Oberpfaffenhofen / Ludwigshafen – Solare ultraviolette Strahlung, kurz UV-Strahlung, ist aufgrund ihrer Wellenlänge unterhalb von 400 Nanometern für den Menschen zwar nicht sichtbar, ihre Auswirkungen jedoch umso mehr. UV-Strahlung kann zum Beispiel unsere Haut schneller altern lassen, aber auch Materialien, insbesondere Kunststoffe, werden unter Einwirkung von UV-Strahlung porös. Die Haut können wir auf vielfältige Weise schützen, zum Beispiel durch entsprechende Kleidung oder mit Hilfe von Sonnenschutzmitteln. Für den UV-Schutz von Kunststoffen bedient man sich Lichtschutzmitteln, die als Additive beigegeben werden. Diese werden schon während der Produktion dem Kunststoff beigemischt und wirken ähnlich wie eine Sonnenmilch.
Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen haben nun einen umfangreichen Satz globaler Karten erstellt, welche die für die Kunststoffzersetzungen relevante UV-Strahlungsdosis in allen Regionen der Welt anzeigt. Mit Hilfe dieser Karten können Unternehmen die Dosierung der Additive optimieren und so ein regional angepasstes, robusteres Produkt anbieten. Der global tätige Chemiekonzern BASF hatte die Karten beim DLR angefragt und diese nun zur exklusiven Nutzung in Lizenz genommen.
Vielzahl an Einflussfaktoren
Dr. Ralf Meerkötter vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre, Leiter des Projektes, hat ein Verfahren entwickelt, um unter Zuhilfenahme von Satellitendaten genau berechnen zu können, wieviel solare UV-Strahlung den Boden erreicht. Dabei spielen mehrere Faktoren eine Rolle: Neben dem von der Tageszeit, dem Datum und dem vom Ort abhängigen Sonnenstand sind es in erster Linie die räumlichen und zeitlichen Verteilungen von Wolken, atmosphärischem Ozon, Schnee und Eis sowie die Geländehöhe, welche die lokale UV-Intensität, genauer die UV-Strahlungsflussdichte, am Boden bestimmen. Einflussgrößen wie die sogenannte optische Dicke der Wolken (ein Maß für die Transmission) und die Ozonsäulendichte (Ozongehalt der gesamten vertikalen atmosphärischen Säule) entstammen täglicher Messdaten amerikanischer und europäischer Satelliten der polarumlaufenden NOAA und MetOp Serie. Mit Hilfe der genannten Einflussgrößen wird der tägliche Verlauf der über den Wellenlängenbereich von 290 bis 400 Nanometern integrierten UV-Strahlungsflussdichte an jedem Punkt der Erde mit einer räumlichen Auflösung von 0,1 Grad in geografischer Länge und Breite berechnet. Eine zeitliche Integration liefert schließlich die UV-Tages-, Monats- und -Jahresdosiswerte.
Die globalen Verteilungen der UV-Monats- und -Jahresdosen hat Dr. Meerkötter für den Zeitraum von Januar 2000 bis Dezember 2015 berechnet und als digitale Karten bereitgestellt. Zusätzliche Bodenmessungen von BASF validieren die Daten darüber hinaus. Das Bild zeigt als Beispiel eine auf den Maximalwert normierte UV-Monatsdosis für den September des Jahres 2008. Klar erkennbar sind hohe Werte der UV-Dosis in den wolkenarmen Regionen der Erde, wie beispielsweise über den Wüsten oder in den Gebirgsregionen der Anden oder des Himalaya. Allem überlagert ist der Einfluss des Sonnenstandes, welcher einen starken Abfall der UV-Dosis zu höheren Breiten hin zur Folge hat.
Wertvolle Informationen
Für die BASF sind diese UV-Karten für die Produktion von vielfältigen Kunststoffen (Polymere), von großer Bedeutung. Dank der Karten kann das Unternehmen nun Produkte herstellen, die für die Bedürfnisse der Kunden noch besser geeignet sind. Der gezieltere Einsatz von Kunststoffadditiven erlaubt die Erzeugnisse besser vor der solaren UV-Strahlung zu schützen, ohne die Additive jedoch überdosieren zu müssen. Die Kunststoffprodukte können dadurch länger genutzt werden.
DLR-Technologiemarketing
Die Zusammenarbeit des DLR mit Industriepartnern ist ein wichtiger Teil der Unternehmensstrategie des Forschungszentrums. Das DLR-Technologiemarketing, das auch diese Kooperation betreute, bildet die Schnittstelle zwischen Forschung und Industrie. Zuständig für den Branchen übergreifenden Transfer von Technologien des DLR, helfen die Mitarbeiter dieser Einrichtung Forschungsergebnisse zu anwendungsfähigen Technologien zu machen, untersuchen Märkte und Trends, entwickeln Innovationsideen, sichern Wettbewerbsvorteile durch Schutzrechte, schließen vertragliche Vereinbarungen über die Vermarktung von DLR-Technologien und unterstützen Spin-offs aus dem DLR.