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Luftschadstoffe und ihre gesundheitliche Wirkung

Schlechte Luft aus dem Auspuff. Foto: Tyler Olson/ Panthermedia.net

Gute, saubere Luft ist Grundvoraussetzung für die menschliche Gesundheit. Unsere Gesundheit kann durch das Einatmen von Luftschadstoffen beeinträchtigt werden. Daher sind Erhaltung und Verbesserung der Luftqualität ein Schwerpunkt der nordrhein-westfälischen Umweltpolitik.


Staub und Staubniederschlag

Der Begriff „Staub“ bezeichnet sämtliche in der Luft verteilten Feststoffe. Staubpartikel unterscheiden sich durch Größe, Form und durch ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften. Grobe Staub-Partikel stammen vorwiegend aus biologischen und mechanischen Prozessen. Kleine Staubpartikel werden insbesondere bei Verbrennungsprozessen erzeugt. Sie sind in den Rauch- und Abgasfahnen von Industrie, Verkehr und privaten Heizungsanlagen enthalten. Je nach Größe der Staubpartikel unterscheidet man zwischen Feinstaub und Staubniederschlag.

Der Begriff „Staubniederschlag“ beschreibt die aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts relativ schnell Richtung Boden sinkenden Staubpartikel, die in der Luft nur wenige hundert Meter transportiert werden.

Größtenteils wird der Staubniederschlag wegen seiner Partikelgröße (größer als etwa 30-50 µm) nicht eingeatmet und kann deshalb auch keine Erkrankungen der Atemwege verursachen. Allerdings können die im Staubniederschlag enthaltenen Schadstoffe auf indirektem Wege wirken – zum Beispiel durch den Verzehr von Nahrungspflanzen, auf denen sich der Staub abgelagert hat.


Feinstaub

Partikelförmige Luftverunreinigungen in der Größe von maximal 10 µm werden als Feinstaub (PM10) bezeichnet. PM steht für den englischen Begriff „Particulate Matter“ (partikelförmige Luftverunreinigung).

Feinstaub-Partikel dringen beim Einatmen über den Kehlkopf in die Atemwege und besonders feine Partikel (Partikel bis zu 2,5 µm: PM2,5) bis in die Hauptbronchien ein. Die kleinsten Partikel (ultrafeine Partikel kleiner als 0,1 mm) schaffen es sogar bis in die Lungenbläschen. Mechanische Reizungen können die Folge sein.

Außerdem kann ihre stoffliche Zusammensetzung gesundheitliche Schädigungen verursachen. In neueren epidemiologischen Untersuchungen wird ein Zusammenhang zwischen Feinstaubexposition und Atemwegs- bzw. Herz-Kreislauf-Erkrankungen nachgewiesen. Diese Gesundheitsprobleme können schon bei sehr niedrigen Feinstaubkonzentrationen auftreten.

EU-Beurteilungswerte:

Komponente

EU-Grenzwerte

Rechtsvorschrift

(national/EU)

Feinstaub
PM10

Jahresmittel: 40 µg/m³

zulässige jährliche Anzahl der Tage mit Tagesmittelwerten > 50 µg/m³: 35

39. BImSchV/
2008/50/EG

Feinstaub
PM2,5

Jahresmittel: 25 µg/m³

Metallverbindungen in Feinstaub: Blei, Cadmium, Nickel, Arsen

Stäube, insbesondere Feinstäube, können nicht nur aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften die menschliche Gesundheit beeinträchtigen. Sie können auch gefährlich sein wegen gesundheitsschädlicher Metalle und Metallverbindungen, aus denen sie bestehen oder die ihnen anhaften.

So tritt Blei in der Außenluft an Partikel gebunden auf. Bleihaltige Partikel kommen aus der Metallherstellung, der Metallverarbeitung und aus Kohlefeuerungen. Die gesundheitlichen Wirkungen von Blei sind bei Kindern stärker ausgeprägt als bei Erwachsenen. In erster Linie sind schädliche Wirkungen auf das Nervensystem, die Nieren und das Wachstum zu nennen. Erwachsene können auf Bleibelastung mit höherem Blutdruck reagieren. Bei Pflanzen werden durch das über den Boden aufgenommene Blei häufig die Photosynthese, die Atmung und andere Stoffwechselkreisläufe gestört.

EU-Grenzwert Blei:

EU-Grenzwert

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Jahresmittel: 0,5 µg/m³

39. BImSchV/
2008/50/EG

 

Cadmium gelangt bei der Metallverhüttung, der Verbrennung fossiler Brennstoffe und aus technischen Verfahren (z.B. PVC-Stabilisatoren, Farbpigmente, Korrosionsschutz) in die Luft. Cadmium reichert sich in Leber und Niere an. Eine langfristige Exposition gegenüber Cadmium kann zu Nierenfunktionsstörungen und zu Störungen des Gefäßsystems (wie Blutdruckerhöhung) führen. Inhalierte Kadmiumverbindungen können Lungenkrebs auslösen.Pflanzen nehmen das Metall über Wurzeln, Sprosse und Blätter auf. Bereits niedrige Konzentrationen führen zu ausgeprägten Funktionsstörungen und Schadbildern.

EU-Zielwert Kadmium:

EU-Zielwert

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Jahresmittel: 5 ng/m³

39. BImSchV/
2008/50/EG

 

Nickel wird bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (insbesondere Erdöl), bei Müllverbrennung und Metallverhüttung freigesetzt. Es dient als Legierungsmetall, Münzmetall und zur Oberflächenveredelung. Nickelverbindungen können toxisches, erbgutveränderndes und krebsauslösendes Potential haben und Allergien hervorrufen.

EU-Zielwert Nickel:

EU-Zielwert

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Jahresmittel: 20 ng/m³

39. BImSchV/
2008/50/EG

 

Arsen gelangt bei Metallverhüttung und Verbrennung fossiler Brennstoffe an die Luft. Technisch wird es (samt seiner Verbindungen) in der Glasindustrie, bei der Zinkverhüttung und in Holzschutzmitteln eingesetzt. Arsen und Arsenverbindungen gelten als giftig für das Nerven- und das Immunsystem des Menschen. Das lungenkrebserzeugende Potential ist ebenso nachgewiesen wie die Schädigung von Embryonen.

EU-Zielwert Arsen:

EU-Zielwert

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Jahresmittel: 6 ng/m³

39. BImSchV/
2008/50/EG


Stickstoffdioxid (NO2)

Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid entstehen überwiegend durch Verbrennungsprozesse bei der Energieerzeugung und im Kfz-Verkehr. Sie entstehen  bei niedrigen Verbrennungstemperaturen durch Oxidation des im Brennstoff gebundenen Stickstoffs und bei höheren Verbrennungstemperaturen durch Oxidation des Luftstickstoffs. Aus dem emittierten Stickstoffmonoxid wird durch Oxidation in der Atmosphäre Stickstoffdioxid.

Stickstoffdioxid ist ein Reizgas mit geringer Wasserlöslichkeit und kann die menschliche Gesundheit nachhaltig schädigen. Große Gesundheitsstudien der letzten Jahre konnten zeigen, dass mit ansteigender Stickstoffdioxid-Konzentration in der Außenluft auch die gesundheitlichen Beschwerden und Atemwegserkrankungen in der Bevölkerung zunehmen. Je höher die Stickstoffdioxid-Belastung in der Außenluft, desto ausgeprägter ist dieser Effekt. So wurde bei einem Anstieg um 10 µg NO2/m3 das Auftreten von etwa 1500 zusätzlichen Bronchitisfällen bei Kindern und 1600 zusätzlichen Fällen bei Erwachsenen (jeweils pro 1 Million Einwohner) beobachtet.

Wegen seiner geringen Wasserlöslichkeit wird Stickstoffdioxid bis tief in die Lunge transportiert. Der Kontakt mit Geweben des Atemtrakts löst Reizeffekte aus, die zu  Funktionsstörungen und entzündlichen Prozessen führen können.

Reaktionsprodukte des Stickstoffdioxids führen zu verstärkter Säurebildung mit negativen Auswirkungen für Böden, Gewässer und Pflanzen. Stickstoffdioxid ist eine wesentliche Vorläufersubstanz für die Bildung des bodennahen Ozons.

EU-Grenzwerte Stickstoffdioxid:

EU-Grenzwert

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Jahresmittel: 40 µg/m³

 

zulässige jährliche Anzahl der Stunden mit Stundenmittelwerten > 200 µg/m³: 18

39. BImSchV/
2008/50/EG

Schwefeldioxid (SO2)

Schwefeldioxid entsteht vorwiegend bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Industrie, Haushalten und Kfz-Verkehr sowie bei der Eisen- und Stahlerzeugung, Zellstoffherstellung, Schwefelsäure- und Düngemittelproduktion.

Schwefeldioxid ist ein Reizgas. Die individuelle Empfindlichkeit der Atemwege gegenüber der Einwirkung durch SO2 ist unterschiedlich; Asthmatiker sind hier als empfindlichste Gruppe zu nennen. Die Wirkung von Schwefeldioxid verstärkt sich mit zunehmender Schwebstaubbelastung.

Bei Pflanzen verursacht Schwefeldioxid Gewebezerfall durch Chlorophyllabbau. Ein Teil des Schwefeldioxids oxidiert in der Atmosphäre zu Schwefelsäure; es bilden sich saure Schwebeteilchen, die - mit anderen Säurebildnern - zur Versauerung von Böden und Gewässern beitragen.

EU-Grenzwerte Schwefeldioxid:

EU-Grenzwerte

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Tagesmittel: 125 µg/m³
zulässige jährliche Anzahl der Überschreitungen: 3

 

Stundenmittel: 350 µg/m³
zulässige jährliche Anzahl der Überschreitungen: 24

39. BImSchV/
2008/50/EG


Ozon (O3)

Ozon wird nicht, wie andere Luftschadstoffe, direkt emittiert, sondern bildet sich in der Luft aus sog. Vorläuferstoffen unter Einwirkung intensiver Sonneneinstrahlung. Zu den Vorläuferstoffen gehören Stickstoffoxide (NOx) und leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC), z. B. Lösungsmittel. Da speziell die Abgase des Kfz-Verkehrs sowohl NOx (Summe aus NO und NO2) als auch VOC enthalten, spielen sie bei der Ozonbildung eine entscheidende Rolle. Aufgrund der komplexen Entstehungsmechanismen werden besonders hohe Ozonwerte meistens nicht in den Innenstädten mit hohem Verkehrsaufkommen, sondern eher in den Randgebieten gemessen: in den Abluftfahnen der Ballungsgebiete oder in ländlichen Regionen bzw. Waldgebieten.

An heißen Tagen mit hoher Sonneneinstrahlung werden beim sogenannten „Sommersmog“ hohe Ozon-Konzentrationen erreicht, die zur Reizung der Atemwege, zu Husten, Kopfschmerz und Atembeschwerden, zur Verschlechterung der Lungenfunktion und zu Tränenreiz führen können.

Aufgrund der geringen Wasserlöslichkeit wird nur wenig Ozon durch die Bronchialschleimhaut aufgenommen, so dass Ozon verstärkt in die Lunge strömt und dort Funktionsstörungen verursachen und durch starke Oxidationswirkung das Lungengewebe angreifen kann.

EU-Beurteilungswerte Ozon:

EU-Beurteilungswerte

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Zielwert
8-Stunden-MittelTagesmittel: 120 µg/m³
zulässige jährliche Anzahl der Überschreitungen: 25

 

Informationsschwellenwert
1-Stunden-Mittel: 180 µg/m³

 

Alarmschwellenwert
1-Stunden-Mittel: 240 µg/m³

39. BImSchV/
2008/50/EG


Dioxine / Furane

Dioxine und Furane gehören zur Gruppe der chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffe. Sie können - in Gegenwart von Chlor - bei praktisch allen Verbrennungsprozessen (z. B. Abfallverbrennung, Hausbrand, Waldbrände), bei anderen thermischen Prozessen (z. B. in der metallverarbeitenden Industrie) und bei bestimmten Produktionsverfahren der Chlorchemie entstehen.

Dioxine, Furane und dioxinähnliche Verbindungen können Organsysteme schädigen. Bei hohen Konzentrationen, die üblicherweise in NRW nicht vorkommen, verursachen sie Hautentzündungen und können zur Schädigung von Embryonen führen.

Bei geringen Konzentrationen besteht das Risiko darin, dass das Immun- und das Nervensystem beeinträchtigt werden. Angereichert werden Dioxine und dioxinähnliche Verbindungen im Fettgewebe, in der Leber und anderen Organen, auch in der Muttermilch. Besonders toxisch ist das bekannte Seveso-Dioxin (2,3,7,8-TCDD), das krebserzeugende Wirkung hat.


PAK

In der Stoffgruppe der Polycyclischen Aromatischen Kohlenwasserstoffe ist Benzo(a)pyren (C20H12) von besonderer Bedeutung und gilt daher als Leitkomponente. In die Umwelt gelangen die PAK vor allem durch unvollständige Verbrennung fossiler Brennstoffe und organischer Materialien.

Viele PAK haben einen schädlichen Einfluss auf das Immunsystem und die Fortpflanzung des Menschen sowie ein nachgewiesen krebserzeugendes Potential. Am besten untersucht ist die Wirkung von Benzo(a)pyren, das zu den gefährlichsten PAK zählt. Die Verbindungen reichern sich im Fettgewebe von Nutztieren an und gelangen somit in die Nahrungskette.

EU-Zielwert Benzo(a)pyren:

EU-Zielwert

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Jahresmittel: 1 ng/m³
Benzo(a)pyren

39. BImSchV/
2008/50/EG


BTX (Benzol, Toluol, Xylol)

Benzol (C6H6) und die chemisch eng verwandten Substanzen Toluol (C7H8) und Xylol (C8H10) sind aromatische Kohlenwasserstoffe; sie werden häufig als BTX zusammengefasst und gemeinsam analysiert.

BTX sind Chemiegrundprodukte, die in der Chemischen Industrie und als Lösungsmittel eingesetzt werden.

Benzol wirkt giftig auf das Nerven- und das Immunsystem, es ist außerdem erbgutschädigend und krebserzeugend (Risikofaktor für Leukämien). Eine Langzeitexposition von Toluol beeinträchtigt das Zentralnervensystem. Xylole können bei einer Langzeitexposition ebenfalls das Zentralnervensystem beeinflussen sowie Blutbildveränderungen hervorrufen.

EU-Grenzwert für Benzol:

EU-Grenzwert für Benzol

Rechtsvorschrift
(national/EU)

Jahresmittel: 5 µg/m³

39. BImSchV/
2008/50/EG

Weitere Informationen: