Luftbelastung durch Feinstaub in Westfalen

von Christian Büns und Nike Witte

 

Die Qualität der Luft ist seit Jahrzehnten ein wichtiges Thema. Nach Saurem Regen (s. Beitrag Lethmate) und Ozonproblematik ist in den vergangenen Jahren vor allem Feinstaub ein viel beachtetes Thema geworden. Auch in Westfalen besteht diese Problematik, die dabei nicht nur die Ballungsräume und das Ruhrgebiet, sondern auch die ländlichen Regionen betrifft.
PM10-Monatsmediane 2004 der Stationen Bielefeld und Eggegebirge Abb. 1: PM10-Monatsmediane 2004 der Stationen Bielefeld (städtischer Hintergrund) und Eggegebirge (ländlicher Hintergrund) (Quelle: Verändert nach C. Büns et al. 2007)
Quellen für luftgetragene Stäube allgemein und Feinstäube im Speziellen resultieren sowohl aus anthropogenen als auch aus natürlichen Emissionen. Dabei befinden sich Staubpartikel mit Durchmessern von wenigen Nano- bis zu 100 Mikrometern (µm) in der Luft.

Als Feinstaub - oder auch PM10 - werden dabei Partikel mit einem Durchmesser von kleiner 10 µm bezeichnet. Sie können direkt von einer Quelle in die Luft abgegeben werden (primäre Partikel) oder sie bilden sich aus Vorläufersubstanzen (sekundäre Partikel).

Feinstaub kann über weite Strecken windrichtungsabhängig transportiert werden. Diese Langstreckentransporte bilden einen erheblichen Anteil an der Hintergrundbelastung, unabhängig von lokalen Emittenten. Lokale Quellen für Feinstaub im Ruhrgebiet sind in erster Linie Industrieanlagen, Kraftwerke, Hausbrand und Verkehr. In eher ländlich geprägten Landesteilen Westfalens verursacht die Landwirtschaft zum einen durch die Tiermast und zum anderen durch die Emissionen von landwirtschaftlichen Böden PM10 (s. Beitrag Lethmate). Deutliche Feinstaubbelastungen sind ebenso entlang der Hauptverkehrsachsen in Westfalen nachweisbar.
Luftreinhaltepläne, Aktionspläne und Umweltzonen 2010 in Westfalen Abb. 2: Luftreinhaltepläne, Aktionspläne und Umweltzonen 2010 in Westfalen (Stand: 6/2010) (Entwurf: C. Büns, N. Witte; Quelle: LANUV 2008)
Eine Gefahr für die menschliche Gesundheit geht von der Inhalierbarkeit der teils flüssigen, teils festen Partikel aus. Dabei sind nicht nur deren chemische Zusammensetzung, sondern vor allem auch ihre Größe entscheidend für die möglichen gesundheitsschädlichen Wirkungen auf den menschlichen Körper. Je kleiner die Partikel, desto tiefer können sie in die Lunge eindringen.

Seit dem 01. Januar 2005 gelten die zum Schutz der menschlichen Gesundheit von der EU festgelegten Grenzwerte für Partikel der Größenklasse PM10 (in Deutschland durch die 22. BImSchV). Dabei dürfen ein Jahresmittelwert von 40 µg/m3 und v. a. ein Tagesmittelwert der PM10-Konzentration von 50 µg/m3 nicht öfter als an 35 Tagen im Jahr überschritten werden.

Zuständig für die Aufstellung von Messstellen zur Überwachung der Luftqualität in Westfalen ist das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV NRW). Tagesaktuelle Daten der Messstellen können unter www.lanuv.nrw.de abgerufen werden.

Betrachtet man zwei typische Jahresverläufe der PM10-Konzentration an zwei benachbarten Stationen mit unterschiedlicher Umgebung (Stadt-Land-Vergleich) wie am Beispiel der Stationen Bielefeld und Eggegebirge (Abb.1), so erkennt man zunächst durchgängig höhere Werte an der städtischen Station. In den Wintermonaten treten generell höhere Konzentrationen auf als in den Sommermonaten. Die höheren Feinstaubkonzentrationen im Winter sind durch die unterschiedliche Mächtigkeit der atmosphärischen Grenzschicht zu erklären: In einer gut entwickelten Mischungsschicht im Sommer werden bodennah emittierte Stoffe besser vermischt und verdünnt. Im Winter dagegen werden die Stoffe in eine flache Luftschicht emittiert und treten dort infolgedessen in höheren Konzentrationen auf. Insgesamt liegen die Feinstaubwerte der städtischen Station (Bielefeld) klar über denen der ländlichen Station (Eggegebirge).
Einteilung der Feinstaubplaketten nach Schadstoffgruppen Tab. 1: Einteilung der Feinstaubplaketten nach Schadstoffgruppen (Quelle: MUNLV NRW 2008)

Für die letzten 20 Jahre konnte eine generelle Abnahme der PM10-Konzentrationen beobachtet werden (vgl. Büns et al. 2007), wobei dieser negative Trend allerdings nicht für alle städtischen Messstationen der Ballungsgebiete gilt. Vor allem an innerstädtischen Verkehrsmessstellen werden regelmäßig Überschreitungen der Grenzwerte festgestellt.

Die Aktions- und Luftreinhaltepläne der Bezirksregierungen zur dauerhaften Verminderung von Luftverunreinigungen beinhalten Maßnahmepakete, die in erster Linie auf eine Reduzierung der verkehrsbedingten Emissionen abzielen. Seit August 2008 ist für das gesamte Ruhrgebiet ein Luftreinhalteplan in Kraft, mit dem versucht wird, die Feinstaubkonzentrationen in besonders hoch belasteten Bereichen zu reduzieren. Ein Teil des umfangreichen Maßnahmepaketes sind dabei die sog. Umweltzonen mit Fahrverboten für bestimmte Kraftfahrzeuge (Abb. 2). Sowohl Nutz- als auch Privatkraftfahrzeuge, die innerhalb einer dieser Umweltzonen geführt werden, benötigen seit Oktober 2008 eine Feinstaubplakette (Tab. 1). Diese Plaketten werden auf Grundlage der Abgasemissionen des jeweiligen Fahrzeugs vergeben. Schrittweise sollen innerhalb dieser Umweltzonen Fahrverbote für Fahrzeuge der Schadstoffgruppen 2 und 3 (rote bzw. gelbe Plakette) eingeführt werden. Die tatsächliche Wirksamkeit dieser Maßnahme ist aufgrund der bisher geringen Laufzeit jedoch noch nicht absehbar.

Feinstaub in Westfalen an ausgewählten Messstationen 2006 und 2008 Tab. 2: Feinstaub in Westfalen an ausgewählten Messstationen 2006 und 2008 (rot = Überschreitung des Grenzwertes) (Entwurf: C. Büns, N. Witte, Quellen: C. Büns et al. 2007; Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW 2007)

Die Feinstaubkonzentrationen in der bodennahen Luftschicht werden sehr stark von den meteorologischen Bedingungen beeinflusst, wie auch schon bei dem Stadt-Land-Vergleich dargestellt. Das Jahr 2008 kann dementsprechend als günstiges Jahr für geringe Feinstaubkonzentrationen beschrieben werden, da häufig Wetterlagen vorherrschten, die zu einer guten Durchmischung der atmos­phärischen Grenzschicht führten und damit zu geringeren Feinstaubkonzentrationen. Auch daraus resultiert der Rückgang von Überschreitungen der Grenzwerte an den aufgeführten Stationen in Westfalen im Vergleich zu den Werten aus dem Jahr 2006 (Tab. 2).

Generell werden die PM10-Konzentrationen in der Luft nur noch verhältnismäßig langsam reduziert werden können, da eine hohe regionale Hintergrundbelastung besteht, die durch lokale Maßnahmen nur bedingt beeinflussbar ist. Durch die Einrichtung der Umweltzonen und den damit verbundenen Fahrverboten für zahlreiche Fahrzeuge erhofft man sich aber eine Begrenzung der Belastungsspitzen für die menschliche Gesundheit - vor allem in den zurzeit noch stark belasteten städtischen Gebieten.

Danksagung: Wir danken dem Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV) für die Bereitstellung umfangreichen Datenmaterials.

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Weiterführende Literatur/Quellen

Erstveröffentlichung 2007, Aktualisierung 2010