Feinstaub in der Schweiz Zusammensetzung, Quellen, Auswirkungen

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1 Feinstaub in der Schweiz Zusammensetzung, Quellen, Auswirkungen Urs Baltensperger Labor für Atmosphärenchemie Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen PSI Forum Medizin und Energie Aarau,, 6. März 2008 Feinstaubdefinition Feinstaub = PM10 = Partikel mit aerodynamischem Durchmesser <10μm Beispiele: primär: Dieselruss: ca. 0.1 μm Pollen: μm sekundär Ammoniumsulfat: ca. 0.1 μm Meersalz: μm Mineralstaub: μm 1

2 Feinstaub beeinflusst unsere Gesundheit und das Klima Source: Auswirkung auf das Klima: Feinstaub maskiert einen Teil des Treibhausgas-Effekts IPCC (2007) 2

3 Die Feinstaub-Grenzwerte in der Schweiz Schweizerische Luftreinhalte-Verordnung Feinstaub ist kein modernes Problem Die Lunge des Ötzi schwarz: Russ rot: Russ 3

4 Luftverschmutzung und Mortalität im Londoner Winter Smog von 1952 Adapted from Wilkins (1954) Verlauf der PM 10 -Konzentration an verschiedenen Standorten in der Schweiz 4

5 PM 2.5 vs. PM 10 Van Dingenen et al., AE2004 Anzahlkonzentration und Masse verlaufen nicht parallel Anzahl Masse (Volumen) 4x10 6 Autobahn 80 Lodrino dn/dlogdp 3 2 dv/dlogdp x Lodrino 20 Autobahn Dp Dp

6 Feinstaub im Atmungssystem: Partikel kleiner als 1 μm dringen am tiefsten in die Lunge ein Deposition Particle diameter Nasopharyngeal region 5-10 µm Trachea 3-5 µm Bronchi 2-3 µm Bronchioles 1-2 µm Alveoli µm P. Straehl, BAFU Reinigungsmechanismen in den Luftwegen Courtesy: P. Gehr, University of Bern 6

7 Epidemiologie: klarer Zusammenhang zwischen Feinstaub und Mortalität P: Reference Fett: (Dockery et al., 1993) Kursiv: (Laden et al., 2006) CH: 3700 frühzeitige Todesfälle pro Jahr Laden et al., 2006 Verringerung der Lebenserwartung durch anthropogenes PM 2.5 [Monate] PM Current legislation MTFR Loss in average statistical life expectancy due to identified anthropogenic PM2.5 Calculations for 1997 meteorology Provisional estimates with generic assumption on urban increment of PM M. Amann, IIASA 7

8 Alterungsbedingte Abnahme der Lungenfunktion bei tieferem PM 10 geringer (ohne Schwellenwert) FEV: Forced expiratory volume in 1 second Downs et al., NEJM 2007 Bezüglich gesundheitlicher Auswirkungen ist Feinstaub nicht gleich Feinstaub Zunahme der Mortalität bei Zunahme um 10 μg/m 3 (Laden et al., 2000): - Verkehr: 3.4% - Kohleverbrennung: 1.1% - Mineralstaub: ~0% Einflüsse von - Chemie - Morphologie - Grössenverteilung - Anzahlkonzentration - Quelle: 8

9 Zytotoxizität von Holzruss aus schlechter Verbrennung N. Klippel, Ultrafeine Partikel (<100 nm) Wichmann (ETH Conf. 2005) 9

10 PM Quellen in der Schweiz (nur primäre re Emissionen!) or: Google: BAFU, then click on Luft, Ungesunder Feinstaub Chemische Zusammensetzung des Feinstaubs in Zürich Z (~50% sekundär!) Unknown 22% Ammonium 8% Nitrate 14% PM10 mean: 25.0μg/m Trace Elements 3% Mineral Dust ** 9% Sulfate 15% OM * 21% EC 8% Hüglin et al., Atmos. Environ * OM = 1.4 OC ** calculated from Al 10

11 Jahresmittelwert: Zusammensetzung nicht identisch wie bei Smoglage: Unterschiedliche Fragestellung Tempo 80 im Sottoceneri (2008) Was es dazu braucht: - Inversionslagen - Lokale Emissionen Die hohen PM10-Konzentrationen im Januar/Februar

12 Die PM10-Werte waren im ganzen Schweizer Mitteland (unter 1000 m) praktisch gleich hoch Messungen in Zürich Reiden Oekoscience Auf der Strasse ist der Verkehrsanteil deutlich höher h her als an einem städtischen Hintergrundstandort WB: wood burning HOA: mostly traffic OOA: secondary 12

13 Tagesverlauf von Anzahl und Volumen für f r Partikel <0.3 μm m in ZürichZ N tot [cm -3 ] N tot Kerbside Background Difference V0.3 [μm 3 cm -3 ] V0.3 Kerbside Background Difference Kerbside: Weststrasse Background: Kasernenareal LDV: Personenwagen HDV: Lastwagen Imhof et al., ES&T, 2005 S f Traffic frequency Traffic [h -1 ] LDV HDV All Hour Lastwagen emittieren an der Weststrasse 30x mehr Russmasse und 70x mehr Partikel als Personenwagen (Diesel PW eingeschlossen) EF N tot [Particles km -1 ] EF N EF V x10 15 tot y = x R 2 = x x x10 14 EF V0.3 [cm 3 km -1 ] 0.7 y = 0.995x R 2 = Fraction HDV Fraction HDV Imhof et al., ES&T,

14 Im Winter haben Alpentäler ler ein lufthygienisches Problem Beispiel: Roveredo Chemische Zusammensetzung von PM 1 in Roveredo 100 Fractional Contribution (%) Roveredo, December 2005 Organics Nitrate Sulphate Ammonium Chloride PAH Date & Time Bestätigung Jeden Abend: durch C-14- Organische Kohlenstoffverbindungen > 80%, Messungen davon Russ aus Holzfeuerungen > 80% 14

15 Zusammenfassung Der Zusammenhang zwischen PM 10 / PM 2.5 und zusätzlichen Todesfällen ist durch zahlreiche epidemiologische Studien belegt; Wirkungsmechanismen jedoch nach wie vor mehrheitlich unklar Verschiedene Aerosolkomponenten haben unterschiedliche Gefährdung Dieselruss ist krebserregend und muss deshalb weiter reduziert werden jeder Diesel mit Partikelfilter Holzfeuerungen sind eine substantielle PM-Quelle, die mit technischen und politischen Massnahmen reduziert werden müssen Mehr als 50% von PM 10 ist sekundär, deshalb müssen auch PM-Vorläufer reduziert werden (NO x, etc.) Verdankungen PSI: - A. Prévôt, E. Weingartner - R. Alfarra, N. Bukowiecki, P. decarlo, D. Imhof, C. Ordonez, R. Richter, J. Sandradewi, G. Wehrle,. EMPA: R. Gehrig, M. Hill, C. Hüglin, V. Lanz, S. Weimer,.. Uni Bern: S. Szidat, H. Gäggeler Finanzielle Unterstützung: -BAFU - Kantone Zürich, Luzern, Graubünden, Tessin, Wallis - Schweiz. Nationalfonds - EU-Projekte ACCENT, EUCAARI, POLYSOA Mehr Information: 15