Ultrafeine Partikel (UFPs) sind winzige Partikel in der Luft mit einem Durchmesser von weniger als 100 Nanometern. Sie entstehen bei Verbrennungsprozessen – unter anderem in Düsentriebwerken, Fahrzeugmotoren und Heizungsanlagen – und sind aufgrund ihrer Größe besonders kritisch: Sie können tief in die Lunge eindringen, in den Blutkreislauf gelangen und möglicherweise Gesundheitsschäden verursachen. Trotz dieser Risiken wurden UFPs bisher selten in gesetzlichen Grenzwerten berücksichtigt oder systematisch gemessen. Dies wird sich mit der neuen Richtlinie 2024/2881/EU über die Luftqualität ändern. UFPs werden darin erstmals ausdrücklich als zu überwachende Schadstoffgruppe genannt.

Die Richtlinie fordert:

• die Überwachung der Partikelanzahlkonzentration (PNC),
• Hotspot-Messungen an besonders verschmutzten Orten wie Flughäfen und Seehäfen,
• die Entwicklung und Anwendung einheitlicher Messstandards

Zürich als Vorreiter

Der Flughafen Zürich hat sich frühzeitig dieser Herausforderung gestellt. Eine umfassende Studie zur UFP-Belastung liefert wertvolle Erkenntnisse zu Emissionsquellen, Messmethoden und möglichen Handlungsansätzen – und zeigt, wie die Anforderungen der EU-Richtlinie bereits seit langem umgesetzt werden.

Die erste Messkampagne wurde zwischen April 2019 und April 2020 am Flughafen Zürich durchgeführt. Ziel war es, die Konzentration und Zusammensetzung ultrafeiner Partikel systematisch zu erfassen, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Unterscheidung zwischen flüchtigen und nicht flüchtigen Bestandteilen lag. Diese Unterscheidung ist entscheidend, da flüchtige Partikel überwiegend aus kurzlebigen gasförmigen Vorläufern gebildet werden und stark von den aktuellen Emissionen beeinflusst werden, während nicht flüchtige Partikel persistenter sind. Beide gelten als besonders gesundheitsrelevant.

Die Messstation befand sich auf dem Dach des Passagierterminals A – zentral im Flughafenbereich gelegen und direkt beeinflusst von startenden, landenden und rollenden Flugzeugen. Die Studie untersuchte sowohl die Tageszeitabhängigkeit der Partikelbelastung als auch die Auswirkungen unterschiedlicher Windrichtungen und Flugbewegungsintensitäten. Es wurden Partikelgrößen im Bereich von 7 bis 470 Nanometern erfasst.

Messtechnik von Palas im Einsatz

Um die schwierige Unterscheidung zwischen flüchtigen und nichtflüchtigen UFPs treffen zu können, kam hochpräzise Messtechnik der Palas GmbH zum Einsatz:

• Der U-SMPS 2100X (Scanning Mobility Particle Sizer) analysierte die Partikelgrößenverteilung im Bereich von 4 bis 1.200 nm mit hoher zeitlicher Auflösung.
• Der Envi-CPC 100 (Condensation Particle Counter) zählte die Gesamtzahl der Partikel zwischen 7 und 5.000 nm.
• Zur thermischen Entfernung der flüchtigen Partikelkomponenten wurde ein katalytischer Stripper (350 °C) integriert. Die flüchtigen Komponenten konnten indirekt durch zyklisches Wechseln zwischen Messungen mit und ohne katalytischem Stripper bestimmt werden.

Flugverkehr als dominierende UFP-Quelle

Die Auswertung der Messdaten zeigt eindeutig, dass der Flugverkehr die dominierende Quelle für ultrafeine Partikel am Flughafen Zürich ist – insbesondere für die flüchtigen Bestandteile.

• Tagsüber (7:00 bis 21:00 Uhr) lag die durchschnittliche UFP-Konzentration bei etwa 62.700 Partikeln/cm³, wobei etwa 74 % flüchtig waren.
• Nachts (0:00 bis 5:00 Uhr) sank die Konzentration auf 5'700 Partikel/cm³, wobei der Anteil der nichtflüchtigen Partikel auf 64 % anstieg.

Die flüchtigen Partikel konzentrierten sich hauptsächlich im Größenbereich von 7 bis 20 Nanometern – ein typisches Merkmal von Motorabgasen. Mit zunehmender Anzahl von Flugbewegungen stieg nicht nur die absolute Konzentration, sondern auch der relative Anteil flüchtiger Partikel – von 70 % bei mäßiger Aktivität auf 80 % bei intensiver Aktivität.

Größe und Windeinflüsse

Auch die Windrichtung hatte einen signifikanten Einfluss auf die Messwerte:

• Wenn der Wind aus Westen wehte und die Abgasfahnen von der Messstation wegtrug, waren die Konzentrationen deutlich niedriger.
• Bei Nordostwind, mit stark frequentierten Abfertigungs- und Startbereichen in Windrichtung, stiegen die Werte deutlich an.

Die Studie zeigt eindrucksvoll, dass nicht nur die Tageszeit und die Flugintensität, sondern auch die lokalen meteorologischen Bedingungen eine entscheidende Rolle spielen. Eine eindeutige Zuordnung der Quellen ist daher mit Einzelpunktmessungen nur bedingt möglich.

Modell für andere Flughäfen und Städte

Die UFP-Studie am Flughafen Zürich liefert ein wertvolles Praxisbeispiel weit vor der Revision und Umsetzung der neuen EU-Richtlinie zur Luftqualität. Die verwendete Anordnung ermöglicht nicht nur präzise und größenaufgelöste Partikelmessungen, sondern unterscheidet auch zwischen flüchtigen und nicht flüchtigen Fraktionen – ein entscheidendes Kriterium für eine zukunftsorientierte Luftqualitätsbewertung.

Gleichzeitig macht die Studie deutlich, dass Einzelpunktmessungen allein nicht ausreichen, um Emissionsquellen eindeutig zu identifizieren. Zukünftige Messkonzepte sollten daher räumlich differenziert, meteorologisch eingebettet und normgerecht umgesetzt werden – entsprechend den neuen EU-Anforderungen.

Mit der Luftqualitätsrichtlinie 2024 sendet die Europäische Union ein klares Signal: Ultrafeine Partikel müssen systematisch gemessen, verstanden und reguliert werden. Die Studie am Flughafen Zürich zeigt, wie dies bereits in der Praxis umgesetzt werden kann – und liefert eine konkrete Vorlage für Städte, Flughäfen und Umweltbehörden in ganz Europa.

Studie und Zahlen:

© Flughafen Zürich

• Fleuti, Emanuel; Maraini, Silvio: Ultrafine Particles – Study on volatile and non-volatile particles at Zurich Airport (https://media.flughafen-zuerich.ch/-/jssmedia/airport/portal/dokumente/das-unternehmen/politics-and-responsibility/environmental-protection/technische-berichte/ 2022-01_zrh_nv-v-ufp-study.pdf?vs=1&rev=ea9ddf362e894291be5df69489b0eec1)