Gesundheitliche Folgen von Luftschadstoffen aus der Verbrennung von Holz. Prof. Nino Künzli, Dr. med. & PhD

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1 Departement Epidemiologie und Public Health Gesundheitliche Folgen von Luftschadstoffen aus der Verbrennung von Holz (und anderen Energieträgern) Prof. Nino Künzli, Dr. med. & PhD Vizedirektor Schweizerisches Tropen- und Public Health-Institut Basel Leiter Departement Epidemiologie und Public Health Swiss TPH Ordinarius für Sozial- und Präventivmedizin / Public Health der Universität Basel Präsident der Eidgenössischen Kommission für Lufthygiene (EKL) Vorbereitet für Tagung der KKL der Österreichischen Akademie der Wissenschaften Gesundheitsrelevante Luftverunreinigung durch Holzrauch Di :30 Wien ÖAW Präsentationstitel Swiss TPH ist ein unabhängiges Institut, assoziiert mit der Universität Basel

2 Inhalt 1. Gesundheitliche Wirkungen der Luftverschmutzung und aktuelle Beispiele 2. Wirkungen der Luftverschmutzung aus Holzverbrennung und anderen Quellen 3. Holzverbrennung: Anteil an Emissionen und Immissionen 4. Zielkonflikt Klima- und Luftreinhaltepolitik 5. Massnahmen - Vorschläge

3 Gesicherte mit Feinstaub (PM10 oder PM2.5) verbundene gesundheitliche Folgen Aus dem Statusbericht Feinstaub in der Schweiz 2013 der Eidg. Kommission für Lufthygiene, EKL, Bern, 2014)

4 Neue Beispiele zu den akuten Auswirkungen

5 Prozentuale Zunahme der täglichen notfallmässigen Spitaleinweisungen wegen Herz-Kreislauferkrankungen 2001 bis 2006, Schweiz pro 10 µg/m 3 Anstieg der Feinstaubkonzentrationen Perez et al. in review AG, AI, AR; BL, BS, BE, FR, GR, LU, NW, OW, SH, SZ, SO, SG, TI, TG, UR, VS, ZG, ZH, Liechtenstein

6 3-Tages-mittelwerte von NO2 und PM korrelieren mit der Suizidrate (Salt Lake City) Bakian et al, Am J Epidemiol, Feb 2015 Tag 1-3 Tag 1-2 Tag 1

7 Schweregrad 100% Pyramide der akuten Auswirkungen der Luftverschmutzung RESPIRATORISCH Asthmaanfälle COPD Exacerbation Pneumonie Bronchitis Husten 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Death Hospitalization Emergency room Doctor s visit Reduced activity Medication Symptoms KARDIOVASKULÄR Herzinfarkt Schlaganfall Arrythmien Blutgerinnung Angina pectoris 10% 0% Changes in physiologic measures Anzahl Betroffener 7

8 Neue Beispiele zu langfristigen Auswirkungen

9 E S C A P E European Study of Cohorts for Air Pollution Effects EU FP7 Project ESCAPE bestätigt in Europa (> Teilnehmer): Je höher die Feinstaubbelastung umso höher sind die Sterberaten pro 5 µg/m 3 PM2.5 ist Sterblichkeit um 7% erhöht

10 Verteilung der PM2.5 Konzentrationen (an der Wohnaddresse) aller ESCAPE Studienteilnehmer (Beelen et al, Lancet 2013)

11 Der Zusammenhang zwischen PM2.5 und Sterblichkeit bestand auch bei schwacher Belastung Zunahme der Sterblichkeit pro 5 µg/m3 PM2.5 (Jahresmittelwert an Wohnadresse) Alle Studienteilnehmer (> ) 7% Alle mit max. 20 µg/m 3 : 6% Alle mit max 15 µg/m 3 7% Alle mit max. 10 µg/m 3 : 4%

12 Verkehrsbedingte Partikel am Highway 405 verursachen Arteriosklerose bei Mäusen Araujo et al, Circul Res 2008 Belastung: 40 Tage 5h / Tag 3 Tg / Wo Filtrierte Luft Feinstaub (PM2.5) Ultrafein staub (PM2.5)

13 Atherosklerose Wichtigste Pathologie für die Entwicklung von Kardiovaskulären Erkrankungen Schweregrad

14 Die Arterienwanddicke der Karotiden hängt auch von der Feinstaubbelastung an der Wohnadresse ab Heinz Nixdorf RECALL Study - Ruhr Area, Germany (Bauer et al, JAAC 2010 group of B. Hoffmann) ESCAPE-Analysen: Perez et al, in press Env H Perspect 2015 % change in artery wall thickness home outdoor PM = WHO Guideline Value Current EU Directive 25

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16 Diabetes Häufigkeit ist mit Feinstaubbelastung an der Wohnaddresse assoziiert. nur bei Frauen? Eze et al, Env H Perspect 2015

17 Verursachen Verkehrsbedingte Schadstoffe eine Zunahme des Körpergewichts in der Adoleszenz? Jerrett et al Env H 2014 USC Children s Health Study

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19 Die Verbesserung der Luftqualität führt zu verlangsamtem Verlust der Lungenfunktion (verzögerte Alterun) aber nicht bei Übergewichtigen! (SAPALDIA Studie Schweiz) Schikowski et al Env Health Perspect 2013 (free online access) Did not profit from better air quality <18.5 > BMI >30

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21 Gesicherte mit Feinstaub (PM10 oder PM2.5) verbundene gesundheitliche Folgen Aus dem Statusbericht Feinstaub in der Schweiz 2013 der Eidg. Kommission für Lufthygiene, EKL, Bern, 2014)

23 Auswirkungen des Gebrauchs von Biomasse zum Kochen auf die perinatale Gesundheit Amegah et al, PlosOne gr geringeres Geburtsgewicht 35% erhöhtes Risiko für zu geringes Geburtsgewicht 29% erhöhtes Risiko für Todgeburt

24 Je mehr «rauchige Tage» umso mehr wurden Symptome wie trockener Husten, pfeiffend Atmung, beissende Augen und Halsweh berichtet Künzli et al, AJRCCM 2006

25 «Smokey days» due to forest fires are associated with an increase in cardiovascular mortality in Southern Europe Faustini et al MEDPARTICLE project, OEM 2015

26 Zusammenhang zwischen Notfalleinweisungen wegen Herz-Kreislauferkrankungen mit quellenspezifischen PM2.5-Anteilen (27 Spitäler von Atlanta, USA, ) Sarnat et al, Env H Perspect 2008 Relatives Risiko pro Interquartil-Anstieg des Schadstoffes am Tag der Einweisung

27 Endothelfunktion und Entzündungszeichen verbessern sich nach 7 Tagen HEPA-Filtrierung der Innenluft im Wohn- und Schlafzimmer in einer Gegend in Canada mit hohem PM-Anteil aus Holzheizungen (45 erwachsene Teilnehmer) Allen et al, AJRCCM 2001 RHI (reactive hyperemia index measures microvascular endothelial function (EndoPAT)

28 Relevante Eigenschaften von PM aus Holzverbrennung Wechselnde Mischung von organischen Agglomeraten und anorganischer alkalischer Asche Stark Unterschiede in Form, Grösse, Löslichkeit und Zusammensetzung unterschiedliche toxikologische Eigenschaften (Deposition in der Lunge, Clearance, zelluläre Effekte etc.) Z.B. lösliche anorganische Asche wird aus Lunge wieder entfernt, unlöslicher Russ nicht. Lungendeposition hängt von Grösse, Form und Feuchtigkeit Deposition von Holzpartikeln ca. 38% (verkehrsbedingte PM: ca. 69%) In Zellkulturen erhebliche zelluläre Wirkungen nachgewiesen Organische Bestandteil (nach unvollständiger Verbrennung) beeinflussen biologische Wirkungen Bedeutende Wirkungen der Metalle auf Aschepartikeln (bei vollständiger Verbrennung) Eher keine Auswirkungen auf die Lungenfunktion (bei Menschen nicht belegt; bei Mäusen belegt) Herzrythums-Variabilität nimmt ab; Zunahme der Blutkoagulationsmarker Allergische Entzündungsreaktionen und Sensitisierung; Einschränkung der Abwehrfunktion der Makrophagen Abnahme der Infektresistenz Entzündungen, Zytotoxizität, Genotoxizität, oxidativer Stress, Immunosuppression

29 Schlussfolgerung von WHO REVIHAAP Review - Cassee et al, Inhal Tox 2013 Russ (Black carbon) dient als universeller Träger für viele chemische Luftschadstoffbestandteile, semi-volatile organische Fraktionen und von Metallen Rolle anorganischer aerosole unklar, aber Kationen könnten Bedeutung haben Organische Kohlenstoffe (OC) sind gesundheitlich bedeutsam und primäre OC s sind für die Bildung von PM2.5 sehr wichtig. Toxizität von primären und sekundären organischen Aerosolen kann zur Zeit nicht differenziert werden Kein Hinweis auf quellenspezifische Wirkungen

30 Frutigen, Schweiz Oktober 2013

32 Feinstaub-Emissionen des schweizerischen Anlagenund Fahrzeugparks pro Energieeinheit HEL = Heiz-Öl Extraleicht

33 Emissionen Bei Schadstoffemissionen (bezogen auf Energieinhalt des Brennstoffs) schneiden Holzheizungen noch immer viel schlechter ab als Gas- und Ölheizungen (Swissacademies Factsheet Vol 9, No )

34 Emissionsfaktoren verschiedener Holzfeuerungsanlagen Baltensberger et al, Schweiz Z Forstw 2013

35 Beitrag zu sekundären organischen Aerosolen von verschiedenen Holzfeuerungsanlagen Baltensberger et al, Schweiz Z Forstw 2013

36 Immissionen Der Anteil aus Holzverbrennung in PM Gesamtmasse, organischem Kohlenstoff und im Russ von PM10 und PM2.5 ist in der Schweiz bedeutsam Baltensberger et al, Schweiz Z Forstw 2013; Herich et al, Atmos Env 2014

38 Folge des Ersatz von Heizöl (leicht) durch Biomasse (Oberösterreich, 1.2 Mio Einwohner) Haluza et al J Expo Sci Env Epi 2012 PM10 NO2 Emissionen: +22% +11% Immissionen (Jahresmittel): Zunahme der Gesundheitsschäden: rural +12% +5% städtisch +15% +4% Todesfälle: +174 (95% CI ) Kardio-Respiratorische Spitaleinweisungen: +353 (95% CI )

39 Gesamtbeurteilung externer Kosten verschiedener Energieträger, pro Mega-Joule Nutzwärme Baltensberger et al, Schweiz Z Forstw 2013

41 WEB LINK Mitglieder EKL: Künzli Nino, (Präsident); Ammann Christof, Baltensperger Urs, Braun Sabine, Colombo Luca, Dubas Françoise, Flückiger Alexandre. Gehr Peter,, Gehrig Robert, Gygax Hans, Künzler Peter, Leikauf Bernhard, Nejedly Gerrit, Probst- Hensch Nicole Externe Mitglieder der Arbeitsgruppe PM Bericht 2013: Kutlar Meltem, Rapp Regula, Strähl Peter, Zürcher Fritz

42 Die 2 wichtigsten Vorschläge der Eidgenössischen Kommission 42 für Lufthygiene (EKL) für die Schweiz (Bericht 2013, nun in Vernehmlassung beim Bundesrat) 1) Übernahme des WHO PM2.5 Jahresmittelwerts von 10 µg/m 3 in die Luftreinhalteverordnung (LRV) WHO Guidelines State of Californi a U.S.A. Federal standard EU (2008) 2014 erfolgte KEINE ANPASSUNG Schweiz PM 10 Annual mean 20 µg/m 3 20 µg/m µg/m 3 20 µg/m 3 PM 2.5 Annual mean 10 µg/m 3 12 µg/m 3 12 µg/m 3 25 µg/m 3 VOR- SCHLAG: 10 µg/m 3 2) Konsequente Minimierung der Russkonzentrationen (EC) auf 20% der heutigen Werte innerhalb von 10 Jahren

43 Gesetzliche Grundlage der Schweizer Luftreinhalteverordnung (LRV): Umweltschutzgesetz (USG) USG verpflichtet Bundesrat, zur Beurteilung der schädlichen und lästigen Einwirkungen durch Luftverunreinigungen für ausgewählte Schadstoffe (= Indikatoren für die Luftbelastung) Immissionsgrenzwerte (IGW) festzulegen. Wirkungen auf Personengruppen mit erhöhter Empfindlichkeit, wie Kinder, Kranke, Betagte und Schwangere sind zu berücksichtigen (Art. 13 USG). Kombinationswirkungen bei gleichzeitigem Einwirken mehrerer Schadstoffe sind zu beachten (Art. 8 USG).

44 Auch ohne Grenzwert kann Lufthygiene nachhaltig verbessert werden! Ziel 2025

45 Wichtigste Luftreinhalte-Strategien (PM Bericht EKL 2013) 1. Vorschriften nach bestem Stand der Technik bei allen Quellen nötig bei gesetzlicher Gleichbehandlung ALLER Verbrennungen: Diesel-, Benzinfahrzeuge, Motorräder, MOFAS, Holzheizungen etc. 2. Getroffene Massnahmen (zb Euro-6-Abgasgrenzwerte; Grenzwerte für Baumaschinen, Schiffe, Diesellokomotiven; Nachrüstpflicht für Busse; Vereinbarung bezüglich Ausrüstung neuer Pistenfahrzeuge mit Partikelfiltern) zügig umsetzen 3. Strenge Vorschriften für übrige Fahrzeuge (Traktoren, industrielle Fahrzeuge), stationäre Motoren (WKK, Notstromaggregate) und Feuerungen (insbesondere Feststofffeuerungen) nötig: Einführung von PMfiltern bei allen Motoren im Onroad- und Offroad-Bereich. 4. Strenge Vorschriften für Holzfeuerungen; Anlagen mit schlechtem Wirkungsgrad (z. B. Cheminées) sollen nicht als «Heizsysteme» eingesetzt werden dürfen; Holzfeuerungen mit hohen Schadstoffemissionen durch neue ersetzen 5. Kritische Stoffe (Rinde, Altholz, Stroh und dergleichen) nur in professionell betriebenen Grossanlagen mit wirksamer Feinstaubabscheidung einsetzen

46 Was kann die ÖAW beitragen? 1. Kompromisslose Forderung von wissenschaftsbasierten Jahresgrenzwerten für PM10 und PM2.5 gemäss WHO Air Quality Guidelines. Grenzwerte der EU sind inakzeptabel 2. Forderung von Monitoring und Forschung zur Quellenspezifizierung der Belastung der Bevölkerung 3. Forderung nach gesetzlicher Gleichbehandlung aller Schadstoffemissionen mit konsequenter Reduktion aller Emissionen 4. Erforschung, Entwicklung und Einführung von sauberen Holzheizungen 5. Forderung nach einer interdisziplinär gestützten Klimapolitik, die auch der Gesundheit dient (nicht nur dem Klima!) 6. Forderung nach einer Energiepolitik die auf erneuerbaren Energien basiert UND im Einklang steht mit Luftreinhaltepolitik (Gesundheitsschutz). Wissenschaftliche Basis für Entscheide: Vergleichende Risikoanalysen unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus der Energieträger! Die GESUNDHEITLICHEN FOLGEN der Energiepolitik sollen NICHT (mehr) ins Ausland verlagert werden!