Chinesen trauen sich an manchen Tagen nur mit Mundschutz vor die Tür: Wenn mal wieder Smog-Alarm ausgerufen wurde. In Peking kletterte der Feinstaubindex im Winter auf die bisherige Höchstmarke von 600. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) warnt ab 25. Als Feinstaub-Welthauptstadt gilt Indiens 17-Millionen-Stadt Neu-Delhi, doch auch über Rom, Paris und Stuttgart hängt oft eine dreckige Glocke. Der Staub, kleiner als 0,1 Mikrometer, sinkt nicht sofort zu Boden, sondern bleibt in der Luft, ist nur bei bestimmtem Wetter zu sehen und kann in die Lungenbläschen gelangen. Der WHO zufolge sterben jährlich rund 3,7 Millionen Menschen (Stand 2012) in Folge von Luftverschmutzung. Andere werden herzkrank, erleiden Schlaganfälle, bekommen Lungenkrebs. Gleichzeitig zieht es immer mehr Menschen in die Städte. Die Verwaltungen haben dem tückischen Staub den Kampf angesagt. In der Regel werden an Smogtagen Fahrverbote erteilt. Erste Hilfe. Dass das ganze Jahr über die Luft verpestet wird, davon berichten die Häuser. Die angewurzelten Zeugen stehen herum mit ihren Fassaden, die, wenn sie nicht neu gestrichen werden, grauer und grauer werden. 

Ergrauen sollte das Vorzeigeprojekt Christlichen Glaubens auf keinen Fall, das die Katholische Kirche anlässlich ihres 2000-jährigen Geburtstages vor 16 Jahren in Rom erbauen ließ: die Misericordia-Kirche. Der US-amerikanische Stararchitekt Richard Meier schuf ein beeindruckendes Gotteshaus, nicht in Stein gemauert, sondern in Beton gegossen. Drei übergroße, weiße Betonsegel flankieren das Kirchenschiff und ragen in den mal blauen, mal grauen römischen Himmel. Jungfräulich weiß strahlt die Kirche noch nach vielen Jahren. Wie kann das sein?

Luigi Cassar, Leiter der Forschungsabteilung des im italienischen Bergamo ansässigen Zementherstellers Italcementi, hatte mit seinem Team Zement entwickelt, der sich selbst reinigt.  Bereits vorher hatten sich andere am Sauberhalten von Beton abgearbeitet, strichen Fassaden mit Silikonlösungen ein (die Anstriche verloren mit der Zeit ihre Wirkung) und experimentierten mit Reinigungschemikalien (beschädigten die Fassaden). Cassar dachte an Titanoxid (TiO2), ein wahres Multitalent. Sein Fachgebiet waren Katalysatoren, also Substanzen, die chemische Reaktionen beschleunigen. Wie Titanoxid. Er mischte das Mineral in den Zement. Das Europäische Patentamt kürte 2014 die als smogfressender Zement bezeichnete Erfindung zu einer der besten des Jahres. 

Ein simples Prinzip steckt dahinter: Tageslicht trifft auf eine Betonfassade, in der Partikel des Halbleiters TiO2 stecken. An die Fassade haben sich Stickoxide und andere organische Stoffe gehängt. Sie binden sich ans TiO2 und werden von ihm verstoffwechselt zu Nitrit, das wiederum zu Nitrat wird. Titanoxid liebt Wasser, ist hydrophil. Regnet es, perlt es deshalb nicht einfach in Form von Tröpfchen ab. Es benetzt die Fassade und wäscht sie dann ab. Im Gepäck das Nitrat. Angeblich hält die selbstreinigende Wirkung unbegrenzt an, die Katalysatoren überstünden alles unverändert.  

Welch‘ göttliches Mittel, dieses TiO2? Es kommt als natürliches Mineral, Eisenerz, in der Erdkruste vor, ist sechsthäufigstes Element und wird unter anderem in Norwegen, Finnland und im Süd-Ural gewonnen. Eigentlich wurde es bereits Ende des 18. Jahrhundert durch den Engländer William Gregor entdeckt, parallel dazu in anderer Molekül-Struktur vom Deutschen Heinrich Klaproth. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts gelang die industrielle Herstellung, vor etwa 60 Jahren wurde die Produktion angeschmissen. Jährlich werden laut Deutscher Rohstoffagentur weltweit mehr als 1,4 Millionen Tonnen TiO2 produziert (Stand 2014). 

Die Kristallstrukturen des Minerals sind besonders, da sie in der Natur selten in dieser Größe vorkommen. Sein Pulver gibt reinstes Weiß wieder, weil das Licht vollständig an den Pigmenten gestreut wir. Dieses Titanweiß, benannt nach einem griechischen Göttergeschlecht, es ermattet und vergilbt nicht, deckt bestens, hellt auf, brilliert, es verändert sich nicht bei Hitze oder Kälte. Ihm sollte eine Erfolgsstory bevorstehen. Und so mischt es heute überall mit: Als bedeutendstes Weißpigment in Farben; als Nanopartikel, ein Millionstel Millimeter, ist es transparent und im Vergleich zum Volumen durch seine große Oberfläche sehr aktiv. Es dient als UV-Absorber in Sonnencrèmes, lässt Lippen glänzen, macht Kaugummis, Papier, Tabletten und Sportklamotten weiß, Süßigkeiten, Käse und Soßen sehen appetitlicher aus. In Lebensmitteln wird Titanoxid als Zusatzstoff E171 aufgelistet. 

Die Idee des Luigi Cassar, Titanoxid in Zement zu mischen, griff um sich. Es folgten das Hauptquartier des Pariser Flughafens Charles-de-Gaulle, die „Cité de la Musique et des Beaux-Arts“ im französischen Chambéry und eine Schule im US-amerikanischen Pennsylvania, 2015 kam der italienische Pavillon auf der Weltausstellung in Mailand hinzu. Cassar behauptet, die Luftverschmutzung könne um 50 Prozent gesenkt werden, bedeckte man in einer Stadt wie Mailand die Oberflächen zu 15 Prozent mit dem Zement. Angeblich würde die Luft noch in mehreren Zentimetern Entfernung gereinigt werden. 

Wie ein weißer Schwamm, der reinigt.

Der Berliner Architekt Daniel Schwaag vom Büro Elegant Embellishment sieht die Luftreinigung auf Entfernung kritisch. Die Luft müsse die Oberfläche berühren, damit eine Umwandlung stattfinden kann. Um die Leistung der Titanoxid-Fassaden weiter zu erhöhen, veränderten er und seine Kollegin Allison Dring die Form der Fassade. In Mexiko City steht seit 2013 an einer der Hauptverkehrsachsen das „Manuel Gea González“-Krankenhaus, das die Architekten eingekleidet haben. Es sieht aus, als hätten sie ihm ein löchriges Oberteil verpasst. Oder als stünde dort eine Art weißer Schwamm. Jedenfalls sollen die TiO2 überzogenen Kunststoff-Paneelen Licht zu unterschiedlichen Tageszeiten in unterschiedlichen Winkeln auf den Katalysator treffen lassen können. Schwaag: „Das Krankenhaus wandelt CO2 von 1000 Autos am Tag  um.“ Und andere Luftschadstoffe. 

Im dänischen Aarhus ist der Wohnkomplex „Eisberg“ entstanden, dessen mit Titandioxid überzogene Alu-Dachplatten sich ebenfalls von Dreckluft ernähren. Und in der Baubranche wird derzeit intensiv mit dem Selbstreinigungseffekt geworben. Glasfassaden und Fenster, in die TiO2 gebrannt wurde, müssten seltener geputzt werden, WCs und Küchen seien „plötzlich“ geruchsfrei, Bootsrümpfe veralgten nicht mehr, Solarzellen erbrächten einen drei Prozent höheren Wirkungsrad. Eine Firma aus Fulda stellt TiO2-Pflastersteine her. Japan gilt als Titandioxid-Vorreiter: Zimmerpflanzen bekommen genauso eine Beschichtung ab wie die Fenster des Hochgeschwindigkeitszug Shinkansen N700. 

Doch bei manchem Wissenschaftler schellen die Alarmglocken angesichts dessen, dass TiO2 in Nanogröße in so vielen Lebensbereichen angewandt wird. Die Partikel setzten in menschlichen Zellen ähnliche Reaktionen in Gang wie in denen von Mäusen, heißt es. Entzündungsreaktionen könnten ausgelöst werden und so Gewebe oder DNS schädigen. In einer Rattenstudie hat das Helmholtz-Zentrum in München herausgefunden, dass TiO2-Partikel über die Lunge der Ratten in deren Körper gelangen können. Zwei Stunden lang hatten die Tiere etwa 20 Nanometer kleine Partikel eingeatmet, die radioaktiv markiert waren, um sie zu verfolgen. Viele blieben in der Lunge, manche drangen übers Blut in Leber, Niere, Milz, Herz und Hirn. Was, wenn sich das Mineral über Jahre in der Lunge ansammelt? Dr. Wolfgang Kreyling vom Helmholtz-Zentrum ist skeptisch: Vier Wochen nach dem Einatmen waren die Partikel noch genauso in den Ratten-Organe wie an Tag eins. „Sie sind im Körper weitgehend stabil.“ In einer anderen Studie seien Teilchen noch nach zwei Jahren nachgewiesen worden. Da helfe es auch nichts, dass Titandioxid ein natürliches Mineral ist. 

Reichern sich Partikel in den Organen an?

Studien-Kritiker weisen darauf hin, dass die Ratten extrem kleinen Nanopartikeln, kleiner als 20 Nanometer, ausgesetzt wurden. Diese kämen in der Realität in Produkten nicht vor – außer während der Herstellung. Kreyling argumentiert dagegen, es müsse ja nur zu einem Produktionsunfall kommen. Zudem sei es die erste Studie gewesen, die herauszufinden wollte, was Kleinst-Nanoteilchen anrichten können im Unterschied zu größeren. Er warnt gleichzeitig vor Panik und rät zur realistischen Beurteilung, wenn es um Wandfarben, Betonfassaden oder Fahrbahn-Beläge geht. Man muss sich fragen, ob und wie viel TiO2 aus einem Produkt austreten kann und ob es dann als Nanoteilchen oder als Pigment im Mikrometer-Bereich vorliegt. Achtung, wenn Kleinstteilchen durch Nase oder Mund gelangen: Der Magen-Darm-Trakt des Menschen habe sich im Laufe der Evolution zwar einigermaßen daran gewöhnt, die Lunge reagiere sensibler. Grundsätzlich gelte, „die Dosis macht’s. Mittlerweile wird TiO2 derart häufig eingesetzt. Wir haben keinen Überblick mehr, wieviel die Bevölkerung aufnimmt“. Wissenschaftler der Cambridge-Universität haben 2004 berechnet, wie viel TiO2 der Durchschnitts-Brite täglich aufnimmt, in Form von Tabletten, Zahnpasta, Süßigkeiten… 2,5 Milligramm. Kreyling: „Das ist viel, denn es addiert sich jeden Tag weiter auf.“ Solange es noch keine Langzeitstudien gebe, müsse konservativerweise davon ausgegangen werden, dass sich Partikel in Organen anreichern. „Die Exposition eines jeden beginnt kurz nach seiner Geburt.“ 

Architekt Daniel Schwaag sieht kein Gesundheitsrisiko für seine Kunststoffpanelen. „Solange nicht bewiesen ist, dass das Einatmen von TiO2 tödlich ist, ist es besser, die Luft von giftigen Stickoxiden zu reinigen, anstatt nichts zu tun und sich an diesen zu vergiften.“ Zudem würden Nanopartikel schnell zusammenkleben und damit keine Nanos mehr sein. Die Aktivität bliebe dennoch erhalten.

Moos als Alternative in Stuttgart.

Will man auf Nummer sicher gehen, könnte man folgender Smogfresser-Alternative vielleicht bald vertrauen: Am Institut für Verfahrens- und Textiltechnik (ITV) in Denkendorf bei Stuttgart wird an mit Moos bewachsenen Feinstaubwänden geforscht. Zackenmützenmoos. Veranlasst das, was der Hobbygärtner verpönt, Stadtverwaltungen künftig zu Luftsprüngen? In saubere? In der deutschen Smog-Metropole Stuttgart hat dieses Jahr der Prozess zur Fortschreibung des Luftreinhalteplans vor dem Verwaltungsgericht begonnen. Bürger fordern mehr Schutz vor Stickoxiden im Stuttgarter Kessel. Der Tagesgrenzwert für Feinstaub wurde 2015 an 63 Tagen überschritten. Das Moos hätte in Stuttgart also reichlich Nahrung. Warum Moos? Es ist klein, wächst dicht und weil es keine Wurzeln hat, nimmt es Nährstoffe über seine Blätter auf. Die Papillen auf den Blättern ziehen Feinstaub elektrostatisch an. Wie viel Staub das Moos verdauen kann, ist noch unklar. Zwei Haken hat das  praktische Unkraut: Es reagiert gestresst, wenn es Sonne direkt abbekommt und muss bewässert werden. Weil jede der 20.000 Moos-Arten anders ist, müssen für optimale Wachstumsbedingungen Daten an den Straßen gesammelt werden. 

Werden in Zukunft Moos, TiO2-Zement oder noch etwas ganz anderes die Bewohner unserer Großstädte aufatmen lassen? Das Fazit: Beide Erfindungen könnten helfen, die giftige Feinstaubbelastung in den Städten zu senken. Beide sind aber auch „End-of-Pipe-Lösungen“ – der Versuch, Schlechtes weniger schlecht zu machen. Besser wäre es, von Vornherein „das Gute“ zu fördern. Städte brauchen keine Dunstglocken. Die müssen gar nicht erst entstehen, wenn der Öffentliche Nahverkehr ausgebaut wird, ein besseres Image bekommt und wenn man auf dem Rad schneller vorankommt als mit dem Auto, wenn Radler Vorfahrt haben und klug geplant sind.