Baubiologie und Oekologie

Gesundes Bauen und Wohnen

Bayreuth, 23.11.2017

 

Hintergrundpapier zum Thema Staub/Feinstaub (PM)

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30.01.2006 - Zu den "klassischen" Luftschadstoffen gehört - neben Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxiden (NOx) und Ozon (O3) – auch der „Staub", genauer: der Schwebstaub. Wie bei den anderen Luftschadstoffen, gingen auch beim Schwebstaub in den vergangenen Jahren in Deutschland der Ausstoß und die auf Mensch und Umwelt einwirkende Belastung erheblich zurück.

Dennoch ist gerade Schwebstaub in den vergangenen Jahren wieder in die Diskussion geraten, weil es neue Erkenntnisse über seine gesundheitlichen Wirkungen gibt. Ferner gibt es in der EU heute schärfere Grenzwerte, die unter anderem Luftreinhaltepläne in Städten und Gemeinden erforderlich machen können.

Nach derzeitigen Erkenntnissen wird die Einhaltung der verschärften Grenzwerte nicht überall in Deutschland möglich sein. Mit diesem Hintergrundpapier erhalten Sie knapp erste orientierende Informationen zum Thema „Schwebstaub". Die folgenden Ausführungen betreffen nur den Schwebstaub als Partikel, nicht aber dessen Inhalts- oder ihm anhaftende Stoffe.

Was ist Schwebstaub (PM) ?

Als Schwebstaub gelten alle festen und flüssigen Teilchen in der Außenluft, die nicht sofort zu Boden sinken sondern eine gewisse Zeit in der Atmosphäre verweilen. Schwebstaub oder das atmosphärische Aerosol bezeichnet man in der Wissenschaft international als Particulate Matter (PM) . Die Größe der Staubteilchen – der sogenannten Partikel – und ihre chemischen Zusammensetzung bestimmen die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Schwebstaubes.

Der Durchmesser der Partikel reicht von einigen Nanometern (nm oder Milliardstel Meter) bis zu 100 Mikrometer (µm oder Millionstel Meter). Teilchen mit Durchmessern größer 0,1 µm können durch ihren aerodynamischen Durchmesser (dae) beschrieben werden. Der dae eines Teilchens beliebiger Form, chemischer Zusammensetzung und Dichte ist gleich dem Durchmesser einer Kugel mit der Dichte ein Gramm pro Kubikzentimeter (1 g/cm3), welche in ruhender oder wirbelfrei strömender Luft die selbe Sinkgeschwindigkeit hat wie das betrachtete Teilchen. Die Staubpartikel lassen sich nach der Größe in folgende Fraktionen einteilen:

Ultrafeine Partikel: Teilchen kleiner als 100 nm Feine Partikel: Teilchen kleiner als 2,5 µm (früher auch < 10 µm) Grobe Partikel: Teilchen größer als 2,5 µm (früher auch > 10 µm) (Im englischsprachigen Raum werden unter „coarse" fraction Teilchen größer als 2,5 µm, aber kleiner als 10 µm verstanden) PM10: Teilchen, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 10 µm eine Abscheidewirksamkeit von 50 % hat (amtliche Definition aus EU-Richtlinien). PM10 -Teilchen haben einen dae von 10 Mikrometern.

Für sie hat die EU in der Richtlinie 1999/30/EG strenge Grenzwerte für die Luftqualität festgelegt (vgl. 8)). PM10–Teilchen erfordern für die Probenahme spezielle Systeme, die größere Teilchen weitgehend ausblenden. Die europäische Norm EN 12341 beschreibt solche Probenahmesysteme. Die Teilchengröße bestimmt die Verweildauer in der Atmosphäre entscheidend – ebenso wie mögliche Transportwege der Teilchen.

So können kleine Teilchen innerhalb weniger Tage eine Distanz über einige tausend Kilometer überwinden. Ein bekanntes Beispiel ist der Saharastaub, den man manchmal auf seinem Auto findet. Er kann – je nach Windrichtung – nach Europa oder Amerika gelangen. Ultrafeine Partikel haben nur geringe Massenanteile an PM (wenige Prozent), weisen jedoch wegen ihrer großen Zahl (bis zu 90 %) eine erhebliche Teilchenoberfläche auf. An dieser können sich schädliche Stoffe (zum Beispiel Schwermetalle oder organische Stoffe anlagern, wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe oder Dioxine. Aus ultrafeinen Teilchen besteht auch der Ruß aus dem Auspuff moderner Dieselfahrzeuge.

Woher kommen PM ?

Üblicherweise unterscheidet man zwischen anthropogenen (von Menschen verursachten) und natürlichen Quellen. Beide Quellen lassen sich in primäre und sekundäre Quellen unterteilen. Bei primären anthropogenen Quellen entstehen die Staubteilchen unmittelbar in diesen Quellen und werden von ihnen frei gesetzt.

Hierzu zählen ortsfeste (stationäre) Quellen, unter denen Verbrennungsanlagen zur Energieversorgung (Kraftwerke und Fernheizwerke), Abfallverbrennungsanlagen, Hausbrand (Gas, Öl, Kohle u.a. feste Brennstoffe), Industrieprozesse (z.B. Metall-, Stahlerzeugung, Sinteranlagen) und Schüttgutumschlag die wichtigsten sind. Mobile Quellen, wie der Straßenverkehr – vorrangig Diesel-LKW und Diesel- PKW – sind vor allem in Ballungsgebieten die dominierende PM-Quelle.

Zu den Rußpartikeln aus dem Auspuff sind beim Straßenverkehr zusätzlich der Abrieb 3 der Reifen, Bremsen und Kupplungsbeläge sowie der wieder aufgewirbelte Straßenstaub als sogenannte diffuse Emissionen zu berücksichtigen. Der Schienenverkehr, die Schifffahrt – auch mit Dieselantrieb – und der Luftverkehr sind weitere mobile Quellen mit nennenswertem Staub-Ausstoß. Sekundäre anthropogene Quellen setzen reaktionsfähige Gase frei, die sich über komplexe chemische Reaktionen in der Atmosphäre in sekundäre staubteilchen umwandeln.

Dies sind Schwefeloxide (SO2, SO3), Stickstoffoxide (NO, NO2), Ammoniak (NH3) und flüchtige Nichtmethankohlenwasserstoffe (NMVOC). Die Reaktionsprodukte dieser Stoffe sind Ammoniumsulfate und Ammoniumnitrat sowie Aldehyde und Ketone als Oxidationsprodukte der NMVOC. Diese Stoffe lagern sich leicht an bereits in der Atmosphäre befindliche feine Teilchen (sogenannte Kondensationskerne) an und bilden so sekundäre Aerosole.

Sekundäre Teilchen können größere Entfernungen überwinden und so durch den Ferntransport zu Luftbelastungen an weit vom Ursprung entfernten Orten beitragen. Als anthropogene Hauptquellgruppen für sekundäre PM sind stationäre Verbrennungsanlagen (Energie, Industrie, Hausbrand: SO2, SO3 und NO, NO2), Landwirtschaft (NH3), Lösemitteleinsatz, chemische Industrie und Petrochemie (NMVOC) zu nennen.

Primäre PM natürlichen Ursprungs können aus Vulkanen (ohne deren Gasemissionen), Meeren (Seesalzaerosole in Küstenregionen), Bodenerosion in trockenen Regionen (Mineralstäube durch Verwitterung von Gesteinen und Mineralien), Wald- und Buschfeuern und als biologisches organisches Material, zum Beispiel Pollen, Sporen, Mikroorganismen (Viren, Bakterien, Pilze) entstehen.

Sekundäre PM natürlichen Ursprungs sind beispielsweise Methan aus Feuchtgebieten und Distickstoffoxid (N2O) durch biologische Aktivitäten in Böden, Gase aus Vulkanen (SO2, H2S, NH3), Sulfat – meist aus Dimethylsulfat und Schwefelwasserstoff aus den Meeren – sowie Nitrat aus Böden und Gewässern.

Der Beitrag zur Belastung variiert von Ort zu Ort. Im groben Durchschnitt hat die innerörtliche Belastung folgende Ursachen:
1. etwa 50 Prozent aus der Emission von Dieselfahrzeugen (LKW, Kleinlaster, Busse, PKW)
2. etwa 25 Prozent aus dem, was der Verkehr aufwirbelt (Abrieb von Bremsen, Reifen, Straßenbelag)
3. etwa 25 Prozent durch ferntransportierte Partikel.


http://www.umweltbundesamt.de/luft/schadstoffe/feinstaub.htm