Unsichtbare Gefahren: Wie wir ultrafeine Partikel aufspüren - und warum es so wichtig ist

Angesichts der zunehmenden Bedenken über die Luftqualität und deren Auswirkungen auf die Gesundheit wird die präzise Messung und das Verständnis von Partikeln (PM) in der Atmosphäre immer wichtiger. Eine der größten Herausforderungen bei der Überwachung der Luftqualität ist die Erfassung von Ultrafeinstaub (UFPs) – Partikeln, die kleiner als 0,1 Mikrometer (PM0,1) sind. Diese winzigen Partikel stellen erhebliche Gesundheitsrisiken dar, werden jedoch häufig von herkömmlichen Messmethoden übersehen. In diesem Artikel beleuchten wir die Unterschiede zwischen massenbasierten und anzahlbasierten Messmethoden und zeigen auf, warum letztere für ein tiefgehendes Verständnis von UFPs unverzichtbar sind.

Massenbasierte Messung
Massenbasierte Messtechniken wie die gravimetrische Analyse, Lichtstreuung, Beta-Abschwächung und Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM) sind die Standardmethoden zur Überwachung von Partikeln (PM2,5). Diese Methoden messen die Masse der Partikel in einem bestimmten Luftvolumen und liefern so eine einfache Metrik für die Luftqualität.

Allerdings haben massenbasierte Messungen bei UFPs erhebliche Einschränkungen:

• Empfindlichkeit gegenüber größeren Partikeln: Massenbasierte Methoden sind auf größere Partikel ausgerichtet, da diese mehr zur Gesamtmasse beitragen. Infolgedessen kann das Vorhandensein zahlreicher kleinerer Partikel übersehen werden, wenn deren Gesamtmasse im Vergleich zu größeren Partikeln vernachlässigbar ist (Zhang et al., 2010).
• Unsichtbarkeit von UFPs: Obwohl sie Teil der Kategorie PM2,5 sind, bleiben Ultrafeinstaubpartikel bei massenbasierten Messungen oft unentdeckt. Dies kann zu einer irreführenden Bewertung der Luftqualität und potenzieller Gesundheitsrisiken führen (Le Berre et al., 2023).

Partikelanzahlmessung
Partikelanzahlmessungen zählen hingegen die Anzahl der Partikel in einem bestimmten Luftvolumen, unabhängig von ihrer Größe. Diese Methode bietet eine andere Perspektive auf die Luftqualität, da sie das Vorhandensein zahlreicher kleiner Partikel hervorhebt, die bei massenbasierten Methoden übersehen werden könnten.

Wichtige Vorteile Anzahl-basierter Messungen sind unter anderem:

• Erkennung von UFPs: Durch das Zählen von Partikeln stellen Partikelanzahl-basierte Methoden sicher, dass Ultrafeinstaubpartikel erkannt und quantifiziert werden, wodurch ein genaueres Bild der Luftqualität entsteht (Le Berre et al., 2023).
• Bewertung von Gesundheitsrisiken: UFPs sind besonders schädlich für die menschliche Gesundheit, da sie aufgrund ihrer geringen Größe besonders tief in das Atmungssystem eindringen und sogar in den Blutkreislauf gelangen können. Anzahl-basierte Messungen sind entscheidend, um die tatsächliche Exposition und die damit verbundenen Risiken von UFPs zu bewerten (Calderón-Garcidueñas und Ayala, 2022).

Wichtige Erkenntnisse aus der aktuellen Literatur
Mehrere aktuelle Studien zeigen die Unterschiede zwischen massenbasierten und Partikelanzahl-basierten Messungen von UFPs auf und betonen die Bedeutung anzahlbasierter Methoden für eine genaue Bewertung der Luftqualität.

1. Überwachung von Umweltzonen

Umweltzonen (LEZs) sind Gebiete, in denen der Zugang für bestimmte umweltbelastende Fahrzeuge eingeschränkt ist, um die Luftqualität zu verbessern. Diese Zonen wurden weltweit in verschiedenen Städten eingerichtet, um schädliche Emissionen von Fahrzeugen, insbesondere Dieselmotoren, zu reduzieren und die Einführung sauberer, emissionsarmer Fahrzeuge zu beschleunigen. Eine Studie zur Umweltzone Leipzig bietet wertvolle Einblicke in die Bedeutung der Messung von Ultrafeinstaub und zeigt auf, warum klassische Metriken wie PM10 oft nicht ausreichen, um das volle Ausmaß der durch Fahrzeuge verursachten Verschmutzung zu erfassen. (Löschau et al., 2017)

• Empfindlichkeit von UFP-Messungen
  Ultrafeinstaubpartikel, insbesondere solche mit Durchmessern zwischen 30 und 200 Nanometern, sind hochsensible Indikatoren für die Verschmutzung durch Kfz-Emissionen. Die Studie in Leipzig zeigte, dass die Messungen dieser Partikel (PN30-200nm für die Anzahlkonzentration und PM30-200nm für die Massenkonzentration) nach der Einführung der Umweltzone im Jahr 2011 von 2010 bis 2016 signifikante Rückgänge aufwiesen. Dieser Effekt konnte mit den klassischen PM Methoden nicht nachgewiesen werden. Diese Empfindlichkeit zeigt, wie UFP-Metriken Änderungen der lokalen Emissionen effektiver erkennen können als breitere Metriken wie PM10.
• Unzulänglichkeit klassischer Metriken
  PM10, das Partikel mit Durchmessern von bis zu 10 Mikrometern beinhaltet, ist eine häufig verwendete Metrik für die Luftqualität. Es umfasst jedoch Partikel aus verschiedenen Quellen, die nicht alle mit Verkehrsemissionen zusammenhängen. Die Leipziger Studie weist darauf hin, dass PM10 oft zu unsensibel ist, um motorbedingte Emissionen spezifisch zu erfassen, da es größere Partikel aus nicht motorbedingten Quellen wie Boden- und Straßenstaub umfasst, die weniger schädlich sind als kleinere, verbrennungsbedingte Partikel. Es gibt derzeit keine gesetzlichen Grenzwerte für UFPs (wie BC, PN30-200nm und PM30-200nm), wie es sie für PM10, PM2,5 und NO2 gibt. UFPs liefern jedoch präzisere Daten über die Verschmutzung durch Fahrzeuge und unterstreichen ihre Notwendigkeit für eine genaue Umweltüberwachung und Gesundheitsbewertung.
• Effektivität von Umweltzonen
  Die Einführung von Umweltzonen in Leipzig führte zu einem deutlichen Rückgang von UFPs, insbesondere schwarzem Kohlenstoff (BC) und Partikeln im PN30-200nm-Bereich. Dieser Rückgang war ausgeprägter als die Reduktion der PM10-Werte und veranschaulicht die Effektivität der Zielsetzung von UFPs zur Reduzierung schädlicher Schadstoffe. Der Erfolg dieser Umweltzonen bei der Reduktion von UFPs unterstreicht ihre Bedeutung für die Verbesserung der Luftqualität.
• Gesundheitsauswirkungs-Korrelation
  Eine der überzeugendsten Erkenntnisse der Leipziger Studie ist die Korrelation zwischen der Reduktion von UFPs und verringerten Gesundheitsrisiken. Während die Reduktion von PM10 gering erscheinen mag, führte die damit verbundene Abnahme von UFPs zu einer erheblichen Reduktion der Gesundheitsrisiken. Dies zeigt einen überproportionalen Gesundheitsvorteil durch die Fokussierung auf UFPs. Die Reduktion dieser Partikel kann die Häufigkeit von Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die eng mit der Exposition gegenüber Ultrafeinstaubpartikeln verbunden sind, deutlich senken.

2. Maritime Emissionsstudie

Eine Studie von Le Berre et al. (2023) unterstreicht die Bedeutung von Ultrafeinstaubpartikeln in der städtischen Luftverschmutzung, insbesondere durch Schifffahrtsemissionen. UFPs, die 80-90 % der Partikelanzahlkonzentrationen ausmachen, bleiben oft unentdeckt von klassischen PM-Metriken wie PM10 und PM2,5, die sich auf die Partikelmasse statt auf die Anzahl konzentrieren. UFPs haben erhebliche gesundheitliche Auswirkungen, da sie schädliche Substanzen wie Übergangsmetalle und PAKs tragen können, die Entzündungen, oxidativen Stress, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Atemwegsprobleme verursachen. Die Studie hebt hervor, dass Partikelanzahl-basierte Messungen entscheidend sind, um die Verschmutzung und die Gesundheitsrisiken durch UFPs genau zu bewerten, da sie ein detaillierteres Bild der Partikelverteilung und -konzentration liefern. Dieser Ansatz ist wesentlich, um die Überwachung der Luftqualität zu verbessern und den Gesundheitsschutz zu gewährleisten, da massenbasierte Methoden die Häufigkeit und Auswirkungen von UFPs in städtischen Gebieten nicht erfassen können (Le Berre et al., 2023).

Während wir uns weiterhin den Herausforderungen der Luftqualität stellen, kann die Bedeutung anzahlbasierter Messungen für UFPs nicht genug betont werden. Massenbasierte Methoden, die für größere Partikel nützlich sind, reichen nicht aus, um das Gesamtbild der Luftqualität zu erfassen, insbesondere bei Ultrafeinstaub.

Der AVL UltraFine Particle Monitor^TM der AVL, ein Kondensationspartikelzähler, stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Technologie zur Überwachung der Luftqualität dar und bietet die notwendigen Werkzeuge, um UFPs genau zu messen und zu verstehen. Durch die Anwendung anzahlbasierter Messtechniken können wir tiefere Einblicke in das Vorhandensein und Verhalten von Ultrafeinstaub gewinnen, was letztlich zu besseren gesundheitlichen Ergebnissen und fundierteren Umweltpolitiken führt.

Auf der Suche nach sauberer Luft und besserer Gesundheit ist die Wahl der geeigneten Messmethode für Ultrafeinstaub (UFPs) entscheidend. Die "Umweltzone Leipzig"-Studie hebt die dringende Notwendigkeit hervor, UFP-Messungen in die standardmäßigen Luftqualitätsüberwachungsverfahren zu integrieren. Klassische Metriken wie PM10 und massenbasierte Methoden reichen oft nicht aus, um das wahre Ausmaß der UFP-Verschmutzung und die Nuancen der Emissionen von Kraftfahrzeugen sowie deren gesundheitliche Auswirkungen zu erfassen.

Indem wir uns auf UFPs konzentrieren und Partikelanzahl-basierte Techniken anwenden, können Städte eine präzisere Kontrolle der Verschmutzung erreichen, die öffentliche Gesundheit besser schützen und unser Verständnis der Luftqualität verbessern. Unser fortschrittliches Gerät bietet eine umfassende Lösung, die sicherstellt, dass Ultrafeinstaub nicht übersehen wird, und genaue, zuverlässige und detaillierte Messungen von UFPs liefert.

Im Kampf gegen die Luftverschmutzung wird die Anwendung dieser fortschrittlichen Metriken entscheidend sein, um gesündere städtische Umgebungen zu schaffen. Investieren Sie in eine genaue Überwachung der Luftqualität mit dem AVL UltraFine Particle Monitor^TM und schließen Sie sich uns im Kampf gegen Ultrafeinstaubverschmutzung an. Gemeinsam können wir einen Unterschied machen.

• Le Berre, L., D’Anna, B., 2023. Measurement and modeling of ship-related ultrafine particles and secondary organic aerosols in a Mediterranean port city. Toxics. Available at: https://www.mdpi.com
• Zhang, Q., Gangupomu, R.H., Ramirez, D., Zhu, Y., 2010. Measurement of ultrafine particles and other air pollutants emitted by cooking activities. International Journal of Environmental Research and Public Health. Available at: https://www.mdpi.com
• Löschau, G., Wiedensohler, A., Birmili, W., Rasch, F., Spindler, G., Müller, K., Hausmann, A., Wolf, U., Sommer, W., Anhalt, M., Dietz, V., Herrmann, H., Böhme, U., Kath, H.-G., Kühne, H., Umweltzone Leipzig – Abschlussbericht, Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (2017), Schriftenreihe des LfULG, Heft XX/2017, Link: https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/29757
• Calderón-Garcidueñas, L., Solt, A. C., Henríquez-Roldán, C., Torres-Jardón, R., Nuse, B., Herritt, L., Villarreal-Calderon, R., Osnaya, N., Stone, I., García, R., Brooks, D. M., González-Maciel, A., Reynoso-Robles, R., Pérez-Guillé, B., & Díaz, P. (2008). Long-term air pollution exposure is associated with neuroinflammation, an altered innate immune response, disruption of the blood-brain barrier, ultrafine particulate deposition, and accumulation of amyloid beta-42 and alpha-synuclein in children and young adults. Toxicologic Pathology, 36(2), 289-310.