Luftverschmutzung ist eines der größten und ungelösten Umweltprobleme in Europa, welches die menschliche Gesundheit und Lebensqualität dramatisch beeinträchtigt. Nach Angaben des EEA gibt es jährlich mehr als 430 000 vorzeitige Todesfälle durch PM2,5 (Partikel mit einem Durchmesser kleiner 2,5 Mikrometer). Diese Aerosolpartikel stammen hauptsächlich aus unvollständigen Verbrennungsprozessen (z.B. Heizofen, Verkehr, Kochen, Zigarettenrauch, Industrie, Wildbrand usw.) und enthalten verschiedene organische Verbindungen, die an Partikel unterschiedlicher Größe gebunden sind. Die Größenvorteilung der Aerosole ist wichtig, da kleine Partikel (kleiner als 1 Mikrometer) durch die Alveolaren direkt in die Blutbahn eindringen können. Benzo(a)pyren und andere polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) sowie deren Derivate können DNA-Schäden verursachen, die in weiterer Folge zu Krebserkrankungen, fetalen Störungen usw. führen können.

Die Luftqualität in Europa wird durch europaweites Netzwerk staatlicher Mess-stationen gut überwacht - aus historischen Gründen werden jedoch meist nur Großstädte beobachtet. Heutzutage werden industrielle Emissions-quellen gesetzlich kontrolliert, jedoch private Quellen wie die private Heizsysteme in kleinen Siedlungen werden dabei nicht berücksichtigt. Dadurch entstehen besonders während der Winterzeit Probleme, wenn Temperaturinversionen auftreten. Auch die Geomorphologie ist ein wichtiger Faktor. In den Siedlungen in der Tschechischen Republik, wo Menschen selbst minderwertige Braunkohle verbrennen, ist die Situation schlechter als in Deutschland. In deutschen Häusern werden jedoch Kamine immer beliebter und auch die Holzverbrennung produziert PAKs.

Unser Ansatz war es, mobile Feldmessungen an verschiedenen Orten durchzuführen. Um die zeitliche und räumliche Variabilität der Luftverschmutzung zu untersuchen, habe ich drei identische Kinderwagen mit Aluminiumboxen entwickelt, die mit Instrumenten zur Aerosolpartikelmessung und -probenahme ausgestattet sind.

Dank der Zusammenarbeit zwischen der Karlsuniversität Prag und dem Helmholtz Zentrum München konnten wir einzigartige und sehr umfangreiche Messungen realisieren. Unsere ersten Messungen führten wir in Augsburg durch, wo eine 12 km lange Strecke kontinuierlich überlappend von drei Spaziergängern wiederholt wurde. Danach führten wir 4 Tage lang gleichzeitig Wintermessungen am tschechischen und deutschen Standort im Bayerischen Wald in zwei kleinen und sehr ähnlichen Städten - Bayerisch Eisenstein und Železná Ruda - durch, die nur 2,5 km voneinander entfernt sind. Wir konnten direkt Unterschiede in den PM-Konzentrationen direkt beobachten und den grenzüberschreitenden Transport bewerten. An beiden Orten starteten wir um 5 Uhr morgens mit einer 3,5 km langen Route und wiederholen den Fußmarsch sie alle 2 Stunden bis 22 Uhr.

Wir beobachteten folgende Parameter in einer zweiten Auflösung: Partikelgrößenverteilung (OPS-Gerät, TSI-Hersteller und 11E-Gerät von GRIMM), PM10, PM2,5, PM1 (DustTrak DRX, TSI), Partikelzahlkonzentration (PTrak, TSI), Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit und in 10 Sekunden Auflösung Black Carbon und Brown Carbon (MA200, AethLabs). Auch  neu entwickelte, kostengünstige PM10 und PM2,5 Geräte werden getestet. Alle 10 Sekunden wurde ein Bild zur besseren Datenauswertung erstellt und die Position wurde mit GPS (64s, Garmin) verfolgt, um die Ergebnisse in Karten darzustellen, in denen die Konzentrationen der einzelnen Parameter durch Farbe dargestellt werden. Die Aerosole wurden am persönlichen Kaskadenimpaktor von SIOUTAS in verschiedenen Größenfraktionen zur weiteren Analyse entnommen.

Für die chemische Analyse von PAKs, deren Derivaten und anderen organischen Verbindungen ist es notwendig, hoch sensitive Geräte einzusetzen, da die Masse der Filter aufgrund der kurzen Probenahmezeit gering ist. Dazu wurden In-situ Thermodesorption Flugzeit-Gaschromatographie Massenspektrometrie (IDTD-GC-TOF-MS) eingesetzt, das vom Helmholtz Zentrum München entwickelt wurde. Während meines Aufenthaltes wandte ich diese Methode auf einem neuen System der Firma LECO, das eine noch höhere Sensitivität aufweist als das Original. Allerdings hatten wir ein Paar Schwierigkeiten mit den Geräten wie Fehlen von Einzelteilen, Verunreinigungen usw., sodass meine Proben noch nicht analysiert werden konnten. Also werde ich sie am Ende meines Stipendienaufenthaltes oder danach analysieren. Dann werde ich meine Ergebnisse veröffentlichen.

Wir beobachteten eine hohe zeitliche und räumliche Variabilität von PM in Augsburg und beiden Städten im Bayerischen Wald. Während die Emissions Hot-Spots in Augsburg, durch den Verkehr verursacht werden, sind in Kleinstädten Kamin und Kachelöfen für die hohen Schadstoffemissionen verantwortlich. So betrug z.B. der Median von PM2,5 während des 26. 9. 2018 in Železná Ruda 43 µgm-3 und in Bayerisch Eisenstein 24 µgm-3 im gleichen Zeitraum. Die maximale Konzentration beim Gehen durch eine Emissionfahne aus dem Schornstein erreichte 2440 µgm-3 bzw. 1570 µgm-3, was in beiden Fällen Extremwerte sind. Dann ist die Expositionszeit dieser Werte entscheidend. Die PM2,5 -Mediane in Augsburg waren in der Regel doppelt so niedrig. Es werden noch weitere Ergebnisse gezeigt und diskutiert.