Was tun gegen Ultrafeinstaub?

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Was tun gegen Ultrafeinstaub?

Tarek Al-Wazir bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Zusammengefasster Bericht zur Expertenanhörung an der Goethe-Universität vom 22. + 23.08.2019

Am 22. und 23. August 2019 fand an der Frankfurter Goethe-Universität eine Expertenanhörung des Umwelt- und Nachbarschaftshauses (UNH) zum Thema ultrafeiner Partikel (UFP) statt. Neben einem Grundwissen und aktuellem Wissensstand über Ultrafeinstaub, lag der Fokus der zahlreichen Präsentationen von international geladenen Expertinnen und Experten auf der UFP-Belastung an unterschiedlichen Standorten, wie z.B. in Städten, Emissionen von Flugzeugen am Flughafen, aber auch Studien zu Gesundheitsauswirkungen von UFP. In diesem Bericht beschränkt sich die Stabsstelle lediglich auf die Erkenntnisse im Fluglärmschutz und Emissionen des Flugverkehrs.

Ergebnis der 2-tägigen Veranstaltung war, dass UFP nachweislich gesundheitsschädlich ist. UFP gehörten 2017 international zu den Top 10 Ursachen für globale Erkrankungen in Deutschland sogar auf Platz 9 als Ursache für gravierende gesundheitliche Probleme. Sie stellen laut Umweltbundesamt (UBA) ein Risiko für die Gesundheit dar, sodass ein Grenzwert aufgrund des Vorsorgegrundsatzes notwendig ist. Flughäfen gelten als dominante Quelle für UFP. Gesenkt werden können die Emissionen durch Verbesserung der Triebwerke, durch alternative Treibstoffe sowie durch eine Begrenzung der Flugbewegungen.

So referierten Expertinnen und Experten aus unterschiedlichen, wissenschaftlichen Fachgebieten, wie die der Chemie, Physik, Medizin und Maschinenbau. Das Publikum hörte zudem die Erkenntnisse und Zielsetzungen des Hessischen Verkehrsministers Tarek Al-Wazir, des Forums Flughafen und Region (FFR), Umweltbundesamts (UBA), Hessischen Landesamts für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG), der Arbeitsgemeinschaft Deutscher Fluglärmkommissionen (FLK) und vielen weiteren Akteurinnen und Akteuren. Die Mehrheit der Teilnehmenden kam dabei aus Verwaltungsstellen, vereinzelte aus den Bereichen Politik und Wirtschaft, aber auch die Frankfurter Bürgerinitiativen waren im Hörsaal vertreten. Ein Ausblick konnte am Veranstaltungsende ebenso gegeben werden: Heutzutage ist es möglich, die gesundheitsschädlichen UFP zu mindern: sei es durch die Entschwefelung des Kerosins, die Verwendung alternativer Flugzeugkraftstoffe oder den Bodenverkehr an Flughäfen zu optimieren.

Was sind UFP und wie erfolgt eine Qualitätssicherung der Messungen?

Um das Basiswissen zu etablieren, referierte Dr. Christof Asbach vom Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V.: UFP seien luftgetragene Partikel und kleiner als 100 Nanometer. UFP würden sich dabei anders als gröbere Partikel verhalten. So seien diese nicht sichtbar und verblieben ständig in der Luft und in zufälliger Bewegung.

Prof. Alfred Wiedersohler vom Leibnitz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) zeigte zudem, dass man unter groben Partikeln u.a. Wüstenstaub verstehe. Feine Partikel seien beispielsweise Kraftstoffemissionen und ultrafeine Partikel würden aus Flugzeugemissionen stammen. Das TROPOS erklärte zudem, was fundierte Messmethoden seien: Nicht nur sollten die Geräte regelmäßig kalibriert werden, um eine hohe Qualität an Messungen durchführen zu können, auch unterschiedliche Stationen müssten gleich messen, um eine Differenz darstellen zu können. Des Weiteren sollten Messungen langfristig angelegt werden, um belastbare Daten zu erhalten.

Dr. Dominik van Pinxteren, ebenfalls vom TROPOS-Institut, erläuterte die chemische Charakterisierung der UFP: Die Gesamtmasse bestehe größtenteils aus kohlenstoffhaltigem Material. Dabei seien Feinstäube im Jahr 2017 unter den Top 10 der globalen Erkrankungen und in Deutschland sogar unter den Top 9 als gravierendes, gesundheitliches Problem platziert.

Staatsminister Tarek Al-Wazir erläuterte in der Keynote seine Ziele im politischen Kontext: „Bei den UFP sind wir am Anfang. Wir haben eine Debatte in der Rhein-Main-Region, ob wir hier eine besondere Quelle haben, um die wir uns auch besonders kümmern müssen. Fluglärm ist seit Jahrzehnten ein Thema. Das UFP als neues Thema muss verantwortlich angegangen werden. Aus meiner Sicht muss am Ende ein Grenzwert stehen. Dafür brauchen wir einen gemeinsamen Weg an Wissensgrundlagen, der eine gewisse Zeit dauern wird. Aus Vorsorgegründen muss man schon jetzt – vor einem Grenzwert – tun was möglich ist. Es muss, aus meiner Sicht, auf Bundes- und EU-Ebene ein Thema sein. Zum einen, um Maßnahmen zu ergreifen die Emissionen so gering wie möglich zu halten und zum anderen Aufklärung voranzutreiben, damit über die Regulierungserfordernisse für ein UFP-Grenzwert entschieden werden kann.“

UFP-Emissionen von Flugzeugen

Theo Rindlisbacher vom Bundesamt für Zivilluftfahrt in der Schweiz erläuterte Messergebnisse von Verbrennungsmotoren von Flugzeugtriebwerken. Dabei unterschied er zwischen festen UFP (Kohlenstoff und Ruß; Größenbereich 10 > 100 Nanometer) und flüchtigen UFP (Nitrate, Sulfate, organische Elemente; Größenbereich 5 bis 20 Nanometer). Dabei fand er heraus, dass bei der Startleistung eines Triebwerks die Partikel am größten, eher kristallin und aus Kohlstoff seien. Im Leerlauf dagegen waren die Partikel am kleinsten, eher amorph und kombinierten Kohlenstoff mit anderen organischen Stoffen.
Weiter schilderte er, dass die meisten heute fliegenden Triebwerke noch nicht auf tiefe UFP-Emissionen optimiert seien. Als Vorsorge in der Luftfahrt sehe er daher die 2008 von der Schweiz in der ICAO angestoßene und ab 2011 maßgeblich ermöglichte Entwicklung des Messverfahrens für eine zukünftige Reduktion der Anzahl fester UFP (Rußpartikel). In den vergangenen drei Jahren habe man zudem an einer Entwicklung der ersten Grenzwerte gearbeitet. 2019 wurde dieses Ziel geschafft: der ICAO-Rat hat die neuen globalen Grenzwerte für Partikelmasse und Partikelanzahl an Flugzeugen verabschiedet. Die Grenzwerte für Neutriebwerke kämen ab dem 01.01.2023 zur Anwendung. Jene ersten Grenzwerte liegen ca. 30 Prozent unter den Werten der Triebwerke mit den aktuell höchsten Emissionen.

Welche Messergebnisse von UFP gibt es am Flughafen Frankfurt?

Dr. Diana Rose vom HLNUG erläuterte, dass am Frankfurter Flughafen jene Messungen des HLNUG in Kooperation mit dem UBA im Jahr 2015 (CPC-Messung mit einer Gesamtkonzentration über 2,5 Nanometer bis 1 Mikrometer) begannen. Die Ergebnisse: Es gäbe eine hohe Konzentration von 10 bis 30 Nanometer großen Partikel tags und nachts an den Standorten Raunheim und Schwanheim. Der Flughafen Frankfurt sei somit eine bedeutsame Quelle von UFP.
Neu sei die Sachsenhäuser Messstation, deren höchste Konzentrationswerte aus dem süd-westlichen Wind vom Flughafen messen würde. Dabei handele es sich um den Mittelwert von ca. 21.000 Mikrometer am Flughafen (Tag) und an der Messstation Sachsenhausen (Tag) um ca. 13.000 Mikrometer. Nach einzelnen Überflügen gäbe es jedoch keine Konzentrationsspitzen, wobei die Konzentration auch ohne nahe Vorbeiflüge hoch bleibe. Das HLNUG bemesse den Beitrag des Frankfurter Flughafens auf über 60.000 Partikel pro Kubikzentimeter und traf die Aussage, dass das Flughafengelände als dominante Quelle für UFP gelte. Dabei sei der Beitrag der Autobahn A3 zur UFP-Konzentration relativ gering. Einzelne Überflüge seien nur in unmittelbarer Nähe zum Flughafen als Spitzen in der UFP-Konzentration sichtbar und dies auch nur unter bestimmten Bedingungen (Standort, Meteorologie, ggf. Flugzeugtyp). Es stehe nach diesen Ergebnissen fest, so Dr. Rose, dass eine UFP-Quelle vom Flugbetrieb (auch vom Gelände) stamme und sich das Flughafengelände und die Anflugkorridore (bis ca. 400 Metern Flughöhe) erstrecke. Dabei würden Partikel mit dem Wind ins Umland getragen, sodass auch die 7,5 Kilometer entfernte Sachsenhäuser Messstation signifikante Werte aufzeige.
Weiterführende Herangehensweisen seien die Messungen an weiteren Standorten in Betrieb zu nehmen. Darunter Oberrad, Niedwald und Flughafen-Ost. Dem HLNUG stelle sich dann die Frage: Wie hoch sind die Beiträge der An-/Abflüge in größerer Entfernung bzw. bei größeren Flughöhen? Ein Forschungsprojekt über die chemische Zusammensetzung der Partikel sei bereits geplant. Auch würde das HLNUG direkt unterhalb der Anfluglinie (100 Meter Flughöhe) in Raunheim-Mönchhof messen wollen.

Welche Kenntnisse über UFP gibt es von Messungen z.B. am Flughafen Zürich?

Emanuell Fleuti von der Flughafen Zürich AG trug die Erkenntnisse vor, dass die Menge der festen Partikel zwei bis vier Mal geringer seien, als die der flüchtigen Partikel. Dabei handele es sich nach seinen Studien zufolge um 28 Prozent nicht flüchtiger Partikel und 51 Prozent Emissionen vom Flughafen. Er komme zum Ergebnis, dass der Windeinfluss eine äußerst dominante Rolle spiele und der allgemeine Einfluss des Flugbetriebs bei 5 bis 6 Kilometern Distanz nicht mehr sichtbar seien. Seine UFP-Kenntnisse würden zwar laufend zunehmen, aber die UFP seien deutlich komplexer als bereits bekannte Stoffe wie NOx oder CO.

Von der Risikoforschung zur Grenzwertsetzung?

Marion Wichmann-Fiebig vom Umweltbundesamt stellte das Positionspapier der EU-Expertengruppe von 2008, sowie die Risikoabschätzung auf Grundlage der WHO-Empfehlung vor. So erklärte sie, dass man heute noch nicht die UFP-Masse messen könnte, da sie zu gering sei. Die Anzahl-Konzentration sei eine zwei-parametrige Größe, sodass die Anzahl der oberen und unteren Grenze des Größenbereichs wichtig festzulegen sei. Dabei stellte sie die Frage nach der Gesundheitsrelevanz der Oberfläche der Partikel. Die Inhaltsstoffe herauszufinden seien zwar nur mit einem erhöhten Messaufwand verbunden, die Quellen könnten jedoch zugeordnet werden.
Die Emittenten seien hier der Straßenverkehr mit ca. 40 bis 500 Nanometer großen Partikeln und auch der Flugverkehr mit mehr als 40 Nanometer großen Partikeln. (Gas-) Kraftwerke weisen mehr als 10 Nanometer große Partikel auf.
Im Rahmen einer Quantifizierung eines Grenz- oder Zielwertes sei es denkbar, die Empfehlung der WHO zu nehmen. Fakt sei für das UBA, dass UFP ein Risiko für die Gesundheit darstelle und ein Vorsorgegrundsatz sowie eine Begrenzung/Minimierung von Nöten sei. Dabei verdeutliche Frau Wichmann-Fiebig, dass, für eine „klassische“ Grenzwertableitung, noch zu viele Grundlagen fehlen würden. Hierfür schilderte sie einige Alternativen: Darunter das Minimierungsgebot (den Emissionsfaktor senken, z.B. durch bessere Filter, Typzulassungen von Triebwerken, Treibstoffspezifikation, regelmäßige Kontrollen im Betrieb). Eine weitere Option sei dies über die Aktivitätsrate zu schaffen, also beispielsweise die Zahl der Flugbewegungen zu begrenzen, die Treibwerksemissionen zu minimieren oder über Mobilitätskonzepte das Verkehrsaufkommen zu reduzieren. Hier sei die Voraussetzung die Kenntnis der wesentlichen Verursacher einer Region zu kennen, wie beispielsweise den Emissions-Anteil des Flugverkehrs im Vergleich zum Straßenverkehr.

Mehr Wirkungsstudien?

Dr. Josef Cyrys vom Helmholtz-Zentrum München erklärte, dass aktuell bereits über 70.000 Studien zu den Auswirkungen von Luftschadstoffen auf die Gesundheit publiziert seien. Auch er sehe die Problematik, dass es für UFP keine Grenzwerte festgelegt seien. Hier führte er die Kritik auf, dass es jedoch nur wenige epidemiologische Studien darunter gäbe. Sein Fazit beinhaltete, dass die Umweltmedizin zwar Erkenntnisse aus der Toxikologie (Wirkungsstudien) und Umweltepidemiologie (Beobachtungsstudien) gewinne, er sich aber eine Gesamtschau (Meta-Analysen) für eine korrekte Beurteilung wünsche.

Oder mehr toxikologische Studien zu UFP?

Prof. Dr. Marianne Geiser Kamber der Universität Bern forschte bereits erfolgreich, dass sich UFP mit sehr hoher Effizienz in der Lunge ablagere. In Bronchien, in Alveolen (wo der Austausch von O2 und CO2 stattfinde) und im Atembereich. Die kam zum Ergebnis, dass je kleiner die Partikel sind, desto mehr würden sie in den zentralen Atemwegen abgelagert. Mögliche negative Folgen von inhalierten UFP seien dabei Asthma, kardiovaskuläre Erkrankungen, Krebsentstehung und die Wirkung auf sekundäre Organe (d.h. wenn sie aus dem Blutkreislauf austreten, würden sie auch andere Erkrankungen initiieren). Besonders schädlich seien UFP für Personen mit bereits bestehenden Lungenerkrankungen. Auch sehe Prof. Geiser Kamber eine positive Korrelation mit der täglichen Mortalität. Sie erklärte ferner, dass die Toxizität von Flugzeugturbinen im Steigflug mehr Partikelmasse ausstoßen würden (Partikelgröße: 50 Nanometer). Dies seien 85 Prozent mehr Masse als im Leerlauf ausgestoßen werde. Auch der Treibstoff sei zwischen dem Jet A-1 und dem beispielsweise Bio-Kerosin zu unterscheiden. So kam sie zum Fazit, dass die Toxizität abhängig vom Betriebszustand und der Treibstoffart sei.

Epidemiologische Studien zu UFP

Prof. Dr. Barbara Hoffmann der Universität Düsseldorf referierte, dass Gesundheitseffekte über akute Effekte (tägliche Todesfälle, Krankenhauseinweisungen, Blutdruckmessungen, Lungenfunktion, Herzfrequenz) oder auch über Langzeiteffekte (monatliche oder jährliche Sterberate, Anzahl von Neuerkrankungen) erfasst werden könnten. Bis 2013 existierten dabei keine epidemiologischen Studien speziell zu UFP von Flughäfen. Auch Studien zu Langzeiteffekten hatte es bis dahin nicht gegeben, so Prof. Hoffmann. Bei der 2019 erschienenen Ohlwein et al. Studie sei nun jedoch ein Risiko abzuzeichnen: die täglichen Notfälle und Krankenhausaufnahmen von kardiovaskulären und respiratorischen Aufnahmen seien gestiegen. Berücksichtige man UFP mit anderen Schadstoffen, sei ein Effekt jedoch nicht mehr zu sehen, so zahlreiche Studien. Daher würde der Effekt wahrscheinlich verwaschen. Die stärkste Evidenz für akute Effekte sei jedoch nach Prof. Hoffmann die Lungengesundheit (Lungenfunktion, Entzündungen in der Lunge) und Herz-Kreislauf-Wirkungen (Blutdruck, Herzratenvariabilität) zu untersuchen. Die Herausforderungen für diese Gesundheitsstudien seien nicht nur die Erfassung der Exposition, sondern auch die Messung von Co-Schadstoffen.

Welche Möglichkeiten zur Minderung von UFP gibt es?

Bill Hemmings vom Transport & Environment aus Belgien erklärte, dass die EU-Schwefelgesetzgebung für Kraftstoffe keine Begrenzung des Schwefelgehalts von Flugkraftstoff festlege. Sein Vorschlag wäre beispielsweise die Kerosin-Lieferanten als eine Möglichkeit zu regulieren.

Dr. Tobias Schripp vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt erläuterte die Verwendung von alternativen Flugzeugkraftstoffen. Die Luftfahrt sei für ca. 2 bis 3 Prozent der CO2-Emissionen weltweit verantwortlich und wachse durchschnittlich um ca. 5 Prozent pro Jahr. Man unterscheide zwischen konventionellen Treibstoffen (wie Rohöl, z.B. Jet A, Jet A-1, Jet B, JP-8) und alternativen Treibstoffen (aus erneuerbaren Quellen). Dabei habe die chemische Zusammensetzung des Treibstoffs einen erheblichen Einfluss auf die Partikelemissionen. Die Korrelation zwischen dem Wasserstoffgehalt des Treibstoffs und der emittierten Rußmasse wurden experimentell nachgewiesen. Die Gesamtpartikelzahl werde des Weiteren zusätzlich durch den Schwefelgehalt beeinflusst. Dabei würden alternative Kraftstoffe die Rußmasse reduzieren ohne die Partikelverteilung zu verändern oder die Freisetzung von NOX zu erhöhen. Es sei bislang bekannt, dass konventionelle Treibstoffe schneller rußen würden als Alternative. Das DLR-Projekt „Emission and Climate Impact of alternative Fuels“ (ECLIF) habe dabei herausgefunden, dass eine Rußbildung bis zu 50 Prozent – auch im Passagierverkehr – verringerbar sei. Ein Beispielprojekt hierfür sei DEMO-SPK zum Einsatz von erneuerbarem Kerosin am Flughafen Leipzig/Halle mit DHL-Flugzeugen. Die Ergebnisse seien Ende 2019 zu erwarten. Die Herausforderungen seien die Produktionskapazitäten, lokale Transportketten zu Projektnetzwerken weiterzuentwickeln. Dr. Schripps Fazit lautete, dass die Entwicklung und Anwendung alternativer Treibstoffe in der Luftfahrt in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte gemacht hätten, jedoch noch wesentliche Hürden, wie die der Rohstoffverfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit, bevorstünden. Dabei erfolge die Weiterentwicklung von Treibstoffnormen gründlich, um die Sicherheit des Luftverkehrs zu gewährleisten. Auch reduziere die Beimischung erneuerbarer alternativer Treibstoffe die CO2- und Rußemissionen. Abschließend stellte er fest, dass derzeit die Verwendung eines 100 Prozent nicht-fossilen Treibstoffes in der Luftfahrt noch unwirtschaftlich sei und dies noch viele Jahre der Entwicklung benötige.

Tarek Al-Wazir bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Tarek Al-Wazir bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Publikumsfragen bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Publikumsfragen bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Schnittchen und Kameras bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Schnittchen und Kameras bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Moderatorin Heng-Ruschek (v.l.) im Gespräch mit Herrn Dr. Christof Asbach, Frau Dr. Diana Rose, Herrn Emanuel Fleuti, Herrn Dr. Bryan Hellack und Herrn Dr. Gunter Löschau UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Moderatorin Heng-Ruschek (v.l.) im Gespräch mit Herrn Dr. Christof Asbach, Frau Dr. Diana Rose, Herrn Emanuel Fleuti, Herrn Dr. Bryan Hellack und Herrn Dr. Gunter Löschau bei der UFP-Expertenanhörung ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer

Prof. Dr. Barbara Hoffmann referierte den

Prof. Dr. Barbara Hoffmann referierte den "Teufelskreis" der aktuellen UFP-Situation ©Stadt Frankfurt, Karina Mombauer