Wie toxisch sind Emissionen aus Flugzeugtriebwerken und Schiffsmotoren?

Die Verbrennungseinheit eines Flugzeugtriebwerks erzeugt realistische Abgase von Flugzeugen, die im Experiment mit verschiedenen Lungenzell-Linien zusammengebracht werden
Bild: Julia Tetzke / Universität Rostock

Messkampagne an der Universität Rostock.

Um die Risiken von Luftschadstoffen in Zukunft besser abzuschätzen, startet in dieser Woche an der Universität Rostock eine internationale Messkampagne. Bei den Untersuchungen der Gesundheitsgefährdung durch Feinstaubemissionen und Luftverschmutzung aus dem Verkehrssektor werden insbesondere die von ultrafeinen Partikeln aus Verkehrsemissionen ausgehenden Gefahren für die Gesundheit erforscht. Ziel der mehrmonatigen Messung mit internationalen Partnerinstitutionen ist es, Leitlinien für die Entwicklung von Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität und der Gesundheit zu erstellen. Das Vorhaben wird von der EU mit über vier Millionen Euro gefördert.

In dem Vorhaben werden die von verschiedensten Verkehrsmitteln (Benzin-PKW, Diesel-PKW, Schiff, Flugzeug, Abrieb von Bremsen und Eisenbahnschienen etc.) direkt emittierten Verkehrsemissionen (sowohl Abgas- als auch Nicht-Abgasemissionen) und die ultrafeinen Partikel, die aus den Emissionen in der Atmosphäre durch photochemische Reaktionen im Sonnenlicht gebildet werden (so genannte sekundäre Partikel, PhotoSMOG), untersucht. Die nun an der Universität Rostock begonnene Messkampagne hat das Ziel, die Gesundheitsgefährdung durch Emissionen von Flugzeugturbinen und Schiffsmotoren im Detail zu bestimmen.

Die gemeinsamen Versuche des internationalen Projekt-Konsortiums mit dem Namen ULTRHAS (ULtrafine particles from TRansportation – Health Assessment of Sources) werden an möglichst realen Emissionsquellen durchgeführt. Im Verbundvorhaben arbeiten Forschende des Norwegischen Instituts für öffentliche Gesundheit (NIPH), der Universität Ostfinnland (UEF) und des Finnischen Instituts für Gesundheit und Wohlfahrt (THL), der Universität Fribourg (Schweiz), des Helmholtz Zentrum München, der Universität der Bundeswehr München sowie der Lehrstühle für Analytische Chemie und für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren der Universität Rostock zusammen. Neben den ULTRHAS-Partnern stoßen nun auch Forschende aus dem Weizmann Institut in Israel, der Universität Basel und dem Forschungszentrum Jülich zu den bisher einzigartigen Messungen in Rostock hinzu.

Im 2. Teil der Messkampagne ab 2=2023 wird ein Versuchsmotor Emissionen aus der Schifffahrt erzeugen. Diesen werden ebenfalls Lungenzellen ausgesetzt, um zu untersuchen, welche Grenzwerte von Feinstaubpartikeln toxisch auf die menschliche Lunge wirken.
Bild: Uwe Etzien / Universität Rostock

Auswirkungen frisch emittierter und gealterter Abgase auf die Lunge
Für die Rostocker Messkampagne kommen sowohl eine kerosinbetriebene Brennkammer eines Jet-Treibwerkes vom Institut für Aeronautical Engineering der Universität der Bundeswehr München als auch ein Schiffsmotorprüfstand des Lehrstuhls für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren der Universität Rostock zum Einsatz, in dessen Technikhalle die Rostocker Versuche auch durchgeführt werden. In einem speziellen Alterungsreaktor des finnischen Partners werden die Aerosole mit UV-Licht und Ozon atmosphärisch gealtert, um zu untersuchen, wie sich die Toxizität in der Umwelt mit der Zeit entwickelt. Dafür sind aus München ein mobiles biologisches Sicherheitslabor für toxikologische Untersuchungen sowie Messtechnik für die Aerosolchemie und -physik vor Ort. Zusätzliche, speziell entwickelte Messgeräte, wie beispielsweise ein neuartiges Einzelteilchenmassenspektrometer und hochauflösende Lasermassenspektrometer, erlauben ein vertieftes Verständnis der Zusammensetzung der Emissionen.

Die gleichzeitige Untersuchung der physikalisch-chemischen Eigenschaften und der atmosphärischen Alterungsprozesse der Emissionen sowie die Erforschung ihrer biologischen und toxikologischen Effekte auf Lungenzellkulturen ermöglichen es, die Eigenschaften der Emissionen mit ihren gesundheitsgefährdenden Effekten in Beziehung zu setzen. In einzigartigen Expositionssystemen werden die Lungenzellkulturen dafür direkt an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche beobachtet, wodurch die Situation in der Lunge nachgestellt wird. Die Auswirkungen der frisch emittierten und gealterten Emissionen auf die Lungenmodelle werden mit Hilfe fortschrittlicher bioanalytischer Verfahren und Methoden der Bioinformatik untersucht. So können Vorhersagen darüber getroffen werden, wie physikalische und chemische Emissionsmerkmale der unterschiedlichen Verkehrsemissionen die biologischen Wirkungen beeinflussen und gesundheitliche Auswirkungen hervorrufen. Das Gesamtziel des Projekts besteht darin, die Risikobewertung von Luftschadstoffen aus dem Verkehr zu verbessern, die relative Toxizität der Emissionen unterschiedlicher Verkehrsarten zu bestimmen und politische Entscheidungsträger und Regulierungsbehörden über gezieltere Maßnahmen zur Eindämmung derjenigen Emissionskomponenten und -quellen zu beraten, die am stärksten zu nachteiligen Auswirkungen beitragen.

Erste Versuche, die das Konsortium bei dem finnischen Partner UEF durchgeführt hat, zeigten, dass die atmosphärische Alterung durch das Sonnenlicht die Toxizität selbst von Emissionen aus Automobilen, die mit neuester Abgasreinigungstechnologie (EURO 6) ausgestattet sind, deutlich erhöht. Dieses überraschende Ergebnis stellt die Sinnhaftigkeit bisheriger Grenzwertregelungen in Frage. Die Partner des Forschungsvorhabens ULTRHAS wollen nun beantworten, ob ähnliche Effekte auch für die als kritisch bekannten Schiffs- und Flugzeugemissionen beobachtet werden können.
Das Projekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 mit der Finanzhilfevereinbarung Nr. 955390 finanziert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Kontakt:
Prof. Dr. Ralf Zimmermann
Universität Rostock
Institut für Chemie
Tel.: +49 381498 6460

E-Mail: ralf.zimmermann@uni-rostock.de
Prof. Dr. Bert Buchholz
Universität Rostock
Lehrstuhl für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren
Tel.: +49 381 498-9150
E-Mail: bert.buchholz@uni-rostock.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-rostock.de

Weitere Links:
Cordis https://cordis.europa.eu/project/id/955390
ULTRHAS website https://www.fhi.no/en/studies/ultrhas/

Media Contact

Dr. Kirstin Werner Presse- und Kommunikationsstelle
Universität Rostock

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