Was sind ultrafeine Partikel?

Ultrafeine Partikel (UFP) sind winzige, in der Luft schwebende Partikel, die wir täglich einatmen. Mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm sind sie 1000-mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Die Masse ultrafeiner Partikel ist äußert gering, ihre Anzahlkonzentration in der Außenluft dafür umso höher. 

Ultrafeine Partikel werden entweder aus Gasen gebildet oder entstehen bei Verbrennungsprozessen. Sie bestehen zu einem großen Teil aus kohlenstoffhaltigen Verbrennungsprodukten, wie bspw. von Dieselmotoren, Heizungs- und Industrieanlagen, aber auch als Kondensationsaerosol aus unverbrannten Treibstoffresten. Vor allem an verkehrsreichen Straßen dominieren Rußpartikel den Bereich ultrafeiner Partikel.

Ultrafeine Partikel werden bisher nur an wenigen Messpunkten in Europa gemessen (unter anderem in Augsburg, Dresden, Leipzig, Prag, Bozen). Die Konzentration von UFP unterscheidet sich um ein Vielfaches zwischen ländlichen Gebieten, städtischen Gebieten und stark befahrenen Straßenabschnitten (siehe Abb.). Darüber hinaus beeinflussen Tageszeit, Jahreszeit und Wetterlage die UFP-Konzentration in der Außenluft. Inversionswetterlagen beispielsweise führen nachweislich zu einer erhöhten UFP-Belastung.

Abbildung 1:
Mittlere Partikelgrößen-Anzahlverteilung über 6 Monate (09/2006-02/2007) in der Außenluft
an verschiedenen Orten in Sachsen (IfT im Auftrag des LfULG)

Wie wirken ultrafeine Partikel im menschlichen Körper?

Die Auswirkungen von konventionellen Luftschadstoffen auf die menschliche Gesundheit wurden bisher erforscht. Es ist bekannt, dass Feinstaub sich negativ auf die menschliche Gesundheit auswirkt. Aus diesem Grund wurden beispielsweise Feinstaubplaketten in Großstädten eingeführt. Im Gegensatz hierzu besteht bei den Effekten von Ultrafeinstaub bisher ein Wissensdefizit. Die vorliegenden Studien zeigen jedoch, dass Ultrafeinstaub Atemwegs- und Herz-Kreislauferkrankungen begünstigt bzw. zu deren Entstehung beiträgt. Insbesondere Personen mit Vorerkrankungen, ältere Menschen, Schwangere, Ungeborene, Neugeborene und Kinder gehören zu den gefährdeten Populationen. Dieses Wissensdefizit zu reduzieren und insbesondere die Kurzzeiteffekte von UFP zu untersuchen, war Zielstellung des Projekts UltraSchwarz.

Grundsätzlich hängt der Ort der Deposition der Partikel im menschlichen Körper von deren Durchmesser ab. Je kleiner ein Partikel ist, desto tiefer kann es in den menschlichen Organismus eindringen. Ultrafeine Partikel können aufgrund ihrer geringen Partikelgröße beim Einatmen tief in den Respirationstrakt vordringen. Dadurch gelingt es ihnen, zelluläre Membranen zu überwinden, in den Blutkreislauf überzugehen und zu allen Organen im Körper zu gelangen.

Abbildung 2:
Deposition der ultrafeinen Partikel in den Atemwegen

Unsere Untersuchungsgebiete

Unsere Untersuchungsgebiete befanden sich im Kreis Ústí nad Labem und dem Erzgebirgskreis. Die Lage der Messorte in beiden Städten war repräsentativ für einen großen Teil der städtischen Bevölkerung.

Erzgebirgskreis

Der Erzgebirgskreis erstreckt sich auf 1.828 km2 im Süden Sachsens entlang der Grenze zu Tschechien. Zurzeit leben 377.700 Einwohner in der Region. Die wichtigsten Industriebranchen der Region sind die Metallverarbeitende Industrie, der Maschinenbau sowie die Elektrotechnik/Elektronik. Stellvertretend für den Erzgebirgskreis wurde die Stadt Annaberg-Buchholz mit insgesamt 21.831 Einwohnern als Untersuchungsgebiet auf deutscher Seite ausgewählt.

Abbildung 3:
Annaberg-Buchholz
© Karsannay, Wikipedia

Bezirk Ústí

Der Bezirk Ústí erstreckt sich im Norden Tschechiens an der Grenze zu Deutschland auf 5.335 km2. Zurzeit leben 835.000 Einwohner in der Region. Der Bezirk Ústí ist ein Zentrum für die Gewinnung von Braunkohle. Die Industrielle Gewinnung von Braunkohle sowie deren Verarbeitung und Verbrennung sind auch heute noch von großer Bedeutung für die Region. Verunreinigungen der Luft sind die Folge. Stellvertretend für die Region wurde die Stadt Ústí nad Labem mit 94.258 Einwohnern als Untersuchungsgebiet auf tschechischer Seite ausgewählt.

http://www.ceskestredohori.cz/foto/usti-nad-labem/previews/usti-nad-labem_01.jpg
Abbildung 4:
Ústí nad Labem
© www.ceskestredohori.cz

Wie haben wir gemessen?

Die gesetzlich vorgeschriebene Massebestimmung des Feinstaubs (PM10) ist für ultrafeine Partikel aufgrund ihrer geringen Größe und Masse keine geeignete Methode. Es wird daher die Anzahl und Größe von ultrafeinen Partikeln in der Außenluft bestimmt. Hierzu wird ein Mobilitätsgrößenspektrometer (SMPS) genutzt.

Der Nachhaltigkeitsgedanke wurde in unserem Projekt groß geschrieben. Ein gesetztes Ziel des Projektes war die Realisierung kosteneffizienter Messungen von Ultrafeinstaub und deren Einbindung in die Messnetze beider Pilotregionen zur Überwachung der Luftgüte.

Abbildung 5:
Messcontainer in Annaberg-Bucholz (li.) und Ústí nad Labem (re.)
© A.Schladitz, LfULG
Abbildung 6:
Messgerät SMPS
© G.Löschau, LfULG
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