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Toxizität von Abgasen Wie giftig sind Emissionen von Pkw und Schiff – Messkampagne gestartet

Quelle: Pressemitteilung Uni Rostock

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Für unsere Gesundheit müssen Feinstaubemissionen und andere Luftschadstoffe genaustens kontrolliert werden. Welche Auswirkungen Abgase auf die Lunge, untersucht nun ein Projekt mit Beteiligung der Uni Rostock – und hinterfragt bisher geltende Grenzwertregelungen

Die Verbrennungseinheit eines Flugzeugtriebwerks erzeugt realistische Abgase von Flugzeugen, die im Experiment mit verschiedenen Lungenzell-Linien zusammengebracht werden.
Die Verbrennungseinheit eines Flugzeugtriebwerks erzeugt realistische Abgase von Flugzeugen, die im Experiment mit verschiedenen Lungenzell-Linien zusammengebracht werden.
(Bild: Julia Tetzke/Universität Rostock)

Um die Risiken von Luftschadstoffen in Zukunft besser abzuschätzen, startet in dieser Woche an der Universität Rostock eine internationale Messkampagne. Bei den Untersuchungen werden insbesondere die Gefahren für die Gesundheit erforscht, die von ultrafeinen Partikeln aus Verkehrsemissionen ausgehen. Ziel der mehrmonatigen Messung ist es, Leitlinien für die Entwicklung von Maßnahmen zu erstellen, die der Luftqualität und damit auch der Gesundheit zugutekommen sollen. Das Vorhaben wird von der EU mit über vier Millionen Euro gefördert.

In dem Projekt untersuchen die Forscher die direkt emittierten Verkehrsemissionen (sowohl Abgas- als auch Nicht-Abgasemissionen) und die ultrafeinen Partikel, die aus den Emissionen in der Atmosphäre durch photochemische Reaktionen im Sonnenlicht gebildet werden (so genannte sekundäre Partikel, PhotoSMOG). Dabei berücksichtigen sie verschiedenste Verkehrsmittel wie Benzin-PKW, Diesel-PKW, Schiff, Flugzeug sowie Abrieb von Bremsen und Eisenbahnschienen. Die nun an der Universität Rostock begonnene Messkampagne hat z. B. das Ziel, die Gesundheitsgefährdung durch Emissionen von Flugzeugturbinen und Schiffsmotoren im Detail zu bestimmen.

Abgase werden für Toxikologie-Tests künstlich gealtert

Für die Rostocker Messkampagne kommen sowohl eine kerosinbetriebene Brennkammer eines Jet-Treibwerkes vom Institut für Aeronautical Engineering der Universität der Bundeswehr München als auch ein Schiffsmotorprüfstand des Lehrstuhls für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren der Universität Rostock zum Einsatz, in dessen Technikhalle die Rostocker Versuche auch durchgeführt werden.

In einem speziellen Alterungsreaktor des ebenfalls beteiligten finnischen Instituts für Gesundheit und Wohlfahrt (THL) werden die Aerosole mit UV-Licht und Ozon atmosphärisch gealtert, um zu untersuchen, wie sich die Toxizität in der Umwelt mit der Zeit entwickelt. Dafür sind aus München ein mobiles biologisches Sicherheitslabor für toxikologische Untersuchungen sowie Messtechnik für die Aerosolchemie und -physik vor Ort. Zusätzliche, speziell entwickelte Messgeräte, wie ein neuartiges Einzelteilchenmassenspektrometer und hochauflösende Lasermassenspektrometer, erlauben ein vertieftes Verständnis der Zusammensetzung der Emissionen.

Schadstoffwirkung auf Lungenzellen untersuchen

In einem automatischen Expositionssystem wird die Funktion einer Lunge simuliert. Hierfür werden verschiedene Lungenzell-Linien den Emissionen aus einer Verbrennungseinheit eines Flugtriebwerkes ausgesetzt, um zu untersuchen, ab wann Emissionen und Feinstaubpartikel gesundheitsgefährdend für den Menschen sind
In einem automatischen Expositionssystem wird die Funktion einer Lunge simuliert. Hierfür werden verschiedene Lungenzell-Linien den Emissionen aus einer Verbrennungseinheit eines Flugtriebwerkes ausgesetzt, um zu untersuchen, ab wann Emissionen und Feinstaubpartikel gesundheitsgefährdend für den Menschen sind
(Bild: Julia Tetzke/Universität Rostock)

Die gleichzeitige Untersuchung der physikalisch-chemischen Eigenschaften und der atmosphärischen Alterungsprozesse der Emissionen sowie die Erforschung ihrer biologischen und toxikologischen Effekte auf Lungenzellkulturen ermöglichen es, die Eigenschaften der Emissionen mit ihren gesundheitsgefährdenden Effekten in Beziehung zu setzen. In Expositionssystemen werden die Lungenzellkulturen dafür direkt an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche beobachtet, wodurch die Situation in der Lunge nachgestellt wird. Die Auswirkungen der frisch emittierten und gealterten Emissionen auf die Lungenmodelle werden mithilfe fortschrittlicher bioanalytischer Verfahren und Methoden der Bioinformatik untersucht. So können Vorhersagen darüber getroffen werden, wie physikalische und chemische Emissionsmerkmale der unterschiedlichen Verkehrsemissionen die biologischen Wirkungen beeinflussen und gesundheitliche Auswirkungen hervorrufen.

Das Gesamtziel des Projekts besteht darin, die Risikobewertung von Luftschadstoffen aus dem Verkehr zu verbessern, die relative Toxizität der Emissionen unterschiedlicher Verkehrsarten zu bestimmen und politische Entscheidungsträger und Regulierungsbehörden über gezieltere Maßnahmen zur Eindämmung derjenigen Emissionskomponenten und -quellen zu beraten, die am stärksten zu nachteiligen Auswirkungen beitragen.

Sinnhaftigkeit bisheriger Grenzwertregelungen hinterfragt

Im zweiten Teil der Messkampagne ab Februar 2023 wird ein Versuchsmotor Emissionen aus der Schifffahrt erzeugen. Diesen werden ebenfalls Lungenzellen ausgesetzt, um zu untersuchen, welche Grenzwerte von Feinstaubpartikeln toxisch auf die menschliche Lunge wirken.
Im zweiten Teil der Messkampagne ab Februar 2023 wird ein Versuchsmotor Emissionen aus der Schifffahrt erzeugen. Diesen werden ebenfalls Lungenzellen ausgesetzt, um zu untersuchen, welche Grenzwerte von Feinstaubpartikeln toxisch auf die menschliche Lunge wirken.
(Bild: Uwe Etzien/Universität Rostock)

Erste Versuche, die das Konsortium bei dem finnischen Partner UEF durchgeführt hat, zeigten, dass die atmosphärische Alterung durch das Sonnenlicht die Toxizität selbst von Emissionen aus Automobilen, die mit neuester Abgasreinigungstechnologie (EURO 6) ausgestattet sind, deutlich erhöht. Dieses überraschende Ergebnis stellt die Sinnhaftigkeit bisheriger Grenzwertregelungen in Frage. Die Partner des Forschungsvorhabens wollen nun beantworten, ob ähnliche Effekte auch für die als kritisch bekannten Schiffs- und Flugzeugemissionen beobachtet werden können.

Die gemeinsamen Versuche des internationalen Projekt-Konsortiums mit dem Namen Ultrahs (Ultrafine Particles from Transportation – Health Assessment of Sources) werden an möglichst realen Emissionsquellen durchgeführt. Im Verbundvorhaben arbeiten Forscher des Norwegischen Instituts für öffentliche Gesundheit (NIPH), der Universität Ostfinnland (UEF) und des Finnischen Instituts für Gesundheit und Wohlfahrt (THL), der Universität Fribourg (Schweiz), des Helmholtz Zentrum München, der Universität der Bundeswehr München sowie der Lehrstühle für Analytische Chemie und für Kolbenmaschinen und Verbrennungsmotoren der Universität Rostock zusammen. Zudem stoßen Wissenschaftler aus dem Weizmann Institut in Israel, der Universität Basel und dem Forschungszentrum Jülich zu den bisher einzigartigen Messungen in Rostock hinzu.

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