Lung Deposited Surface Area (LDSA) – Messungen als Wirkungsgrösse für Ultrafeine Partikel

Im Jahr 2020 wurde eine Studie zur Untersuchung der Luftbelastung durch ultrafeine Partikel gestartet. Unter der Federführung der ZHAW und der Naneos Particle Solutions GmbH wurde ein innovatives Messnetz aufgebaut. Hierbei wurde nicht die Partikelanzahl, sondern die Oberfläche, welche beim Einatmen durch Deposition in der Lunge verbleibt, erfasst. Erste Auswertungsergebnisse zeigen klare Unterschiede in der Belastungssituation in Abhängigkeit vom Standort und geben Impulse für mögliche zukünftige Grenzwertfestlegungen.

Ansprüche an die Feinstaubmessung verändern sich

Die Feinstaubbelastung stellt insbesondere in urbanen Gebieten ein erhebliches Risiko für die menschliche Gesundheit dar. In den letzten Jahrzehnten hat die Gesetzgebung Grenzwerte erlassen, um über eine Bewertungsgrundlage für eventuelle Massnahmen zu verfügen. Seit 1982 hat sich durch die Umsetzung des damit verbundenen Vollzugs die Luftqualität stetig verbessert. So liegt beispielsweise auch in weiten Teilen der Stadt Zürich die Belastung durch PM10 mittlerweile unter dem Grenzwert.

Partikel-Studie 2020

In einer gemeinsam geführten Studie von Naneos Particle Solutions GmbH, ZHAW, UGZ, Empa, und AWEL wurden an zehn verschiedenen Standorten neue LDSA-Messgeräte getestet. Sechs Stationen (Kloten Feld und Opfikon Balsberg sowie Zürich Rosengartenstrasse, Stampfenbachstrasse, Kaserne und Schimmelstrasse) sind als quellnahe Stationen zu kategorisieren. Vier Stationen (Brütten, Rümlang, Zürich Affoltern und Dübendorf) befinden sich an wenig bis kaum belasteten Standorten. Die Besonderheit der Geräte ist, dass mittels eines innovativen Messprinzips nicht die Anzahl der Partikel, sondern ihre LDSA bestimmt wird. Das ist der Anteil der Oberflächenkonzentration, der beim Atmen im Bereich der Tracheen und Alveolen der Lunge verbleibt. Die Messgeräte sind nicht nur deutlich weniger komplex als optische Partikelzähler, sondern auch um einiges günstiger sowie in der Anschaffung als auch im Unterhalt.

Obwohl erst grobe Analysen durchgeführt wurden, sind bereits jetzt erste interessante Resultate verfügbar. Im Gegensatz zu der Messreihe an der Rosengartenstrasse zeigt die Hintergrundmessung in Brütten (wenig belastet; 20 km Luftlinie) einen LDSA-Wert auf tiefem Niveau mit nur wenigen individuell hervortretenden Ausreissern. Die Rosengartenstrasse ist eine der meistbefahrenen Strassen der Stadt Zürich und wird während den Stosszeiten massiv beansprucht (bis zu 4'000 Fahrzeuge pro Stunde). Die LDSA-Messwerte korrelieren stark mit den am Standort erhobenen Verkehrszähldaten. Beim direkten Vergleich zeigt sich, dass der Verlauf der Minimalwerte des urbanen Standorts sehr gut mit dem Konzentrationsverlauf am wenig belasteten Standort übereinstimmt. Eine weitergehende Analyse deutet darauf hin, dass das fünfte Perzentil der LDSA-Messungen an hochbelasteten Standorten repräsentativ für die Hintergrundkonzentration sein könnte. Die quellnahen Signale liessen sich über diese Systematik somit einfach von der Hintergrundkonzentration separieren.

Zusammenfassung und Ausblick

Die Veränderungen der technologischen Rahmenbedingungen sollten sich auch in den Beurteilungsgrundlagen der Luftqualität widerspiegeln, zum Beispiel über eine Anpassung der Kenngrössen in der Partikelmessung. In jedem Fall sollte der Fokus auf UFP intensiviert werden, da diese im Gegensatz zu PM10 und PM2.5 noch zu wenig erfasst werden und folglich eine Regulierung noch nicht möglich ist. Eine Messgrösse, die sich besonders eignet, um UFP zu erfassen, ist die LDSA. Noch gilt es abzuwarten, welche endgültigen Resultate die Partikel-Studie 2020 liefern wird. Trotzdem kann bereits jetzt gesagt werden, dass die Verwendung der neuen Messgeräte ein Erfolg ist, da diese ein erstaunliches Preis-Leistungs-Verhältnis aufweisen. Zusätzlich liefern sie unter anderem neue wissenschaftlich wertvolle Resultate und neue Impulse für die Diskussion einer Grenzwertdefinition. Zukünftig sollten dabei Erkenntnisse, wie die Vergleichbarkeit der Hintergrundkonzentration mit dem fünften Perzentil an hochbelasteten Standorten und die damit verbundenen Implikationen, Berücksichtigung finden. Um weiteres Wissen zur Luftbelastung durch UFP aufbauen zu können, sind weitere Messungen angezeigt. Diese wären ein wichtiger Beitrag zur Erstellung einer gesetzlichen Grundlage.