Dem Feinstaub auf der Spur

Feinstaub gefährdet die Gesundheit und kann zu ernsthaften Erkrankungen führen. Daher werden die EU-Normen schärfer. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM unterstützen ein EU-weites Messprogramm, mit dem nicht nur die Masse des Staubs in Abgasen von Kraftfahrzeugen, sondern auch einzelne Partikel gezählt werden. Kollegen vom Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI ermitteln, wie sich das Wetter auf die örtliche und zeitliche Verteilung von Feinstaub auswirkt.

Aus Abgasen werden Feinstäube bisher kaum herausgefiltert. Zu grobe Filtersysteme in Industrieanlagen und Automotoren führen dazu, dass auch winzige Staubpartikel mit einem Durchmesser von deutlich weniger als 2,5 Mikrometern in die Luft gelangen. Feinste Stäube sind besonders gesundheitsschädigend, denn die Teilchen dringen bis in die Lungenbläschen vor und können sich dort festsetzen. Langfristig kann das im Extremfall zu Entzündungen in der Lunge führen.

Die EU hat für die Typ-Prüfung bei der Neuzulassung von Fahrzeugen die Grenzwerte für Partikelemissionen deutlich gesenkt. Vergleicht man etwa Euro-Norm 4 mit der älteren Norm 1, so reduzieren sie sich für Pkws beispielsweise um knapp 90 Prozent. Die neue Norm 4 ist seit Anfang dieses Jahres in Kraft – weitere Absenkungen der Grenzwerte sind für die Zukunft vorgesehen. Um die neuen Richtlinien erfüllen zu können, muss die Industrie verbesserte Filter, Katalysatoren und Motoren entwickeln. So lassen sich die schädlichen Abgase und auch die Anzahl der Partikel pro Gasvolumen reduzieren.

Die geringere Konzentration feinster Partikel ist jedoch mit der herkömmlichen Messmethode kaum mehr verlässlich nachweisbar. Sie beruht auf Filtration der Luft und die registrierte Massenänderung ist besonders bei kleinsten Partikeln sehr gering und damit stark fehlerbehaftet. Um eine neue Methode zu etablieren, gründete die UN-Wirtschaftskommission für Europa das »Particle Measurement Programme« (PMP), geleitet von einer Gruppe, der auch Experten vom Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM angehören.

»Unsere Gruppe schlägt vor, ein standardisiertes Messverfahren einzusetzen, mit dem einzelne Rußpartikel gezählt werden können«, erläutert Gerhard Pohlmann von der ITEM-Abteilung Aerosoltechnologie. »Zusätzlich zur Gesamtmasse der Partikel wird nun auch deren Anzahl gemessen. Selbst sehr geringe Feinstaubmengen lassen sich damit erfassen.« So arbeitet die neue Methode: Zuerst werden die Abgasproben entnommen und erhitzt, wodurch die flüchtigen Bestandteile verdampfen. An die derart behandelten Partikel wird ein schwerflüchtiger Alkohol ankondensiert. Dadurch vergrößern sie sich und werden nachweisbar: In der Messapparatur durchlaufen sie einen Lichtstrahl. Dank der auftretenden Intensitätsänderung lässt sich jedes einzelne Partikel erfassen und zählen. Die Messmethode und die zugehörige Messvorschrift testen die Wissenschaftler vom ITEM mit Kollegen vom Institut für Fahrzeugtechnik beim TÜV Nord in Essen als Vertreter der deutschen Seite.

Neue Ansätze zur Untersuchung der Feinstaubbelastung liefert das Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI. Seit drei Jahren werten die Forscher mit Kollegen vom Meteorologischen Institut der Uni Freiburg Daten aus den Luftmessnetzen der Bundesländer aus. Eine wesentliche Erkenntnis daraus: Das Wettergeschehen übt einen weitaus größeren Einfluss auf die Feinstaubimmissionen aus als Schwankungen im Verkehrsaufkommen. Langzeitmessungen zeigen, dass besonders dauerhafte Niederschläge die Staubbelastung für den Menschen deutlich reduzieren. Auch der Wind spielt eine Rolle: Bei hoher Windgeschwindigkeit wird der Staub verstärkt ins Umland getragen – die Feinstaubbelastung sinkt am Emissionsort. Bei mittleren Windgeschwindigkeiten hingegen wird der Staub aufgewirbelt – die lokale Belastung steigt. Anhand dieser Ergebnisse entwickeln die Wissenschaftler Prognosemodelle, die die Feinstaubkonzentration besser vorhersagen können und dabei das Wetter berücksichtigen.

»Die ganze Feinstaubdiskussion geht in eine völlig falsche Richtung«, betont Matthias Klingner, Leiter der Abteilung Verkehrssystemtechnik am IVI. »Kurzfristige Straßensperrungen führen zu keiner Verbesserung, solange man die Wetterlage nicht mit einbezieht.« Langfristig allerdings sei es wichtig, den Verkehr einzudämmen und besonders in Ortschaften die Geschwindigkeit herabzusetzen, um eine Aufwirbelung durch Fahrtwind zu reduzieren. Rußfilter in Bussen und Nutzfahrzeugen sowie eine Verlagerung des Schwerlastverkehrs ins Umland helfen, die Feinstaubbelastung in Ansiedlungen zu verringern.