Forschung: Innovativer Betonzusatz Photoment®

Innovativer Betonzusatzstoff mindert Schadstoffbelastung

Innovativer Betonzusatzstoff mindert Schadstoffbelastung
Bild: Michael Schwarzenberger / Pixabay

Innovativer Betonzusatzstoff mindert Schadstoffbelastung

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Erstellt mit DeepSeek, 04.05.2026

Foto / Logo von DeepSeekDeepSeek: Forschung & Entwicklung von photokatalytischen Betonzusatzstoffen – Von der Nanopartikel-Optimierung zur urbanen Luftreinhaltung

Der vorliegende Pressetext stellt mit Photoment® einen innovativen Betonzusatzstoff vor, der durch photokatalytische Aktivität Schadstoffe wie Stickoxide abbaut. Dieses Thema ist ein Paradebeispiel für angewandte Materialforschung und Verfahrenstechnik, bei der die Grenzen zwischen Chemie, Bauphysik und Umwelttechnologie verschwimmen. Der folgende Bericht beleuchtet den aktuellen Stand der Forschung und Entwicklung in diesem Bereich, von der Optimierung der Titandioxid-Nanopartikel über großflächige Pilotprojekte bis hin zur Bewertung der praktischen Übertragbarkeit und der noch offenen Forschungslücken. Der Leser gewinnt einen fundierten Einblick in die wissenschaftlichen Grundlagen, die laufenden Innovationsprozesse und die realen Potenziale dieser Technologie für die Bau- und Immobilienwirtschaft.

Aktueller Forschungsstand im Überblick

Die Forschung zu photokatalytischen Baumaterialien, insbesondere zu Betonzusatzstoffen auf Basis von Titandioxid (TiO₂), hat in den letzten zwei Jahrzehnten einen rasanten Aufschwung erlebt. Während die Grundlagenforschung zum photokatalytischen Effekt des TiO₂ unter UV-Licht bereits in den 1970er Jahren begann, konzentriert sich die heutige Forschung auf die praktische Anwendbarkeit im Bauwesen. Der aktuelle Stand lässt sich in drei zentrale Säulen unterteilen: Erstens die Materialoptimierung, bei der es um die Steigerung der Reaktivität auch unter sichtbarem Licht ("Visible-Light-Active Photocatalysis") geht. Zweitens die Lebenszyklusanalyse, die die tatsächliche Schadstoffreduktion unter realen Wetter- und Verkehrsbedingungen quantifiziert. Drittens die Systemintegration, also die Frage, wie solche Materialien in bestehende Bauprozesse, Normen und städtebauliche Konzepte eingebunden werden können. Die vom Pressetext zitierten Studien der TU Berlin und der Universität Mainz sind repräsentativ für diesen wissenschaftlichen Fortschritt, zeigen aber auch, dass viele Parameter wie die Langzeitstabilität, die Abriebfestigkeit und die genaue Wirkungskinetik noch Gegenstand laufender Forschung sind.

Relevante Forschungsbereiche im Detail

Übersicht der aktuellen Forschungsschwerpunkte
Forschungsbereich Status Praxisrelevanz Zeithorizont
Materialoptimierung (TiO₂-Dotierung): Einbau von Stickstoff, Kohlenstoff oder Metallen in das TiO₂-Kristallgitter, um die Aktivität unter sichtbarem Licht zu erhöhen. In der fortgeschrittenen Laborphase. Erste vielversprechende Ergebnisse zur Effizienzsteigerung um 20-40% gegenüber reinem TiO₂. Sehr hoch – ermöglicht den Einsatz in Innenräumen und bei diffusem Licht, erweitert das Anwendungsspektrum erheblich. 3-5 Jahre bis zur Marktreife erster Produkte
Alternativkatalysatoren (ZnO, WO₃, g-C₃N₄): Suche nach preiswerteren oder effizienteren Alternativen zu TiO₂, z.B. Zinkoxid (ZnO) oder Graphit-Kohlenstoffnitrid. Grundlagenforschung und Screening. TiO₂ bleibt aktuell der Goldstandard. Mittel – vielversprechende Ansätze, aber noch weit von der industriellen Anwendung entfernt. Langzeitstabilität oft unzureichend. 5-10 Jahre
Lebenszyklusanalyse und Alterung: Untersuchung der Abnahme der photokatalytischen Aktivität über Jahre hinweg durch Verschmutzung, Abrieb, Auswaschung und UV-Alterung der Betonmatrix. Wichtige Langzeitstudien laufen an mehreren Instituten (z.B. Fraunhofer IBP, EMPA). Erste Daten für 5-10 Jahre liegen vor. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeitsberechnung. Produkte wie Photoment® belegen eine stabile Aktivität, die genauen Degradationskurven sind jedoch produktabhängig. 1-3 Jahre bis zu verlässlichen Lebensdauerprognosen
Nebenprodukt- und Risikobewertung: Analyse der entstehenden Nitrat-Ionen, die durch Regen ausgewaschen werden. Untersuchung möglicher ökotoxikologischer Effekte und des Verbleibs der Nanopartikel in der Umwelt. Laufende Forschungsprojekte, z.B. an der ETH Zürich und der TU Darmstadt. Die bisherigen Ergebnisse zeigen ein geringes Risiko, aber Datenlücken bestehen noch. Mittel bis hoch – für die Genehmigung und öffentliche Akzeptanz unerlässlich. 2-4 Jahre für umfassende Risikobewertungen
Selbstreinigungs- und Antifouling-Effekte: Optimierung der hydrophilen Eigenschaften der Photokatalyse, um Moos, Algen und Flechten dauerhaft zu reduzieren. Gut erforscht und markterprobt. Photoment® und ähnliche Produkte zeigen signifikante Erfolge. Sehr hoch – direkter Nutzen für Gebäudeeigentümer (Reinigungsaufwand, Fassadenschutz). Bereits heute verfügbar, stetige Optimierung

Wichtige Forschungseinrichtungen und Projekte

Die Forschung zu photokatalytischen Baustoffen wird international von zahlreichen renommierten Institutionen vorangetrieben. Im deutschsprachigen Raum ist neben der TU Berlin und der Universität Mainz (beide im Pressetext genannt) vor allem das Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) ein zentraler Akteur. Das IBP untersucht in Langzeitversuchen die Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit photokatalytischer Beschichtungen auf realen Bauwerken. Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in der Schweiz forscht an neuen Katalysatormaterialien und deren Integration in zementöse Systeme. Ein besonders bekanntes Pilotprojekt ist die "Church of the Jubilee" in Rom – eine der ersten Großanwendungen von selbstreinigendem, photokatalytischem Beton. In Deutschland gibt es mehrere Modellprojekte in Städten wie Stuttgart und München, bei denen photokatalytische Pflastersteine oder Fassadenelemente zur Minderung der Luftbelastung in stark befahrenen Straßen eingesetzt werden. Die EU fördert zudem Verbundprojekte wie "LIGHTCON" und "PHOTOBETON", die grundlegende Forschungsfragen zur Kinetik der Schadstoffminderung klären sollen.

Vom Labor in die Praxis: Übertragbarkeit

Die Übertragbarkeit der Forschungsergebnisse in die Baupraxis gestaltet sich als komplexer Prozess. Während die grundsätzliche photokatalytische Aktivität von TiO₂ im Labor unter optimalen Bedingungen (hohe UV-Intensität, definierte Schadstoffkonzentration, optimale Feuchte) leicht nachweisbar ist, zeigen sich in der Praxis erhebliche Abweichungen. Die Effizienz hängt stark von den realen Umweltbedingungen ab: Bewölkung reduziert die verfügbare UV-Strahlung, Regen schwemmt nicht nur die Mineralisierungsprodukte ab, sondern kann auch die Reaktionsgeschwindigkeit verringern, und Verschmutzungen (Ruß, Reifenabrieb) können die aktiven Zentren der Katalysatoren blockieren. Die im Pressetext genannte "geprüfte Wirksamkeit" durch die TU Berlin und die Universität Mainz bezieht sich daher in der Regel auf standardisierte Labor- oder Kammerversuche. Die Übertragbarkeit auf ganze Gebäude oder Stadtviertel wird derzeit in Feldstudien untersucht. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Schadstoffreduktion im realen Straßenraum spürbar, aber deutlich geringer ausfallen kann als im Labor. Die Praxisrelevanz ist dennoch gegeben, da selbst eine Reduktion der Stickoxidbelastung um 10-15% in Hotspots wie Ampeln oder Bushaltestellen einen messbaren gesundheitlichen und ökologischen Beitrag leisten kann.

Offene Fragen und Forschungslücken

Trotz der beachtlichen Fortschritte bestehen noch erhebliche Forschungslücken. Eine zentrale Frage ist die Langzeitstabilität und Regenerierbarkeit der photokatalytischen Aktivität. Während Produkthersteller wie der Anbieter von Photoment® von einer dauerhaften Wirkung ausgehen, zeigen unabhängige Langzeitstudien, dass die Aktivität durch Abrieb und Versinterung der Betonoberfläche über die Zeit nachlässt. Die genauen Mechanismen und die zeitliche Kinetik dieser Degradation sind noch nicht vollständig verstanden. Ein weiterer offener Punkt ist die Expositions- und Risikobewertung der eingesetzten Nanopartikel. Aktuelle Forschungsarbeiten deuten darauf hin, dass TiO₂-Nanopartikel fest in die Zementmatrix eingebunden sind und nicht freigesetzt werden, wenn der Beton intakt ist. Die Alterung und mechanische Beanspruchung (z.B. beim Fräsen oder Brechen von Beton) könnte jedoch zu einer Freisetzung führen. Die gesundheitlichen und ökologischen Langzeitfolgen werden derzeit intensiv erforscht. Schließlich ist die Frage der Systemeffizienz noch nicht abschließend geklärt: Wie viel Schadstoff wird unter typischen urbanen Bedingungen wirklich mineralisiert, und wie groß ist der Beitrag zur Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte im Vergleich zu anderen Maßnahmen (z.B. Verkehrsberuhigung, Luftfilteranlagen)?

Praktische Handlungsempfehlungen

Für Bauherren, Planer und kommunale Entscheider, die die Integration photokatalytischer Betonzusatzstoffe wie Photoment® in Erwägung ziehen, ergeben sich aus dem aktuellen Forschungsstand folgende Handlungsempfehlungen: Prüfung der Standortbedingungen: Photokatalyse benötigt ausreichend Sonnenlicht. In stark verschatteten Innenhöfen oder an Nordfassaden ist die Effizienz stark eingeschränkt. Hier sind Produkte mit erhöhter Aktivität im sichtbaren Licht (Visible-Light-Active) zu bevorzugen. Anforderung an die Langzeitdaten: Fordern Sie von Herstellern repräsentative Lebenszyklusdaten an, die die Abnahme der Aktivität über mindestens 5 Jahre dokumentieren. Vorsicht vor übertriebenen, nur auf Laborwerten basierenden Versprechungen. Kombination mit anderen Maßnahmen: Betrachten Sie den photokatalytischen Beton als einen Baustein einer integrierten Strategie zur Luftreinhaltung. Der Effekt entfaltet sein volles Potenzial am besten in Kombination mit begrünten Fassaden, emissionsarmen Verkehrskonzepten und grüner Infrastruktur. Dokumentation und Monitoring: Planen Sie bei größeren Projekten ein Monitoring ein, um die tatsächliche Schadstoffreduktion vor Ort zu messen. Nur so können belastbare Daten für spätere Planungen gewonnen werden.

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Erstellt mit Grok, 03.05.2026

Foto / Logo von GrokGrok: Photokatalytische Betonzusatzstoffe – Forschung & Entwicklung

Der Pressetext zum Betonzusatzstoff Photoment® hebt die photokatalytische Wirkung von Titandioxid (TiO2) zur Reduktion von Schadstoffen wie Stickoxiden hervor, was nahtlos an die Materialforschung im Bauwesen anknüpft. Die Brücke zu Forschung & Entwicklung liegt in der fortlaufenden Optimierung solcher Zusatzstoffe durch Labortests, Pilotprojekte und Langzeitstudien, die die Wirksamkeit unter realen Bedingungen prüfen. Leser gewinnen echten Mehrwert durch einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand, der hilft, innovative Baustoffe praxisnah einzusetzen und gesetzliche Umweltvorgaben wie die EnEV zu erfüllen.

Aktueller Forschungsstand im Überblick

Die Forschung zu photokatalytischen Betonzusatzstoffen basiert auf der photokatalytischen Aktivität von Titandioxid, das unter UV-Licht Schadstoffe wie NOx, Ozon und organische Verbindungen abbaut. Bereits seit den 1990er Jahren werden solche Materialien erforscht, mit ersten kommerziellen Anwendungen in Japan und Europa. Der aktuelle Stand umfasst bewährte Labortests, die eine NOx-Reduktion von bis zu 50 Prozent unter optimalen Bedingungen zeigen, wie von der TU Berlin und der Universität Mainz bestätigt.

Weiterhin in der Forschung befinden sich Doping-Strategien mit Metallen wie Platin oder Stickstoff, um die Aktivität auch bei sichtbarem Licht zu ermöglichen, da reines TiO2 nur UV-Licht nutzt. Pilotprojekte in Städten wie Rom und Mailand haben die Langzeitwirkung an Fassaden und Straßen demonstriert, wobei die Abbauraten in realen Umgebungen bei 20-30 Prozent liegen. Offene Hypothesen betreffen die Skalierbarkeit für große Flächen und die Kombination mit anderen nachhaltigen Materialien.

In Deutschland treiben Institute wie das Fraunhofer-Institut für Bauphysik und die TU München die Entwicklung voran, mit Fokus auf Lebenszyklusanalysen. Die Übertragbarkeit in die Praxis ist hoch, da Zusatzstoffe einfach in den Betonmix eingearbeitet werden können, ohne die mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Dennoch erfordert die Anwendung genaue Planung bezüglich Ausrichtung und Reinigung, um die Wirksamkeit zu maximieren.

Relevante Forschungsbereiche im Detail

Die Kernbereiche der Forschung umfassen Materialzusammensetzung, photokatalytische Effizienz und Integration in Bauprozesse. Labortests testen die Nano-Partikelverteilung im Beton, um Agglomeration zu vermeiden, die die Aktivität mindert. Feldstudien evaluieren reale Abbauraten unter variierenden Witterungsbedingungen, was für die Praxistauglichkeit entscheidend ist.

Forschungsbereiche, Status, Praxisrelevanz und Zeithorizont
Forschungsbereich Status Praxisrelevanz Zeithorizont
Photokatalytische Effizienz von TiO2: Optimierung der Partikelgröße und Oberflächenstruktur Erforscht/bewiesen (Labortests >95% NOx-Abbau unter UV) Hoch: Direkte Schadstoffreduktion an Gebäuden Kurzfristig (bereits einsetzbar)
Doping mit Metallen/Nichtmetallen: Erweiterung auf sichtbares Licht In Forschung (Pilotstudien zeigen 2-3x höhere Aktivität) Mittel: Weniger abhängig von UV-Quellen Mittelfristig (2-5 Jahre)
Langzeitstabilität im Beton: Abbau durch Abrasion und Verschmutzung In Forschung (Feldtests laufen seit 5+ Jahren) Hoch: Ermöglicht zertifizierte Garantien Mittelfristig (3-7 Jahre)
Integration mit recycelten Materialien: Kombination mit Schlacke oder Flugasche Hypothese (erste Labordaten positiv) Hoch: Steigert Kreislaufwirtschaft Langfristig (5-10 Jahre)
Lebenszyklusanalyse (LCA): CO2-Bilanz inkl. Produktion Erforscht (Fraunhofer-Studien: Netto-Plus bei NOx-Reduktion) Mittel: Unterstützt Zertifizierungen wie DGNB Kurzfristig (sofort nutzbar)
Skalierung für Infrastruktur: Anwendungen auf Brücken/Straßen In Forschung (EU-Projekte wie LIFE PhotoPAINT) Hoch: Städtische Luftreinhaltung Mittelfristig (4-8 Jahre)

Diese Tabelle fasst den Forschungsstand kompakt zusammen und zeigt, dass etablierte Bereiche bereits praxisrelevant sind, während innovative Ansätze wie Doping den nächsten Sprung ermöglichen. Die Daten stammen aus Reviews in Fachzeitschriften wie "Cement and Concrete Research" und EU-Forschungsberichten. Praktiker profitieren durch klare Einschätzungen, wann Technologien marktreif werden.

Wichtige Forschungseinrichtungen und Projekte

Das Fraunhofer-Institut für Holzforschung und die TU Berlin leiten Labortests zur NOx-Reduktion, mit Ergebnissen, die Photoment®-ähnliche Zusatzstoffe validieren. Die Universität Mainz forscht an der photokatalytischen Kinetik, mit Publikationen zu Reaktionsraten unter realen Bedingungen. Internationale Projekte wie das EU-finanzierte "Photocatalytic Concrete" (2015-2020) testeten Feldanwendungen in Italien und Spanien.

In Deutschland kooperieren das Bundesinstitut für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit der RWTH Aachen an Normen für photokatalytische Baustoffe. Pilotprojekte, z. B. an der TU München mit fotokatalytischem Beton an Parkhäusern, zeigen eine 25-prozentige NOx-Reduktion über zwei Jahre. Diese Einrichtungen bieten zudem Zertifizierungen, die den Markteintritt erleichtern und Investoren Sicherheit geben.

Weitere Highlights sind das japanische "Photocatalytic Cement"-Projekt des PwC Research Institute und aktuelle DFG-geförderte Vorhaben an der TU Dresden zur Nanomaterial-Integration. Die Zusammenarbeit zwischen Hochschulen und Industrie beschleunigt die Translation von Lab zu Bauplatz. Für BAU.DE-Leser relevant: Viele Projekte sind öffentlich zugänglich und bieten Kooperationsmöglichkeiten.

Vom Labor in die Praxis: Übertragbarkeit

Die Übertragbarkeit photokatalytischer Zusatzstoffe ist gut, da sie standardmäßig in Betonmischungen dosiert werden (typisch 1-5 Gew.-% TiO2). Bewährte Anwendungen umfassen Fassaden in Mexiko-Stadt, wo Millionen Quadratmeter die lokale Luftqualität verbessert haben. In Europa erfüllen Produkte wie Photoment® Normen wie ISO 22197 für photokatalytische Aktivität.

Herausforderungen liegen in der Oberflächenrauheit des Betons, die die Exposition mindert, und in schattigen Lagen, wo die Wirkung nachlässt. Praktische Tests zeigen, dass eine Neigung von 30-45 Grad und regelmäßige Regenreinigung die Effizienz steigern. Wirtschaftlich amortisieren sich Zusatzkosten (ca. 5-10% Aufpreis) durch geringeren Reinigungsbedarf und Umweltvorteile innerhalb von 5-10 Jahren.

Empfohlene Vorgehensweise: Vorab-Labortests mit lokalen Betonrezepturen und Simulationen via Software wie COMSOL. Erfolgreiche Umsetzungen in Deutschland, z. B. bei kommunalen Projekten in Berlin, belegen die Reife. Die Brücke zur EnEV liegt in der Beitrag zur nachhaltigen Sanierung.

Offene Fragen und Forschungslücken

Offen bleibt die Wirksamkeit bei hoher Verschmutzung, wo Sekundärprodukte die Oberfläche blockieren könnten – Langzeitstudien über 10 Jahre fehlen. Eine Lücke besteht in der Quantifizierung gesundheitlicher Effekte, da epidemiologische Daten zu verbesserter Luftqualität rar sind. Hypothesen zu Synergien mit anderen Katalysatoren wie Graphenoxid sind ungetestet.

Weiterhin ungeklärt ist der Einfluss auf Betonhaltbarkeit bei hohen Dosen, obwohl erste Daten neutral sind. Regionale Unterschiede in Klima und Schadstoffbelastung erfordern lokalisierte Forschung. EU-weite Standardisierung fehlt, was Vergleichbarkeit erschwert. Diese Lücken treiben aktuelle Förderprogramme wie Horizon Europe an.

Forschung sollte nun auf KI-gestützte Modellierung der Reaktionen fokussieren, um Vorhersagen zu verbessern. Praktiker sollten Pilotphasen einplanen, um lokale Faktoren zu validieren.

Praktische Handlungsempfehlungen

Für Hauseigentümer: Wählen Sie zertifizierte Zusatzstoffe wie Photoment® für Südfassaden und kombinieren Sie mit grüner Planung. Städte sollten Pilotflächen an stark belasteten Straßen testen, mit Messstationen zur Wirksamkeitskontrolle. Baunternehmen integrieren den Zusatz in Ausschreibungen unter Berufung auf TU-Berichte.

Empfehlung: Führen Sie eine Kosten-Nutzen-Analyse durch, inklusive LCA-Tools vom Fraunhofer. Achten Sie auf Dosierung (2-3% für Standardbeton) und Oberflächenfinish (glatt-poliert). Förderungen über KfW oder BAFA für nachhaltige Sanierungen nutzen. Regelmäßige Inspektionen sorgen für Dauerwirkung.

Langfristig: Kooperieren Sie mit Forschungseinrichtungen für maßgeschneiderte Lösungen. Dies maximiert den Umweltnutzen und minimiert Risiken.

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