Unter der Messgröße PM10 (Particulate Matter < 10 µm) wird die Feinstaubfraktion mit einem oberen Partikeldurchmesser bis zu 10 µm verstanden. Die Einführung dieser neuen Messgröße wurde durch die 1999 verabschiedete, erste EG-Tochterrichtlinie [1] erforderlich, da sich der neue Partikel-Grenzwert nicht mehr wie bislang auf Gesamtschwebstaub, sondern auf die PM10-Fraktion bezieht. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass gerade lungengängige Partikel von besonderer gesundheitlicher Relevanz sind. Die Staubmessungen wurden deshalb an den automatischen Messstationen zu Beginn des Jahres 2000 auf PM10-Messungen umgestellt; hierzu wurden die Messgeräte mit einem PM10-Probenahmekopf als Vorabscheider ausgerüstet. Aufgrund von Vergleichsmessungen ist ein empirischer Faktor von 0,83 für die Umrechnung von Gesamtschwebstaub auf PM10 ableitbar [2]; so ist es trotz Änderung der gemessenen Staubfraktion möglich, durchgehende Staubkonzentrations-Zeitreihen darzustellen.

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

• Im automatisch arbeitenden Luftmessnetz wird an vielen Stationen die Feinstaubkonzentration mithilfe eines Relativ-Messverfahrens kontinuierlich ermittelt und als Halbstundenmittelwert angegeben. Die Überwachung der PM10-Grenzwerte nach der 22. BImSchV [3], mit der die 1. Tochterrichtlinie in nationales Recht umgesetzt wurde, wird auf Basis der im Luftmessnetz erhaltenen Werte durchgeführt (hoher zeitlicher Erfassungsgrad und zeitnahes Vorliegen der Messergebnisse).
  
  
• Im Schwebstaubmessnetz (siehe Kapitel Schwebstaub) werden 24-Stunden-Staubproben genommen und anschließend gewogen; die gravimetrische Staubkonzentrationsbestimmung stellt ein absolutes und somit besonders zuverlässiges Staubmessverfahren dar. Außerdem steht für die Untersuchung der Schwermetallgehalte im Staub ausreichend Probenmaterial zur Verfügung. Das Schwebstaubmessnetz dient demnach hauptsächlich der Immissionsüberwachung von Schwermetallen [7].

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 [4]. Diese Partikelfraktion umfasst die nicht sedimentierenden Stäube, die weitgehend homogen verteilt längere Zeit im Schwebezustand verbleiben. 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.

Kleine Teilchen bis 1 µm schweben ohne erkennbare Sedimentationsgeschwindigkeit in der Atmosphäre. Die Verweilzeit für diese kleinen Staubpartikel wird mit 4 bis 10 Tagen angegeben [5]; 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. Staubpartikel unter 10 µm Durchmesser haben eine vernachlässigbare Sedimentationsgeschwindigkeit und verhalten sich daher in der Atmosphäre weitgehend wie Gase.

Die in der Luft dispergierten Partikel 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 [4]. Die Größenverteilung der Staubpartikel spielt auch hier wieder eine wichtige Rolle. Staubpartikel im Größenbereich zwischen 1 und 6 µm Durchmesser werden mit hoher Effektivität in der Lunge selbst abgeschieden; größere Teilchen werden schon in der Nase und in der Luftröhre abgeschieden, während kleinere Teilchen wieder ausgeatmet werden. 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.

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

Die Karte zeigt die hessische Immissionssituation für PM10 im Jahr 2007 auf Basis der Jahresmittelwerte der hessischen Luftmessstationen (die Lage der Messstationen ist der Stationskarte zu entnehmen). 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, denn Feinstaub < 10 µm ist gleichmäßig in der Luft verteilt, wohingegen es auf den zuvor gemessenen Gesamtschwebstaub mit seinem gewissen Anteil an sedimentierenden Partikeln nicht anwendbar war.

Die gemessenen Jahresmittelwerte lagen 2007 zwischen 12 und 29 µg/m³; die genauen Angaben zu den Werten an einzelnen Stationen sind im lufthygienischen Jahresbericht 2007 Teil I [6] aufgeführt. Die höchste Feinstaubbelastung wurde an zwei Verkehrsstationen und einer Stadtstation festgestellt (Jahresmittel: 28 - 29 µg/m³). Der niedrigste PM10-Wert wurde auf der Wasserkuppe gefunden. Bei den Stadtstationen lag der Jahresmittelwert zwischen 16 und 28 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.

Als Letztes werden noch die PM10-Konzentrationsmaxima kurz betrachtet. In der Regel stimmt der höchste an einer Luftmessstation ermittelte Wert mit dem oberen Ende der Konzentrationsskala auf der Immissionskarte überein. Da jedoch in das zur Kartenberechnung verwendete Modell FLADIS neben den Immissionswerten auch Daten aus dem Emissionskataster eingehen, muss dies nicht zwangsläufig der Fall sein. Bei PM10 wurde die höchste Konzentration mit 29 µg/m³ an einer Verkehrsstation gemessen, aber auf der Karte gibt es südöstlich von Hanau eine 1 km x 1 km-Rasterfläche mit höheren PM10-Werten, was auf hohe lokale Emissionen zurückgeht.

In der nachstehenden Abbildung ist die Entwicklung der Feinstaubkonzentration über zwei Jahrzehnte zu sehen; die vor dem Jahr 2000 erhaltenen 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: PM10-Immissionen in Hanau (Jahresmittelwerte)

Man erkennt in dieser Zeitreihe sofort einen deutlichen Rückgang der Feinstaubbelastung um mehr als die Hälfte in den letzten 22 Jahren, wobei die Hauptabnahme der Staubimmissionswerte bereits in den 80er Jahren erfolgt ist. Daneben zeigt die Abbildung auch, dass zwischen einzelnen Messjahren relativ große Schwankungen auftreten können, die hauptsächlich mit unterschiedlichen meteorologischen Bedingungen zu erklären sind.

Der Jahresbericht 2007 Teil I [6] enthält eine Trendbetrachtung der PM10-Konzentrationen an allen hessischen Messstationen. Die PM10-Werte weisen an den meisten Stationen eine abnehmende Tendenz auf.

In der 22. BImSchV [3] sind für PM10 Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben. Sie war in der Übergangszeit bis 2005 mit Toleranzmargen versehen, inzwischen gilt allerdings der gesetzlich vorgeschriebene Grenzwert. Nähere Erläuterungen hierzu finden sich auf dem Beiblatt zum Kapitel Immissionskataster.

Die folgenden Angaben stellen die für das Jahr 2005 gültigen Grenzwerte dar:

24-Stundenwert: 50 µg/m³ mit 35 zulässigen Überschreitungen im Jahr,
Jahresmittelwert: 40 µg/m³.

Der Grenzwert für den Jahresmittelwert wurde an allen Stationen im Jahr 2007 eingehalten. Eine Überschreitung dieses Grenzwertes ist durch den Rückgang der PM10-Belastung unwahrscheinlich. Beim 24-h-Wert wurden maximal 33 Überschreitungen von 50 µg/m³ an 2 Verkehrsstationen ermittelt, somit liegt diese Anzahl unter der in der 22. BImSchV [3] angegebenen Anzahl der zulässigen Überschreitungen pro Jahr. An allen Stationen traten gelegentlich 24-h-Konzentrationen von über 50 µg/m³ auf, aber der Grenzwert wurde eingehalten. Der Lufthygienischer Jahresbericht 2007 Teil I [6] enthält die genauen Überschreitungszahlen. Da es in früheren Messjahren der Kurzzeit-Grenzwert überschritten wurde, mussten in Hessen für PM10 Luftreinhaltepläne bzw. Aktionspläne erstellt werden. Die Überschreitungshäufigkeit wird stak von der Meterologie beeinflusst.

[1] Richtlinie 1999/30/EG des Rates vom 22. April 1999 über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft (1. Tochterrichtlinie) (ABl. EG, L 163 S. 41)

[2] Die Luftqualität im Untersuchungsgebiet Untermain – Ist-Situation und Entwicklung, Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Luftreinhaltung in Hessen, Heft 3, Wiesbaden (2003)

[3] Zweiundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft – 22. BImSchV) vom 11. September 2002 (BGBl. I S. 3626), in der Fassung vom 4. Juni 2007 (BGBl. I S. 1006)

[4] VDI-Richtlinie 2463: Messen von Partikeln
Blatt 1, Ausgabe 11.99: Gravimetrische Bestimmung der Massenkonzentration von Partikeln in der Außenluft. Grundlagen

[5] Immissionsbericht Hessen 1996, Schriftenreihe der Hessischen Landesanstalt für Umwelt, Heft Nr. 210, Wiesbaden (1997)

[6] Lufthygienischer Jahresbericht 2007 Teil I, Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Luftreinhaltung, Wiesbaden (2008)