exaktes Abbild davon, was sich in einem bestimmten Gebiet im Laufe der Zeit abspielt, wie Aerosole entstehen, sich verteilen und wieder verschwinden.

In Echtzeit messen

All das ermöglicht aber Brüggemanns Messmethode. "Ich kann die Aerosole in Echtzeit untersuchen." So entsteht ein genaueres Bild von den Aerosolen in der Luft. Der Forscher ist quasi live dabei. "Das ist auch deswegen wichtig, weil sich Aerosole chemisch relativ schnell verändern. Sie bleiben maximal etwa zwei Wochen in der Atmosphäre." Schnelle und genaue Messungen sind nötig, um zu schauen, wie der Feinstaub zusammengesetzt ist und welche Folgen seine Zusammensetzung für die Gesundheit haben könnte.

Brüggemann stand nach Abschluss seiner Dissertation vor der Frage nach dem nächsten Schritt: Sicher, an der JGU waren die Bedingungen auf seinem Forschungsfeld ideal. "Aber es gibt eben nur wenige feste Stellen – wie an allen Universitäten." Auch die Industrie wäre eine Option gewesen, selbst wenn das eine größere Umstellung bedeutet hätte.

Anfang des Jahres entschied sich Brüggemann erst einmal für die Forschung: Für das Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) ging er ans Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon. "Dort arbeite ich in einem ähnlichen Bereich wie an der JGU, aber eben doch an einem neuen Aspekt. Dieser Blick über den Tellerrand war mir wichtig."

Feste Stellen sind rar

Auf ein Jahr ist der Vertrag zunächst befristet. Natürlich denkt Brüggemann darüber nach, was dann kommt. Er sieht durchaus Perspektiven, aber entschieden hat er noch nichts. Dass er gern an der JGU war, hat er  mehrfach erwähnt. Die Universität ist schließlich sehr gut aufgestellt, wenn es um die Erforschung der Atmosphäre geht. Und gerade die Aerosole geben noch viele Rätsel auf, die es zu lösen gilt.

"Aber feste Stellen sind eben schwer zu bekommen", wiederholt Brüggemann achselzuckend. Sicher wird er etwas finden. Vielleicht hilft ja auch der Preis der Klaus Tschira Stiftung auf dem weiteren Weg. Brüggemann hat schließlich bewiesen, dass er Forschung klar und spannend darstellen kann.