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Der diesjährige «Swiss Aerosol Award» geht an die Empa-Forscherin Maria Muñoz für ihre Untersuchungen das Emissionsverhalten von Benzindirekteinspritzern. Die Ergebnisse sind alarmierend: Die Abgase der untersuchten Fahrzeuge, die weltweit auf dem Vormarsch sind, enthalten bis zu 17-mal mehr krebsauslösende Stoffe als jene moderner Diesel-Fahrzeuge.
So genannte GDI-Motoren – direkt-einspritzende Benzinmotoren (von engl. «gasoline-direct injection») – sind weltweit auf dem Vormarsch; allein in Europa sollen bis 2020 rund 50 Millionen derartiger Autos unterwegs sein. Ihren Erfolg verdankt die Technologie einer deutlich erhöhten Motorenleistung selbst bei Motoren mit geringem Hubraum. Die diesjährige Preisträgerin des «Swiss Aerosol Award», Maria Muñoz von der Empa, hat im Rahmen des GASOMEP-Projekts, geleitet von Empa-Forscher Norbert Heeb, zusammen mit einem Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren aus Industrie und Forschung die Emissionen von GDI-Motoren untersucht. Zum Vergleich wurde ein Diesel-Fahrzeug mit modernster Partikelfiltertechnologie untersucht. Die Ergebnisse der Studie sind alarmierend: Sämtliche geprüften GDI-Fahrzeuge – sie stammten aus den Baujahren 2001 bis 2016 – stiessen genotoxische Abgase aus. Das Krebspotential dieser Abgase lag bis zu 17-mal höher als beim untersuchten Diesel-Fahrzeug.
Ein trojanisches Pferd, das die Gesundheit gefährdet
Die gesundheitliche Gefährdung, die von GDI-Benzinern der aktuellen Modellreihen ausgeht, ist also deutlich höher als jene von modernen Diesel-Autos, die seit der Abgasnorm Euro-5 mit einem Partikelfilter ausgerüstet sein müssen. Die gesundheitlichen Risiken werden durch das Zusammenspiel von Russpartikeln und Krebs erregenden Abgasbestandteilen noch potenziert: Die ungefilterten GDI-Abgase enthielten bis zu 1‘000-mal mehr Partikel und 20-mal mehr genotoxische PAK (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) als die Abgase eines Euro-5-Dieselfahrzeugs, das serienmässig mit einem Filter ausgerüstet ist. Die genotoxischen Stoffe lagern sich beim Abkühlen der Abgase an genau diesen Partikeln ab. Vergleichbar mit einem trojanischen Pferd befördern die Russpartikel dann ihre Fracht ins Innere des Körpers: Beim Einatmen transportieren die Partikel die krebserzeugenden Substanzen direkt in die Alveolen der menschlichen Lunge, von wo aus sie leicht in die Blutbahn gelangen können.
Seit 2004 begrenzt eine EU-Richtlinie die Konzentration von krebserzeugendem Benzo(a)pyren in der Umgebungsluft auf 1 Nanogramm/m3. In GDI-Abgasen lagen die Benzo(a)pyren-Konzentrationen im neuen gesetzlichen Zyklus (WLTC) zwischen 8 und 2600 Nanogramm/m3. Ein Kubikmeter Abgas muss also bis zu 2600-fach verdünnt werden, um den Umgebungsluft-Grenzwert einzuhalten.
Nachrüsten würde das Problem lösen
Auf Grund der chemischen Zusammensetzung der Abgase und der hohen Partikel-Emissionen stellen GDI-Benzinmotoren somit ein ähnliches Gesundheitsrisiko dar wie Diesel-Motoren ohne Partikelfilter; die WHO hat ungefilterte Diesel-Abgase als Karzinogene der Klasse 1 eingestuft, die Lungenkrebs verursachen können. Mit Partikelfiltern in GDI-Motoren könnte sich die Gesundheitsgefährdung der Abgase senken lassen. Inzwischen hat der Gesetzgeber reagiert: Neu zugelassene Fahrzeuge mit GDI-Motoren müssen seit dem 1. September 2018 die gleichen Partikelgrenzwerte einhalten wie Dieselmotoren. Ohne Filter ist das praktisch unmöglich. Problematisch bleibt jedoch, dass alle zuvor in Verkehr gesetzten Fahrzeuge ohne Filter weiterhin herumfahren dürfen und eine Nachrüstung nicht vorgesehen ist -- obwohl eine Nachrüstung mit Partikelfiltern bei älteren Fahrzeugen deren Emissionsverhalten massiv verbessern würde.
Doch auch bei den Filtern selber gibt es deutliche Unterschiede: Die Untersuchungen von Maria Muñoz zeigen, dass die Qualität der verwendeten Filtertechnologie entscheidend ist. Eine Senkung des heutigen Partikelgrenzwerts um 90 Prozent wäre technisch möglich. Doch dazu müssten alle Hersteller die bestmögliche Filtertechnologie verwenden.
Dr. Maria Muñoz
Advanced Analytical Technologies
Tel.: +41 58 765 42 04
maria.munozfernandez@empa.ch
Dr. Norbert Heeb
Advanced Analytical Technologies
Tel.: +41 58 765 42 57
Norbert.Heeb@empa.ch
M Muñoz, R Haag, K Zeyer, J Mohn, P Comte, J Czerwinski, N Heeb; Effects of Four Prototype Gasoline Particle Filters (GPFs) on Nanoparticle and Genotoxic PAH Emissions of a Gasoline Direct Injection (GDI) Vehicle. Environmental Science & Technology (2018); DOI: 10.1021/acs.est.8b03125.
M Muñoz, R Haag, P Honegger, K Zeyer, J Mohn, P Comte, J Czerwinski, N Heeb, Co-formation and co-release of genotoxic PAHs, alkyl-PAHs and soot nanoparticles from gasoline direct in-jection vehicles. Atmospheric Environment,(2018); DOI:10.1016/j.atmosenv.2018.01.050.
https://www.empa.ch/web/s604/aerosol-munoz
Norbert Heeb und Maria Muñoz in ihrem Labor an der Empa.
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Criteria of this press release:
Journalists
Chemistry, Environment / ecology, Nutrition / healthcare / nursing, Traffic / transport
transregional, national
Contests / awards, Research results
German
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