Ultrafeinstaub

Was ist Ultrafeinstaub?

Als Ultrafeinstaub bzw. ultrafeine Partikel (UFP) werden üblicherweise Partikel in der Luft mit einem Durchmesser zwischen 1 und 100 Nanometer (nm) [Erläuterung 1 nm = 0,000 001 mm = 0,000 000 001 m] bezeichnet. Neben der PM10- und der PM2,5-Fraktion handelt es sich bei der UFP-Fraktion um die kleinsten Partikel des Feinstaubs. Diese können vom Menschen unbeabsichtigt z. B. im Rahmen der Industrieproduktion, durch Gebäudeheizungen, durch den Verkehr oder durch die Energieerzeugung freigesetzt sowie in der Atmosphäre natürlicherweise erzeugt werden. Dann sind sie ein Teil des atmosphärischen Aerosols. UFP sind von besonderem Interesse, da sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften sehr kleiner Partikel ändern, je kleiner sie sind. Über die chemischen Eigenschaften von UFP ist sehr wenig bekannt. Das Umweltministerium hat daher das Bayerische Landesamt für Umwelt (LfU) beauftragt, dafür nach geeigneten Lösungen für ein chemisches Analyseverfahren zu suchen.

Wie kommt Ultrafeinstaub in die Umwelt?

Der Gewichtsanteil der UFP am Feinstaub ist relativ klein, deren Anzahl an der Gesamtzahl der Partikel dagegen sehr groß. Für die Untersuchung von Ultrafeinstaub ist daher die Anzahlgrößenverteilung von UFP relevant. Diese kann mit Partikelzählgeräten bestimmt werden. Bisher gibt es jedoch kaum Erfahrungen mit standardisierten Messverfahren, weswegen es für UFP weniger Messdaten aus der Umwelt als für die Feinstaubfraktionen PM10 und PM2,5 gibt.

Erste Erkenntnisse stützen sich auf Daten des deutschen Messnetzes für ultrafeine Aerosolpartikel (GUAN - German Ultrafine Aerosol Network) mit Messstationen unter anderem auf der Zugspitze, dem Hohenpeißenberg und in der Stadt Augsburg. Demnach sind UFP-Anzahlkonzentrationen an verkehrsnahen, städtischen Messstationen höher als an ländlichen Messstationen. Im Hintergrund, wie zum Beispiel an Bergstationen, liegen Sie bei rund 1.000 Partikel pro Kubikzentimeter. Im verkehrsnahen Bereich können sie um ein Vielfaches höher liegen.

Um Erfahrungen mit der Messung und über die Herkunft von UFP zu sammeln, führte die Universität Augsburg zusammen mit dem Bayerischen Landesamt für Umwelt und in Kooperation mit dem Helmholtz Zentrum München von 2017 – 2020 das Forschungsprojekt "Einfluss lokaler Quellen auf die räumliche und zeitliche Verteilung ultrafeiner Partikel" durch. In der Folge hat das LfU eigene UFP-Messstationen an Standorten in Augsburg, Regensburg und München eingerichtet.

UFP werden insbesondere in Verbrennungsprozessen erzeugt. Auch bei Flugzeugtriebwerken entstehen aufgrund der technischen Ausführung des Verbrennungsprozesses UFP. Aus diesem Grund werden UFP-Messungen auch an Flughäfen durchgeführt.
Im Juli 2020 hat Umweltminister Glauber zusammen mit Landrat Petz vom Landkreis Freising UFP-Messungen im Umfeld des Münchner Flughafens gestartet, die von der Universität Bayreuth an jeweils einem Standort auf dem Gebiet der Stadt Freising sowie der Gemeinde Hallbergmoos durchgeführt werden sollen.

Wie wirken ultrafeine Partikel?

Eine Studie des Universitätsklinikums Düsseldorf hat 2018 zahlreiche Forschungsergebnisse zu den gesundheitlichen Auswirkungen von UFP ausgewertet. Sie kommt zu dem Ergebnis, dass immer noch keine konsistente Aussage über gesundheitliche Effekte von UFP möglich ist, obwohl in den letzten Jahren zahlreiche Hinweise auf Zusammenhänge zwischen einer UFP-Exposition und gesundheitlichen Effekten gezeigt wurden.

UFP können bis in die Lungenperipherie vordringen. Daher wird angenommen, dass sie auf die Gesundheit stärker einwirken können als die größeren Partikel des Feinstaubs. In seiner Stellungnahme "Saubere Luft" stellt die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina 2019 insbesondere zu ultrafeinen Stäuben erhöhten Forschungsbedarf hinsichtlich ihrer Erfassung, der Modellierung ihrer Ausbreitung und Wirkungen und deren Gesundheitsbelastungen fest. Demnach sind weitere Untersuchungen notwendig um eindeutig zu klären, ob von UFP eine Gesundheitsgefährdung ausgehen kann. Das Umweltministerium hat daher einen Projektverbund auf den Weg gebracht, der diese Fragen in den nächsten Jahren intensiv erforschen soll.

Welche gesetzlichen Regelungen gibt es?

Eine von der WHO eingesetzte Kommissionen stellte 2013 fest, dass es zwar wissenschaftliche Hinweise auf gesundheitsschädigende Wirkungen von UFP gibt. Deren Evidenz würde aber insgesamt noch nicht ausreichen, gesetzliche Regulierung von UFP zu empfehlen. Die Luftgüteempfehlungen der WHO wurden zwar 2021 aktualisiert; allerdings wurde dabei auch die noch immer unzureichende Datenlage hervorgehoben, so dass es nach wie vor keine Grenzwertempfehlung gibt.

International hat die Zivilluftfahrt ein Messverfahren für die Partikelmasse und Partikelanzahl entwickelt. Eine Begrenzung für die sogenannte "Rauchzahl" besteht bereits.
Die neuen Standards für nichtflüchtige Partikel sollen für alle Triebwerkstypen von Passagierflugzeugen gelten und in den nächsten Jahren umgesetzt werden.

Grundsätzlich werden die Emissionen von Partikeln aus den verschiedenen relevanten Quellen in den meisten Fällen bereits durch Sektorspezifische Grenzwerte (Verkehr, Industrie, Hausbrand) begrenzt. Dadurch werden nicht nur die Emissionen von großen, sondern auch die von kleinen Partikeln reduziert. Inwieweit zukünftig UFP-spezifische Regelungen mit Grenzwerten und Verpflichtungen zum Monitoring erforderlich sind, ist offen.
Für ein kontinuierliches Monitoring im Rahmen der Luftüberwachung wären jedoch regelmäßige Wartungen und Kalibrierungen durch geschultes Personal notwendig. Mit erheblich höherem technischem Aufwand könnten die Partikel vielleicht auch chemisch charakterisiert werden (siehe "Weiterführende Informationen" am Seitenende).