Forschung 20.07.2007, 19:29 Uhr

„Das ist wie Busfahren in 3-D“  

VDI nachrichten, Friedrichshafen, 20. 7. 07, sta – Es gibt Moleküle, die befreien unsere Umgebungsluft von verschmutzenden Spurengasen. Sie sind überlebenswichtig für Menschen und Tiere. Unklar ist bisher, wo und wie diese „Waschmittel“ entstehen. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich sind diesem Rätsel nun auf der Spur – und zwar im Zeppelin. Bei einer ersten Probefahrt waren die VDI nachrichten mit an Bord.

Schon das Erklimmen des Zeppelins ist abenteuerlich. Kein Flugsteig, keine überdachte Gangway. Der Weg in die Gondel führt allein über eine fünfstufige Treppe. Sie ist in die hintere Tür eingehängt und schwankt. Das ganze Luftschiff schwankt. Den Bodenkontakt hat es bereits verloren. Behäbig wie ein Wal im Wasser bewegt es sich im Wind. Die Schwanzflosse holt gemächlich aus. Mal geht es einen halben Meter nach links, dann wieder nach rechts. Nur die Nase des 75 m langen Kolosses ist fest vertäut. Ein einziges Kunststoffseil hält den Giganten im Zaum. Das reißfeste Spezialgeflecht endet an einem etwa 14 m hohen Teleskopmast. Dieser steht auf einem aufgestelzten und gewichtigen Dreiachser.

Von alleine kann sich der Riese nicht losreißen. Deshalb gibt Kapitän Oliver Jäger seiner nur 3-köpfigen Bodencrew ein Signal: Leine los! Sofort steigt der Zeppelin NT, Typ LZ N 07, gen Himmel. Für den zügigen Auftrieb sorgen neben den drei schwenkbaren Propellern vor allem die rund 8000 m3 Helium im Inneren der Hülle. Dank dieses unbrennbaren Gases hat das Luftschiff eine statische Schwere von nur 300 kg. Gemessen am tatsächlichen Startgewicht von rund 7 t ist das geradezu federleicht.

Auch die Passagiere fühlen sich schwerelos. Nichts ruckelt, nichts vibriert. Der Flug ist stilles Schweben. Die jeweils 147 kW starken Motoren sind kaum zu hören. Der „Lärm“ ist vergleichbar mit dem Innengeräusch eines fahrenden Autos. Selbst bei geöffnetem Fenster ist eine Unterhaltung problemlos möglich.

Am Boden wird der gewaltige Hangar schnell kleiner. Schon eine Minute nach dem Take-off wird die Gurtpflicht aufgehoben. „Sie dürfen sich nun frei bewegen“, erklärt Flugbegleiterin Annegret Folz. Die großflächigen Seitenfenster erlauben es, den Blick über den gesamten Horizont schweifen zu lassen. Atemberaubend ist vor allem der Blick aus der schräg eingebauten Panoramascheibe am Heck des Passagierraums. Wer sich traut, kann senkrecht nach unten sehen. In Zeitlupe ziehen Häuser, Flüsse und Straßen vorbei.

Es geht aber auch anders. Der vermeintlich träge Heliumsack hängt nämlich erstaunlich gut am Gas. Er erreicht immerhin eine Spitzengeschwindigkeit von 125 km/h. Außerdem ist er sehr wendig. Zwei Handgriffe genügen, um aus dem dahingleitenden Luftschiff einen Himmelsstürmer oder einen Kamikaze-Flieger zu machen: Mit dem Sidestick zu seiner Linken regelt der Pilot die Position der Höhen- und Seitenruder. Mit drei Schiebern zu seiner Rechten bestimmt er den Winkel der Propeller. Über ihm befinden sich außerdem noch fünf große Hebel. Mit ihnen wird der Heliumdruck sowie das Volumen von zwei Ballonets beeinflusst. Diese großen Luftsäcke im inneren der Helium-Hülle werden peu à peu entleert, wenn sich das Helium während des Aufstiegs ausdehnt. Beim Sinkflug werden sie wieder aufgeblasen, damit die Hülle immer prall gefüllt bleibt. „Wenn die Ballonets vollkommen entleert sind, hat der Zeppelin seine reguläre Maximalhöhe erreicht“, erläutert Jäger. In Extremsituationen könne allerdings noch etwas höher geklettert werden. Dazu müsse lediglich der Gasdruck etwas weiter erhöht werden. „Platzen kann die Hülle aber nicht“, beruhigt der Pilot. „Irgendwann öffnen sich Notventile.“ Abgestürzt sei ein NT noch nie.

Prof. Dr. Andreas Wahner ist von soviel Bewegungsfreiheit und Sicherheit begeistert. „Das ist ja wie Busfahren in 3-D.“ Wahner ist Direktor des Instituts für Chemie und Dynamik der Geosphäre (ICG) am Forschungszentrum Jülich. Sein besonderes Interesse gilt der planetaren Grenzschicht. Sie beginnt an der Erdoberfläche und reicht gut 1 km in die Höhe. In ihr werden die meisten luftverschmutzenden Substanzen, die von Menschen erzeugt werden, durch chemische Umwandlung abgebaut. Doch viele Details dieses Prozesses sind noch unbekannt. Bislang fehlten geeignete Fluggeräte, um Licht ins Dunkel der erdnahen Wäschekammer zu bringen. Hubschrauber verwirbeln die Luft zu sehr, Jets und Propellermaschinen fliegen zu schnell und sind zu laut für bodennahe Operationen, Heißluftballons sind zu windabhängig.

„Der Zeppelin ist genau das, was wir gesucht haben“, so Wahner. „Er kann bis zu 24 Stunden fliegen und in der Luft stehen bleiben. Außerdem kann er viele Analysewerkzeuge tragen, ist dabei sehr leise und vibrationsarm.“

Wahner und sein Team wollen erfahren, wo und unter welchen Bedingungen sich die „Waschmittel“ der Atmosphäre bilden, wie sie wirken und welchen Einfluss eine zunehmende Luftverschmutzung auf sie hat. Unter besonderer Beobachtung steht dabei das Hydroxylmolekül (OH). Es reagiert blitzschnell mit fast allen Substanzen in der Luft, ist also eine Art Universalreiniger.

Zu seiner Entstehung gibt es ein Modell. Demnach ist seine Hauptquelle ausgerechnet Ozon. Dieses toxische Treibhausgas entsteht vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger. Reicht es also aus, mehr Abgase zu erzeugen, um mehr Reinigungskräfte zu entfalten? Eher nicht. Denn wenn OH z.B. Kohlenmonoxid (CO) aus der Atmosphäre entfernt, bildet sich unter Lichteinwirkung wieder neues Ozon. Es kommt ggf. zu Sommersmog.

Ein weiterer OH-Lieferant ist salpetrige Säure (HNO2). Zu deren Ursprung gibt es zwei Theorien: Nach der ersten entsteht sie vor allem am Boden, etwa wenn die aus Verbrennungsprozessen oder mikrobiellen Aktivitäten entstehenden Stickoxide zusammen mit Licht auf Humus einwirken. Nach der zweiten entsteht sie – nach dem gleichen Muster – an der organischen Oberfläche von Aerosolen, also Schwebeteilchen in der Luft. Demnach könnte ein verstärktes Aufkommen etwa von Staub- oder Rußpartikeln die OH-Produktion ankurbeln und somit die Reinigungsleistung gesteigert werden.

Aktiv eingreifen in den Reinigungsprozess will Wahner aber keinesfalls. „Das wäre Geo-Engineering. Bevor man damit anfängt, muss man alle Prozesse in der gesamten Atmosphäre verstanden haben. Davon sind wir aber noch weit entfernt. Wir liefern lediglich erste Fakten.“

Zum Sammeln der Fakten wurde der Zeppelin vergangenen Woche vollgestopft mit Equipment. In der Gondel stehen jetzt mehrere kühlschrankgroße Racks. Darin eingebaut sind Geräte, welche die Luft bis ins letzte Detail analysieren können. Oben auf der extra verstärkten Heliumkammer wurde zusätzlich eine etwa 500 kg schwere Plattform installiert. Auf dieser frei angeströmten Fläche steht die Technik, welche die „Waschmittel“-Moleküle zählen soll (siehe Kasten).

Seit vergangenen Sonntag ist das Luftschiff im Dienste der Wissenschaft unterwegs. Bis Mittwoch sammelte es Daten über dem Bodensee. Seit gestern kreuzt es an der Grenze zwischen Rheinland-Pfalz und Baden-Württemberg. Über dem Bienwald bei Karlsruhe sollen beispielsweise Vertikalprofile geflogen werden. Ziel ist, mehr über die Höhenverteilung der OH-Moleküle zu erfahren. Anschließend wird ein „Lagrange“-Experiment über Mannheim und Ludwigshafen durchgeführt. Dabei fliegt der Zeppelin in der Abluftfahne der Städte. Ermittelt wird, wo und wann bestimmte Spurengase umgewandelt werden.

Während der Forschungsflüge ist neben dem Piloten nur der Doktorand Andreas Oebel an Bord. Er trägt die gesamte Verantwortung für alle Messreihen. Angesichts dieser Bürde wird er kaum Zeit finden, die besondere Atmosphäre an seinem Arbeitsplatz zu genießen. Auf Hilfe von Kollegen muss er aber verzichten. Für jedes Gramm Mensch müsste ein Teil Technik am Boden bleiben. Die Tragkraft des Zeppelins ist bis an die Grenzen ausgelastet. Wahner scherzt: „Andreas hat sich für diesen Job nicht allein wegen seines Fachverständnisses qualifiziert – er ist auch der leichteste im Team.“ S. ASCHE

www.zeppelin-nt.de
www.fz-juelich.de

Von S. Asche

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