Luftqualität

Luft

Luft ist eine Mischung aus mehreren Gasen, die die Atmosphäre bilden, die schützende, unseren Planeten umfassende Schicht. Sie filtert die Sonnenstrahlen mit der Ozonschicht und sorgt dank des Treibhauseffekts für einen gewissen Grad an Wärme, die für das Leben auf der Erde notwendig ist. Die Atmosphäre besteht zu 78 % aus Stickstoff (N₂), zu 21 % aus Sauerstoff (O₂) und zu 1 % weiterer Gase (wie Ar, CO₂ ).

Es ist diese Kombination von Gasen in genau diesen Anteilen, die das Leben auf unserem Planeten ermöglicht. Zu viel Stickstoff oder zu viel Sauerstoff wäre für die meisten lebenden Arten heutzutage tödlich, genau wie zu wenig dieser Gase. Dies war jedoch nicht immer so: Vor fünf Milliarden Jahren bestand die Atmosphäre zu 80 % aus Wasser (H₂O) und zu 20 % aus Kohlendioxid (CO₂). Diese sogenannte "primitive" Atmosphäre wies keinen Sauerstoff (O₂) auf, ein für das Leben unerlässliches Element. Nach verschiedenen langen und komplexen Prozessen ist die Erdatmosphäre zu dem geworden, was wir heute kennen.

Die Erdatmosphäre besteht aus verschiedenen, übereinander liegenden Schichten und erstreckt sich vom Boden aus gemessen auf eine Höhe von etwa 500 km. Die atmosphärische Schicht, in der wir leben, die Troposphäre, hat eine Dicke von weniger als 20 km, macht jedoch 80 % der Masse der Atmosphäre aus und enthält Gase und Partikel anthropogenen Ursprungs.

Sie ist Schauplatz meteorologischer Phänomene und wird durch einen durchschnittlichen Temperaturabfall in der Höhe von ca. 6,5 °C/km gekennzeichnet. Das vertikale Temperaturprofil variiert jedoch im Laufe der Zeit und in Abhängigkeit vom Ort. Der Tageszyklus in gemäßigten Regionen führt zu einer nächtlichen Abkühlung des Bodens und zu schwererer Luft in Bodennähe. Dieses Phänomen stabilisiert die unteren Schichten der Troposphäre, insbesondere im Falle von Inversionswetterlagen. Die Dispersion der Schadstoffe wird dadurch verringert oder sogar unmöglich gemacht, was zu einer Verschlechterung der Luftqualität führt. Andererseits erwärmt sich an einem sonnigen Tag der Boden und erwärmt dann die mit ihm in Kontakt stehende Luft, wodurch Aufwärtsströmungen entstehen, die eine gute Schadstoffdispersion begünstigen.

Die Troposphäre befindet sich unterhalb der Stratosphäre, die durch eine signifikante Absorption ultravioletter Strahlen durch das Ozon gekennzeichnet ist. Die Stratosphäre spielt eine Schlüsselrolle, da sie uns vor UV-Strahlung schützt. Dies ist der Grund, warum FCKW-Gase (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) in den 1980er Jahren verboten wurden: Sie zerstörten die Ozonschicht bis zur Entstehung des Ozonlochs in der Antarktis. Die Absorption von UV-Strahlen durch das Ozon sorgt dafür, dass die Stratosphäre eine besonders stabile Schicht ist: Die Temperatur in der Stratosphäre steigt von unten nach oben von -60 °C in Höhe der Tropopause auf -3 °C in Höhe der Stratopause, 50 km über dem Boden.

Luftqualität

Ein Schadstoff ist definiert als jede Substanz in der Umgebungsluft, der schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und/oder die Umwelt insgesamt haben kann. Die Luftqualität beschreibt den Gehalt an Schadstoffen.

Zum besseren Verständnis können wir eine Analogie zur Gesundheit ziehen.

Bei guter Gesundheit geht es nicht nur darum, nicht von einer Krankheit betroffen zu sein, die verschiedene Organe oder Körperteile betreffen kann. In der Tat kann man sich als gesund betrachten, wenn der ganze Körper richtig funktioniert.

Damit die Luftqualität als gut eingestuft werden kann, müssen alle Schadstoffe so vorhanden sein, dass keine Auswirkungen auf die Gesundheit und/oder die Umwelt entstehen.

Deshalb ist es so schwierig, die Frage nach der Entwicklung der Luftqualität zu beantworten. In der Tat können sich einige Parameter günstig entwickeln, andere jedoch nicht. Darüber hinaus entwickeln sich die wissenschaftlichen Erkenntnisse und insbesondere die toxikologischen Erkenntnisse mit der Aktualisierung der Referenzschwellen (Richtwerte) und der zunehmenden Aufmerksamkeit für neue Schadstoffe ständig weiter.

Um Informationen der Öffentlichkeit zugänglich zu machen, wird die Luftqualität häufig durch einen Index zusammengefasst. Es gibt verschiedene Methoden, um diesen Index zu definieren, aber alle von ihnen verwenden eine begrenzte Anzahl von Schadstoffen, die in Echtzeit gemessen werden, und basieren auf kurzfristigen Auswirkungen auf die Gesundheit. In Belgien hat der Index für die Qualität der Umgebungsluft die Bezeichnung BelAQI (Belgium Air Quality Index).

Bewertung der Luftqualität

Unter Bewertung der Luftqualität versteht man eine Methode zur Messung, Berechnung, Vorhersage oder Schätzung der Konzentrationen von Schadstoffen oder ihrer Ablagerungen am Boden. Die Bewertung der Luftqualität erfolgt daher mit einer Reihe von ergänzenden Mitteln, in denen die Messung nur eine der Komponenten darstellt.

Zur Messung der Luftqualität verfügen wir über eine Reihe von Geräten; für jeden Schadstoff oder jede Familie von Schadstoffen werden unterschiedliche Mittel eingesetzt und in Messnetzwerken zusammengefasst.

Nach ihrer Funktionsweise unterscheidet man zwei große Familien von Netzwerken:

1. das Netzwerk von Messungen in Echtzeit (auch als "Alarmnetzwerk" bezeichnet);
2. Offline-Messnetzwerke, wo eine Probe vor Ort entnommen und anschließend im Labor a posteriori analysiert wird.

Im Netzwerk von Messungen in Echtzeit messen eine Reihe von Überwachungsgeräten kontinuierlich die Schadstoffe. Diese Überwachungsgeräte sind mit einem Erfassungssystem verbunden und jede halbe Stunde werden die Ergebnisse an ein zentrales Computersystem übertragen. Dieses Messnetzwerk kann als das Hauptelement von Messsystemen angesehen werden, da es als Alarmnetzwerk konzipiert wurde, das Informationen in Echtzeit und kontinuierlich bereitstellen kann, um die Gesundheit der Bevölkerung zu schützen.

Um die Information der Öffentlichkeit zu gewährleisten, werden die Ergebnisse auf dieser Website veröffentlicht. Das Echtzeit-Messnetz besteht derzeit aus mehr als 80 Überwachungsgeräten, die auf 24 Stationen verteilt sind, von denen 8 auch mit Wettersensoren ausgestattet sind. Die gemessenen Schadstoffe sind Schwefeldioxid (SO₂), Stickstoffoxide (NOx), Ozon (O₃), Kohlenmonoxid (CO), Schwebeteilchen (PM₁₀ und PM_2.5) und Ruß (BC für Black Carbon).

Es ist technisch nicht immer möglich, Schadstoffe kontinuierlich zu messen; aus diesem Grund haben Offline-Messnetzwerke das System vervollständigt.

Diese sogenannten "Offline"-Netzwerke basieren alle auf dem gleichen Prinzip: Die in der Luft enthaltenen Schadstoffe werden entweder in einer absorbierenden Phase (Röhrchen mit spezifischen Adsorptionsphasen, Schäumen, Lösung) für die gasförmigen Schadstoffe oder in einem Filter für feste Schadstoffe aufgefangen. Es ist diese Phase oder dieser Filter, der analysiert wird, sobald er ins Labor zurückgebracht wurde. Die in diesen Netzwerken gemessenen Schadstoffe sind zahlreich: Metalle, flüchtige organische Verbindungen (VOC), polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Fluor, Stickstoffdioxid, Ammoniak usw.

In der Wallonie gibt es damit ein Netzwerk zur Messung von Metallen in Schwebeteilchen, ein Netzwerk für VOC, ein Netzwerk zur Messung von PAK und schließlich ein Netzwerk zur Messung von Fluoriden.

Schließlich messen wir in den Netzwerken "Sedimentierbarer Staub" und "Saure Niederschläge" nicht mehr die Menge der in der Luft vorhandenen Schadstoffe, sondern deren Ablagerung auf dem Boden (Staub, Metalle usw.).

Neben den fest installierten Messstationen verfügt Wallonien über eine Reihe von Geräten, die überall dort installiert werden können, wo für einen festgelegten Zeitraum ein Messbedarf besteht. Die Ziele dieser Kampagnen können vielfältig sein: Reaktion auf lokale Verschmutzungsprobleme, Bereitstellung zusätzlicher Informationen für feste Netze, Durchführung einer vorläufigen Studie vor der endgültigen Installation eines Messpunkts, Untersuchung einer bestimmten Umgebung usw.

Das Institut Scientifique de Service Public (ISSeP) ist im Auftrag der AwAC (Agence wallonne de l’Air et du Climat) mit dem Betrieb dieser Netzwerke betraut. Ein allgemeines Video der Präsentation ist auf der Web TV des l'ISSeP  verfügbar.

Es sollte verdeutlicht werden, dass das ISSeP auch bezüglich der Messung ultrafeiner Partikel (UFP) und bestimmter Verbindungen unter Verwendung passiver Röhren, aber auch bei der Entwicklung einer Plattform zu geringen Kosten aktiv ist, die aus Mikrosensoren besteht, die die Analyse bestimmter "klassischer" Gase wie Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Ozon und von Feinstaub des Typs PM_2.5 ermöglichen.

Regulatorischer Kontext und Benchmarks

Die Bewertung der Luftqualität ist nur ein erster Schritt. Anschließend müssen die erhaltenen Werte noch mit Referenzwerten verglichen werden, um mögliche Auswirkungen von Schadstoffen auf Gesundheit und/oder Umwelt beurteilen zu können.

Europa hat Rechtsvorschriften erlassen, die folgende Ziele verfolgen:

• Festlegung von Zielen für die Luftqualität, um die negativen Folgen für Gesundheit und Umwelt zu minimieren;
• Bewertung der Luftqualität auf europäischer Ebene auf gemeinsame Weise für alle Staaten;
• Erhebung von Daten zur Luftqualität, um zum Kampf gegen die Luftverschmutzung beizutragen;
• Bereitstellung der Informationen für die Öffentlichkeit;
• Erhaltung der Luftqualität dort, wo sie gut ist, und Verbesserung der Luftqualität, wo dies nicht der Fall ist;
• Förderung der Zusammenarbeit zwischen den Ländern mit dem Ziel der Verringerung der Luftverschmutzung.

Die europäischen Richtlinien definieren deshalb die Mittel, die zur Bewertung der Luftqualität umgesetzt werden müssen, erlassen Beschränkungen für nicht zu überschreitende Schwellenwerte und legen die für die Luftqualität anzustrebenden Ziele fest.

Derzeit gelten zwei Richtlinien. Die Richtlinie 2008/50/EG reguliert Schwefeldioxid, Stickstoffoxide, Ozon, Kohlenmonoxid, Schwebeteilchen (PM₁₀ und PM_2.5), während die Richtlinie 2004/107/EG Arsen, Cadmium, Nickel und die PAK reguliert. Die Wallonie hat diese Richtlinien in ihre Gesetzgebung übernommen, um sie direkt anwendbar zu machen.

Neben den zu beachtenden gesetzlichen Werten gibt es noch andere Quellen für Referenzwerte. Die wichtigste ist ohne Zweifel die Weltgesundheitsorganisation (WHO), die Richtwerte für eine Reihe von Schadstoffen definiert hat. Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu europäischen Richtlinien nur das Gesundheitskriterium bei der Festlegung der Schwellenwerte berücksichtigt wird und die WHO-Kriterien deswegen häufig strenger sind.

Wir können uns auch entweder nach gesetzlichen ausländischen Werten oder nach Werten richten, die von renommierten Organisationen veröffentlicht werden. Die wallonische Luft- und Klimabehörde (AwAC) hat deshalb Daten aus verschiedenen Quellen zusammengestellt, um Qualitäts- und Interventionskriterien für ein viel größeres Spektrum von Substanzen vorzuschlagen.

Für den Fall, dass die Werte die in den Richtlinien genehmigten Werte überschreiten sollten, muss AwAC den (wallonischen und europäischen) Behörden eine Strategie für operative Korrekturmaßnahmen zur Behebung der Situation vorzuschlagen.

Weitere Informationen dazu finden Sie hier.

Klima

Neben gasförmigen oder teilchenförmigen Luftschadstoffen, die gesundheitsschädliche Auswirkungen haben, enthält die Troposphäre verschiedene Gase, die ihr die Eigenschaften eines Gewächshauses verleihen: Der Boden wird durch Absorption des Teils der Sonnenstrahlung erwärmt, der alle Schichten der Atmosphäre durchdringt und dann seinerseits wieder Infrarotstrahlung emittiert, die in der Troposphäre absorbiert wird. Aufgrund des Treibhauseffekts von Wasserdampf und Kohlendioxid haben wir eine Durchschnittstemperatur von 15 °C an der Erdoberfläche anstelle von -18 °C. Die um 1950 von der industriellen Entwicklung ausgelösten Emissionen von CO₂ erhöhen jedoch kontinuierlich die Konzentration dieses Treibhausgases in der Troposphäre. Der Gehalt an CO₂ ist in 70 Jahren um mehr als 30 % gestiegen, was auf der Zeitschiene der wichtigsten klimatischen Phänomene als Impuls von sehr kurzer Dauer angesehen wird. Die globale Erwärmung, die durch diesen plötzlichen Anstieg verursacht wird, wird wahrscheinlich zu großen lokalen Umwälzungen führen.