Feinstaub: Es kommt doch auf die Größe an

Über die gesundheitsschädliche Wirkung von Feinstaub sind sich die Wissenschaftler prinzipiell einig. Noch unklar ist dagegen die Rolle der besonders kleinen Partikel in der Luft.

Wenn es um Feinstaub geht, liegt Gefahr in der Luft. An den Folgen der Luftverschmutzung sterben nach Schätzungen des Mainzer Max-Planck-Instituts für Chemie jedes Jahr weltweit etwa 3,3 Millionen Menschen, laut Umweltbundesamt 47.000 davon allein in Deutschland. Vor allem die kleinsten Partikel mit weniger 2,5 Mikrometer Durchmesser gelten als gesundheitsschädlich. Sie können sich in den Atemwegen und der Lunge festsetzen und Asthma, Allergien und sogar Krebs auslösen. Auch das Risiko für Herzkreislauf-Erkrankungen, Diabetes und Schlaganfälle steigt durch zu viel Feinstaub. Für dicke Luft sorgen vor allem Verbrennungsprozesse in der Industrie und der Verkehr zu Land und in der Luft. Auch Öfen, Heizungen und die Landwirtschaft tragen substantiell zur Freisetzung und zur Bildung von Partikeln in der Atmosphäre bei. Zum Schutz unserer Gesundheit gelten seit 2005 europaweit Grenzwerte in der Außenluft für die größte Feinstaubkategorie PM10, also Teilchen kleiner als zehn Mikrometer. Ein Tagesmittelwert von 50 µg/m3 darf nicht öfter als 35-mal im Jahr überschritten werden. Der zulässige Jahresmittelwert beträgt 40 µg/m3. Auch für die noch kleineren Partikel PM2,5, mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometer, gilt inzwischen ein europaweiter Grenzwert von 25 µg/m3 im Jahresmittel. Durch diese Grenzwerte ist die Luft vielerorts sauberer geworden. Besonders die Konzentration der „größeren“ Schwebepartikel hat sich deutlich reduziert. Ein Grund dafür sind bessere Filteranlagen in der Industrie und den Verbrennungsmotoren unserer Fahrzeuge. Leider wird dieser technische Fortschritt vielerorts durch eine starke Zunahme des Straßenverkehrs oder den Trend zu PS-starken und schweren Fahrzeugen wieder relativiert. Die Folge: Gerade in Großstädten und Ballungszentren werden die Grenzwerte zum Teil noch überschritten.

 

Zu Ultrafeinstaub gibt es bisher keine Grenzwerte

Während die gesundheitlichen Auswirkungen der größeren Feinstaubklassen PM10 und PM2,5 inzwischen gut erforscht sind und klare Grenzwerte gelten, steht die Erforschung des Ultrafeinstaubs, also Partikel mit weniger als 0,1 Mikrometer Durchmesser, noch am Anfang. „Im Umgang mit der Partikelbelastung durch PM10 und PM2,5 haben wir Routine. Es gibt ein dichtes Netz aus Messstationen und klare Empfehlung zur Reduzierung des Feinstaubes“, bestätigt Stefan Jacobi, Leiter des Dezernats für Luftreinhaltung und Immissionen im Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie. Eine vergleichbare Studienlage zu Wirkung, Konzentration und Transport des Ultrafeinstaubs gebe es nicht. Ungewohnt zurückhaltend gibt sich auch die Weltgesundheitsorganisation (WHO). Man sehe zwar zunehmende, aber noch immer begrenzte Hinweise auf eine gesundheitsschädliche Wirkung des Ultrafeinstaubs. Eine ausreichende Grundlage für eine Grenzwertempfehlung bestehe nicht.

Potenziell gefährlich macht den Ultrafeinstaub vor allem die geringe Größe. Die Teilchen, kaum größer als ein Bakterium, könnten tief in das Lungengewebe eindringen und von dort aus sogar bis in den Blutkreislauf gelangen. So würden sie ihnen anhaftende Giftstoffe oder lokale Entzündungsherde aus der Lunge in alle Regionen des Körpers transportieren, inklusive des Gehirns und dem Nervensystem. Die Folgen wären langfristige Schäden im Körper. So steht Ultrafeinstaub unter Verdacht nicht nur Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen auszulösen, sondern auch Diabetes Typ II, Krebs, verschiedene Autoimmunkrankheiten und Demenz. Wissenschaftlich belastbar sind solche Aussagen ohne Langzeitstudien mit größeren Probandengruppen allerdings nicht. Die meisten Verdachtsmomente beruhen vor allem auf Erkenntnissen der Nanotoxikologie, die sich mit der Giftwirkung von Nanomaterialien beschäftigt. Allerdings haben diese Ergebnisse nur eine begrenzte Übertragbarkeit auf den Menschen.

 

Ultrafeinstaub verhält sich anders als die größere Verwandtschaft

Beispiel für eine Feinstaubmessanlage

Doch nicht nur die epidemiologische Wirkungsforschung steckt noch in den Kinderschuhen. Auch die „Eigenheiten“ der winzigen Partikel bereiten den Forschern Kopfzerbrechen. Schon ihre Messung ist nicht ganz einfach. Die größeren Feinstaub-Anteile, PM10 und PM2,5, werden über ihr Gewicht erfasst und in der Massenkonzentration µg/m3 angegeben. Ultrafeinstaub ist für dieses Verfahren zu leicht und muss deshalb über die Anzahldichte (Teilchen/cm3) erfasst werden. Zur Orientierung: Die Nanopartikel machen in der Regel nur sechs Prozent des Feinstaub-Gewichts aus, aber rund 90 Prozent der Teilchenanzahl. Um die Belastung mit Ultrafeinstaub zu erfassen, müssten also die heutigen Messstationen umgerüstet werden. Eine weitere Schwierigkeit sind auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften. „Je kleiner die Partikel werden, desto mobiler sind sie. Außerdem zeigen die kleinsten Partikel nicht mehr Teilchen-Eigenschaften, sondern verhalten sich eher wie gasförmige Stoffe“, erklärt Jacobi. Dadurch ist ihre Absinkgeschwindigkeit deutlich geringer und sie breiten sich wie gasförmige Emissionen aus, vorzugsweise horizontal mit dem Wind aber auch vertikal durch Turbulenz und Diffusion. Messungen in der Nähe von Straßen oder Flughäfen zeigen außerdem, dass die Teilchendichte mit der Entfernung von der Quelle durch Verdünnung und Umsetzung deutlich abnimmt. So können die Nanopartikel innerhalb weniger Stunden ihre Zusammensetzung ändern und zu größerem Feinstaub „verklumpen“.

Diese Eigenschaften erschweren die genaue Zuordnung der Ultrafeinstaub-Quellen, wie beispielsweise dem Straßenverkehr, der Industrie oder auch einem Flughafen. So deuten Messungen in der Nähe von Flughäfen zwar an, dass bei Starts und Ladungen von Flugzeugen vermehrt Partikel mit einem Durchmesser von sechs bis 40 Nanometern auftreten. Allerdings zeigten sich die Messspitzen oft nur für kurze Zeit und auf einer Ausdehnung von rund einem Kilometer. Eine erhöhte Partikelkonzentration im Umkreis von sieben bis 40 Kilometer konnte dagegen nicht mehr eindeutig dem Flugverkehr zugeordnet werden. Grundsätzlich emittieren Flugzeugtriebwerke nämlich ein ähnliches Schadstoffspektrum wie KFZ-Motoren. So zeigten Messungen in der Nähe des Amsterdamer Flughafens ähnliche hohe Ultrafeinstaubwerte wie viel befahrene Straßen in der niederländischen Hauptstadt. Mit der Einordnung und Bewertung dieser Daten tun sich Experten allerdings noch schwer. „Solange wir nicht genau sagen können, wie der optimale Schutz für unsere Gesundheit aussehen könnte, sollten wir alles tun, um den Partikelausstoß im Ganzen zu reduzieren“, sagt Jacobi. Für die Belastung mit Ultrafeinstaub seien dafür mehr wissenschaftliche Daten und Langzeitstudien nötig. Das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie steht deshalb in engem Austausch mit Forschungsinstitutionen und dem Umweltbundesamt und will weiter eigene Erfahrungswerte mit der Ultrafeinstaub-Messung und der Interpretation der Daten sammeln.

Das Umwelthaus hat bisher die Luftschadstoffmessungen rund um den Flughafen mit einer mobilen Messstation unterstützt. Entsprechend seinem Monitoringauftrag wird das Umwelthaus bei Bedarf auch den Aufbau und Betrieb von Ultrafeinstaub-Messanlagen am Flughafen in enger Abstimmung mit dem HLNUG unterstützen.

 

Eine ausführliche Einführung in das Thema Feinstaub bietet auch die Präsentation „Feinstaub – von grob bis ultrafein“ von Dr. Klaus Wirtz/H. Gerwig (Umweltbundesamt).

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