Was sind ultrafeine Partikel?

Der Begriff ultrafeine Partikel (UFP) bezieht sich auf Partikel in der Luft mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 Mikrometer (manchmal auch PM0,1 genannt). Einige UFP sind sogar kleiner als 0,003 Mikrometer.

Aufgrund ihrer geringen Größe, die es ihnen ermöglicht, in die Lunge eingeatmet zu werden und über die Lunge in den Blutkreislauf zu gelangen, zählen UFP zu den gefährlichsten Partikelschadstoffen.

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Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres Verhaltens im Nanobereich sind UFPs mit den derzeitigen Technologien zur Überwachung der Luftqualität nur schwer zu erfassen. Diese Größe führt auch dazu, dass sich UFPs in der Luft auf eine andere Art und Weise bewegen als feine Partikel wie PM2,5 und PM1 und sich in zufälligen Mustern bewegen, die eher Gasen ähneln als anderen Partikeln.

Im Gegensatz zu PM2,5 und anderen Partikeln gibt es keine offiziellen Normen zur Messung oder Regulierung von luftgetragenen UFP, obwohl Schätzungen zufolge über 90 % der luftgetragenen Partikel in der Luft zu einem bestimmten Zeitpunkt UFP sind.¹

Obwohl es keine Vorschriften gibt, deuten die Forschungsergebnisse zunehmend darauf hin, dass UFP häufig in viel höheren Konzentrationen als andere Partikelschadstoffe vorkommen und mit einem noch größeren Spektrum an gesundheitsschädlichen Auswirkungen in Verbindung gebracht werden können als feine oder grobe Partikel wie PM1, PM2,5 oder PM10.

Was sind die Quellen ultrafeiner Partikel?

Ultrafeine Partikel werden am häufigsten durch Verbrennung aus natürlichen oder menschlichen Quellen emittiert. Man geht davon aus, dass der Mensch für den größten Teil der ultrafeinen Partikel verantwortlich ist, da sie vor allem in Städten vorkommen, wo die weltweite Industrialisierung und das Bevölkerungswachstum die Luftverschmutzung am stärksten beeinflusst haben.²

Eine Studie aus dem Jahr 2019 Umwelt International fand heraus, dass die UFP-Konzentrationen tagsüber tendenziell höher sind, und zwar in engem Zusammenhang mit Veränderungen im Fahrzeugverkehr und in der Nähe von stark befahrenen Straßen, was ein weiterer Hinweis auf den übermäßigen Einfluss menschlicher Aktivitäten auf UFPs ist.³

Natürliche Quellen

Zu den natürlichen Quellen von UFP gehören:

• vulkanische Lava und Asche
• Rauch von Waldbränden
• Aerosole im Meeresnebel

Aufgrund des vorübergehenden Charakters dieser Quellen sind die UFP aus Vulkanen und Meeresquellen nicht als besonders problematisch angesehen. Globale Windströmungen zerstreuen diese UFP schnell in niedrigen Konzentrationen, die kaum eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen, mit Ausnahme von großen Vulkanausbrüchen, deren Rauch Tausende von Kilometern weit ziehen kann.⁴

UFPs im Rauch von Waldbränden haben jedoch an Aufmerksamkeit gewonnen, weil sie mehr häufigeren und schwereren Waldbränden in den letzten Jahren. Eine Studie aus dem Jahr 2021 Partikel- und Fasertoxikologie wurde festgestellt, dass selbst eine kurzfristige Exposition gegenüber UFP im Rauch von Waldbränden das Risiko von Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen erheblich erhöhen kann.⁵

Menschliche Quellen

Zu den häufigsten menschlichen Quellen von UFP gehören:

• Fahrzeugabgase
• Dieselabgase
• Erdgas- und Biokraftstoffemissionen⁶
• Flugzeugemissionen
• Emissionen von Fabriken und Industrieanlagen
• Emissionen von Kraftwerken
• Müllverbrennung
• Zigaretten, Zigarren und Dampfen⁷
• Kochen in geschlossenen Räumen⁸
• kontrollierte Verbrennungen
• Staubsaugen in Innenräumen⁹
• Bakterien
• Viren
• Benutzung von Büromaschinen wie Druckern und Kopierern

Vom Menschen verursachte UFP-Quellen wie Fahrzeuge und die Industrie können ein großes Gesundheitsrisiko darstellen, da sie über lange Zeiträume hinweg neue Partikel emittieren, da der Fahrzeugverkehr und die industrielle Tätigkeit weltweit kontinuierlich stattfinden.

Darüber hinaus sind viele vom Menschen verursachte UFP-Quellen in großen städtischen Gebieten häufiger anzutreffen, was für die 4,4 Milliarden Menschen, die derzeit in Städten leben (etwa 55 Prozent der geschätzten 8 Milliarden Menschen), eine erhebliche Gefahr darstellt.^10,11

Wie wirken sich ultrafeine Partikel auf unsere Gesundheit aus?

Die vollständigen gesundheitlichen Auswirkungen von ultrafeinen Partikeln werden noch untersucht, um die spezifischen Gefahren von ultrafeinen Partikeln im Gegensatz zu anderen Arten der Luftverschmutzung zu ermitteln.

Es ist jedoch weitgehend unbestritten, dass ultrafeine Partikel oxidativen Stress im Gewebe des gesamten Körpers verursachen, der zu systemischen Schäden führen kann und tief in das Lungengewebe, den Blutkreislauf, das Gehirn und fast alle anderen Organe eindringt.¹²

Ein Übersichtsartikel aus dem Jahr 2020 in Experimentelle und molekulare Medizin fand deutliche Hinweise darauf, dass die UFP-Exposition das Risiko erhöht:¹³

• Lungenentzündung
• Bluthochdruck
• ischämische Herzkrankheit
• Atherosklerose (Plaquebildung oder "Verhärtung" der Arterien)
• Herzinfarkte
• Herzversagen
• chronischer Husten
• Nervenschäden
• Hirnschäden
• Verlust der kognitiven Funktion
• Verdauungsprobleme
• Diabetes
• erhöhtes Risiko für viele Krebsarten
• Hautschäden

Können ultrafeine Partikel die Luftqualität in Innenräumen beeinträchtigen?

Wie andere Partikelschadstoffe sind auch UFP in Außenluft in Innenräume gelangen durch Risse und undichte Stellen in Gebäuden sowie durch Fenster, Türen und andere Öffnungen in einer Wohnung oder Gebäudehülle.

Besonders problematisch kann dies bei älteren oder schlecht gebauten Häusern in Zeiten hoher UFP-Konzentrationen sein, etwa bei Waldbränden oder Vulkanausbrüchen.

Eine Studie aus dem Jahr 2019, die im US-Bundesstaat Colorado durchgeführt wurde, ergab, dass die Feinstaubkonzentration in Innenräumen bis zu 4,6-mal höher sein kann als die Außenluftkonzentration, wenn es keine natürlichen Lüftungsquellen wie Wind gibt.¹⁴

Feinstaub aus Innenräumen, wie z. B. aus Küchen oder der Verbrennung von Biomasse, kann ebenfalls gefährlich hohe Konzentrationen erreichen, insbesondere in luftdichten, energieeffizienten Häusern, und birgt die Gefahr zusätzlicher gesundheitlicher Auswirkungen.

Ein Übersichtsartikel von 2007 in Innenraumluft wurde festgestellt, dass die Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von UFP in Innenräumen während der Kindheit Lungenschäden und Entzündungen verursachen kann, die das Risiko eines Kindes erhöhen, lebenslang Asthma zu entwickeln.¹⁵

Tipps zur Reduzierung von ultrafeinen Partikeln

Im Folgenden finden Sie einige Maßnahmen, die Einzelpersonen und Organisationen ergreifen können, um zur Reduzierung von UFPs beizutragen:

• Wählen Sie Pendelmöglichkeiten, die den Autoverkehr reduzierenwie Gehen, Radfahren, öffentliche Verkehrsmittel oder Mitfahrgelegenheiten.
• Kaufen Sie ein elektrisches oder wasserstoffbetriebenes Fahrzeug um Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren zu ersetzen.
• Installation von Solarenergiesystemen in Wohnungen oder am Arbeitsplatz um die Belastung des Stromnetzes zu verringern.
• Ersetzen Sie dieselbetriebene Flotten durch kraftstoffsparende oder elektrische Transportfahrzeuge.
• Reduzieren oder vermeiden Sie jede Art von Verbrennung in Innenräumen, einschließlich Duftkerzen und Holz in Kaminen.
• Verwenden Sie eine Küchenabzugshaube zur Reduzierung von Feinstaub und anderen Rauch- und Gasschadstoffen nach dem Kochen.
• Staubsaugen in Innenräumen einschränken auf einmal pro Woche oder nach Bedarf, oder verwenden Sie einen Staubsauger mit HEPA-Filter.
• Reduzieren Sie das Rauchen oder geben Sie es auf Zigaretten, Zigarren oder Vaping-Produkte.

Sollten ultrafeine Partikel reguliert werden?

Solange für ultrafeine Partikel keine neuen Normen und Vorschriften gelten, kann wenig getan werden, um die Kontrolle von UFP-Emissionen durch Hauptverursacher wie Fabriken, Produktionsanlagen und Automobilhersteller durchzusetzen, deren Fahrzeuge Abgase mit ultrafeinen Partikeln produzieren.

Einige Organisationen haben unabhängige Studien zu regionalen UFP-Emissionen durchgeführt, um die Quellen, Muster und gesundheitlichen Auswirkungen von UFP besser zu verstehen und einen Beitrag zu künftigen Überwachungstechnologien und Vorschriften zu leisten.

Im Jahr 2014 schloss der Bay Area Air Quality Management District (BAAQMD) eine Studie über UFPs in der US-amerikanischen San Francisco Bay Area ab, in der fast 8 Millionen Menschen leben.¹⁶

Aus dem Bericht geht hervor, dass schon ein geringer Anstieg der UFP die Zahl der Krankenhausaufenthalte aufgrund von Herz- und Lungenerkrankungen um fast 20 % und das Risiko, an diesen Erkrankungen zu sterben, um über 2 % erhöhen könnte. Dieser Bericht verdeutlicht, dass bei der Regulierung und Reduzierung von UFP viel auf dem Spiel steht.

Ein 2016 von der American Academy of Allergy, Asthma and Immunology veröffentlichter Bericht kam ebenfalls zu dem Schluss, dass die beträchtlichen Schäden, die UFP im Körper verursachen, einschließlich der Schädigung der DNA und des erhöhten Risikos einer Allergiesensibilisierung, eine besondere regulatorische Aufmerksamkeit rechtfertigen.¹⁷

Ein Workshop der US-Umweltschutzbehörde (EPA) im Jahr 2016 kam ebenfalls zu dem Schluss, dass Investitionen der US-Automobilhersteller in die UFP-Überwachung dazu beitragen könnten, die Mechanismen des Verbrennungsmotors, die zu UFP-Emissionen führen, besser zu isolieren und den Weg für effizientere Technologien zu ebnen, die UFP-Emissionen insgesamt reduzieren.¹⁸

Bei der Überwachung von UFP wurden bereits einige Fortschritte erzielt.

Eine Studie aus dem Jahr 2021 Wissenschaft der gesamten Umwelt schlägt die Verwendung von Zyklon-Probenahme zur Messung von UFP vor.¹⁹Durch die Nutzung von Zentrifugalkräften zur Abtrennung von UFP von anderen Luftverunreinigungen hat sich die Zyklon-Probenahme bei der Messung von Bioaerosolen, die Viruspartikel wie das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) enthalten, bewährt.

Mit verbesserter Effizienz könnte die Zyklon-Probenahme jedoch auch in der Lage sein, andere UFP schnell und genau zu messen und gleichzeitig die Nuancen der Exposition aufzudecken.

In einer Studie aus dem Jahr 2020, an der Oberschüler im städtischen China teilnahmen, wurde diese Zyklonstichprobentechnik verwendet, um zwei Hauptmuster der persönlichen UFP-Exposition aufzuzeigen:²⁰

• Die Exposition gegenüber UFP kann im Laufe des Tages stark schwanken, von 0,13 Mikrogramm pro Kubikmeter (μg/m3) bis 240,8 μg/m3. Die höchsten UFP-Konzentrationen wurden meist in Innenräumen festgestellt, insbesondere in Krankenhäusern, Haushaltsküchen oder Schlafzimmern, die weniger als 10 Meter von einer Fahrbahn entfernt sind.
• Die UFP-Belastung ist während des Pendelns am höchsten. Die teilnehmenden Schüler waren auf dem Weg zwischen Wohnung und Schule oder beim Verlassen der Schule zum Essen wesentlich höheren UFP-Konzentrationen ausgesetzt als zu jeder anderen Tageszeit.

Weitere Studien wie diese können dazu beitragen, die Regulierung auf die wichtigsten UFP-Quellen im Innen- und Außenbereich auszurichten, wie z. B. Kochstellen oder stark befahrene Straßen, und diejenigen zu schützen, die häufig zwischen Innen- und Außenbereichen, die von UFP betroffen sind, wechseln.

Zum Mitnehmen

UFP gehören zu den gefährlichsten und am weitesten verbreiteten Luftschadstoffen mit einer Vielzahl von bekannten gesundheitlichen Auswirkungen. Es gibt jedoch keine gesetzlichen Normen zur Kontrolle von UFP-Emissionen.

Viele Wissenschafts- und Gesundheitsorganisationen fordern zunehmend Investitionen in die Forschung, um besser zu verstehen, wie man UFP messen, regulieren und reduzieren kann, um ihre unheilvollen gesundheitlichen Auswirkungen zu verhindern.²¹

Sowohl Einzelpersonen als auch Organisationen können Maßnahmen ergreifen, um UFP-Emissionen zu reduzieren und zu vermeiden, indem sie ihr Verhalten in Bezug auf Verkehr, Energienutzung und tägliche Lebensgewohnheiten ändern.