Schadstoffbelastung durch Flugzeuge Feinstaub am Flughafen: gleichzeitig mehr und weniger Belastung als in der Stadt

Sie trüben das Flugvergnügen in den verdienten Sommerurlaub: Feinstaubemissionen. Besonders beim Starten und Landen kommen ultrafeine Partikel durch die unvollständige Kerosin-Verbrennung aus den Turbinen. Ein Team des Paul-Scherrer-Instituts hat die Emissionen direkt am Flughafen, nahezu in Echtzeit, analysiert.

Was genau entlassen Flugzeuge in die Umgebungsluft? Forschende des Paul-Scherrer-Institut (PSI) haben im Umfeld des Flughafens Zürich Messungen zur Luftqualität durchgeführt, um diese Frage zu beantworten.

In zwei jeweils mehrwöchigen Messreihen im Winter 2022 und im Sommer 2024 fingen sie gut einen Kilometer in Windrichtung von der meistgenutzten Start- und Landebahn 28 entfernt den in der Luft enthaltenen Feinstaub ein und analysierten ihn praktisch in Echtzeit: Unmittelbar nach der Probennahme werteten die Wissenschaftler die Zusammensetzung spektrometrisch aus, hinsichtlich Partikelgröße und chemischer Zusammensetzung. Das hat gegenüber den bislang üblichen Studien dieser Art, bei denen über den Tag gesammelt und erst dann gemessen wird, einen wichtigen Vorteil: Es zeigt den Einfluss wechselnder Windrichtungen oder aktueller Anflugregime. Die Quellen können genauer zugeordnet werden.

Die Messungen bestätigen Ergebnisse, wie sie von einigen anderen europäischen Flughäfen wie Amsterdam oder Frankfurt bereits vorliegen: Bei Start und Landung emittieren Flugzeuge aus ihren Triebwerken insbesondere ultrafeine Partikel mit Größen unter 100 Nanometer, in Fachkreisen als ultrafeine Partikel (UFP) bezeichnet. Dabei handelt es sich um ein Partikelgemisch aus festem Ruß und flüchtigem Sulfat, das bei der Verbrennung des Treibstoffs in der Gasturbine sowie im daraufhin abkühlenden Abgas entsteht. Die Forschenden stellten bis zu 300.000 UFP pro Kubikzentimeter Luft fest. Das ist mehr als das Zehnfache des normalen Hintergrundwertes am Flughafen bei Nacht, wenn keine Flugzeuge verkehren. 

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Vergleich zur Stadtluft: mehr und weniger, je nach Lesart

In Städten liegen typische UFP-Messwerte bei etwa 5.000 bis 40.000 Partikeln pro Kubikzentimeter Luft und damit deutlich unter den beim Flughafen gemessenen Werten. Allerdings enthält städtische Luft einen größeren Anteil der gröberen Feinstaubkategorien unter 2,5 und unter 10 Mikrometern.

„Bezogen auf die Partikelmasse ist die Feinstaubbelastung am Flughafen daher geringer als in der Stadt, wo sie vornehmlich aus Straßenverkehr, Heizungen und Industrie stammt“, sagt Studienautorin Sarah Tinorua vom Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften am PSI. „Aber die Anzahl der Partikel am Flughafen ist deutlich größer.“ Dies sei gesundheitlich relevant, da kleinere Partikel beim Einatmen tiefer in die feinen Verästelungen der Lunge eindringen können. Für Anwohnende sowie Flughafenmitarbeitende ist diese Unterscheidung daher bedeutsam.

Jedes Flugzeug bringt einen Schwung Feinstaub

Das hohe Aufkommen ultrafeiner Partikel am Flughafen hatten die Forschenden erwartet. Neu an ihrer Studie ist vor allem, dass erstmals auch Schmieröl nachgewiesen wurde, das an den ultrafeinen Partikeln haftet. „Zwar hat bereits eine Studie am Frankfurter Flughafen Schmieröl im Feinstaub gefunden“, berichtet Studienleiter Benjamin Brem, ebenfalls vom Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften des PSI. „Dort wurden die Partikel jedoch gesammelt und Tagesmittelwerte bestimmt. Wir dagegen haben das Schmieröl in Echtzeit erfasst, also unmittelbar nachdem ein Flugzeug vorbeigeflogen war.“

Jedes Mal, wenn ein Flugzeug in rund 80 bis 100 Meter Höhe über die Messstation hinwegflog, registrierten die Forschenden eine starke Zunahme der UFP-Konzentration. „Das liegt daran, dass die Turbinenabgase hinter den Flügeln durch den Abwind nach unten gedrückt werden – gewissermaßen direkt in den Trichter unserer Fangvorrichtung“, erklärt Brem. Erst bei Flughöhen über 300 Meter seien solche Spitzen nicht mehr feststellbar, da sich die Partikel je nach Wind rasch in der Luft verteilen und kein Luftaustausch mit dem Boden mehr stattfindet. 

Auch der Wind erwies sich als wichtiger Einflussfaktor: Bei Landungen waren die Spitzen ausgeprägter als bei den Abflügen. Dort traten sie nur dann stark auf, wenn der Wind die UFP-Wolke von der Startbahn zur Messstation wehte. Zudem waren die gemessenen Partikelzahlen bei starkem Wind höher, da die Partikel bei schwachem Wind mit der Zeit leichter zusammenklumpen und größere bilden.

Verschiedene Flugzeuge, unterschiedlich starke Schmierölemissionen

Dass Flugzeuge vor allem ultrafeine Partikel ausstoßen, ist auf die im Vergleich zu anderen Motoren recht vollständige Verbrennung des Treibstoffs in den heißen Gasturbinen zurückzuführen. „Allerdings sind Flugzeug-Triebwerke für den Reisebetrieb in großer Höhe optimiert“, sagt Atmosphärenchemiker Brem. Das bedeute, dass die Verbrennung am Boden bei Start und Landung weniger vollständig ist und entsprechend mehr Partikel produziert. Offenbar gelangen bei manchen Triebwerken zudem Reste von Schmieröl ins Abgas – eine schwerflüchtige organische Substanz.

Die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen, wenn solche Schmierstoffe tief in die Lunge gelangen, sind noch nicht umfassend erforscht.

Sarah Tinorua, Paul-Scherrer-Institut

Die Messwerte lassen sich eindeutig auf den Flughafeneinfluss und erhöhte Partikelkonzentrationen zurückführen.  Auch wenn die Auswirkungen auf die Gesundheit noch nicht ausreichend erforscht sind, gelte es, solche Emissionen vorsorglich so weit wie möglich zu vermeiden.

Frühere Messungen direkt an Triebwerken zeigten, dass die Schmierölemissionen nicht bei allen Flugzeugtypen auftreten. Ihr Vorkommen könnte daher von der Bauart der Triebwerke oder deren Wartungszustand abhängen.

Einfache Maßnahmen zur Reduktion von Partikelemissionen

Das Bundesamt für Zivilluftfahrt, das die Studie finanziert hat, zeigt großes Interesse an den Ergebnissen. Internationale Arbeitsgruppen diskutieren bereits, wie sich mögliche Maßnahmen für Emissionsminderungen insbesondere beim Schmieröl umsetzen ließen. Die Forschung zu ultrafeinem Ruß und sinnvollen Emissionsgrenzwerten hat das Amt bereits seit Jahren vorangetrieben und finanziert.

Naheliegend wäre laut Brem die Einführung von schwefelarmem Kerosin. Denn je höher der Schwefelgehalt eines Treibstoffs ist, desto mehr Feinstaub entsteht – insbesondere flüchtige Schadstoffe gehen zu einem großen Teil auf Schwefelverbindungen zurück. Kerosin gehört zu den wenigen Treibstoffen im Verkehr, für die dafür bislang keine strengen Grenzwerte gelten.

Auch wäre denkbar, Flugzeuge auf dem Rollfeld mit elektrischen Schleppern zum Startplatz zu bringen oder nach der Landung zum Flugsteig. Das würde erhebliche Mengen Kerosin mit unvollständiger Verbrennung einsparen. 

Der Flughafen Zürich hat bereits verschiedene Maßnahmen ergriffen, um den Ausstoß von Feinstaub so weit wie möglich zu reduzieren: So ist beispielsweise der Betrieb der flugzeugeigenen Hilfsturbinen zur Stromversorgung nach Abschalten der Triebwerke untersagt. Stattdessen müssen Flugzeuge die am Gate bereitgestellte Stromversorgung des Flughafens nutzen.

Langfristig, meint Brem, könnte auch der verstärkte Einsatz von synthetischem Kerosin – so genanntem Sustainable Aviation Fuel (SAF) – helfen. Wie sich dieser Treibstoff effizient und umweltfreundlich herstellen lässt, wird am PSI seit Jahren erforscht. Der Vorteil von SAF hinsichtlich des Feinstaubs ist, dass er im Vergleich zu fossilem Kerosin keinen Schwefel und weniger unerwünschte Rußvorläufersubstanzen enthält. Dadurch verbrennt er sauberer und es entstehen weniger Ruß und andere Feinstaubkomponenten.

Originalpublikation: Tinorua S, Brem BT, Decker ZCJ, Slowik JG, Alpert PA, Ammann M, et al.: Ubiquity of aviation ultrafine particles and lubrication oil compounds near Zurich Airport, Environmental Science and Technology. 2026; 60(17): 13051-13062; DOI: 10.1021/acs.est.5c18458