Partikel bzw. Feinstaub (PM bzw. PM10)
Die Konzentration von Partikeln, insbesondere von Fein- und Feinststaub werden zum Teil lokal, regional und durch Ferntransport belasteter Luftmassen bestimmt. Emissionsseitige Maßnahmen im Straßenverkehr wurden gesetzt. Die Auswirkungen auf die Luftqualität werden in den nächsten Jahren sichtbar.

 

Im Folgenden werden die Umweltwirkungen und der Einfluss der Partikel (bzw. Feinstaub) auf die Luftqualität ausgewählter Städte in Österreich, Deutschland und der Schweiz diskutiert.

 
Umweltwirkungen
 
Unter dem Begriff PM (aus dem Englischen: Particulate Matter) werden alle flüssigen und festen Bestandteile des Abgases verstanden. Es ist ein komplexes und heterogenes Gemisch mit unterschiedlichster stofflicher Zusammensetzung, welches bei der unvollständigen Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine entsteht. Der mit 60 bis 70% größte Bestandteil der PM-Gruppe ist der als Ruß bezeichnete, unverbrannte elementare Kohlenstoff. Weiters sind unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Sulfate, Schwermetalle u.a. enthalten. [1], [2]

Neben der Kategorisierung der PM nach ihrer Zusammensetzung werden die Partikel in unterschiedliche Größenklassen unterteilt. Die nach Luftqualitätskriterien derzeit wichtigste Größenklasse ist PM10. PM10 wird auch als Feinstaub bezeichnet und beinhaltet alle Teilchen, welche einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der bei einem aerodynamischen Durchmesser von 10 μm einen Abscheidegrad von 50 % aufweist¹. Der aerodynamische Durchmesser eines Teilchens beliebiger Form, chemischer Zusammensetzung und Dichte ist gleich dem Durchmesser einer Kugel mit der Dichte 1 g/cm³, welche in ruhender oder wirbelfrei strömender Luft dieselbe Sinkgeschwindigkeit hat wie das betrachtete Teilchen. [3]

Abbildung 1 zeigt wie weit Partikel, abhängig von ihrer Größe in das Atemwegsystem vordringen können. Partikel mit 10 μm dringen maximal bis zum Kehlkopf vor. Partikel der Größenklasse PM2,5 (kleiner gleich 2,5 μm) dringen dahingegen bereits bis zu den Bronchien und Bronchiolen vor.

Jene Partikel, die die Härchen der Nase passieren, bzw. die durch den Mund eingeatmet werden, werden zum Großteil wieder ausgeatmet. Partikel, welche bis in die Lunge vordringen, werden mit Hilfe der Flimmerhärchen, welche sich an der Innenoberfläche der Lungenwege befinden, wieder nach außen abtransportiert. Die Teilchen der Größenklasse PM1 erreichen jedoch aufgrund ihrer Kleinheit die Alveolen, wo es keine Flimmerhärchen gibt und der Abtransport entsprechend verlangsamt wird. Dadurch steigt die Verweildauer und es kann zu einem Übertritt der Partikel in den Blutkreislauf kommen, wodurch das Infektionsrisiko deutlich erhöht wird. [1], [4], [5]
Partikel-Abscheidecharakteristik
Abbildung 1: Partikel-Abscheidecharakteristik des menschlichen Atemsystems (Grafik von [6]; [1])

Das Immissionsschutzgesetz-Luft beschränkt den Tagesmittelwert der PM10 Konzentration mit 50 μg/m³, wobei pro Kalenderjahr 25 Überschreitungen zulässig sind. Weiters sieht es einen maximal zulässigen Jahresmittelwert von 40 μg/m³ vor. Parallel dazu ist der Blei-Anteil im PM10 mit 0,5 μg/m³ als Jahresmittelwert nach oben limitiert. [7]

Auswirkungen auf die Umwelt:
Feinstaub besteht als Stoffgruppe aus einer Vielfalt von chemischen Komponenten, welche unterschiedlichste Auswirkungen auf die Umwelt haben. Je nach regionaler Zusammensetzung sind die Vor- und Nachteile unterschiedlich. Wirken beispielsweise Sulfat und Nitrat bodenversauernd, so weisen kalziumhaltige Staubanteile kalkende und somit Versauerung puffernde Wirkungen auf. [4]

Auswirkungen auf den Menschen:
Zahlreiche Studien kommen zu dem Ergebnis, dass Feinstaub gesundheitliche Auswirkungen aufweist. Insbesondere epidemiologische Studien weisen auf Änderungen der Lungenfunktion, Einschränkungen der Leistungsfähigkeit [4] und Beeinträchtigung des Herz-Kreislaufsystems hin. [8] Toxische Kohlenwasserstoffe (Aromaten, Polyzyklen), welche sich an den Partikeln anlagern, werden zum Teil als krebserregend eingestuft. [1]

Die von Feinstaub ausgehende Gesundheitsgefährdung lässt sich durch eine Kombination physikalischer (Einatmung des Staubes an sich) und chemischer (gesundheitsrelevante Anlagerungen) Eigenschaften erklären. Eine umfangreiche Betrachtung ist in [9] zu finden.


Immissionsentwicklung ausgewählter Städte
 

Bei den folgenden Darstellungen handelt es sich um Verläufe der Jahresmittelwerte. Dabei wird in verkehrsnahe Messstellen und Messstellen im städtischen Hintergrund unterschieden. Die in den Abbildungen rot strichlierte Linie stellt den Mittelwert der verfügbaren² Messwerte dar.

Die Feinstaubmessung (PM10) erfolgte an den meisten Messstellen erst in den letzen 10 Jahren. Abbildung 2 gibt die Jahresmittelwerte der Hintergrundmessstellen wieder und zeigt, dass es im Zeitraum 1999 bis 2008 zu einer kontinuierlichen Abnahme der Konzentrationswerte gekommen ist. Im Mittel wurde in diesem Zeitraum eine Reduktion von 28,8% erzielt.
PM10-Jahresmittelwerte
Abbildung 2: PM10-Jahresmittelwerte der Immissionskonzentration an ausgewählten
Hintergrundmessstellen [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]
 

Die in Abbildung 3 dargestellten Jahresmittelwerte der Verkehrsmessstellen weisen eine leicht sinkende Tendenz auf und führen im Mittel zu einer Reduktion von 3,8% im Zeitraum 1999 bis 2008.

Der Mittelwert der verkehrsnahen Messstellen im Jahr 2008 liegt mit 29 μg/m³ jedoch nur um den Faktor 1,3 höher als jener der Hintergrundmessstellen mit 22 μg/m³.

Der österreichische Grenzwert von 40 μg/m³ wird sowohl an den Hintergrundmessstellen als auch an den meisten verkehrsnahen Messstellen eingehalten. Der Zielwert von 20 μg/m³ wird hingegen weder verkehrsnah noch im Hintergrund eingehalten.

Langfristig ist durch die Einführung des Partikelfilters und dem gleichzeitigen Ausscheiden von Kraftfahrzeugen ohne dieser Abgasnachbehandlungstechnologie eine weitere Besserung der Immissionssituation, insbesondere an verkehrsnahen Messstellen, zu erwarten. Verbesserungen im Verkehrssektor alleine sind nicht ausreichend, um den Zielwert von 20 μg/m³ zu erreichen.
Insbesondere die auf einem ähnlichen Niveau liegenden Konzentrationswerte im Hintergrund deuten darauf hin, dass das Immissionsgrundniveau nicht alleine durch den Straßenverkehr bestimmt wird. Winterliches Klima und das bei kalten Temperaturen erforderliche Heizen von Wohnräumen erhöht die Feinstaubbelastung insbesondere in den Wintermonaten. [19]

PM10-Jahresmittelwerte
Abbildung 3: PM10-Jahresmittelwerte der Immissionskonzentration an
ausgewählten Verkehrsmessstellen [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]
 

¹ Definiert in: Richtlinie 1999/30/EG des Rates vom 22. April 1999 über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide,      Partikel und Blei in der Luft, ABl. L 163 vom 29.6.1999, S. 41–60
² Hinweis: Nicht jede Messstelle ist in jedem Jahr aktiv, bzw. liefert eine ausreichende Anzahl an verwertbaren Messwerten

 
LITERATURVERZEICHNIS (klicken für mehr/weniger Informationen)

[1] Geringer, B.: Skriptum zur Vorlesung 315.018 - Verbrennungskraftmaschinen Grundzüge. Wien: Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau der TU Wien, 2006. B06006.
[2] Merker, G., et al.: Verbrennungsmotoren – Simulation der Verbrennung und Schadstoffbildung. Stuttgart: B.G. Teubner, 2004. ISBN 3-519-16382-9.
[3] Umweltbundesamt Deutschland: Hintergrundpapier zum Thema Staub/Feinstaub (PM). Berlin: Umweltbundesamt Deutschland, 2005.
[4] Spangl, W., et al.: Jahresbericht der Luftgütemessungen in Österreich 2006. Wien: Umweltbundesamt GmbH, 2007. ISBN 3-85457-902-0, REP-0104.
[5] Gehr, P.: Feinstaub: Ein Teil bleibt in der Lunge – für immer. Bundesamt für Umwelt BAFU. [Online] 12. 1 2007. [Zitat vom: 14. 11 2008.] http://www.bafu.admin.ch/dokumentation/fokus/03233/index.html?lang=de.
[6] Gäbel, P.: Atemberaubend. [Hrsg.] Bosch BKK Gesetzliche Kranken- und Pflegeversicherung. Stuttgart: LexisNexis Deutschland GmbH, 2006. Artikel-Nr. 50 00 18 – 5/06.
[7] Nationalrat der Republik Österreich: Bundesgesetz zum Schutz vor Immissionen durch Luftschadstoffe, mit dem die Gewerbeordnung 1994, das Luftreinhaltegesetz für Kesselanlagen, das Berggesetz 1975, das Abfallwirtschaftsgesetz und das Ozongesetz geändert werden (IG-L). Bundesgesetzblatt für die Republik Österreich. 2006, BGBl. I Nr. 115/1997 zuletzt geändert durch BGBl. I Nr. 34/2006.
[8] Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Auswirkungen der Luftverunreinigungen auf die menschliche Gesundheit. Bericht für die Umweltministerkonferenz. Bonn: Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, 1987.
[9] Schneider, J., et al.: Schwebstaub in Österreich. Wien : Umweltbundesamt GmbH, 2006. ISBN 3-85457-787-7, BE-277.
[10] Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Verbraucherschutz: Luftgütemessdaten. Berlin: Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Verbraucherschutz, 1991-2008 (jährlich).
[11] Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie: Jahresbericht zur Immissionssituation. Dresden: Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, 1991-2008 (jährlich).
[12] Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW: EU-Jahreskenngrößen. Düsseldorf: Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW, 1991-2008.
[13] Institut für Hygiene und Umwelt - Bereich Umweltuntersuchungen / Luft: Hamburger Luftmessnetz. Hamburg: Freie und Hansestadt Hamburg - Behörde für Soziales, Familie, Gesundheit und Verbraucherschutz, 1991-2008.
[14] Amt der Tiroler Landesregierung, Abt. Waldschutz: Luftgüte in Tirol. Innsbruck: Amt der Tiroler Landesregierung, 1991-2008.
[15] Umwelt Prüf- und Überwachungsstelle des Landes Oberösterreich: Jahresbericht der Luftgüteüberwachung in Oberösterreich. Linz: Umwelt Prüf- und Überwachungsstelle des Landes Oberösterreich, 1991-2008.
[16] LUBW Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg: Kenngrößen der Luftqualität. Karlsruhe: Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, 1991-2008.
[17] Amt der Wiener Landesregierung MA 22-Umweltschutz: Jahresbericht - Luftgütemessungen der Umwelt-schutzabteilung der Stadt Wien. Wien: Amt der Wiener Landesregierung MA 22-Umweltschutz, 1991-2008.
[18] Bundesamt für Umwelt BAFU: Immissionsmesswerte Schweiz. Bern: Bundesamt für Umwelt BAFU, 1991-2008.
[19] Puxbaum, H., et al.: AUPHEP und AQUELLA, Staubquellenanalysen-Ergebnisse aus Österreichischen Städten. Wien: Institut für Chemische Technologien und Analytik, TU Wien, 2006.
[20] Bayerisches Landesamt für Umwelt: Auswertung der an den LÜB Stationen gemessenen Konzentrationen nach der 22. und 33. BImSchV. München: Bayerisches Landesamt für Umwelt, 1991-2008.

 
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