 Feinstaub verringert die Lebenserwartung. Gerade im Winter steigen die Belastung und damit die Gefährdung. Um so wichtiger ist, dass der Feinstaubgehalt exakt gemessen wird. Zur Feinstaub-Bestimmung sind neue Messmethoden nötig. Aachener Forscher haben ein neues Verfahren entwickelt.
Feinstaub, das sind winzige Staubpartikel, die Russ, Metalle, organische Verbindungen, Salze oder Pollen in Lunge und Bronchien transportieren können. Gelangen sie von dort in den Blutkreislauf, können sie krebserregend wirken, in einer beliebigen Region des menschlichen Körpers.
Forscher des Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen haben jetzt ein Verfahren entwickelt, mit dem sie die Zusammensetzung und auch die genaue Grösse von Feinstaub-Partikeln analysieren können. Kleinstpartikel werden unbemerkt eingeatmetSolche Methoden sind nötig, denn wir bemerken sie gar nicht, kleinste Partikel, die uns umgeben und die wir mit jedem Atemzug in unseren Körper aufnehmen. Ihre Konzentration steigt besonders an verkehrsreichen Straßen oder in der Nähe großer Industrieanlagen. Dort qualmen die Schlote und aus den Auspuffen der Autos entweichen die Abgase. Die Gefahr liegt jedoch nicht in dem, was wir sehen, sondern in den für uns unsichtbaren Teilchen. Von den Fachleuten haben sie einen Namen: PM10 oder noch riskanter PM2.5. PM steht für Particular Matter, das heisst die Partikelgrösse. Die kleine Zahl dahinter bezeichnet den Durchmesser: 10 für eine maximale Grösse von zehn Mikrometer, 2,5 für eine maximale Teilchengrösse von zweieinhalb Mikrometern . Zweieinhalb Mikrometer (µm) entsprechen 0,0025 Millimtern. Zweieinhalb Tausendstel Millimeter - das ist eine Grösse, die unser Auge nicht wahrnimmt. Aber gerade diese Teilchen sind für den menschlichen Organismus so gefährlich. Werden gröbere Staubpartikel von unseren Flimmerhärchen der Nase und den Schleimhäuten noch abgefangen, so erreicht Feinstaub PM10 teilweise die Lunge, da die Filterwirkung des Nasen-Rachenraumes für feine Partikel mit weniger als zehn Mikrometer Durchmesser nicht ausreicht. Die ultrafeinen Partikel mit einem Durchmesser unter 2,5 µm erreichen schliesslich die Lungenbläschen unsere Alveolen und werden von dort nur sehr langsam oder gar nicht wieder abgebaut. Dies führt unter anderem zur Silikose, der so genannten Staublunge, die Leistungsfähigkeit der Lunge ist herabgesetzt, Herz-Kreilauferkrankungen können eine Folge sein. Eine typische Erkrankung bestimmter Berufsgruppen, wie beispielsweise der Bäcker. Der so genannte alveolengängige Mehlstaub gelangt in die Lunge und setzt sich dort in feinsten Verzweigungen nieder. Die Zusammensetzug des Mehls ist bekannt, die der Feinstäube aus Industrie und Autoabgasen sind jedoch wesentlich vielfältiger. Sie kann zudem auch wesentlich schädlicher sein, wenn krebserregende Substanzen oder Schwermetalle enthalten sind. Man geht heute davon aus, dass diese Feinstaubpartikel, einmal in der Lunge angekommen dort nicht nur verweilen, sondern auch weiter in den Blutkreislauf gelangen. Das heisst die vielfältigen Schadstoffe würden sich im ganzen Körper verteilen. Um zu verstehen, was diese Schadstoffe in unserem Organismus bewirken, ist es dringend erforderlich die Zusammensetzung der unterschiedlichen Feinstäube zu kennen. Gewichtsmessung unzureichendDas Messverfahren der Forscher mit Dr. Cord Fricke-Begemann als Projektleiter, besteht aus zwei Schritten: Zunächst trennen sie die Partikel mit Hilfe eines Gasstroms nach Grössenklassen und sammeln sie auf Filtern. Denn - wie oben gezeigt - ist gerade die Grösse der Partikel ist von entscheidender Bedeutung: „Bisher richten sich die gesetzlichen Grenzwerte für Feinstaubemissionen nach dem Gesamtgewicht der Partikel”, sagt Dr. Cord Fricke-Begemann. “Doch grosse Partikel sind viel schwerer als kleine. Mit Gewichtsmessungen kann man keinerlei Aussage darüber treffen, welche Menge an ultrafeinen Partikeln sich im Feinstaub befinden. Dabei sind diese deutlich gesundheitsschädlicher als die grossen.”
Die Richtlinien der EU, an denen sich auch die Schweiz orientiert, geben lediglich Grenzwerte für eine bestimmten Gewichtskonzentration an Partikeln pro Kubikmeter Raumluft. Viele kleine Partikel wiegen wesentlich weniger als wenige Grosse. Man unterscheidet zwischen Jahresdurchschnittswerten oder Tageshöchstwerten. Doch je kleiner die Partikel sind, desto tiefer gelangen sie in die feinsten Verästelungen unserer Lunge und desto mehr davon sind bei diesen Richtlinien erlaubt. So genannte Feinstpartikel können sich in der Größenordnung von Nanometern bewegen. „Fingerabdruck” der VerursacherIn einem zweiten Schritt untersuchen die Forscher des ILT deren Zusammensetzung mit der Laser-Emissionsspektroskopie „So können wir bestimmen, welche schädlichen Schwer- und Übergangsmetalle sich im Feinstaub befinden, etwa Zink, und in welcher Partikelgröße sie sich besonders anreichern”, sagt Fricke-Begemann.
Die Besonderheit der Methode: Sie liefert die Ergebnisse in weniger als 20 Minuten. Zudem erlaubt sie einen hohen Durchsatz und eine direkte Messung vor Ort - etwa in Stahlwerken. Dort lassen sich die Emissionswerte während der Produktion mit einer Weiterentwicklung des Verfahrens sogar „online”, also in Echtzeit, messen und überwachen. Dazu werden die Partikel ständig über ein Luftrohr eingesogen und analysiert.
Jede Industrieanlage produziert Feinstaubemissionen. Dabei hinterlässt jedes Verfahren einen charakteristischen „Fingerabdruck”, der etwas über die Zusammensetzung und Grössenverteilung der Partikel verrät. Dank ihrer Messmethode können die Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts die Luft in angrenzenden Wohnbereichen überprüfen und feststellen, woher die Partikel kommen. Und sie können helfen, Strategien zur Emissionsreduzierung für die untersuchten Anlagen zu erstellen.
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