Influence of a large commercial airport on the ultrafine particle number concentration in a distant residential area under different wind conditions and the impact of the COVID-19 pandemic
Authors:   , Dröge Janis 
Published: January 2025

Ultrafeine Partikel sind Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm. Die Exposition gegenüber ultrafeinen Partikeln wird mit zahlreichen negativen Folgen für die menschliche Gesundheit in Verbindung gebracht. Ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften sind je nach Quelle sehr unterschiedlich. Sie werden entweder direkt emittiert oder sekundär aus emittierten Vorläufersubstanzen in der Umgebungsluft gebildet. Flughäfen stellen bedeutende Quellen von ultrafeinen Partikeln dar. Die Partikelemissionen werden hier hauptsächlich durch die Flugzeugtriebwerke und den Fahrzeugverkehr auf dem Flughafengelände verursacht. Von fliegenden Flugzeugen emittierte Partikel haben ebenfalls das Potenzial sich in Richtung Boden auszubreiten.
Mit 513.912 Starts und Landungen im Jahr 2019, unmittelbar vor der COVID-19-Pandemie, gehört der Flughafen Frankfurt zu den Flughäfen mit den meisten Flugbewegungen in Europa. Frankfurt stellt somit einen idealen Untersuchungsstandort dar, um die Auswirkungen des Flugverkehrs auf die Partikelanzahlkonzentration in einem entfernten Wohngebiet in einer Langzeitstudie zu untersuchen und damit eine Grundlage für eine realistische Expositionsanalyse zu schaffen.
Der Studienort befand sich auf dem Lerchesberg im Frankfurter Stadtteil Sachsenhausen. Die Entfernung zum Flughafen beträgt ca. 7 km. Landende Flugzeuge überfliegen das Gebiet der Studie in geringer Höhe. Die Partikelanzahlkonzentration wurde mit Hilfe eines Kondensationspartikelzählers im Zeitraum Juli 2020-Juni 2022 bestimmt. Zusätzlich wurde die Partikelgrößenverteilung punktuell mit Hilfe eines Fast Mobility Particle Sizers gemessen.
Die in dieser Studie gemessenen monatlichen Durchschnittskonzentrationen variierten zwischen 4.707 cm-3 und 11.313 cm-3. Der höchste 24-Stunden-Mittelwert betrug 24.120 cm-3. Es zeigte sich eine starke Abhängigkeit von der Windrichtung. Die höchsten Partikelanzahlkonzentrationen wurden während der Betriebszeit des Flughafens gemessen, wenn der Wind aus dessen Richtung wehte. In der Nacht und somit außerhalb der Betriebszeit des Flughafens wurden wesentlich niedrigere Partikelanzahlkonzentrationen gemessen. Zudem konnten charakteristische Konzentrationstrends im Tagesverlauf beobachtet werden. Bei Wind aus Richtung des Flughafens stiegen parallel zum Betriebsbeginn des Flughafens die Partikelanzahlkonzentrationen an, um schließlich zu Betriebsende des Flughafens wieder deutlich abzufallen. In einer solchen Windsituation konnte eine für Flughafenabwinde typische Partikelgrößenverteilung mit Partikeln unterhalb von 30 nm mit einem Maximum bei 14 nm gemessen werden. In einem Zeitraum mit hohem Flugverkehrsaufkommen zeigten sich signifikant höhere Partikelanzahlkonzentrationen im Abwind des Flughafens als in einem Zeitraum mit niedrigem Flugverkehrsaufkommen. Weiter ergaben sich Hinweise, dass die südlich verlaufenden Autobahnen einen Einfluss auf die Partikelanzahlkonzentration am Studienort haben könnten. Konzentrationsanstiege zum Zeitpunkt des Betriebsbeginns deuteten in der Analyse darauf hin, dass auch Überflugereignisse zur Gesamtpartikelanzahlkonzentration beitragen. Bestimmte Bedingungen in der atmosphärischen Grenzschicht scheinen jedoch eine Bedingung für die Nachweisbarkeit zu sein.
Aufgrund einer sehr begrenzten Anzahl an Daten über konzentrationsabhängige gesundheitliche Beeinträchtigen durch ultrafeine Partikel, die sich dann auch vor allem auf Straßenverkehrsemissionen beziehen, ist eine direkte medizinische Bewertung kompliziert. Mehrere Studien in städtischen Umgebungen deuten jedoch darauf hin, dass auch Partikelanzahlkonzentrationen, wie sie an der Messstelle quantifiziert wurden, unter bestimmten Bedingungen negative Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf- und das Atmungssystem haben könnten. Insbesondere die bei Wind aus Richtung des Flughafens in hoher Konzentration gemessenen Partikel mit einem Durchmesser unter 30 nm werden in hohem Maße in den Alveolen abgelagert und können somit eine hohe gesundheitliche Relevanz haben.
In dieser Studie konnte der Flughafen eindeutig als Partikelquelle am Untersuchungsort und damit in einem entfernten Wohngebiet identifiziert werden.
Aufgrund der hohen Partikelanzahlkonzentrationen, der kritischen Partikelgröße und der starken Konzentrationsvariationen haben Langzeitmessungen für eine realistische Expositionsanalyse eine besonders hohe Relevanz