Aufgrund ihrer geringen Größe gelten ultrafeine Partikel (UFP) als besonders gesundheitsschädlich. Sie können tief in die Lunge eindringen, in den Blutkreislauf gelangen und Entzündungsprozesse in Organen auslösen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Feinstaubfraktionen (PM10 oder PM2,5) tragen sie nur in geringem Maße zur Gesamtmasse der Partikel bei, sind jedoch in sehr hoher Anzahl in der Luft vorhanden – und waren bisher weitgehend unreguliert. Dies ändert sich mit der neuen EU-Luftqualitätsrichtlinie.

Langzeitstudie an einem städtischen Hintergrundstandort in Paris

Seit einigen Jahren gibt es immer mehr wissenschaftliche Studien zu diesem Thema. Ein Beispiel ist die Studie, die zwischen Oktober 2019 und Dezember 2022 in Paris durchgeführt wird. Der Standort – im Nelson-Mandela-Park in der Nähe des Einkaufszentrums Les Halles – wurde bewusst gewählt, da er typische Expositionsbedingungen für die Bevölkerung widerspiegelt, ohne direkt an stark befahrenen Straßen oder einzelnen Emissionsquellen zu liegen. Er entspricht damit bereits dem Konzept eines „Supersite“, wie es in der neuen EU-Richtlinie vorgesehen ist.

Supersites sind umfangreich ausgestattete Messstationen, die nicht nur klassische Partikelgrößen wie PM10 und PM2,5, sondern auch ultrafeine Partikel und eine Vielzahl gasförmiger Luftschadstoffe kontinuierlich erfassen.

In Paris wurden neben UFPs auch Stickoxide (NO, NO2, NOx), Ozon (O3), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Ammoniak (NH3) gemessen. Ergänzt wurde das Messprogramm durch Parameter wie Ruß, organische Aerosole und die chemische Zusammensetzung der Partikel. Diese breit angelegte Messstrategie ermöglicht eine umfassende Bewertung der Luftqualität und eine detaillierte Analyse der Zusammenhänge zwischen Schadstoffen, Emissionsquellen und meteorologischen Bedingungen – entsprechend den erweiterten Anforderungen der neuen EU-Richtlinie.

Hochpräzise Instrumente zur Überwachung ultrafeiner Partikel

Für die Partikelmessungen wurden hochpräzise Geräte der Palas GmbH in Karlsruhe eingesetzt. Die ultrafeinen Partikel wurden mit einem U-SMPS (Mobility Particle Size Spectrometer) gemessen, das aus einem bipolar geladenen Röntgeneutralisator (Modell 1297), einem elektrostatischen Klassierer (DEMC 1000 und DEMC 2000) und einem ENVI-CPC-Kondensationspartikelzähler (Modell 100) besteht. Zusätzlich wurde ein optisches Aerosolspektrometer Fidas® 200 zur Messung der PM10- und PM2,5-Massenkonzentrationen eingesetzt.

Alle Geräte wurden gemäß den Anforderungen der technischen Spezifikationen CEN/TS 16976 (jetzt EN 16976) und CEN/TS 17434 betrieben, also genau den Normen, die gemäß der neuen Richtlinie anzuwenden sind. Die verwendeten Systeme ermöglichten eine zuverlässige Langzeitmessung mit hoher Datenverfügbarkeit und präziser Größenauflösung im Bereich von 8 bis 400 Nanometern.

Wichtigste Ergebnisse: Konzentrationen, Korrelationen und Quellen

Die Studie ergab, dass die durchschnittliche UFP-Konzentration über den gesamten Messzeitraum 8.100 ± 4.800 Partikel pro Kubikzentimeter betrug. Besonders auffällig: Die von der WHO empfohlenen Richtwerte für Tagesmittelwerte (10.000 #/cm³) und Stundenmittelwerte (20.000 #/cm³) wurden an 353 Tagen überschritten – etwa einem Drittel des Untersuchungszeitraums. Höhere UFP-Werte traten typischerweise während der morgendlichen und abendlichen Rushhour auf, was auf die Bedeutung des Straßenverkehrs als Hauptquelle hinweist. Dies wurde durch signifikante Korrelationen mit Stickstoffdioxid (r = 0,58) und Ruß aus fossilen Brennstoffen (r = 0,51) bestätigt. Ein weiterer Peak zur Mittagszeit lässt sich auf die Bildung neuer Partikel aus gasförmigen Vorläufern durch photochemische Prozesse wie Sonneneinstrahlung oder hohe Temperaturen zurückführen. Die Partikelgrößenverteilung zeigte, dass die Mehrheit der Partikel (rund 60 %) im sogenannten Aitken-Modus (20–100 nm) lag – typisch für frische Emissionen aus Verbrennungsprozessen. Ein Vergleich mit Daten aus 16 europäischen Städten zeigt, dass Paris im oberen Bereich der UFP-Belastung liegt und damit zu den am stärksten betroffenen Ballungsräumen zählt.

Diese Studie zeigt eindrucksvoll, dass UFP-Messungen in städtischen Gebieten technisch machbar, wissenschaftlich relevant und für die Gesundheitspolitik notwendig sind. Die neue EU-Richtlinie bietet nun einen regulatorischen Rahmen, der genau solche Datensätze vorschreibt. Die von Palas eingesetzte Messtechnik erfüllt bereits heute die zukünftigen Anforderungen an Genauigkeit, Normkonformität und Datenverfügbarkeit.

Studie:

• Abbou, G., Ghersi, V., Gaie-Levrel, F., Kauffmann, A., Reynaud, M., Debert, C., Quénel, P., Baudic, A. (2024). Überwachung ultrafeiner Partikel in Paris: Von Gesamtkonzentrationen zu Messungen der Größenverteilung. Aerosol Air Qual. Res. 24, 240093. ( https://doi.org/10.4209/aaqr.240093 )