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Luftverschmutzung durch Holzheizungen untersucht Dicke Luft im Gebirgstal: Schadstoffwerte wie in der Großstadt

Von Tilo Arnold*

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Eingebettet zwischen majestätischen Gebirgszügen, fernab vom Stress der Großstadt in einem beschaulichen Dorf– so lässt es sich leben. Doch zumindest bei der Luftqualität hält dieses Idyll nicht, was es verspricht. Denn die zunehmende Zahl an Holzheizungen sorgt für dicke Luft im Tal, wie Messungen eines deutsch-slowenischen Forscherteams zeigen.

Blick auf die Retje-Mulde von Westen aus.
Blick auf die Retje-Mulde von Westen aus.
(Bild: Miha Markelj, NILU )

Leipzig, Nova Gorica/Slowenien – Holzverbrennung ist für mehr als die Hälfte der besonders gesundheitsgefährlichen kleinen Feinstaubstaub-Partikel (PM2.5) in Europa verantwortlich. Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur EEA ist Holzverbrennung damit inzwischen die größte Feinstaub-Quelle. Das Bewerben als „Kohlendioxid-neutraler“ Brennstoff, steigende Kosten für fossile Brennstoffe und mehrere Finanzkrisen haben dazu geführt, dass Holz als Brennstoff in den vergangenen Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen hat. Zunehmend wird in kleinen Heizungsanlagen Holz zum Heizen verwendet.

Untersuchungen zur Luftqualität haben sich bisher meist auf Städte konzentriert. Rund 30 Millionen Menschen in Europa leben aber in Gebirgstälern. Um die Auswirkungen auf solche kleineren Dörfer zu untersuchen, nahm ein slowenisch-deutsches Forschungsteam eine Karstmulde in Slowenien genauer unter die Lupe. Die Mulde in der Gemeinde Loški Potok um das Dorf Retje soll repräsentativ für viele bergige und hügelige ländliche Gebiete in Mittel- und Südosteuropa mit Holzheizungen sein.

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Das für die Studie ausgewählte Gebiet liegt in einer flachen Karstsenke mit einer Topographie, die die Bildung von Bodentemperaturinversionen und Kaltluftpools begünstigt wie sie in vielen Tälern und Reliefmulden im Winter vorkommen. Neben zwei festen Messstationen am Boden der Mulde im Dorf und auf einem Hügel lieferten v. a. mobile Rucksackmessungen entscheidende Details zur Verteilung der Luftschadstoffe. Das Team lief die sechs Kilometer lange Route durch das Tal im Dezember 2017 und Januar 2018 dreimal täglich ab – am Morgen, Mittag und Abend. Bei 107 Mess-Touren kamen so 642 Kilometer zu Fuß zusammen.

Schlechte Luft als Wetterphänomen

Unter die Lupe nahm das Team neben Feinstaub auch einen seiner Bestandteile: Schwarzer Kohlenstoff – umgangssprachlich auch „Ruß“ genannt. Ruß entsteht bei unvollständiger Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien wie fossilen Brennstoffen oder Holz. An den winzigen Rußpartikeln haften u. a. krebserregende Stoffe. Ruß gilt daher als der gesundheitlich problematischste Teil des Feinstaubs.

Während die stationären Messstationen stündliche Rußkonzentrationen (eBC) von 1 bis 40 µg/m3 und Feinstaubkonzentrationen (PM10) von 10 bis 205 µg/m3 zeigten, beleuchteten die mobilen Messungen die tatsächliche Konzentration, der viele Menschen im Tal ausgesetzt waren. Als besonders problematisch zeigte sich dabei ein Effekt, der im Winter im Gebirge häufig auftritt: Die Sonne erwärmt am Morgen die oberen Teile der Reliefmulde schneller als die tieferen – aufgrund des morgendlichen Nebels, der sich im windgeschützten Tal bildet und die bodennahe Erwärmung verhindert. Die dabei entstehende Temperaturinversion wirkt wie ein Deckel auf einem Topf: Die Abgase können nicht nach oben entweichen und konzentrieren sich am Boden.

Während solcher Temperaturinversionen erreichten die Schadstoffkonzentrationen von Ruß (eBC) im Mittel 4,5 µg/m3 und von Feinstaub (PM2.5) 48 µg/m3, was vergleichbar mit den Zentren großer Metropolen ist, in denen reger Verkehr herrscht. Gemessen am EU-Luftqualitätsindex für Feinstaub (PM10 und PM2.5) war die Luftqualität während solcher Temperaturinversionen sehr schlecht. Insgesamt war die Luftqualität im gesamten Untersuchungszeitraum (Dezember und Januar) nur mäßig.

Schwerpunkt der Schadstoffbelastung verändert sich im Tagesverlauf

Während der Temperaturinversion war die Schadstoffbelastung in der Mulde am frühen Abend am höchsten und erreichte bei Ruß bis zu 22 µg/m3 und bei Feinstaub bis zu 560 µg/m3, wie die Forscher berichten. „Dies ist das Ergebnis der häuslichen Holzverbrennung, die zunimmt, wenn die Menschen nach der Arbeit nach Hause kommen, und der stabilen Luftschicht am Boden der Mulde“, erklärt Dr. Kristina Glojek. die dazu ihre Doktorarbeit an der Universität Ljubljana geschrieben hat. „Mit etwas Wind sanken jedoch sowohl die Ruß- als auch die Feinstaub-Werte in der Mulde auf weniger als 1 bzw. 12 µg/m3, was etwa viermal niedriger ist als während einer Temperaturinversion und den europäischen regionalen Hintergrundwerten entspricht.“

Während der morgendlichen und nachmittäglichen Temperaturinversionen waren im Dorf Retje die Menschen, die im unteren Teil der nach Süden ausgerichteten Hänge leben, am stärksten den hohen Feinstaubkonzentrationen ausgesetzt, während in den frühen Abendstunden, wenn die Inversion nur auf den Boden der Mulde beschränkt ist, die Menschen am Boden der Mulde die höchsten Schadstoffwerte einatmen.

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Ähnliche Bedingungen treffen wohl auf viele Dörfer zu

Solche Wetterbedingungen sind typisch für hügelige und bergige Regionen: Während der Studie kam es in mehr als 70 Prozent aller Winternächte und -morgen zu einer Temperaturinversion. „Diese sehr stabilen Bedingungen verhindern eine wirksame Durchmischung der Luft in der Reliefmulde, was zu erhöhten Schadstoffwerten führt“, sagt Prof. Mira Pöhlker vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung Tropos. „Daher steigen während der Temperaturinversionen die Feinstaubkonzentrationen in der Senke auf Werte an, die mit denen größerer europäischer Stadtzentren vergleichbar sind und über dem EU-Tagesgrenzwert (PM10 = 50 µg/m3) sowie über dem Jahresgrenzwert und den Tagesrichtwerten der WHO (PM2,5 = 20 bzw. 15 µg/m3), liegen.“

Aus Sicht der Forschenden deutet das Beispiel des kleinen Reliefmulde in Slowenien auf ein Problem, das nicht allein auf diese Region begrenzt ist: „Die Schadstoffkonzentrationen, die während der Temperaturinversionen in der eher dünn besiedelten kleinen Reliefmulde gemessen wurden, sind besorgniserregend. Denn ähnliche Bedingungen sind in zahlreichen Hügel- und Gebirgsregionen in ganz Europa zu erwarten sind, in denen etwa 20 Prozent der Gesamtbevölkerung leben. Davon leben wiederum 30 Prozent in ländlichen Reliefmulden, die mit dem Standort Retje vergleichbar sind“, führt Prof. Griša Močnik von der slowenischen Universität Nova Gorica aus.

Vorgeschlagene Maßnahmen für bessere Luft

Die Ergebnisse dieser Studie machen aus Sicht des slowenisch-deutschen Forschungsteams deutlich, wie wichtig hochauflösende Messungen der Luftqualität sind, um die Auswirkungen der Verschmutzung durch Holzverbrennung in Wohngebieten zu erfassen, insbesondere in Berggebieten mit begrenzter Selbstreinigungskapazität der Atmosphäre. Daher schlagen sie konkret vor:

  • 1. Untersuchung von Pilotstandorten auf kleinerer räumlicher Ebene, die den Entscheidungsträgern dabei helfen könnten, wirksame Maßnahmen auf lokaler Ebene zu ergreifen.
  • 2. Sensibilisierung der Bevölkerung für das Problem der Luftverschmutzung durch Holzverbrennung, einschließlich der Vermittlung von Kenntnissen über die negativen Auswirkungen auf die Gesundheit, die Energieeffizienz, die wirtschaftlichen Kosten einer ineffektiven Verbrennung, die optimale Nutzung und regelmäßige Wartung von Heizgeräten sowie die Verwendung von Qualitätsbrennstoffen (z. B. trockenes Holz).
  • 3. Information der Einwohner, wenn die Wetterbedingungen für eine Konzentration der Schadstoffe im Tal sorgen und das Verbrennen von Holz nicht empfohlen wird.
  • 4. Ermittlung lokaler Großverschmutzer, da diese die Hauptursache für die Verschlechterung der lokalen Luftqualität sein könnten.
  • 5. Das Nachrüsten vorhandener Öfen, Errichten von Fernwärmesystemen, die Verbesserung der energetischen Gebäudesanierung und der Wechsel des Brennstoffs, wenn es eine bessere Alternative gibt, sind mögliche Optionen zur Verringerung der Verschmutzung durch Holzverbrennung.

Wichtig sei außerdem, die örtliche Bevölkerung in die Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen stark einzubinden. Außerdem sollten sich alle bewusst sein, dass es für dieses komplexe Problem nicht die eine universelle Lösung gäbe. Vielmehr seien Maßnahmen auf mehreren Ebenen erforderlich, die die geografischen und kulturellen Besonderheiten berücksichtigen.

* T. Arnold, Leibniz Institut für Troposphärenforschung Tropos, 04318 Leipzig

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