Ultrafeinstaub

Ultrafeinstaub bzw. Ultrafeine Partikel (UFP) (ultra lateinisch für „darüber hinaus, jenseits“; Partikel nach lateinisch pars = „Teil“) bezeichnet die kleinste Fraktion des Feinstaubs, der wiederum ein Teil des gesamten Schwebstaubs ist. Ultrafeine Partikel haben einen Äquivalentdurchmesser von weniger als 0,1 Mikrometer (µm) (das entspricht 100 Nanometer [nm]).[1][2] Im Gegensatz zu Nanopartikeln werden ultrafeine Partikel unbeabsichtigt in die Atmosphäre eingebracht.[3]

Entstehung und Verbreitung

Ultrafeine Partikel entstehen insbesondere durch chemische und thermische Gasphasenreaktionen.[4] So sind sie beispielsweise in Schweißrauchen und Dieselmotoremissionen enthalten.[4] Beim Betrieb von Ethanolöfen zum Beheizen von Innenräumen[5] und beim Kerzenabbrand[6] entstehen sie ebenso wie beim Rauchen[7] von Tabak. Eine weitere Quelle für ultrafeine Partikel sind Kondensationsvorgänge.[8] In unmittelbarer Nähe von Straßen ist die Konzentration an ultrafeinen Partikeln deutlich erhöht.[9] Die Anzahl der emittierten groben und feinen Partikel lässt keine Rückschlüsse auf die Anzahl emittierter ultrafeiner Partikel zu.[6]

Zu den natürlichen Quellen von ultrafeinen Partikeln zählen unter anderem Vulkanausbrüche, Waldbrände und aufgewirbeltes Seesalz.[7]

Das Ausbreitungsverhalten von ultrafeinen Partikeln ähnelt dem von Gasmolekülen: Sie werden durch Luftströmungen transportiert und verteilen sich über Diffusionsvorgänge.[10]

2022 untersuchten Wissenschaftler des Hessischen Landesamtes für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) und der Goethe-Universität die Anzahl und Größe ultrafeiner Partikel an verschiedenen Luftmessstationen im Umfeld des Frankfurter Flughafens. Die chemische Zusammensetzung der Ultrafeinstaubpartikel verwies auf eine Gruppe organischer Verbindungen, die ihren chemischen Fingerabdrücken zufolge aus Turbinen-Schmierölen von Flugzeugen stammten.[11]

Eine internationale Studie deckt Ultrafeinstaub-Problem bei neuen Diesel PKW auf. Abgasvorschriften berücksichtigen Ausstoß des extrem schädlichen Ultrafeinstaubs nicht !

Link zur Studie: 2020_01_New_diesels_new_problems_full_report.pdf (vcoe.at)

Technischer Hintergrund: Diesel Partikel Filter können zwar den gröberen Staub für eine gewisse Zeit zurückhalten, dieser wird allerdings dann durch verbrennungsprozesse und den hohen Abgasstrom zu Gasen und Ultrafeinstaub weiter verarbeitet und ausgestoßen.

Abgasrückführung: Die Abgasrückführung wurde zur reduktion von NOX eingeführt, allerdings entstehen darurch viel mehr Rußpartikel wegen schlechterer Verbrennung. Darum wurde der Partikelfilter eingeführt. (doch mit Folgen)

Stetige Reinigung vom DPF: Wenn der Abgasstrom, bei warmgefahrenem PKW, heiß genug ist, findet eine stetige reinigung vom DPF statt. Grobe Rußpartikel werden als Gase und Ultrafeine Partikel ausgestoßen.

Aktive Reinigung vom DPF: Dabei wird mithilfe verschiedener Methoden die Temperatur im Abgasstrom erhöht, so dass die Rußpartikel aktiv zu ultrafeinen Partikeln und in Gase weiter verarbeitet und ausgestoßen werden.

Messmethode von Feinstaub: Momentan werden laut Norm Feinstaubwerte in Gewichtsanteilen ermittelt. Doch 10 nm feine Partikel fallen kaum ins Gewicht und fallen durch Siebe. Ultrafeine Partikel können 1 % vom Gewichtsanteil, aber 99 % von der Oberfläche bilden.

Gesundheitsauswirkungen: Ultrafeinstaub kann über die Atemwege direkt ins Blut gelangen und so bis ins Gehirn und tief in die Lunge eindringen. Auch in Zellen eindringen und Zellfunktionen direkt stören. (Krebs)

Auswirkungen auf Umwelt und Wetter: An ultrafeinen Partikeln bilden sich viel mehr ganz feine regentropfen, welche sich noch lange in der Atmosphäre halten können. Dies führt dann zu Starkregen, wenn die Regentropfen dann irgendwann doch genug masse haben. (Auch Wüstenbildung in den Gebieten wo keine Berge sind)

Bedeutung

Da die Masse eines Partikels mit der dritten Potenz seines Durchmessers steigt, tragen ultrafeine Partikel auch bei einer hohen Anzahlkonzentration nur wenig zur Massenkonzentration von Feinstaub bei.[7] So machen an bestimmten Arbeitsplätzen ultrafeine Partikel zwar nur 10 Prozent der Masse, aber 90 Prozent der Partikelanzahl im Feinstaub aus.[4] Darum ist ihre Erfassung nur mit zählenden Messverfahren mit ausreichender Empfindlichkeit möglich.[12] Dies bedeutet einen deutlich erhöhten messtechnischen Aufwand.[4] Gemessen werden ultrafeine Partikel häufig mit Messgeräten, die Partikel nach elektrischer Mobilität klassieren.[13]

In den menschlichen Körper gelangen ultrafeine Partikel überwiegend durch Inhalation.[13] Im Atemtrakt werden sie hauptsächlich durch Diffusion abgeschieden.[14]

Eine Veröffentlichung aus dem Jahr 1997 sieht im Hinblick auf Atemwegserkrankungen eine bessere Korrelation mit der Anzahlkonzentration als mit der Massenkonzentration.[7]

Grenzwertfindung

In „Health Effects of Particulate Matter“[15] werden die gesundheitlichen Auswirkungen von Ultrafeinstaub nicht gesondert bewertet, sondern ausdrücklich zusammen mit feinem Feinstaub mit der Kategorie PM2,5. Die WHO-Kommission IARC (International Agency for Research on Cancer) hat das gesamte Feinstaubgemisch im Jahr 2013 als Kanzerogen der Klasse 1 (eindeutig krebserregend) eingestuft.[16] Untersuchungen der WHO belegen, dass es keine Konzentration gibt, unterhalb derer keine schädigende Wirkung auftreten dürfte.[17] Seitens der WHO wurde aber bisher noch keine konkrete Empfehlung zur Begrenzung der Anzahl von ultrafeinen Partikeln ausgesprochen. Der Nutzen von Minderungsmaßnahmen lässt sich bislang zahlenmäßig nicht erfassen.[18]

Einzelnachweise
  1. VDI 2083 Blatt 1:2013-01 Reinraumtechnik; Partikelreinheitsklassen der Luft (Cleanroom technology; Particulate air cleanliness classes). Beuth Verlag, Berlin, S. 7.
  2. DIN EN ISO 14644-3:2006-03 Reinräume und zugehörige Reinraumbereiche; Teil 3: Prüfverfahren (ISO 14644-3:2005); Deutsche Fassung EN ISO 14644-3:2005. Beuth Verlag, Berlin, S. 6.
  3. Wolfram Birmili, Axel Pietsch, Thomas Niemeyer, Jürgen Kura, Stephan Hoffmann, Anja Daniels, Jiangyue Zhao, Jia Sun, Birgit Wehner, Alfred Wiedensohler: Vorkommen und Quellen ultrafeiner Partikel im Innenraum und in der Außenluft - Aktueller Kenntnisstand. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 80, Nr. 1/2, 2020, S. 33–43.
  4. Vanessa Kunde: Sind Arbeitsplatzgrenzwerte für Partikelkonzentrationen machbar? In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 77, Nr. 10, 2017, S. 421–426.
  5. Christoph Habarta, Marina Sysoltseva, Saskia Eckert, Ludwig Fembacher, Adela Frenzen, Janine Wolf, Richard Winterhalter, Christina Scheu, Hermann Fromme: Innenraumluftqualität beim Betrieb von Ethanolöfen. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 78, Nr. 9, 2018, S. 375–382.
  6. VDI 4300 Blatt 12:2020-07 (Entwurf) Messen von Innenraumluftverunreinigungen; Messstrategie und Bestimmung von ultrafeinen Partikeln. Beuth Verlag, Berlin, S. 2.
  7. Christof Asbach, Ana Maria Todea: Persönliche Exposition gegenüber ultrafeinen Partikeln im Alltag. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 76, Nr. 9, 2016, S. 315–321.
  8. Dieter Bake, Umweltbundesamt, Fachgebiet Innenraumhygiene: Ultrafeine Partikel im Innenraum. (PDF) Bundesinstitut für Risikobewertung, 19. März 2007, abgerufen am 15. März 2019.
  9. Luftqualität und Fahrzeugantriebe. VDI-Statusreport Dezember 2018, S. 4., aufrufbar unter vdi.de (Registrierung erforderlich)
  10. VDI 4300 Blatt 12:2020-07 (Entwurf) Messen von Innenraumluftverunreinigungen; Messstrategie und Bestimmung von ultrafeinen Partikeln. Beuth Verlag, Berlin, S. 6.
  11. idw: Schmieröle von Flugzeugen sind wichtige Quelle für Ultrafeinstaub. Pressemeldung vom 9. Januar 2022 Originalpublikation: Florian Ungeheuer, Lucía Caudillo, Florian Ditas, Mario Simon, Dominik van Pinxteren, Dogushan Kilic, Diana Rose, Stefan Jacobi, Andreas Kürten, Joachim Curtius, Alexander L. Vogel: Nucleation of jet engine oil vapours is a large source of aviation-related ultrafine particles. Communications Earth & Environment (2022)
  12. VDI 3867 Blatt 1:2009-09 Messen von Partikeln in der Außenluft; Bestimmung der Partikelanzahlkonzentration und Anzahlgrößenverteilung von Aerosolen; Grundlagen (Measurement of particulate matter in ambient air; Determination of the particle number concentration and number size distribution of aerosols; Fundamentals). Beuth Verlag, Berlin, S. 2.
  13. Johannes Pelzer, Oliver Bischof, Willem van den Brink, Martin Fierz, Harald Gnewuch, Henna Isherwood, Markus Kasper, Andreas Knecht, Thomas Krinke, Axel Zerrath: Geräte zur Messung der Anzahlkonzentration von Nanopartikeln. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 70, Nr. 11/12, 2010, S. 469–477.
  14. VDI 3867 Blatt 1:2009-09 Messen von Partikeln in der Außenluft; Bestimmung der Partikelanzahlkonzentration und Anzahlgrößenverteilung von Aerosolen; Grundlagen (Measurement of particulate matter in ambient air; Determination of the particle number concentration and number size distribution of aerosols; Fundamentals). Beuth Verlag, Berlin, S. 6–7.
  15. Health effects of particulate matter. (PDF) World Health organization, 2013, abgerufen am 3. Juni 2019 (englisch).
  16. Feinstaub in der Schweiz 2013. (PDF) Eidgenössischen Kommission für Lufthygiene, 2013, abgerufen am 3. Juni 2019.
  17. Ultrafeinstaub Ursachen, gesundheitliche Wirkung und Forschungsbedarf (PDF; 0,3 MB) Az.: WD8-3000-094/18, Wissenschaftlicher Dienst des Bundestages (WD8), 19. September 2018.
  18. Marion Wichmann-Fiebig: Überlegungen zur rechtlichen Regelung von UFP in der Außenluft. In: Gefahrstoffe – Reinhalt. Luft, 80, Nr. 1/2, 2020, S. 44–46.
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