Partikel im Abgas / Feinstaub in der Luft

 Feinstaub

Partikel im Abgas - Wie entstehen sie? Gesundheitsgefahren Was ist Feinstaub?

Bei der Verbrennung entstehen CO, HC, NOx und Rußpartikel. Beim Ottomotor sind die Rußpartikel etwa um den Faktor 20 bis 200 niedriger, weshalb sie in der Diskussion keine Rolle spielen.

Abgasqualm - Gabi Eder / Pixelio

Dieselpartikel

• auch PM (Particulate matter) 
• oder PAK (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe)
• bzw. PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons)

Trotz seiner allein schon durch den geringen Verbrauch guten Umweltleistungen steht der Dieselmotor wegen seines Partikelausstoßes und des Dieselrauchs weiterhin im Kreuzfeuer der Kritik.  

Gesundheitsgefahren durch Partikel

Partikel aus dem Diesel Abgas, d.h. die Rußkerne und ebenso die Anlagerungen (PAK), können Krebs erregen. 

Die mikroskopisch kleinen Rußteilchen können über die Atemwegein die Lunge gelangen. Von den Dieselrußpartikeln, die kleiner als 0,0025 mm sind, kann eine Gesundheitsgefährdung, besonders für ältere und angeschlagene Menschen, ausgehen. 

Mit der Luft dringen die kleinsten Partikel über die Atemwege bis in die Lungenbläschen (Alveolen). Bis dorthin werden bereits die größeren Partikel sowie Staub, Pollen und Bakterien durch die Schleimhäute in der Nase und den Flimmerhärchen in den Bronchien gefiltert und nach draußen befördert. Feinstpartikel (ab 0,0001 mm = 100 nm), die es bis in die Alveolen geschafft haben, werden durch die Fresszellen in der Regel beseitigt. 

Eine größere Menge an Partikeln kann bei bereits angeschlagener Gesundheit oder älteren Menschen durch Abstoßung von Sauerstoffradikalen und Stickoxiden zur Bildung von Krebs oder zur Erbschädigung führen. Eine Streitfrage der Wissenschaftler ist die Menge und Größe der Partikel, die zum Krebs führen können. Man vermutet, dass erst eine Überlastung der körpereigenen Abwehr eine Schädigung bewirkt. Die Diskussion um die Partikel in der Öffentlichkeit und die gesetzlichen Bestimmungen zu den Abgasgrenzwerten, hat dazu geführt, dass auch die deutschen Autobauer künftig auf den Rußfilter setzen werden.

Neueste Erkenntnisse  (erhalten vom GSF Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit )

Wie ultrafeine Teilchen aus der Luft Herz und Gefäße schädigen

Winzige Staubpartikel können das Herz aus dem Takt bringen. Die Mechanismen, mit denen vor allem die ultrafeinen Teilchen Herz und Gefäße schädigen, haben Dr. Holger Schulz vom Institut für Inhalationsbiologie und Dr. Annette Peters vom Institut für Epidemiologie, GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit in Neuherberg, untersucht.

Makrophagen nehmen Bakterien und andere Mikroorganismen durch Phagozytose auf.
Diese werden dann in Vakuolen in den Zellen eingeschlossen und durch Enzyme verdaut.
Ultrafeine Teilchen sind zu klein, um gezielt von den Makrophagen aufgenommen zu werden.
Aufnahme: S. Takenaka, U. Heinzmann, H. Wehnes (GSF).

Die Wissenschaftler entdeckten drei Möglichkeiten, wie die Kohlenstoffpartikel, die vor allem aus Abgasen von Autos und Fabriken stammen, den Organismus schädigen können.
In der Blutbahn kann der Schwebstaub Blutplättchen aktivieren, die die Gerinnungsfähigkeit des Blutes erhöhen. Das Blut wird dadurch zähflüssiger und die Wahrscheinlichkeit, dass sich Gerinnsel bilden, steigt. Außerdem bewirken die Teilchen, dass Arterien nicht mehr so schnell ihren Durchmesser vergrößern können. Das Herz wird in stressigen Situationen nicht ausreichend durchblutet. Die Folgen sind Herzrhythmusstörungen, die zum Infarkt führen können.

Die Schadstoffe, beeinflussen auch die autonome Kontrolle, die den Herzschlag steuert. Der Puls ist beschleunigt und das Herz schlägt zu regelmäßig unter Einfluss des Staubs. Gleichzeitig kann sich der Muskel nicht mehr so stark zusammenziehen, da der Kalziumhaushalt der Zelle gestört ist. Die veränderte Ionenkonzentration kann überdies zu Kammerflimmern und Herzstillstand führen.

Auch über Rezeptoren auf der Oberfläche der Lungenbläschen können die Partikel das autonome Nervensystem beeinflussen und den Sympathikus, der den Körper in Alarmbereitschaft versetzt, aktivieren. Bei vorbelasteten Personen kann dies dazu führen, dass das Herz unregelmäßig schlägt und nicht ausreichend durchblutet ist.

Als dritte Möglichkeit können die Partikel das Lungengewebe entzünden, wodurch Botenstoffe freigesetzt werden. Daraufhin gerinnt das Blut schneller und der Körper mobilisiert seine Abwehrkräfte. Als Folge wird mehr Fibrinogen freigesetzt, das Blut wird zähflüssiger und die Arterien verkalken schneller. Reißt so eine arteriosklerotische Stelle, sind die Blutgerinnsel, die sich darauf bilden, umso größer, je mehr Fibrinogen vorhanden ist. Die Gefahr eines Herzinfarkts ist dadurch stark erhöht.

Vor allem ihre geringe Größe macht die weniger als hundert Nanometer kleinen ultrafeinen Partikel so gefährlich: Nasenschleimhaut, Membranen und Makrophagen sind eher darauf spezialisiert, größere Teilchen abzufangen

Weitere Einzelheiten über die Homepage von GSF

Partikel bestehen aus mikroskopischen Kohlenstoffkügelchen mit einem Durchmesser von ungefähr 0,05 µ, an denen sich die aus Kraft- und Schmierstoff stammenden Kohlenwasserstoffe anlagern und verdichten; auch Wasser und Sulfate bilden sich auf der Oberfläche. Die im Abgasstrom gemessenen Partikel weisen einen Durchmesser von rund 0,09 µ auf. Dieser Wert ist unabhängig von Motortechnologien und Einsatzbedingungen, die sich nur auf die Zahl der gebildeten Partikel auswirken. Die durch einen Filter abgeschiedenen Partikel bilden Cluster mit einer Größe von 0,1 bis 1 µ.

Die Partikelbildung

Im Dieselmotor erfolgt die Verbrennung des Dieselkraftstoffs durch Selbstzündung in einem heterogenen Milieu aus Luft und Kraftstoff.

Die Verbrennungsgüte ist davon abhängig, wie das Gemisch aus Luft und Kraftstoff gebildet wird.

Ein Dieselmotor arbeitet prinzipiell immer mit der gleichen Luftmenge; die gewünschte Leistung wird durch die Menge des eingespritzten Kraftstoffs erzielt. Unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors (insbesondere beim Beschleunigen) kann das Gemisch in einigen Brennraumbereichen zu fett sein. Die Verbrennung bleibt dann unvollständig, weil nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist. In diesem Fall kommt es zur Bildung von Partikeln.

Die Dieselwolke enthält sogenannte PAH (Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe), die unter Umständen krebserregend sind (siehe oben).  Der Ruß ist natürlich immer noch vorhanden, auch wenn man ihn heute weniger häufig beobachten kann. Dies hat jedoch dazu geführt, dass die Abgasgesetzgebung schrittweise strenger wurde und in der EU (Stufe3-Typprüfung) ab 1.1.2000 nur mehr 0,05g/km Dieselpartikel zugelassen werden. Weiter sind die Abgasbestandteile CO mit 0,64g/km - NOx mit 0,5g/km - und (HC + NOx) mit 0,56g/km limitiert.

Messungen haben gezeigt, dass die Rußimmissionen im Jahresmittelwert rückläufig sind und nur an einzelnen, außergewöhnlich stark belasteten Stationen die seit 1. Juli 1998 gültigen Grenzwerte geringfügig überschreiten.
Unsere - neuen - Autos sind so sauber wie noch nie. Daher gilt: Je mehr alte Autos durch neue Autos ersetzt werden, desto geringer die Belastung der Luft. Durch die Einführung von EURO 4 (ab 2005) wird eine weitere Verbesserung der Luftqualität erreicht.

Nicht vergessen werden sollte, wie bereits oben erwähnt, dass auch beim Benziner Ruß entsteht. Die Menge liegt allerdings 20 bis 200 mal niedriger als beim Diesel und wird deshalb meist nicht weiter erwähnt. Häufig wird hier der Begriff Feststoffe verwendet. Beim Benzindirekteinspritzer ist unter bestimmten Betriebsbedingungen eine nennenswerte Rußbildung denkbar. Werte sind mir jedoch nicht bekannt.

Was ist Feinstaub? 

Info des ADAC:

Feinstaub ist mit bloßem Auge unsichtbar; seine Partikel haben einen Durchmesser von weniger als zehn Mikrometer (Tausendstel Millimeter). Er kann natürlichen Ursprungs sein, wird aber auch in Industrie oder Privathaushalten freigesetzt. Beim Straßenverkehr entsteht Feinstaub durch Reifenabrieb, aufgewirbelten Staub und durch Abgase – vor allem aus ungefilterten Dieselfahrzeugen. Feinstaubpartikel können vom Körper nicht gefiltert werden und bis in die Lungenbläschen vordringen. Mögliche Folgen: Atemwegserkrankungen, Herz- und Kreislauferkrankungen.

Vor sieben Jahren hat die EU eine Richtlinie zur Verbesserung der Luftqualität erlassen, wonach die Belastung der Luft mit Feinstaub einen Grenzwert (50 Mikrogramm je Kubikmeter Luft) nur an höchstens 35 Tagen im Jahr überschreiten darf. Um Fahrverbote aussprechen zu können, beschloss die Bundesregierung im Mai 2006 die »Verordnung zur Kennzeichnung emissionsarmer Kraftfahrzeuge«  (Plakettenverordnung). Am 1. März 2007 tritt diese in Kraft. Sie regelt bundeseinheitlich die Kennzeichnung von Pkw, Lkw und Bussen mit Plaketten je nach Schadstoffgruppe.

Die Bundesländer müssen Luftreinhaltepläne aufstellen, mit denen auch lokale Verkehrsbeschränkungen angeordnet werden dürfen. Auf Basis dieser Pläne können dann die Kommunen exakt festlegen, welche Straßen oder Regionen in welchem Umfang befahren werden dürfen. Stark feinstaubbelastete Gebiete können – temporär oder auf Dauer – als »Umweltzone« deklariert werden, in der für bestimmte Autos Fahrverbote gelten.

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Weitere Einzelheiten zum Diesel Abgas können Sie speziell in meinen Bericht über Diesel Abgas lesen.

siehe auch:  | CO | HC | NOx | SO2 | Katalysator | Abgaswerte | Plakettenverordnung | Innenraumfilter

Quellen: TU Wien, GSF  Dipl.Chem. Kester Lausecker, ADAC, 

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