Einsatz von Titandioxid Hoffnungsträger mit Fragezeichen

Titandioxid ist ist die eierlegende Wollmilchsau der Chemie. Mit Sonnenhilfe kann die Substanz Abwässer, Luft und Oberflächen reinigen sowie Strom produzieren. Doch noch sind etliche Probleme ungelöst - und Risiken offen.

Von Andrea Hoferichter

Klingt es im Fraunhofer-Institut für Oberflächen- und Schichttechnik in Braunschweig so, als springe ein Mofa an, ist eine andere Dreckschleuder in Aktion. "Unsere Dreckspritze", sagt Michael Vergöhl und zeigt zwei Edelstahlkessel mit Schlauch und Düse. Das Gerät sprüht Schmutz auf eine mit Titandioxid beschichtete Glasplatte. Die Schicht bewirkt, dass sich der Dreck unter UV-Licht zersetzt, statt kleben zu bleiben. Dieses Phänomen wollen Forscher nutzen, um künftig Fotovoltaikanlagen von Staub oder Smartphones von Fingerabdrücken zu befreien.

Es sind nur zwei von vielen Einsatzmöglichkeiten für Titandioxid, das bisher vor allem als Weißpigment in Farben und Zahnpasta bekannt ist. Die simple Substanz - jedes Molekül besteht aus einem Titan- und zwei Sauerstoffatomen - ist die eierlegende Wollmilchsau der Chemie. Mit Sonnenhilfe kann sie Abwässer und Luft reinigen, Strom produzieren und aus Wasser Wasserstoff entstehen lassen. "Titandioxid ist ein Halbleiter wie Silizium. Sonnenlicht regt darin Elektronen an, die sich vielfältig nutzen lassen", sagt Vergöhl.

Die fotokatalytische Wirkung wurde vor 40 Jahren von Akira Fujishima entdeckt, der als Kandidat für den diesjährigen Chemie-Nobelpreis galt. Doch erst seit Kurzem sollen die Talente der Chemikalie ausgeschöpft werden. Dabei geht es meist um Titandioxid im Nanoformat. "Zum einen ist es dann farblos, zum anderen auch fotokatalytisch aktiver", sagt Vergöhl.

Mit Titandioxid gespickte Farben, beschichtete Pflastersteine und Ziegel sind schon auf dem Markt. Sie sollen Schadstoffe abbauen. An der A 1 bei Osnabrück prüfen Forscher, wie gut das funktioniert. Eine beidseits fotokatalytisch beschichtete Lärmschutzwand soll Schadstoffe aus der Luft entfernen. "So kann der Stickstoffgehalt um vier bis fünf Prozent verringert werden", sagt Detlef Bahnemann von der Uni Hannover. "Klingt nicht nach viel, macht aber einen spürbaren Effekt." Davon ist wohl auch die Bundesanstalt für Straßenwesen überzeugt. Sie hat ein Projekt über zwei Millionen Euro ausgeschrieben, um die belastete Luft an Ein- und Ausgängen von Autobahntunneln zu reinigen.

Risiken der Nano-Partikel sind ungeklärt

Die solare, titandioxidgetriebene Wasserstoffproduktion aus Wasser, etwa in großen Glasmodulen an Fassaden ist laut Bahnemann ebenfalls vielversprechend. DFG und Forschungsministerium fördern Projekte dazu mit Millionen. "In fünf bis zehn Jahren wollen wir Effizienzen zwischen fünf bis zehn Prozent erreichen", sagt er.

Ein Problem muss zuvor gelöst werden: Titandioxid schluckt überwiegend UV-Licht und lässt den sichtbaren Bereich des Lichts fast ungenutzt durch. Die Folge: niedrige Wirkungsgrade und langwierige Prozesse. Um Fingerabdrücke auf Handys verschwinden zu lassen, müssten sie bis zu vier Stunden in der Sonne liegen. Und für Innenräume ist die mäßige Lichtabsorption ein Ausschlusskriterium. Forscher versuchen deshalb, die Empfindlichkeit des Materials in das sichtbare Spektrum auszudehnen.

Das vermeintliche Wundermittel hat einen zweiten Schwachpunkt. Noch ist unklar, ob und wie Nanopartikel in die Umwelt und den menschlichen Körper gelangen. Studien zur Giftigkeit kommen zu widersprüchlichen Aussagen. "Wie groß gesundheitliche Risiken sind, ist ungewiss", sagt Bahnemann. Die Wirkung der Teilchen hängt nicht nur von der Größe, sondern auch von der Struktur ab. Deshalb müsste jede Teilchensorte auf ihre biologische Wirkung geprüft werden.

Dass titanbasierte Verfahren nicht per se sauber sind, haben Fraunhofer-Forscher kürzlich festgestellt. Als sie einen chinesischen Luftreiniger für Innenräume prüften, kam auch schädliches Formaldehyd aus dem Gerät. "Am Titandioxid lag es aber nicht", sagt Vergöhl. "Da wurden offenbar minderwertige Kunststoffe verbaut."