CH: Schadstoffe entstehen oft erst in der Luft: Neue Erkenntnisse zur Feinstaubbelastung

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Villigen/Genf – Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Paul Scherrer Instituts (PSI) hat in einer hochpräzisen Messreihe am CERN neue Erkenntnisse zur Entstehung von Feinstaub gewonnen. Die Ergebnisse zeigen, dass viele schädliche Partikel nicht direkt aus Emissionen stammen, sondern sich erst in der Atmosphäre durch mehrstufige Oxidationsprozesse bilden. Diese Erkenntnisse tragen dazu bei, die Luftverschmutzungsmodelle zu verfeinern und mögliche Gegenmaßnahmen gezielter zu gestalten. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

 

Feinstaub als unsichtbare Gesundheitsgefahr

Organische Aerosole gehören zu den gefährlichsten Bestandteilen der Luftverschmutzung. Diese feinen, kohlenstoffhaltigen Partikel entstehen durch unvollständige Verbrennungsprozesse in Verkehr, Industrie und Haushalten und haben nachweislich schwerwiegende gesundheitliche Folgen. Millionen Todesfälle weltweit sind jedes Jahr auf die Belastung mit Feinstaub zurückzuführen. Besonders in dicht besiedelten urbanen Gebieten ist die Belastung hoch.

 

Bisherige Modelle gingen davon aus, dass sich solche Partikel direkt an der Quelle bilden. Die neue Studie zeigt jedoch, dass anthropogene Aerosole oft mehrere chemische Umwandlungsschritte durchlaufen, bevor sie zu lungengängigen Feinstaubpartikeln werden. „Diese Entdeckung verändert unser Verständnis der Luftverschmutzung grundlegend“, erklärt Imad El Haddad, Leiter der Studie am PSI. „Die Auswirkungen von Emissionen sind oft nicht auf die unmittelbare Umgebung begrenzt, sondern können sich über weite Gebiete erstrecken.“

 

Langsame Entstehung von Schadstoffen

Natürliche Vorläufergase wie Terpene und Isoprene, die von Pflanzen freigesetzt werden, binden schnell Sauerstoff und bilden unmittelbar Feinstaubpartikel. Bei anthropogenen Emissionen wie Benzol oder Toluol, die etwa in Autoabgasen oder bei der Verbrennung von Biomasse entstehen, ist der Prozess jedoch langwieriger. Die neuen Messungen zeigen, dass es mehrere Oxidationsstufen braucht, bis sich diese Substanzen in feste Partikel verwandeln – ein Prozess, der sechs Stunden bis zwei Tage dauern kann.

 

Das bedeutet, dass die Feinstaubbelastung in Städten nicht nur durch lokale Emissionen entsteht, sondern durch Schadstoffe, die erst viele Kilometer entfernt ihre endgültige Form annehmen. Laut der Studie könnten bis zu 70 Prozent der organischen Feinstaubpartikel auf diese mehrstufigen chemischen Prozesse zurückzuführen sein.

 

CLOUD-Experimente liefern präzise Daten

Für ihre Untersuchung nutzten die Forschenden die einzigartige CLOUD-Simulationskammer am CERN. Diese ermöglicht es, Luftverschmutzung unter kontrollierten Bedingungen nachzubilden. Die CLOUD-Kammer ist eine der präzisesten Atmosphären-Simulationsanlagen weltweit: Sie kann Temperatur, Druck und chemische Zusammensetzung der Luft exakt steuern und so die Entstehung von Feinstaub in Echtzeit verfolgen.

 

In den Experimenten wurde eine künstliche Smog-Wolke erzeugt, die typische städtische Emissionen nachbildet. Mit hochauflösenden Sensoren analysierten die Forschenden, wie sich die Schadstoffmoleküle verändern und in welchen Schritten sich feste Aerosole bilden. „Diese Daten ermöglichen uns ein völlig neues Verständnis davon, wie sich Luftverschmutzung entwickelt und ausbreitet“, sagt El Haddad.

 

Bedeutung für Umwelt- und Gesundheitspolitik

Die neuen Erkenntnisse haben weitreichende Folgen für die Luftreinhaltung. Die bisherigen Maßnahmen zur Reduktion von Feinstaub konzentrierten sich oft auf Partikelfilter in Fahrzeugen oder Industrieanlagen. Die Studie zeigt jedoch, dass auch die Emission von gasförmigen Vorläufersubstanzen, die später zu Feinstaub werden, stärker reguliert werden muss.

 

„Wir müssen über reine Feinstaubgrenzwerte hinausdenken“, betont El Haddad. „Maßnahmen sollten verstärkt auf die Reduktion von Vorläufergasen abzielen, um die Feinstaubbildung bereits im Ansatz zu verhindern.“

 

Die neuen Erkenntnisse fließen nun in verbesserte Luftverschmutzungsmodelle ein, die genauere Prognosen zur Feinstaubbelastung ermöglichen und helfen, effektive Maßnahmen zur Reduzierung gesundheitsschädlicher Luftschadstoffe zu entwickeln.

 

 

Herausgeber

Paul Scherrer Institut