Luft: Immissionskataster

Feinstaub PM10

Allgemeines

Unter der Messgröße PM10 (Particulate Matter < 10 µm) wird die Feinstaubfraktion mit einem oberen Partikeldurchmesser bis zu 10 µm verstanden. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass gerade kleine und damit lungengängige Partikel von besonderer gesundheitlicher Relevanz sind.

Die landesweite Überwachung der Schwebstaubbelastung findet in Hessen mit zwei PM10-Messsystemen statt, die unterschiedliche Aufgabenschwerpunkte besitzen:

Stoffeigenschaften

Unter Staub versteht man allgemein die in der Atmosphäre verteilten festen Teilchen; sie haben keine einheitliche chemische Zusammensetzung. Die in der Luft vorhandenen Staubpartikel weisen eine sehr breit gefächerte Korngrößenverteilung auf: Die Bandbreite der Teilchengröße reicht von kleinsten Teilchen, die nur aus wenigen Molekülen bestehen, bis hin zu Teilchen von über 100 µm Durchmesser. Die Korngrößenverteilung der Staubpartikel in der Atmosphäre ist als Gleichgewichtsprozess zu verstehen: Durch die ständige Neubildung kleinster Teilchen durch partikelbildende Gasreaktionen (wie die Oxidation von Schwefeldioxid zu Sulfat oder Stickstoffdioxid zu Nitrat), die Koagulation kleiner Teilchen zu größeren Teilchen, das Sedimentieren der größeren Teilchen und weitere Prozesse besteht ein dynamisches Gleichgewicht.

In der Immissionsmesstechnik bezeichnet der Begriff "Schwebstaub" die Partikel bis zu einem oberen Durchmesser von rund 30 µm (VDI-Richtlinie 2463: Messen von Partikeln, Blatt 1, Ausgabe 11.99). Diese Partikelfraktion umfasst die nicht sedimentierenden Stäube, die weitgehend homogen verteilt längere Zeit im Schwebezustand verbleiben. Staubpartikel unter 10 µm Durchmesser haben eine vernachlässigbare Sedimentationsgeschwindigkeit und verhalten sich daher in der Atmosphäre weitgehend wie Gase. Noch kleinere Teilchen bis 1 µm schweben ohne erkennbare Sedimentationsgeschwindigkeit in der Atmosphäre. Die Verweilzeit für diese kleinen Staubpartikel wird mit 4 bis 10 Tagen angegeben. Kondensationsprozesse bei der Wolkenbildung, Auswaschen durch Regen und Bilden größerer Partikel durch Koagulation begrenzen die Verweilzeit dieser kleinen Partikel. Wegen der Verweilzeit von bis zu 10 Tagen in der Atmosphäre ist bei Feinstaub Ferntransport möglich.

Davon abgegrenzt ist der Partikelbereich oberhalb von 30 µm zu sehen: Mit zunehmender Größe weisen die Teilchen eine steigende Sedimentationsfähigkeit und im Gegenzug sinkende atmosphärische Verweilzeit auf; sie sind nicht mehr homogen in der Luft verteilt und daher als gröbere Niederschlagspartikel (siehe auch Staubniederschlag) anzusehen.

Die in der Luft dispergierten feinen Partikel < 10 µm stellen in höherer Konzentration eine potentielle gesundheitliche Gefährdung für die Bevölkerung im Hinblick auf Atemwegserkrankungen dar. Davon können einzelne Risikogruppen in besonderem Maße betroffen sein. Die Größenverteilung der Staubpartikel spielt auch hier wieder eine wichtige Rolle.  Deshalb sind in der 39. BImSchV auch Grenz- und Zielwerte für Feinstaub PM2,5 festgelegt. Die Feinstäube sind besonders gesundheitsschädlich, zum einen aufgrund der direkten (z. B. entzündungsauslösenden) Wirkung bei ihrer Ablagerung in den Lungenbläschen und zum anderen, da schädliche Stoffe wie Schwermetalle oder polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe vorzugsweise am Feinstaub angelagert sind.

Emission

An dieser Stelle sei auf den entsprechenden Abschnitt im Kapitel Schwebstaub verwiesen, in dem die Emission von Staub (Staubquellen, Emittentengruppen und Emissionsentwicklung) beschrieben wird.

Kartenbeschreibung

Die Karte zeigt die hessische Immissionssituation für PM10 im Jahr 2012 auf Basis der Jahresmittelwerte der hessischen Luftmessstationen. Das Computerprogramm FLADIS ermöglicht es, aus punktuell gemessenen Konzentrationswerten eine flächenhafte Immissionsdarstellung zu gewinnen. Dieses für gasförmige Luftschadstoffe entwickelte Rechenprogramm lässt sich auch auf PM10 anwenden, wohingegen es auf den früher gemessenen Gesamtschwebstaub mit seinem gewissen Anteil an sedimentierenden Partikeln nicht anwendbar war.

Die gemessenen Jahresmittelwerte lagen 2012 zwischen 9 und 26 µg/m3. Die genauen Angaben zu den Werten an den einzelnen Stationen können dem jährlichen Lufthygienischen Jahresbericht Teil I entnommen werden (www.hlug.de). Die höchsten Feinstaubbelastungen wurden an Verkehrsstationen festgestellt. Der niedrigste PM10-Wert wurde auf der Wasserkuppe gefunden. Bei den Stadtstationen lag der Jahresmittelwert zwischen 18 und 22 µg/m3.

Für Feinstaub ist es charakteristisch, dass die Konzentrationsspanne zwischen minimaler und maximaler Belastung deutlich enger ausfällt als bei anderen Luftschadstoffen. Das vergleichsweise schmale PM10-Werteintervall hat seine Ursache in der Tatsache, dass auch in so genannten Reinluftgebieten bereits ein relativer hoher Staubgrundgehalt gegeben ist. Weil auf der PM10-Karte nur ein kleines Konzentrationsintervall aufgeteilt dargestellt wird, weichen die farblich hervortretenden Strukturen auf dieser Karte von denen anderer Karten (insbesondere der NO2-Karte) ab und sollten nicht überbewertet werden.

Zeitliche Entwicklung

In der nachstehenden Abbildung ist die Entwicklung der Feinstaubkonzentration über drei Jahrzehnte zu sehen. Die vor dem Jahr 2000 gemessenen Gesamtschwebstaubwerte wurden nachträglich auf PM10-Werte umgerechnet. Dargestellt sind die PM10-Jahresmittelwerte an der Luftmessstation Hanau, die stellvertretend für einen im Ballungsraum liegenden Standort mit langjähriger Staubmessung steht.


Abb. 1: Entwicklung der PM10-Immission am Standort Hanau

Man erkennt in dieser Zeitreihe sofort einen deutlichen Rückgang der Feinstaubbelastung vor allem in den 80er und 90er Jahren. In den letzten Jahren ist kein Rückgang mehr zu verzeichnen. Die Abbildung zeigt auch, dass zwischen einzelnen Messjahren relativ große Schwankungen auftreten können, die hauptsächlich mit unterschiedlichen meteorologischen Bedingungen zu erklären sind.

Bewertung

In der 39. BImSchV sind für PM10 folgende Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben:

  • 24-Stundenwert:
    50 µg/m3 dürfen nicht öfter als 35-mal im Kalenderjahr überschritten werden

  • Jahresmittelwert:
    40 µg/m3.

  • Der Grenzwert für den Jahresmittelwert wurde an allen Stationen im Jahr 2012 eingehalten. Eine Überschreitung dieses Grenzwertes ist durch den Rückgang der PM10-Belastung unwahrscheinlich. Die verkehrsbezogenen Standorte rangierten 2012 mit Jahresmittelwerten zwischen 22 und 26 µg/m3 an der Spitze. In dieser Spitzengruppe ist auch Wetzlar zu finden, wobei an diesem Standort industrielle Quellen mit in Betracht zu ziehen sind.

    Im Gegensatz zu 2011 gab es 2012 keine Überschreitung des PM10-Kurzzeitgrenzwertes (24-h-Wert). Am häufigsten lag der Tagesmittelwert an der Verkehrsstation Frankfurt-Friedberger Landstr. über der Marke von 50 µg/m³. Mit 19 Überschreitungen des Tagesmittelwerts von 50 µg/m³ liegen die Immissionswerte an dieser Station 2012 jedoch deutlich unter dem Grenzwert von zulässigen 35 Überschreitungen.

    Aufgrund der Überschreitung dieses Grenzwerts auch in früheren Messjahren mussten in Hessen für PM10Luftreinhaltepläne bzw. Aktionspläne erstellt werden.

    Die Überschreitungshäufigkeit wird stark von der Meteorologie beeinflusst.
    © 2013 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie