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Samstag, 28. November 2020

Feinstaub: Wo kommt er her und wie wirkt er?

Es wird viel über das Thema diskutiert, aber dennoch fehlen viele Informationen

Kreis Holzminden (25.11.19) Er ist in aller Munde oder besser in allen Lungen. Man kann ihn weder sehen noch schmecken. Aber er ist allgegenwärtig und wir atmen ihn mit jedem Atemzug ein. War Feinstaub bis vor wenigen Jahren noch kein Thema, so ist er – zusammen mit der Belastung durch Stickoxide – aktuell durch die Emissionen bei Dieselfahrzeugen ganz massiv in unser Bewusstsein gerückt. Dabei ist es nicht einfach, die Diskussion zutreffend zu bewerten. Wie immer hilft jedoch ein Blick auf die Fakten, sprich die naturwissenschaftlichen und technischen Grundlagen.

Was ist überhaupt Feinstaub?

Feinstaub besteht aus sehr kleinen Feststoffpartikeln, die in der Luft schweben und nur sehr langsam zu Boden sinken. Die kleinen Staubteilchen folgen daher jeder Luftbewegung und können mit dem Wind über weite Strecken verfrachtet werden. Einzelne Feinstaubpartikel können wir nur erkennen, wenn sie in hoher Konzentration auftreten. Das ist beispielsweise der Fall, wenn eine Kerze ausgelöscht wird und eine bläuliche Rauchfahne nach oben steigt. Aber auch ältere Autos und Lkw erzeugen beim Gas geben sichtbare Feinstaubwolken. Auch das Abendrot erhält seine charakteristische Färbung durch die Streuung des Lichts an kleinsten Teilchen in der Atmosphäre.

Kritisch ist der Anteil des uns umgebenden Schweb-staubes, der so fein ist, dass wir ihn einatmen und der in der Lunge verbleibt. Staubpartikel über 15 µm (Mikrometern) werden von unserem körpereigenen Filtersystem in Nase und Bronchien zurückgehalten (die Einheit µm ist ein Tausendstel eines Millimeters. Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 60 µm). Kleinere Teilchen als 10 bis 15 µm atmen wir ein. Zunehmend gefährlich wird Staub unter 10 µm. Man hat deshalb Größenklassen eingeführt (gemessen jeweils als Masse (µg) pro Volumen (m3)), um die Gefährlichkeit in etwa abzubilden:

PM10: Alle Teilchen unter 10 µm, Feinstaub, ein großer Teil davon gelangt in die Lunge

PM2,5 : Alle Teilchen unter 2,5 µm, lungengängig, Feinststaub

PM0,1: Alle Teilchen unter 0,1 µm, Nanopartikel, Ultrafeinstaub

Die Bezeichnung PM steht für Particulate Matter, das heißt die Konzentration von Feststoff in Partikelform, gemessen in µg/m3. Ein Mikrogramm (µg) ist der millionste Teils eines Gramms.

Im folgenden Bild sind einige Teilchengrößen im Vergleich zu anderen Abmessungen im Mikrobereich dargestellt.

Wo kommt er her?

Feinstaub kann aus natürlichen oder künstlichen Quellen stammen. Erfreulicherweise geht die Belastung seit etwa gut 20 Jahren signifikant zurück, wie Abbildung 2 belegt: Insgesamt hat die Belastung seit 1995 um fast 40 Prozent abgenommen. Die Grafik zeigt auch die Aufteilung und die Entwicklung der Hauptquellen. Das größte Problem  insgesamt resultiert aus dem Verkehr, weil sich die Belastung in den Ballungsgebieten und hier besonders an vielbefahrenen Straßen konzentriert. Der Feinstaub entsteht beim Verbrennungsprozess von Benzin oder Diesel im Automotor. Weitere Anteile entstammen aus aufgewirbeltem Abrieb von Bremsbelägen und Asphalt.

Luftschadstoffe werden in Deutschland sehr gut erfasst und dokumentiert. Das Umweltbundesamt stellt täglich die Konzentration wichtiger Schadstoffe zusammen und veröffentlicht Karten mit den Daten. Hier ein Beispiel für die Feinstaub-Belastungssituation am Neujahrstag 2019:

Klar erkennbar ist die höhere Belastung der Ballungsräume. Die erhöhten Werte sind teilweise eine Nachwirkung des Silvesterfeuerwerks.

Südniedersachsen kommt gut weg, auch der Landkreis Holzminden. Es gibt sogar eine Hintergrund-Messstation „Solling-Süd“, ganz in unserer Nähe:

Messstation Solling Süd hatte am Neujahrstag einen PM10-Tagesmittelwert von 10, der Harz am Wurmberg 3, Hannover 36 und Braunschweig 33 µg/m3.

Wie wirkt Feinstaub?

Die Wirkung von Feinstaub auf Mensch und Tier kann ganz lapidar auf die Feststellung „je weniger, desto besser“ reduziert werden. Anders als bei vielen anderen Stoffen gibt es keine untere Grenze, ab der Feinstaub harmlos wird. Außerdem gilt: Je feiner, desto gefährlicher.

Stark vereinfacht gelangen PM10-Teilchen in die Bronchien, PM 2,5 in die Lungenbläschen und die ultrafeinen PM 0,1 sogar ins Blut. Sehr feine Teilchen lagern sich zusammen und können sogar gasförmige Schadstoffe an sich binden. Eine Vielzahl von Krankheiten kann durch Feinstaub ausgelöst oder verschlimmert werden: Bronchitis, COPD, Allergien, Asthma, Staublunge, Lungenkrebs. Über den Blutweg können auch Herz-Kreislauferkrankungen, Herzinfarkt, Schlaganfälle und Demenz befördert werden. Insbesondere das Risiko für einen Herzinfarkt steigt deutlich bei einer Belastung auch schon bei Stäuben der PM 2,5 -Fraktion.

Nach einer Studie des Umweltbundeamtes werden pro Jahr etwa  47.000 vorzeitige Todesfälle in Deutschland auf die Wirkung von Feinstaub zurückgeführt. Nach einer WHO-Studie beträgt der durchschnittliche Verlust an Lebenszeit rund zehn Monate.  Das ist ganz schön happig, aber so ist die aktuelle Situation. Im Schnitt kostet uns die Feinstaubproblematik fast ein ganzes Lebensjahr!

Grenzwerte und Grenzwert-Problematik

Seit 2005 gelten für die gesamte Europäische Union verbindliche Grenzwerte für die Feinstaubfraktion PM10:

Jahresmittelwert: 40 µg/m3,

Tagesmittelwert: 50 µg/m3

Der Tagesmittelwert darf nicht öfter als 35 mal im Jahr überschritten werden. Für die Fraktion PM2,5 gilt seit 2015 ein Jahresmittel-Grenzwert von 25 µg/m3.

Diese Werte wurden in Deutschland im Jahr 2017 fast durchgehend  eingehalten. Nur die Messstation Stuttgart Am Neckartor hat mit 45 Überschreitungen des PM10-Tagesmittelwertes von 50 µg/m3 die Bedingung von 35 zulässigen Überschreitungen gerissen. In den verkehrsbelasteten Innenstädten der größeren Städte liegen die Werte zwischen 20 und 30 µg/m3. Die in ländlichem Gebiet liegende Station Solling-Süd hatte einen Jahresmittelwert von 12 µg/m3 und zwei Überschreitungen des zulässigen Tagesmittelwertes von 50 µg/m3.

So weit so gut? Hierzu sollte man allerdings wissen, dass die Welt-Gesundheitsorganisation WHO die europäischen Grenzwerte für viel zu hoch hält. Der Jahresmittelwert der WHO für PM10 beträgt 20 µg/m3, der für PM2,5 sogar nur 10 µg/m3. Auch andere Länder setzen tiefere Werte fest.

Würden die WHO-Werte für die EU gelten, so hätten die meisten Städte in Deutschland ein Problem. Sie würden die Grenzwerte nicht erfüllen. Angesichts der Folgen von 47.000 vorzeitigen Todesfällen und des Verlustes von zehn Monaten Lebenszeit ist dringend eine Absenkung der Grenzwerte geboten.

Anders liegt die Situation bei Stickoxiden. Hier wird der Grenzwert häufig überschritten, die Werte sind jedoch unter Umständen sehr tief angesetzt und könnten eventuell erhöht werden. Paradoxerweise führt die eher weniger kritische Situation bei Stickoxiden zu Fahrverboten, während die Feinstaubbelastung gefährlich ist, jedoch nicht zu Fahrverboten führt.

Weitere Feinstaubquellen

Feinstaub dringt also in die Lunge ein und verkürzt unser Leben. Der Belastung in der Außenluft sind wir mehr oder weniger ausgeliefert. Ist es denn in unseren Wohnungen besser? Keinesfalls! Da Innenräume durch Wände, Türen und Fenster umschlossen sind, gibt es keine Verdünnungseffekte, jedoch zusätzliche Quellen. Die Konzentrationen sind daher vielfach höher als draußen.

Rauchen: Der Rauch einer Zigarette enthält geschätzt 40 mg Feinstaub, das sind 40.000 µg. Bei einem Atemvolumen von 0,5 Litern und 100 Atemzügen pro Zigarette ergibt dies eine Konzentration von 800.000 µg/m3 in der Lunge, das 20.000-fache des Jahresmittelwertes in der Außenluft. Die Belastung durch Rauchen ist jenseits von Gut und Böse.

Kerzen: Es gibt widersprüchliche Bewertungen. Kerzen produzieren allerdings definitiv Feinstaub, sogar besonders viel des kritischen Feinststaubes unter 2,5 µm. Schlimm wird es, wenn die Kerze rußt. Dann können sogar hohe Werte von einigen Hundert bis über 1.000 µg/m3 erreicht werden (Quelle: Pagels, J. et al.: Chemical composition and mass emission factors of candle smoke particles, Aerosol Science 40 (2009) 193 – 208). 

Das Thema hätte das Potenzial, ein weiteres Fass bei der Schadstoffdiskussion aufzumachen. Vielleicht möchte auch kaum jemand auf eine liebgewonnene Tradition verzichten. Es kann jedoch kein Fehler sein, den Einsatz von Kerzen nicht zu übertreiben und insbesondere Flackern und Rußen zu vermeiden.

Feinstaub am Arbeitsplatz: Im Arbeitsschutz verwendet man die Begriffe A- und E-Staub für alveolengängige Partikel (A) und einatembare Partikel (E), die sinngemäß mit Feinststaub und Feinstaub korrespondieren. Für den A-Staub gilt ein Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 1.250 µg/m³, für den einatembaren E-Staub liegt der AGW bei 10.000 µg/m³. Die Gesamtheit der Werte für A- und E-Staub wird als Allgemeiner Staubgrenzwert (ASGW) bezeichnet. Diese Werte gelten ein Arbeitsleben lang für täglich acht Stunden und fünf Tage pro Woche und für Stoffe, die keine spezifische Wirkung auf die Atemorgane haben. Im Vergleich mit den Tagesmittelwerten für die Belastung im Außenbereich (zum Beispiel bei PM10: 50 µg/m3) ergeben sich Riesenunterschiede, die nicht plausibel sind. Menschen am Arbeitsplatz werden um Welten höhere Werte zugemutet als dem Fußgänger an einer belebten Kreuzung. 

Ofen und Kamin: In Neubauten gehört der Kamin mittlerweile fast zum Standard. Allerdings kann es unangenehm werden, wenn der Nachbar mal wieder anfeuert und vielleicht nicht optimal gelagertes oder ungeeignetes Holz verwendet.  Ein kleines Wohnviertel kann man mit den Abgasen durchaus einräuchern. In Deutschland gibt es aktuell elf Millionen Holzöfen und 800.000 Heizungen für feste Brennstoffe. Das Umweltbundesamt beziffert den Ausstoß dieser sogenannten Kleinfeuerungsanlagen auf rund 20.000 Tonnen Feinstaub im Jahr.

Der regenerative Energieträger Holz erzeugt wesentlich mehr Feinstaub als Heizöl oder Erdgas. Besonders viel Feinstaub entsteht bei der Verbrennung von Holzscheiten. Bei Inversionswetterlage kann es zu hohen Konzentrationen kommen. Und nicht nur das, die Abgase enthalten auch in nennenswertem Umfang sogenannte Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), die krebserregend sind.

Es gibt noch einige weitere Quellen in Innenräumen, beispielsweise Staubsaugen ohne Feinstaubfilter,  Bürogeräte (Laserdrucker) oder Kochen und Braten. Auch diese tragen zur Feinstaubbelastung bei. Die Effekte sind jedoch schwer zu greifen, da die resultierende Belastung sehr von der Häufigkeit und den speziellen Bedingungen abhängt.

Auch zwei weitere Quellen im Außenbereich liefern erhebliche Beiträge zur Feinstaubbelastung:

Feuerwerk:  Nach Angaben des Umweltbundesamtes werden zum Jahreswechsel rund 4.500 Tonnen Feinstaub PM10 freigesetzt. Diese Menge entspricht etwa 15,5 Prozent der Menge, die durch den Straßenverkehr entsteht. Zum einen entstehen hohe Konzentrationen von über 1.000 µg/m3, zum anderen sind die Stäube auch noch toxisch, da sie Spuren von Schwermetallen enthalten, die für die bunten Farben des Spektakels sorgen. Eigentlich kann man für die ersten Stunden im Jahr für den Aufenthalt  in den Städten nur eine Atemschutzmaske empfehlen.

Sind der Spaß und die zum Ausdruck kommende Lebensfreude das gesundheitliche Risiko wert? Eine typische Abwägungsfrage, bei der auch der Verfasser keine klare Position einnehmen möchte. Vielleicht könnte man die Zusammensetzung und den Verbrennungsprozess bei Raketen und Böllern so optimieren, dass insgesamt weniger und insbesondere weniger toxischer Feinstaub entsteht.

Landwirtschaft: Aus Gülle und Düngemitteln entsteht gasförmiges Ammoniak, das mit in der Atmosphäre vorhandener Schwefel- und Salpetersäure reagiert und sogenannten sekundären Feinstaub bildet. Sekundär wird er deshalb genannt, weil sich die sehr kleinen Teilchen erst aus den gasförmigen Bestandteilen bilden. Er stellt einen nennenswerten Anteil an der besonders kritischen Fraktion PM2,5  dar. In Gegenden mit Massentierhaltung werden deutlich erhöhte Konzentrationen gemessen. Nach EU-Vorgaben dürfte Deutschland 550.000 Tonnen Ammoniak pro Jahr ausstoßen. Diese Menge wurde in den vergangenen Jahren regelmäßig überschritten. 

Die  aktuelle Luftqualität für Feinstaub, Ozon und Stickoxide kann man übrigens ständig mit einer App des Umweltbundesamtes verfolgen (UBA Luft). Die zu Holzminden am nächsten gelegene Station „Solling Süd“ zeigte beispielsweise für den 7. September 2019, 16 Uhr, die Werte PM10 = 6 µg/m3, Ozon = 56 µg/m3 und Stickoxid (NO2  ) = 4 µg/m3  und damit insgesamt einen Luftqualitätsindex „gut“ an. (Dr. Norbert Kalkert)

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