Institut für Toxikologie der Christian Albrechts-Universität Kiel

Institut für Toxikologie der
Christian Albrechts-Universität Kiel
Toxikologische Beurteilung der Zusatzimmis-
sionen durch eine neue Start- und Landebahn
Mareke Wieben
Dr. Hermann Kruse
Peter Bartels
Dezember 1999
am Frankfurter Flughafen

Gliederung
1 Einleitung 4
2 Immissionsmessungen und -abschätzungen 5
2.1 Immissionen im Bereich des Flughafens und seiner Umgebung .......................... 5
2.1.1 Immissionsmessungen des TÜV Süddeutschland (1999) auf
dem Flughafengelände............................................................................ 5
2.1.2 Messungen der HLFU (1999) auf dem Flughafengelände im Vergleich
zu Immissionsmessungen im Frankfurter Raum sowie in
Wiesbaden, Darmstadt und Kassel ......................................................... 8
2.1.3 Weitere Immissionsmessungen der HLFU in der Umgebung
des Flughafens....................................................................................... 10
2.2 Immissionsbeitrag durch den Flugverkehr .......................................................... 11
2.2.1 Immisssionsberechnungen für den Flughafen und Umgebung
nach JANICKE (1999) und BÜCHEN (1999)......................................... 11
2.2.2 Ermittlung der Zusatzimmissionen (Forschungsvorhaben des UBA) .... 12
3 Bestehende Verordnungen mit ihren Grenz- und Richtwerten für
Luftschadstoffe sowie vorsorgeorientierte Umweltstandards 13
3.1 Erläuterungen zu den Grenz- und Richtwerten................................................... 14
3.1.1 Erläuterungen zu den Grenz- und Richtwerten in der Außenluft ........... 14
3.1.2 Erläuterungen zu den Grenz- und Richtwerten am Arbeitsplatz............ 16
3.1.3 Erläuterungen zu Richtwerten von Experten(gruppen).......................... 17
3.2 Grenz-und Richtwerte für ausgewählte relevante Luftschadstoffe...................... 18
3.2.1 Benzol ................................................................................................... 18
3.2.2 Ethylbenzol............................................................................................ 20
3.2.3 Mesitylen ............................................................................................... 21
3.2.4 Naphthalin ............................................................................................. 21
3.2.5 Benz(a)pyren......................................................................................... 22
3.2.6 Phenol ................................................................................................... 23
3.2.7 Styrol ..................................................................................................... 24
3.2.8 Toluol .................................................................................................... 25
3.2.9 Xylole..................................................................................................... 27

3.2.10 Ozon.................................................................................................... 28
3.2.11 Kohlenmonoxid.................................................................................... 29
3.2.12 Schwefeldioxid .................................................................................... 30
3.2.13 Stickstoffdioxid .................................................................................... 31
4 Chemische Reaktionen und Wechselwirkungen in der Troposphäre 33
5 Beurteilung der derzeitigen Immissionsbelastung des Frankfurter Flughafens
und seiner Umgebung 52
5.1 Benzol 53
5.2 Ethylbenzol 54
5.3 Mesitylen 54
5.4 Naphthalin........................................................................................................... 54
5.5 Phenol 54
5.6 Styrol 55
5.7 Toluol 55
5.8 Xylole 55
5.9 Ozon 55
5.10 Kohlenmonoxid 56
6 Ermittlung der duldbaren Zusatzbelastungen 58
7 Zusammenfassung 59
8 Literaturverzeichnis 62
9 Abkürzungsverzeichnis 74
3

1 Einleitung
Basierend auf den Erkenntnissen unseres Gutachtens zur Ermittlung der relevanten
organischen Triebwerksemissionen vom 18.07.1999 ist es Ziel dieses Gutachtens,
die durch die geplante neue Start- und Landebahn am Frankfurter Flughafen entstehenden
Zusatzimmissionen in Hinblick auf die Gesundheit der betroffenen Anwohner
und der Ökosysteme abzuschätzen.
Wie in unserem Gutachten vom 18.07.99 bereits ausgeführt, muß dazu die Schadstoffvorbelastung
der Flughafenregion bekannt sein, da auch sehr kleine Zusatzbelastungen
durch die geplante Start- und Landebahn zusammen mit grenzwertigen
Vorbelastungen zum Überschreiten von Wirkschwellen führen können. Deshalb
wird in diesem Gutachten zunächst die Immissionssituation unmittelbar am Frankfurter
Flughafen, aber auch in der Umgebung – soweit es vorhandene Daten erlauben
- beschrieben. Messungen hierzu existieren zur Zeit nur für wenige Parameter.
Behelfsweise wurden von der HLFU derzeitige Immissionen (Zusatzbelastung durch
Flugzeugverkehr) der von uns genannten Triebwerksschadstoffe für das Flughafen-
gelände errechnet.
Eine Abschätzung der Zusatzimmissionen durch eine neue Start- und Landebahn,
die neben den Triebwerksemissionen auch den zusätzlichen Kfz-Verkehr berücksichtigt,
wird zur Zeit im Auftrag des Umweltbundesamtes im Rahmen eines For-
schungsvorhabens erarbeitet. Ergebnisse hierzu liegen noch nicht vor.
Zur toxikologischen Beurteilung bestehender Immissionssituationen werden zunächst
Schadstofftoleranzwerte, die in der Literatur genannt werden, gelistet. Anschließend
wird auf die möglichen Wechselwirkungen der Schadstoffe eingegangen. Ohne
Kenntnis verläßlicher Zusatzimmissionen (Modellrechnungen des UBA) können wir
die Konzentrationen der durch Wechselwirkungen entstandenen Konzentrationen für
Ozon u.a. Photooxidantien nicht angeben.
Abgesehen davon, daß die Berechnung der Zusatzimmissionen für triebwerksrelevante
Parameter fehlen, halten wir Zusatzimmissionen im Bereich des Flughafengeländes
durch die geplant Start- und Landebahn in Höhe von 1% von Luftvorsorgewerten
(Umweltstandards) für tolerabel. Diese Aussage gilt auch für Photooxidantien
im weiteren Umfeld des Flughafens.
4

2 Immissionsmessungen und -abschätzungen
2.1 Immissionen im Bereich des Flughafens und seiner Umgebung
Bei den Immissionsabschätzungen werden die für dieses Gutachten relevanten Abschnitte
aus unserem Gutachten vom 18.07.1999 übernommen.
2.1.1 Immissionsmessungen des TÜV Süddeutschland (1999) auf dem Flughafengelände
Seit dem 24. September 1999 werden vom TÜV Süddeutschland Immissionsmessungen
an 3 Meßpunkten am Flughafen durchgeführt. Zwei der Meßpunkte sind
identisch mit Meßpunkten der HLFU (1999) (Meßpunkt A=M2, Meßpunkt B=M3). Der
Meßpunkt C befindet sich nördlich von M1 in der Nähe der Autobahn A 3 (s. Karte
nächste Seite).
Die Luftschadstoffmessungen werden 10 mal an jeweils 7 aufeinanderfolgenden Tagen
mit passiver Probennahme (durch Adsorption an Aktivkohle und Messung mittels
GC/MS) durchgeführt. Bei Vergleichsmessungen mit Aktivprobenahme zeigte sich,
daß die aus der Passivprobenahme errechneten Daten ca. 15 –20% zu hoch lagen.
Deshalb wurde vergleichend ein empirisches Berechnungsverfahren (nach Pfeffer)
angewandt. Für Mesitylen und Styrol wurden bei diesen Berechnungen die Koeffizi-
enten physikochemisch ähnlicher Substanzen verwendet, was nach Angaben des
TÜV möglicherweise zu systematischen Fehlern in Größenordnung der Meßfehler
geführt hat.
Mit den Passivsammlern soll das mittlere Schadstoffniveau während der einwöchigen
Exposition erfaßt werden, um so Maximalbelastungen der Stichprobenmessung ausgleichen
zu können. Die Ergebnisse der ersten 4 Wochen dieses Meßprogramms
zeigt Tabelle 1.
5

Tabelle 1: Ergebnisse der Immissionsmessungen (aktive und passive Probennahme)
an 3 Meßpunkten am Flughafen, Angaben in µg/m³ (TÜV Süddeutschland,
1999)
Meßparameter Meßort KW 34
aktiv
Ethylbenzol A

Tabelle 1 zeigt bei aktiver Probennahme höhere Ergebnisse als bei passiver Probennahme.
Möglicherweise ist das Verfahren der passiven Probennahme für derartige
Messungen nicht geeignet. Wegen der besseren Vergleichbarkeit und Verläßlichkeit
der Werte werden bei unserer Bewertung nur die Meßergebnisse der aktiven
Probennahme berücksichtigt.
2.1.2 Messungen der HLFU (1999) auf dem Flughafengelände im Vergleich zu
Immissionsmessungen im Frankfurter Raum sowie in Wiesbaden, Darmstadt
und Kassel
1997/98 wurde die Luftschadstoffbelastung am Frankfurter Flughafengelände von
der HLFU (1999) im Rahmen eines UBA-Projektes gemessen. Ziel war, die Immissionsszenarien
so zu erfassen, daß sie den Emissionen einzelner Flugzeugbewegun-
gen eindeutig zugeordnet werden können. Als Indikator für eine konkrete Flugbewegung
wurde der Schalldruckpegel herangezogen. Die Schadstoffimmissionen, ge-
messen an M1, M2 und M3 auf dem Flughafengelände (s. Karte in Kapitel 2.1.1),
sind in Tabelle 2 gelistet. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Abhängigkeit der Im-
missionskonzentrationen von den sich im Tages- und Jahresverlauf ändernden meteorologischen
Bedingungen (z.B. Windrichtung, Temperatur). Die durch den Start
der Flugzeuge verursachten Emissionen (z.B. NO, NO2, Ruß) konnten als Konzentrationsspitzen
erkannt werden; für Benzol, Toluol und Xylole konnten keine Kurz-
zeitereignisse dargestellt werden. Konkrete Hinweise auf die Herkunft der Schadstoffe
(Triebwerk, Kfz) liefert diese Studie nicht. Zum Vergleich werden die Immissionen
im Frankfurter Raum (Meßzeitraum 1997/98) sowie an verkehrsexponierten
Standorten in Wiesbaden (Ringkirche), Darmstadt (Hügelstraße) und Kassel-Süd
(Meßzeitraum 1998) herangezogen.
8

Tabelle 2: Immissionskonzentrationen auf dem Flughafengelände im Vergleich
zu Immissionskonzentrationen in hessischen Städten (HLFU, 1999a
und b) (arithm. Mittelwerte in µg/m³, CO in mg/m³)
Parameter
M 1 M 2 M 3 Raunheim
Offenbach
9
Ffm.
Höchst
SO2 10 10 6 8 7 8 10
Ffm. Ost Friedb.
Landstr.
CO 0,7 0,6 0,4 0,7 0,7 0,7 2,1 2 1,7
Wiesb. Darmst. Kassel
NO 55 48 29 39 34 49 44 100 104 139
NO2 65 47 37 37 45 49 54 62 56 61
Benzol 3,1 3,1 2,1 8 10 6
Toluol 4,5 5,3 3,3 27 32 18
m,p-
Xylol
3,3 3,3 1,9 15 18 11
o-Xylol 2,4 2,8 1,9
Staub 30 27 22 33 34 34 36
O3 32 39 38 39 29 31 29
Ruß 3,9 3,4 2,0
Meßpunkt M1: Vorfeldbereich, westlich vom Terminal 1 (s. Anlage 1)
Meßpunkt M2: Zwischen Start- und Landebahn „Nord“ und „Süd“
Meßpunkt M3: ca. 250m westlich der Startbahn West
Die HLFU interpretiert ihre Meßergebnisse im Flughafenbereich (M1, M2 und M3)
wie folgt:
„Die angegebenen Jahreskenngrößen weisen für die drei Meßpunkte unterschiedli-
che Immissionsbelastungen aus - die höchsten Werte wurden an Meßpunkt 1 im Bereich
des Vorfeldes gemessen, während die Belastung an den anderen beiden Meß-
punkten (...) bis auf Ozon, Toluol und die Xylole deutlich niedriger liegt. Im Hinblick
auf das höhere Verkehrsaufkommen und die schlechtere „Durchlüftung“ im Vorfeldbereich
ist dieser Unterschied plausibel; auch die im Vergleich zum freien Flugfeld
niedrigeren Ozonwerte sprechen für die höhere Belastung durch ozonzerstörende
Komponenten im Vorfeldbereich (Meßpunkt 1). Die niedrigsten Luftschadstoffkonzentrationen
wurden mit Ausnahme des Ozons an Meßpunkt 3 westlich der Startbahn
18 West gemessen, der sich bei westlichen Windrichtungen im Luv des Flughafengeländes
befindet.
Die aus den Meßergebnissen berechneten Kenngrößen (...) beschreiben für den
Flughafen eine Immissionssituation, wie sie für den südlichen Rand des Ballungsraumes
„Frankfurt am Main“ charakteristisch ist.“

2.1.3 Weitere Immissionsmessungen der HLFU in der Umgebung des Flughafens
Immissionsmessungen wurden von der HLFU u.a. auch im Rahmen des Luftreinhalteplans
Untermain durchgeführt. Das Gebiet Untermain-West wurde 1991, Untermain-Ost
und Neu-Isenburg/Dreieich/Langen wurden 1992 und Hanau 1993 untersucht
(HLFU, 1992 a,b, 1993, 1995).
Tabelle 3: Immissionsmessungen der HLFU (1992a,b, 1993, 1995); Jahresmittelwerte
in µg/m³ für die Beurteilungsflächen des Meßgebietes
Parameter Untermain
West 1991
Untermain Ost
1992
10
Neu-Isenburg,
Dreieich,Langen
1993
SO2 32 23 28 19
Hanau
1993
CO 1700 1400 2100 1800
NO 67 56 64 44
NO2 57 51 56 45
Ozon 37 44 30 47
Benzol 4,8 5,5 - 5,3
Toluol 9,7 13,9 - 12,5
o-Xylol 2,6 3,1 - 2,6
m/p-Xylol 7,3 8,2 - 7,1
Als wesentliche Emissionsquelle werden von der HLFU (1995) für den Bereich Neu-
Isenburg/Dreieich/Langen Gebäudeheizung, Kfz-Verkehr und die innerhalb des
Meßgebietes gelegenen Industriebetriebe genannt. Die HLFU stellt fest, daß die Immissionssituation
in diesem Bereich einer Situation entspricht, wie man sie in urbanen
Gebieten außerhalb der Ballungsräume vorfindet.

2.2 Immissionsbeitrag durch den Flugverkehr
2.2.1 Immisssionsberechnungen für den Flughafen und Umgebung nach JA-
NICKE (1999) und BÜCHEN (1999)
1998 wurde von Janicke die derzeitige Konzentrationsverteilung von Flugzeugabgasen
in der näheren Umgebung des Flughafens berechnet (Ist-Zustand). In der Ausbreitungsrechnung
wurden CO, Summe HC (aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe)
und NO2 für 97% aller derzeitgen Flugbewegungen berücksichtigt. Auf
der Grundlage dieser Immissionsprognose hat BÜCHEN (1999) die Immissionsanteile
für die von uns im Gutachten vom 18.07.1999 genannten relevanten Triebwerksemissionen
abgeschätzt. Die Ergebnisse von JANICKE (1999) und BÜCHEN (1999)
zeigt Tabelle 4.
Tabelle 4: Abschätzung der Immissionsanteile für einzelne Kohlenwasserstoffe und
anorganische Gase (Jahresmittelwerte) durch Flugzeugemissionen (Ist-
Situation) nach JANICKE (1999) und BÜCHEN (1999), Angaben in µg/m³
Meßort CO NO2 Σ HC Benzol Ethylbenzol
11
Mesitylen
Naphthalin
Phenol Styrol Toluol Xylole
Flughafen, M1 350 50 50 3,0 1,0 1,0 2,0 3,0 0,5 1,0 3,5
Flughafen, M2 25 40 10 0,6 0,2 0,2 0,4 0,6 0,1 0,2 0,7
Flughafen, M3 20 35 4 0,2 0,1 0,1 0,2 0,2

2.2.2 Ermittlung der Zusatzimmissionen (Forschungsvorhaben des UBA)
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens des Umweltbundesamtes (UBA) wurde eine
Methode zur Berechnung von Konzentrationsverteilungen (Ausbreitungen) im Nahbereich
des Frankfurter Flughafens entwickelt. Mit Hilfe bekannter Industrie-, Kfzund
Triebwerksemissionen (Stickoxide, Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Ruß
und Schwefeldioxid) werden für ein Gebiet von 60 x 60 km x 3000 m Höhe Immissionskonzentrationen
der genannten Luftschadstoffe auf dem Flughafengelände und in
der Umgebung berechnet. Anschließend werden die Immissionskonzentrationen im
Untersuchungsgebiet (3.600 km² x 3000 m Höhe) simuliert. Dabei wird auch die
chemische Umwandlung der genannten Stoffe (Photooxidantienbildung, z.B. Ozon)
mit einem komplexen meteorologisch-photochemischen Modell berücksichtigt. Die
Zusatzemissionen werden schließlich in diese Rechenmodelle für die Berechnung
der Zusatzbelastung und der Photoxidantien-Konzentrationen eingesetzt (MÄDER,
1999).
Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens liegen noch nicht vor, so daß
uns keine durch die neue Start- und Landebahn zu erwartenden Zusatzimmis-
sionen zur Verfügung stehen. Wir weisen mit Nachdruck darauf hin, daß diese
Befunde für unsere Schlußbeurteilung der Zusatzimmissionen unverzichtbar
sind.
12

3 Bestehende Verordnungen mit ihren Grenz- und Richtwerten für Luftschadstoffe
sowie vorsorgeorientierte Umweltstandards
Zur toxikologischen Beurteilung von gemessenen Luftbelastungen im Bereich des
Frankfurter Flughafens und errechneten Zusatzimmissionen einer neuen Start- und
Landebahn werden für die triebwerksrelevanten Schadstoffe sowie für Schadstoffsekundärprodukte
(Photooxidantien) Höchstmengen, Grenz- und Richtwerte gegenübergestellt
und schließlich mit vorsorgeorientierten Umweltstandards verglichen
(siehe Kapitel 5). Auf der Basis dieser Werte können Einschätzungen abgegeben
werden, wie bestehende Immissionen (s. Kapitel 2) einzuordnen sind und welche
Zusatzbelastungen durch die zusätzliche Start- und Landebahn tolerabel sind.
In der umwelttoxikologischen Literatur werden für Schadstofftoleranzwerte u.a. die
Begriffe „Orientierungswert“, „Vorsorgewert“ und „Umweltstandard“ benutzt, in der
Regel fehlen exakte Definitionen. In unserem Gutachten werden die Begriffe Vorsorgewert
und Umweltstandard synonym gebraucht. Unter einem Umweltstandard ver-
stehen wir eine lebenslang tolerierbare Fremdstoffkonzentraion, die deutlich unter
Wirkschwellen liegt und nach unserer Auffassung gesundheitsschützend ist. Übli-
cherweise dividieren wir nicht-kanzerogen wirkende Schadstoffkonzentrationen, die
sich bei epidemiologischen Studien als unwirksam erweisen, durch den Faktor 10,
um so möglichen synergistischen Effekten durch andere gleichzeitig einwirkende
Stoffe Rechnung zu tragen. Bei Stoffen mit kanzerogener Wirkung orientieren wir uns
an einem Vorschlag der US-EPA, der für einen Umweltschadstoff eine solche Konzentration
für akzeptabel hält, die bei lebenslanger Belastung zu einem zusätzlichen
Krebsrisiko von einer Erkrankung auf eine Million Menschen der Bevölkerung führt.
Diese Dosis bezeichnen wir ebenfalls als Vorsorgewert bzw. Umweltstandard.
13

3.1 Erläuterungen zu den Grenz- und Richtwerten
3.1.1 Erläuterungen zu den Grenz- und Richtwerten in der Außenluft
BImSchG
Das Bundes-Immissionsschutz-Gesetz soll vor schädlichen Umweltauswirkungen
durch Luftschadstoffe schützen. Die Vorschriften des Gesetzes gelten für die Errichtung
und den Betrieb von Anlagen sowie für betriebsbezogenen, gebietsbezogenen
und produktbezogenen Immissionsschutz. In der 22. BImSchV (Verordnung zur
Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetzes) werden u.a. die EG-Richtlinie
80/779 sowie die Änderungsrichtlinie 89/427 über Grenzwerte für Schwefeldioxid in
der Luft und die EG-Richtlinie 85/203 über Luftqualitätsnormen für Stickoxide in der
Atmosphäre in deutsches Recht umgesetzt. Die in der Verordnung genannten Immissionswerte
dürfen zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen nicht überschritten
werden. Die 23. BImschV legt für bestimmte Straßen oder Gebiete, in denen
besonders hohe, vom Verkehr verursachte Immissionen zu erwarten sind,
Grenzwerte für luftverunreinigende Stoffe fest. Bei Überschreitung dieser Konzentrationen
sind Maßnahmen zur Verminderung oder Vermeidung des Entstehens schädlicher
Umwelteinflüsse zu prüfen.
TA-Luft
Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (1. Allgemeine Verwaltungsvorschrift
zum Bundesimmissionsschutzgesetz) gilt für genehmigungsbedürftige Anlagen.
In den Anhängen der TA-Luft werden u.a. Grenzwerte für Emissionen und Im-
missionen genannt und Ausbreitungsrechnungen für betriebliche Emissionen festgelegt.
Als Immissionswerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit und zum
Schutz vor erheblichen Nachteilen oder Belästigungen werden zwei Kenngrößen für
die Gesamtbelastung (= Vorbelastung + Zusatzbelastung) genannt: Der IW1-Wert
kennzeichnet die zulässige Belastung im Jahresmittel (Langzeitwert), während der
IW2 die Zulässigkeit von Belastungsspitzen reglementiert (Kurzzeitwert). Die TA-Luft
berücksichtigt keine ökologischen Wechselwirkungen von Luftschadstoffen.
14

VDI-Richtlinie
Der Verein Deutscher Ingenieure befaßt sich in Kommissionen mit der Festlegung
von Grenzwerten für Luftverunreinigungen. Die Grenzwerte sind definiert als Konzentrationen
in bodennahen Schichten der freien Atmosphäre, bei der Menschen,
Tiere, Pflanzen und Sachgüter geschützt sein sollten. Sie sind als Entscheidungshilfen
für die Ableitung von gesetzlichen Normen, jedoch ohne unmittelbaren Bezug zu
immissionsrechtliche Bestimmungen zu sehen.
Vor allem in den 60er Jahren wurden vom VDI maximale Immissions-
Konzentrationen (MIK-Werte) erarbeitet. Die MIK-Werte eines Stoffes werden so
festgelegt, daß keine Schäden für Mensch und Umwelt zu befürchten sind. Angegeben
werden ein MIK-Wert für Langzeitexpositionen (MIKD) und ein Wert für kurzzeitige
Expositionen (MIKk). Entsprechende MIK-Werte existierten in der ehemaligen
DDR und gelten noch in Polen.
LuftreinhalteVO Schweiz
Die Immissionsgrenzwerte der Luftreinhalteverordnung der Schweiz sind nach den
Kriterien des Schweizer Umweltgesetzes festgelegt und dienen zum Schutz von
Menschen und Umwelt vor nachteiligen Wirkungen durch Luftverunreinigungen. Die-
se Werte sind als Qualitätsanforderungen an die Luft zu verstehen.
WHO-Luftqualitätsleitlinien
Die Luftqualitätsleitlinien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) wurden bislang für
28 Stoffe auf der Grundlage toxikologischer und ökotoxikologischer Befunde entwik-
kelt. Diese Richtwerte berücksichtigen verschiedene Aspekte (z.B. Jahresmittelwerte
zum Schutz der Vegetation, Leitwerte für geruchsintensive Stoffe). Die toxikologischen
Anforderungen an diese Werte sind sehr unterschiedlich.
PDK-Wert
PDK-Werte sind Höchstwerte in der UDSSR, die nicht überschritten werden dürfen.
15

3.1.2 Erläuterungen zu den Grenz- und Richtwerten am Arbeitsplatz
MAK-Werte
Die maximale Arbeitsplatz – Konzentration ist die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG Senatskommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe)
genannte höchstzulässige Konzentration eines Arbeitsstoffes in der Luft am
Arbeitsplatz. Sie gilt für tägliche 8stündige Exposition und berücksichtigt keine sensiblen
Menschen (z.B. Vorgeschädigte). Für krebserzeugende Stoffe existieren keine
MAK-Werte. Substanzen mit kanzerogenem Potential werden verschiedenen Kategorien
zugeordnet:
Kategorie 1 (III A1): nachweislich beim Menschen kanzerogen
Kategorie 2 (III A2): im Tierversuch kanzerogen
Kategorie 3 (III B): Anhaltspunkte für kanzerogene Wirkung im Tierversuch
TRK-Werte
Der Ausschuß für Gefahrstoffe der DFG nennt für krebserzeugende Stoffe am Ar-
beitsplatz, für die es keine MAK-Werte gibt, technische Richtkonzentrationen, um
eine Verminderung von Krebsrisiken am Arbeitsplatz zu erreichen. Diese Luftkonzentrationen
können am Arbeitsplatz nach dem Stand der Technik erreicht werden,
eine Gesundheitsgefährdung ist aber auch bei Einhaltung dieser Konzentrationen
nicht auszuschließen. Analog zu den MAK-Werten gelten auch die TRK-Werte für
einen 8-Stunden-Arbeitstag.
TWA-Werte
Der Time-Weighted-Average-Wert ist ein zeitgewichteter Mittelwert für einen 8-
Arbeitsstundentag. Er entspricht dem MAK-Wert.
STEL-Werte
Der Short-Term-Exposure-Limit-Wert gilt als maximal zulässige Konzentration, die zu
keinem Zeitpunkt innerhalb einer 154-Minuten dauernden Expositionszeit überschritten
werden darf.
16

3.1.3 Erläuterungen zu Richtwerten von Experten(gruppen)
LAI-Werte
Der Länderausschuß für Immissionsschutz nennt für 6 wesentliche Luftschadstoffe
(u.a. Benzol, Toluol und Xylole) auf der Basis toxikologischer Daten Zielwerte (Jahresmittelwerte)
für die Außenluft. Die Konzentrationen sind so berechnet, daß für die
Bevölkerung ein zusätzliches Krebsrisiko von 400 Fällen auf 1 Million Menschen
durch die Gesamtheit der 6 wesentlichen Luftschadstoffe akzeptiert wird.
Orientierungswerte nach FOBIG
Im Auftrag des Umweltbundesamtes wurden in Zusammenhang mit der Bewertung
von Altlasten auf der Basis von Literaturangaben toxikologisch begründete Orientierungswerte
für die langfristige inhalative Aufnahme hergeleitet. FOBIG versteht die
Orientierungswerte als gesundheitsschützende Langzeitexpositionen.
17

3.2 Grenz-und Richtwerte für ausgewählte relevante Luftschadstoffe
Für die in unserem Gutachten vom 18.06.1999 erarbeiteten triebwerksrelevanten
organischen Schadstoffe werden in den folgenden Abschnitten Grenz- und Richtwerte
sowie Umweltstandards genannt. Die verwendeten Abkürzungen sind in Anlage
1 erklärt.
3.2.1 Benzol
Außenluft:
BRD
Prüfwert: 10 µg/m³ (arithmetischer Jahresmittelwert ab 01.07.1998)
(23. BImSchV, 1996)
Zielwert: 2,5 µg/m³ (LAI, 1996)
andere
Zielwert (UK): 16 µg/m³ bis 2005 (Departement of Environment, 1994)
Langzeitziel (UK): 16 µg/m³ mit 3,2 µg/m³ max. Jahresmittelwert (Expert Panel
on Air Quality Standards (UK), Departement of Environment,
1994)
Grenzwert (NL): 10 µg/m³ Jahresmittelwert (Umweltministerium NL, in:
Kühling & Peters, 1994)
Richtwert (NL): 1 µg/m³ Jahresmittelwert (Umweltministerium NL, in: Kühling
& Peters, 1994)
EG-Richtlinie (1999): 5 µg/m³ ab 2010 (EU-Richtlinie 1999)
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert: entfällt, Einstufung in Kategorie 1 (DFG, 1998)
TRK-Wert: 3.200 µg/m³ (DFG, 1998)
USA
Referenzwert: 32.000 µg/m³ für die Arbeitsplatzkonzentration (Absenkung
auf 320 µg/m³ vorgeschlagen) (ACGIH, 1990b)
18

TLW/TWA: 32.000 µg/m³ max. 8-h (ACGIH u. OSHA, 1998)
andere
TLV (Italien): 1.600 µg/m³ (Brugnone, 1998)
OEL (Schweden): 1.600 µg/m³ seit 1991 (vorher 3.200 µg/m³) (Nilsson et
al., 1996)
Expertenmeinung:
Vorsorgewert: < 0,2 µg/m³ (Jahresmittelwert) (KÜHLING & PETERS,
1994)
Aus Benzolbelastungen von 0,7 µg/m³ im ländlichen Raum und 7,2 µg/m³ in Ballungsgebieten
(Jahresmittelwerte) errechnete der LAI (1992) mit Hilfe des unit risk 1
ein zusätzliches Krebsrisiko von 0,6 bzw. 6,5 Krebserkrankungen pro 100 000 Ein-
wohner. Für ein Herabsetzen des benzolbedingten Krebsrisikos in Ballungsgebieten
auf 2 Krebsfälle pro 100 000 Einwohner wird ein Grenzwert von 2,5 µg Benzol/m³ als
notwendig erachtet.
Der aufgrund der nachgewiesenen Kanzerogenität (MAK-Liste III, A1) anzustrebende
Toleranzwert von 0,1 µg Benzol/m³, der mit einem Krebsrisiko von 1 : 1 Million (1 x
10 -6 ) einhergeht, ist zur Zeit nicht realisierbar. Aus diesem Grunde halten wir die
Empfehlung des LAI (1992) für sinnvoll (2,5 µg/m³). 2,5 µg/m³ ist unser derzeitiger
Umweltstandard.
1
Als Maß für die Kanzerogenität kann mit Hilfe von Rechenmodellen das zusätzliche Krebsrisiko abgeschätzt
werden. Dieser auch als unit risk (Einheitsrisiko) bezeichnete Wert bestimmt das zusätzliche
Krebsrisiko, welches 1 µg Schadstoff/m³ Luft bei lebenslanger Exposition (70 Jahre) ausgeht. Unter
der Annahme einer linearen Beziehung zwischen Dosis und Wirkung kann mit Hilfe dieses unit-risks
durch Multiplikation mit gemessenen oder geschätzten Schadstoffkonzentrationen die Zahl der vom
Krebsrisiko betroffenen Menschen berechnet werden.
19

3.2.2 Ethylbenzol
Außenluft:
BRD
MIKK (ehem. DDR): 0,060 mg/m³ (30-Min.-Immissionsgrenzwert)
1991)
(Rippen,
MIKD (ehem. DDR):
pen,1991)
0,020 mg/m³ (Immissionsgrenzwert/Dauerwert) (Rip-
Immissionsgrenzw. (NW): 0,020 mg/m³ (1-h-Wert / belästigende Wirkung) (Raffinerierichtlinie
NW)
Andere
RfC: 1 mg/m³ (US EPA, 1991)
AALG: 0,130 mg/m³ (24-h-Mittel) (C&K)
AAAC (S. Carol./USA): 0,00435 mg/m³ (24-h-Wert) (ATSDR, 1990)
AAAC (Virginia/USA): 0,00725 mg/m³ (24-h-Wert) (ATSDR, 1990)
AAAC (New YorK/USA): 0,00145 mg/m³ (Jahres-Wert) (ATSDR, 1990)
AAAC (Massach./USA): 0,118 mg/m³ (Jahres-Wert) (ATSDR, 1990)
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert: 440 mg/m³ (DFG, 1998)
USA
TLV/TWA: 435 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
TLV/STEL: 545 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
Expertenmeinung:
Vorsorgewert: < 1 mg/m³ (24-h-Mittel) (KÜHLING & PETERS, 1994)
Orientierungswert: 0,3 mg/m³ (FOBIG, 1993)
20

Aus dem TDI-Wert (täglich duldbare Aufnahme: 40 µg/kg KG) läßt sich für Ethylbenzol
ein Toleranzwert für die Luft ableiten: Unter der Annahme eines Körpergewichtes
von 70 kg, einer täglichen Aufnahme von 0,04 mg/kg KG, einer Aufnahme über die
Atmung von 5% verteilt auf 15 m³, errechnet sich ein Toleranzwert von 10 µg/m³
(Umweltstandard).
3.2.3 Mesitylen
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert (alle Isomere): 100 mg/m³ (DFG, 1998)
andere
TLV/TWA: 125 mg/m³ (KORSAK & RYDZYNSKI, 1996)
MAC-Wert (Polen): 100 mg/m³ (KORSAK & RYDZYNSKI, 1996)
Expertenmeinung:
Orientierungswert: 450 µg/m³ (FOBIG, 1993)
Es fehlen verläßliche toxikologische Daten zur Herleitung eines Toleranzwertes, so
daß für Mesitylen nur auf der Basis eines Konzentrationsvergleiches (Flughafen ge-
genüber Stadtgebiet) eine Einordnung erfolgen kann.
3.2.4 Naphthalin
Außenluft:
BRD
MIKD
MIKK
2,7 mg/m³ (VDI, 1966)
8,0 mg/m³ (VDI, 1966)
21

Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert: entfällt, da Anhaltspunkte für krebserzeugende Wirkungen
vorliegen; Kanzerogenitätskategorie 3 (DFG, 1998)
TRK: 50 mg/m³ (DFG, 1998)
USA
TLV/TWA: 50 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
TLV/STEL: 75 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
andere
PDK (UDSSR): 20 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
Expertenmeinung:
Vorsorgewert: 120 µg/m³ (8-h-Mittel) (Kühling & Peters, 1994)
AALG: 120 µg/m³ (8-h-Mittel), (Calbrese & Kenyon, 1991)
Orientierungswert Luft: 50 µg/m³ (FOBIG, 1991)
empfohlener Richtwert: 1,3 µg/m³ (Victorin, 1993)
In Anlehnung an den Richtwert von Victorin (1993) empfehlen wir als Umweltstandard
1,3 µg/m³.
3.2.5 Benz(a)pyren
BRD
Arbeitsplatz:
MAK-Wert: entfällt, Gruppe III A 2 (DFG, 1998)
TRK-Wert: 2000 ng/m³ (DFG, 1998)
Außenluft:
Zielwert: 1,3 ng/m³ (LAI, 1992)
Expertenmeinung
22

Richtwert: 10 ng/m³ (Jahresmittel) (BUCK, 1986)
Für die PAK (toxikologisch bewertet wird die Leitverbindung Benz(a)pyren) errechnet
der LAI (1992) unter Berücksichtigung der Jahresmittelwerte von 0,7 ng/m³ im ländlichen
Bereich bzw. 1,8 ng/m³ in Ballungsgebieten ein Risiko von 50 bzw. 130
Krebserkrankungen pro 1.000.000 Einwohner. Aus dem vom LAI angestrebten
Krebsrisiko von 9,1 x 10 -6 ergibt sich eine höchste tolerierbare Konzentration von 1,3
ng BaP/m³. FOBIG (1993) gibt bei einer Belastung von 1 ng BaP/m³ ein unit risk von
1,7 x 10 -6 an. Daraus ergibt sich bei einer Krebsakzeptanz von 1 x 10 -6 ein Umweltstandard
von 0,6 ng BaP/m³, den wir empfehlen (KRUSE, 1996).
3.2.6 Phenol
Außenluft:
BRD
MIKD: 0,2 mg/m³ (VDI, 1966)
MIKK: 0,6 mg/m³ (VDI, 1966)
Grenzwert (NRW): 0,1 mg/m³ (RW TÜV, 1987)
Richtwert: 0,1 µg/m³ (Geruch) (WHO, 1989)
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert: entfällt, da Anhaltspunkte für krebserzeugende Wirkung;
Kanzerogenitätskategorie 3 (DFG, 1998)
USA
TLV/TWA: 19 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
Expertenmeinung:
Orientierungswert: 14 µg/m³ (FOBIG, 1993)
23

In Anlehnung an den Orientierungswert von FOBIG (1993), der wegen der Anhaltspunkte
zur Kanzerogenität einen Sicherheitsfaktor von 1000 zum TDI-Wert berücksichtigt,
empfehlen wir als Umweltstandard für Phenol 14 µg/m³.
3.2.7 Styrol
Außenluft:
BRD
MIKK (ehem. DDR): 0,020 mg/m³ (30-Min.-Immissionsgrenzwert)
MIKD (ehem. DDR): 0,002 mg/m³ (Immissionsgrenzwert/Dauerwert)
andere
WHO (1987): 0,8 mg/m³ (24-h-Mittelwert)
0,070 mg/m³ (Leitwert f. geruchsintens. Verunreinig.)
0,070 mg/m³ (Wahrnehmungsschwelle)
0,21-0,28 mg/m³ (Erkennungsschwelle)
Zulässige Konzentration (NL): 0,8 mg/m³ toxikol. zul. Konzentration (VERMEIRE,
1991)
AALG: 0,0263 mg/m³ (Calabrese & Kenyon, 1991)
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert: 86 mg/m³, Kategorie 5 (DFG, 1998)
USA
TLV /TWA: 215 mg/m³ (TRIEBIG et al., 1992)
TLV/STEL: 425 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
andere
OEL (Luft/Tschechien): 200 mg/m³ (BARDODEJ, 1991)
24

Expertenmeinung:
Empfohlener Richtwert: 0,043-0,43 µg/m³ (mittlere Langzeitbelastung) (Victorin,
1993)
Vorsorgewert: 0,01 mg/m³ (Jahresmittelwert) für Krebsrisiko 10 -5
(Kühling & Peters, 1994)
In Anbetracht des Verdachts auf kanzerogene Wirkung des Styrols muß bei Expositionen
das Minimierungsprinzip gelten. Für die Außenluft sollte deshalb 1 µg/m³ -
dieser Wert geht einher mit einem Krebsrisiko von 1 x 10 -6 – nicht überschritten werden.
3.2.8 Toluol
Außenluft:
BRD
Immiss.grenzwert IW1: 1 mg/m³ (arithm. Jahresmittel, ) (Schlipköter, o. J.)
Immiss.grenzwert IW2: 7 mg/m³ (98%-Wert) (Schlipk. o. J.)
Immiss.grenzwert (NW): 2 mg/m³ (1-h-Wert/belästigende Wirkung) (Raffineriericht-
linie NW)
Immiss.grenzwert (NW): 6 mg/m³ (1-h-Wert/gesundh.gefährd. Wirkung) Raffinerie-
richtlinie NW)
Zielwert: 0,03 mg/m³ (LAI, 1996)
andere:
RIVM (1988): 3 mg/m³ (24-h-Mittelwert) toxikol. begründet
RfC: 2 mg/m³ (US EPA, 1991)
AALG: 1,4 mg/m³ (vorl. Wert) (Calarese & Kenyon, 1991)
GUS: 0,6 mg/m³ (24-h-Mittelwert) (nach RIVM, 1988)
WHO (1987): 10 mg/m³ (Erkennungsschwelle)
7,5 mg/m³ (24-h-Mittelwert)
1 mg/m³ (Leitwert f. geruchsintens. Verunreinig.)
25

1 mg/m³ (Wahrnehmungsschwelle)
Richtwert: 0,26 mg/m³ (toxik. begründeter Wochendurchschnittswert)
(WHO, 1996)
Innenraumluft:
Richtwert: 8 mg/m³ (WHO, 1987)
Toleranzwert: 0,3 mg/m³ (Innenraumluftkommission UBA) (Sagunski,
1996)
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert: 190 mg/m³ (DFG, 1998)
USA
TLV/TWA: 375 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
TLV/STEL: 560 mg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
Expertenmeinung:
Vorsorgewert: 1,4 mg/m³ (8-h-Wert) (Kühling & Peters, 1994)
0,2 mg/m³ (Jahresmittelwert)
Orientierungswert: 0,7 mg/m³ (FOBIG,1993)
Richtwert : 0,04-0,40 µg/m³ (mittlere Langzeitbelastung) (Victorin,
1993)
In Anlehnung an den LAI-Wert empfehlen wir für Toluol einen Umweltstandard von
30 µg/m³.
26

3.2.9 Xylole
Außenluft:
BRD
Grenzwert IW2: 8.000 µg/m³ (98%-Wert) (Schlipköter, o. J.)
Immissionsgrenzwert (NW): 6.000 µg/m³ (1-h-Wert/gesundh.gefährd. Wirkung)
Raffinerierichtlinie NW)
Immissionsgrenzwert (NW): 1.500 µg/m³ (1-h-Wert/belästigende Wirkung) (Raffinerierichtlinie
NW)
Zielwert: 30 µg/m³ (LAI, 1996):
Andere:
AAAC (Massach,USA): 10 µg/m³ (Jahresmittelwert) (ATSDR, 1990)
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert (alle Isomere): 440.000 µg/m³ (DFG, 1998)
USA
TLV/TWA: 435.000 µg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
TLV/STEL: 655.000 µg/m³ (AUERGESELLSCHAFT, 1989)
Expertenmeinung:
Vorsorgewert: 2.000 µg/m³ (24-h-Wert) (Kühling & Peters, 1994)
Orientierungswert: 300 µg/m³ (FOBIG, 1993)
Richtwert: 0,04-0,4 µg/m³ (mittlere Langzeitbelastung) (Victorin,
1993)
Da der LOEL (lowest observed effect level) bei 300 µg/m³ liegt, sollten in der Luft bei
einem Sicherheitsfaktor von 10 30 µg Xylole/m³ nicht überschritten werden (KRU-
SE, 1996). Diesen Wert schlägt auch der LAI als Zielwert für die Außenluft vor.
27

3.2.10 Ozon
Außenluft:
BRD
Grenzwert 240 µg/m³ (1h Mittelwert), Fahrverbote für nicht schadstoffarme
Fahrzeuge (BRD,1995)
Richtwert 180 µg/m³ (1h Mittelwert), Hinweise für empfindliche Personen
(BMU, 1990)
MIK 120 µg/m³ (½ -h-Mittelwert) (VDI, 1985)
Richtwert: 50 µg/m³ (zum Schutz d. Vegetation) (UBA, 1991)
andere
Grenzwert: 100 µg/m³ (Luftreinhalte-VO Schweiz, 1998):
120 µg/m³ (1-h-Mittelwert)
EG-Richtlinie 92/72/EWG (1992)
und 22. BImSchV (1993): 110 µg/m³ (8-h-Mittelwert)
180 µg/m³ (1-h-Mittelwert/Unterrichtungswert)
360 µg/m³ (1-hMittelwert/Alarmwert)
Air Quality Standard: 160 µg/m³ (EPA,1997)
Richtwerte: 150-200 µg/m³ (1-h-Mittelwert) (WHO, 1987)
100-120 µg/m³ (8-h-Mittelwert) (WHO, 1987)
65 µg/m³ (24-h-Mittelwert) (WHO, 1987)
60 µg/m³ (100 Tage, Wachstumsperiode) (WHO, 1987)
Richtwert für Pflanzen: 50 µg/m³ Tages-Mittelwert (UN-ECE-Workshop, in:UBA,
1991)
Schwellenwert: 65 µg/m³ zum Schutz der Vegetation (EG, 1992)
Arbeitsplatz:
BRD
MAK-Wert: entfällt, da Anhaltspunkte für krebserzeugende Wirkung;
Kanzerogenitätskategorie 3 (DFG, 1998)
TRK: 200 µg/m³, (DFG, 1998)
28

Wir empfehlen als Umweltstandard zum Schutz der Vegetation einen Jahresmittelwert
von

15 mg/m³ (1-h) (Kühling & Peters, 1994)
5-8 mg/m³ (8-h/24-h) (Kühling & Peters,
1994)
In Übereinstimmung mit Kühling & Peters empfehlen wir 5 mg CO/m³ als Umweltstandard.
3.2.12 Schwefeldioxid
Außenluft:
BRD
IW2: 400 µg/m³ (98%-Wert aller Halbstundenwerte
eines Jahres) (TA-Luft, 1995)
IW1: 140 µg/m³ (arithm. Jahresmittelwert) (TA-
Luft, 1995)
MIK: 1000 µg/m³ (Jahresmittelwert) (VDI, 1998)
300 µg/m³ (24-h-Mittelwert) (VDI, 1998)
andere
Luftreinhalte-VO Schweiz (1998): 100 µg/m³ (24-h-Mittelwert)
30 µg/m³ (Jahresmittelwert)
EG-Richtlinie 90/779/EWG (1980): 100-150 µg/m³ (Tagesmittelwert)
80 µg/m³ (Jahresmittelwert)
40-60 µg/m³ (arithmetischer Jahresmittelwertauf
der Basis von Tagesmittelwerten)
EU-Luftqualitätsrichtlinie (1998): 350 µg/m³ (Zielwert f. 1-h-Grenzwert ab
2005), bis dahin Toleranzmarge von 150
µg/m³ (jährlich linear abzubauen auf Null bis
2005)
125 µg/m³ Zielwert f. 24-h-Grenzwert ab
2005 (darf nicht mehr als dreimal/Jahr überschritten
werden)
20 µg/m³ Grenzwert zum Schutz von Ökosystemen
ab Juli 2001 (Mittelungszeitraum
30

Kalenderjahr und Winter vom 1. Oktober –
31. März)
WHO (1987 + 1995) 500 µg/m³ (10-Min.-Mittelwert)
350 µg/m³ (1-h-Mittelwert)
125 µg/m³ (24-h-Mittelwert)
100 µg/m³ (24-h-Mittelwert)
50 µg/m³ (Jahresmittelwert)
30 µg/m³ (Jahresmittelwert z. Schutz d. Vegetation)
Expertenmeinung:
Vorsorgewert < 50 µg/m³ (Jahresmittelwert) (Kühling &
Peters, 1994)
100 µg/m³ (24-h-Mittelwert) (Kühling & Peters,
1994)
Als Umweltstandard schlagen wir für SO2 10 µg/m³ vor, um zum Schutz der Bevölkerung
einen Sicherheitsfaktor von 10 zum LOEL (lowest observed effect level) zu ge-
währleisten (KRUSE, 1996).
3.2.13 Stickstoffdioxid
Außenluft:
BRD
Grenzwert: 500.000 µg Stickstoffoxide (als Stickstoffdioxid)/m³
(Emission) bei einem Massenstrom von ≥5 kg/h (TA-Luft,
IW2:
1986)
200 µg/m³ (98%-Wert der Summenhäufigkeit
der Einzelwerte) (TA-Luft, 1986)
IW1: 80 µg/m³ (Jahresmittelwert) (TA-Luft, 1986)
MIK: 200 µg/m³ (½ -h-Mittelwert) (VDI, 1998)
31

100 µg/m³ (24-h-Mittelwert) (VDI, 1998)
Grenzwert: 160 µg/m³ (98%-Wert aus ½ -h-Mittelwerten) 23.
BImSchV (1996)
andere
Luftreinhalte VO Schweiz (1998):80 µg/m³ (24-h-Mittelwert)
30 µg/m³ (Jahresmittelwert)
EU-Luftqualitätsrichtlinie (1998): 200 µg NO2/m³ (1-h-Grenzwert ab 2010)
40 µg NO2/m³ (Jahresgrenzwert ab 2010)
30 µg NOx/m³ (Jahresgrenzwert für den Schutz der
Vegetation ab Juli 2001)
EG-Richtlinie 85/203/EWG: 200 µg/m³ (Grenzwert) => 98%-Wert der
(1985) Summenhäufigkeit berechnet aus den während des
Jahres gemessenen Mittelwerten über 1 Stunde
135 µg/m³ (Leitwert) => 98%-Wert der Summenhäufigkeit
berechnet aus den während des Jahres
gemessenen Mittelwerten über 1 Stunde
WHO (1987 + 1995 + 1997): 200 µg/m³ (1-h-Mittelwert)
40 µg/m³ (Jahresmittelwert)
95 µg/m³ (4-h-Mittelwert) z. Schutz d. Vegetation
30 µg/m³ (Jahresmittelwert) z. Schutz d. Vegetation
Arbeitsplatz:
BRD
MAK: 9.500 µg/m³ (DFG, 1998)
Expertenmeinung:
Vorsorgewert: < 20 µg/m³ (24-h-Mittel) (Kühling & Peters, 1994)
Als Umweltstandard für die Außenluft schlagen wir für NO2 20 µg/m³ (Jahresmittelwert)
vor. Dieser Wert gewährt einen Sicherheitsfaktor in Höhe von 10 zu ersten
nachweisbaren Schäden durch NO2 (KRUSE, 1996).
32

4 Chemische Reaktionen und Wechselwirkungen in der Troposphäre
Zur toxikologischen Beurteilung der Zusatz-Immissionen, die durch die Erweiterung
des Frankfurter Flughafens entstehen, ist es notwendig, sowohl die troposphärische
Chemie der emittierten Substanzen als auch ihre möglichen Wechselwirkungen zu
kennen.
Da bei dieser Beurteilung weitreichende Auswirkungen nicht betrachtet werden können,
wird eine Einschränkung auf die Troposphäre, also den Bereich der Atmosphäre,
der vom Erdboden bis in ca. 10 km Höhe reicht, vorgenommen. Dies ist insbesondere
für die photochemischen Reaktionen von Bedeutung, da energiereichere
Strahlung im UV- oder nahem sichtbaren Spektralbereich gar nicht oder nur abgeschwächt
den Erdboden erreicht, wodurch speziell die Ozonbildung im bodennahen
Bereich nach anderen Mechanismen abläuft als in der oberhalb der Troposphäre liegenden
Stratosphäre.
In Abbildung 1 ist zur Übersicht der relevante Teil des elektromagnetischen Frequenzspektrums
dargestellt. Das für uns sichtbare Licht liegt im Bereich von ca. 400
bis 750 nm.
800
700
600
Abbildung 1: Elektromagnetisches Frequenzspektrum
Harte UV-Strahlung < 175nm wird oberhalb der Mesopause (um 90 km Höhe) absorbiert.
UV-Strahlung im Bereich von 175 - 200 nm wird vollständig in der Mesosphäre
(50-90 km Höhe) und Strahlung zwischen 200 und 242 nm in der Stratosphäre (ca.
15-50 km Höhe) absorbiert. In die Troposphäre gelangt Strahlung zwischen 290 und
ca. 800 nm, wobei UV-Strahlung zwischen 290 und 340 nm nur abgeschwächt auftritt,
da sie durch Ozon in der Ozonschicht (ca. 20 km Höhe) teilweise absorbiert wird
(FABIAN, 1992).
33
500
400
300
Infra ro t (IR) Ultra vio le tt (UV)
We lle nlä ng e (nm )

Im folgenden werden zunächst einige grundlegende troposphärische Reaktionen von
solchen Substanzen dargestellt, die als Zusatz-Immissionen am Frankfurter Flughafen
eine Bedeutung haben. Dazu zählen insbesondere die Primärsubstanzen
Stickoxide, also NO und NO2, organische Substanzen wie die Aromaten Benzol, Toluol,
Ethylbenzol und Xylole (BTEX), Trimethylbenzole, Styrol, Naphthalin sowie dessen
Methylisomere 1- und 2-Methylnaphthalin als einfachste PAK und Phenol als ein
wichtiges Oxidationsprodukt des Benzols.
Interessant ist, daß Styrol bei den Emissionsmessungen an Flugzeugtriebwerken
nachgewiesen wird (SPICER et al., 1994; EICKHOFF, 1998), jedoch im Treibstoff
Jet-A1 nicht vorkam. In den Abgasen von Dieselmotoren schwanken die Styrol-
Konzentrationen erheblich.
Für den Münchener Flughafen ergaben sich aufgrund einer Modellrechnung unter
Berücksichtigung der Häufigkeit bestimmter Flugzeug- bzw. Triebwerkstypen folgen-
de Emissionsmengen:
Tabelle 5: Mittlere Emissionen pro Triebwerk (kg/h), Flughafen München 1993
(GRAF & TREMMEL, 1996)
Substanz Start Landung Taxi
NOx 102,05 9,92 1,70
CO 3,49 5,54 14,72
Kohlenwasserstoffe 0,81 0,89 3,77
Auffallend sind die hohen Emissionen an Stickoxiden während der Startphase (Vollschub-Betrieb)
und die hohen Werte für Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe im
Roll- bzw. Taxi-Betrieb.
Unter den Kohlenwasserstoffen dominieren die Alkane als unverbrannte Bestandteile
(C8-C16) des Treibstoffes und kurzkettigere u.a. durch Crackprozesse gebildete Alkane
und Alkene, die zusammen mit den Aromaten die höchsten Photochemischen
Ozon-Bildungs-Potentiale (POCP) aufweisen (DERWENT et al., 1998). Treibstoffe
für Flugzeuge enthalten zu über 95% Kohlenwasserstoffe der Kohlenstoffanzahl C8-
C16 (JP-5-Treibstoff) (SPICER et al., 1994), Jet-A1-Treibstoff (EICKHOFF, 1998),
34

wobei Alkane und Alkylbenzole den Hauptanteil ausmachen. Besonders im Leerlauf-
Betrieb werden bedeutend größere Mengen Kohlenwasserstoffe emittiert als bei 30
oder 80% Schubleistung (SPICER et al., 1994). Ca. 98% der gesamten organischen
Emissionen im Flughafenbereich werden im Leerlauf oder Taxi-Betrieb abgegeben
(TRIJONIS et al., 1976). Da die kurzkettigen Alkane Vorläufersubstanzen für Aldehyde
(Formaldehyd, Acetaldehyd etc.) oder Peroxyacylnitrate (speziell PAN, PPN) (vgl.
Gl. 10-16) sind, kommt ihnen bei unseren Überlegungen ein besonders hoher Stellenwert
zu.
Im Folgenden sollen Reaktionen vorgestellt werden, die an Ozon-Bildung und -
Abbau beteiligt sind. In der Stratosphäre wird Ozon gemäß Gl. 1 und 2 gebildet (FA-
BIAN, 1992; BRASSEUR et al., 1998).
Gl. 1 O2
Gl. 2 (2)
hν
2 O< 243 nm
M
O2 + O
O3
Da UV-Strahlung dieser Wellenlänge den bodennahen Bereich (s.o.) nicht erreicht,
muß die in der Troposphäre beobachtete Ozon-Bildung nach anderen Mechanismen
verlaufen.
Hier spielen u.a. die Stickoxide (NO und NO2) als Vorläufersubstanzen für Ozon eine
entscheidende Rolle. Messungen zeigen, daß die von den Triebwerken emittierten
Stickoxide zu ca. 4-10 % aus NO2 und 90-96 % aus NO bestehen (GRAF & TREM-
MEL, 1996; PETRY et al., 1998). Freie Sauerstoff-Atome werden in der Troposhäre
aus NO2 durch die photochemische Reaktion
Gl. 3 NO2
hν
NO + O( 3 )< 420 nm
gebildet (FABIAN, 1992; BRASSEUR et al., 1998; JENKIN & HAYMANN, 1999). Der
gebildete, reaktive Triplett-Sauerstoff O( 3 ) kann gemäß Gl. 2 zu Ozon reagieren.
2
M ist ein Stoßpartner bei der Reaktion, der Energie abführt. In der Luft handelt es sich im allgemeinen um O2oder
N2-Moleküle.
35

Neben den ozonbildenden Reaktionen finden auch ozonabbauende Reaktionen unter
Beteiligung von NO statt. Unter anderem reagiert Stickstoffmonoxid gemäß
Gl. 4 NO + O3 NO2 + O2
mit Ozon wieder zu Sauerstoff O2 und Stickstoffdioxid, woraus nach Gl. 3 allerdings
wieder Ozon entstehen kann. Aufgrund der hohen NO-Immissionen im unmittelbaren
Flughafenbereich findet man am Flughafen selbst im allgemeinen keine erhöhten
Ozon-Werte.
Da Ozon immer nach den in Gl. 2-3 dargestellten Vorläufer-Reaktionen entsteht, findet
man erhöhte Ozon-Konzentrationen zeit- und ortsversetzt. Welches Ozonprofil im
weiteren Umfeld des Flughafens entsteht, ist u.a. abhängig von den lokalen meteorologischen
Verhältnissen. Ozonmaxima finden sich meist 1 bis 5 Stunden später
zwischen wenigen Kilometern (GRAF & TREMMEL, 1996) bis über 100 km windab-
wärts der Gebiete mit den höchsten Stickoxidemissionen (FABIAN, 1992).
In der Troposphäre ist das Hydroxyl-Radikal O das wichtigste Oxidationsmittel für
Spurengase (BRASSEUR et al., 1998), auch für die Kohlenwasserstoffe aus dem
Flughafenbetrieb. Für die Bildung von O-Radikalen ist wieder eine photochemische
Reaktion verantwortlich (FABIAN, 1992; BRASSEUR et al., 1998).
Gl. 5 O3
hν
36
O( ) + O2 < 315 nm
Gl. 6 O( ) + H2O 2 O
Ozon wird dabei dissoziiert zu Sauerstoff O2 und dem gegenüber Triplett-Sauerstoff
O( 3 ) energiereicheren, reaktiveren Singulett-Sauerstoff O( ). Dieser reagiert mit
dem in der Luft vorhandenen Wasserdampf zu 2 Hydroxyl-Radikalen (3) .
3 Radikale (außer NO und NO2) werden im Text rot, fett, kursiv dargestellt. Alle Moleküle und Radikale, die
hier besprochen werden, sind im Anhang namentlich mit Strukturformel dargestellt, um die gezeigten Reaktionen
zu verdeutlichen.

Die Lebensdauer der O-Radikale beträgt nur einige Sekunden. Ca. 75% der O-
Radikale reagiert mit CO, fast der gesamte Rest mit Methan CH4 (BRASSEUR et al.,
1998), welches auch von Triebwerken in größeren Mengen emittiert wird (vgl.Tabelle
6).
Durch die Reaktion von O mit CO und Kohlenwasserstoffen werden Reaktions-
Sequenzen initiiert, die wiederum zur Ozon-Bildung und Rückbildung von O führen.
Gl. 7 CO + O CO2 +
Gl. 8 + O2
Gl. 9 O + NO O + NO2
M
Das Stickstoffdioxid aus Gl. 9 kann nach Gl. 3 photochemisch ein Sauerstoffatom
abspalten, welches mit O2 nach Gl. 2 zu Ozon reagieren kann.
Durch die Reaktion von O mit Methan, welches besonders im Leerlauf der Trieb-
werke in größeren Mengen emittiert wird (SPICER et al., 1994), oder anderen Alkanen,
kann ebenfalls Ozon gebildet werden, was am Beispiel eines Alkans (R-CH3)
gezeigt wird:
Gl. 10 R-CH3 + O C2 + H2O R = H, Alkylgruppe
Gl. 11 C2 + O2
Gl. 12 C2O + NO C2O + NO2
M
37
O
C2O
Gl. 13 C2O + O2 R-CHO + O
Das O-Radikal bindet ein Wasserstoffatom des Alkans, wodurch Alkyl-Radikale
entstehen (Gl. 10). Mit Sauerstoff O2 bilden sich nach Gl. 11 Alkylperoxyl-Radikale,
die mit Stickstoffmonoxid zu Alkyloxyl-Radikalen und Stickstoffdioxid reagieren
(Gl. 12). Das NO2 kann nach Gl. 3 und Gl. 2 wieder zur Ozon-Bildung beitragen.
Aus den Alkyloxyl-Radikalen können mit Sauerstoff O2 wiederum Hydroperoxyl-
Radikale entstehen (Gl. 13), die nach Gl. 9 einerseits zur Rückbildung von O führen

und wiederum NO2 bilden. Andererseits entstehen Aldehyde R-CHO (FABIAN, 1992;
BRASSEUR et al., 1998; CARTER & ATKINSON, 1989). Ist R = H entsteht Formaldehyd,
steht R für CH3, entsteht Acetaldehyd und wenn R = C2H5 ist, wird Propanal
(Propionaldehyd) gebildet.
Aus den letztgenannten Aldehyden können sich über die im folgenden gezeigten Reaktionen
die Peroxyacylnitrate (insbesondere Peroxyacetylnitrat [PAN] und Peroxypropionylnitrat
[PPN]) bilden.
Gl. 14 R-CHO + O CO + H2O R = H, Alkylgruppe
Gl. 15 CO + O2 CO(O)
Gl. 16 CO(O)+NO2 R-CO(OO)NO2
Peroxyacylnitrate verursachen starke Schleimhautreizungen (Tränenreizung), sind
phytotoxisch und wirken möglicherweise mutagen und hautkrebserzeugend (FABIAN
et al., 1993; MUDD, 1969; Taylor, 1969; STEPHENS, 1969; LOVELOCK, 1977;
SHEPSON, 1986). PAN ist thermolabil und zerfällt im Sommer innerhalb von ca.
60 min in Umkehrung von Gl. 16 wieder in Stickstoffdioxid und das Acylperoxyl-
Radikal (BRASSEUR et al., 1998), kann aber, wenn es durch Konvektion in kältere
Bereiche der Atmosphäre gelangt, über sehr große Distanzen als Transport-
Verbindung für das Stickstoffdioxid dienen (SINGH & HANST, 1981). Messungen
zeigen, daß die Ozon- und die PAN-Konzentrationen speziell von spätem Frühling
bis zum Spätsommer gut miteinander korrelieren (KOURTIDIS et al., 1993).
An oben gezeigten Reaktionen ist ersichtlich, wie komplex die Wechselwirkungen
zwischen den verschiedenen Stoffen sind. Warneck beschreibt ein Konzentrations-
[NO]
verhältnis K = . Liegt K bei erhöhter Stickoxid-Emission oberhalb von 2 * 10
[O ]
-4 ,
3
so ist die Schwelle für eine verstärkte Ozonbildung überschritten. Dieser Wert ist in
Europa und Nordamerika im allgemeinen permanent weit überschritten (WARNECK,
1988).
Wakamatsu et.al. fanden in einer Modellrechnung, daß sich das zeitliche Auftreten
des Ozonmaximums bei veränderten NOx und Kohlenwasserstoff-Emissionsmengen
38

(ohne Methan; NMHC) verschieben kann. Von Bedeutung sind insbesondere die
[NMHC]
Emissionsmengen von NOx und NMHC sowie der Quotient Q = . Ein Anstieg
[NO ]
der NOx-Emissionen steigert das Ozon-Bildungs-Potential, eine Verminderung an
NMHC vermindert die Ozon-Bildungsgeschwindigkeit bzw. eine erhöhte NMHC-
Emission steigert die Bildungsgeschwindigkeit von Ozon (WAKAMATSU et al.,
1999). Ist Q > 10
⎡
⎢
⎢
⎣
ppbC
ppb(NO )
x
tration ist sensitiv bezüglich NOx-Emissionen.
Ist dagegen Q < 10
⎡
⎢
⎢
⎣
ppbC
ppb(NO )
x
⎤
⎥ , so ist das System NOx-limitiert und die Ozon-Konzen-
⎥
⎦
⎤
⎥ , so ist das System NMHC-limitiert. Es reagiert sensi-
⎥
⎦
tiver auf die Minderung der NMHC-Emissionen (WAKAMATSU & UNO, 1985; WA-
KAMATSU et al., 1985). Von Carter und Atkinson wurden Modellrechnungen bezüglich
der inkrementellen Reaktivität von Kohlenwasserstoffen durchgeführt. Die inkrementelle
Reaktivität ist definiert als die relative Änderung der Ozon-Konzentration,
ausgelöst durch das Hinzufügen einer entsprechenden Substanz in die Umgebungsluft.
Als Beispiel-Substanzen in der Modellrechnung dienten u.a. Kohlenmon-
oxid, verschiedene Alkane, Alkene und Aldehyde sowie aromatische Kohlenwasserstoffe.
Die inkrementellen Reaktivitäten der genannten Substanzen sind signifikant
abhängig vom oben beschriebenen Quotienten Q (CARTER & ATKINSON, 1989).
Mit Hilfe derartiger Rechnungen sind daher Aussagen möglich, wie sich zusätzliche
Stoffkonzentrationen auf die Ozonbildung auswirken.
39
x

Zusammenfassend lassen sich oben gezeigte Reaktionen vereinfacht wie in
Abbildung 2 darstellen.
VOC
Reaktion mit O 2
H
O
R O
- O
O
N +
O
N
O O,
hν
O
O 3
O 3
N
- O
O O,
hν
O
H O
R
N +
O
40
O
O
Carbonyl-
Verbindungen
Reaktion mit O 2, Zerfall
oder Isomerisierung
Abbildung 2 Schema der radikalisch katalysierten Oxidation von flüchtigen organischen
Substanzen (VOC = volatile organic compounds) im Beisein von NOx und die
damit verbundene Ozonbildung (JENKIN & HAYMAN, 1999)
Weitreichende Einblicke in die komplexen Wechselwirkungen von Stoffen in der Troposphäre
gewährt, im Sinne einer Reaktions-Datenbank, der Master Chemical Mechanism
MCM. Das Projekt steht z.Z. in der Version 2.0 frei zugänglich im Internet
zur Verfügung, da es für eine gedruckte Publikation zu umfangreich ist (MASTER
CHEMICAL, 1999). Der MCM beschreibt derzeit für 123 flüchtige organische Verbin-

dungen (VOC) die komplette troposphärische Oxidation und umfaßt dadurch insgesamt
ca. 3480 Substanzen und ca. 10500 Reaktionen!
Das Projekt wird u.a. dazu genutzt, die photochemischen Ozon- bzw. Peroxyacylnitrat-Bildungs-Potentiale
(POCP und PPCP) für die entsprechenden VOC zu ermitteln
(DERWENT et al., 1998; JENKIN & HAYMAN, 1999).
Wie stark verschiedene Substanzen zur Ozonbildung beitragen ist u.a. abhängig von
ihrer Konzentration und der Geschwindigkeit der entsprechenden Reaktionen
(DERWENT et al., 1998). Die Modell-Rechnung von Derwent et.al. ergab u.a. folgende
photochemische Ozon- bzw. Peroxyacylnitrat-Bildungs-Potentiale (POCP und
PPCP):
41

Tabelle 6: POCPs, PPCPs und Emissionsmengen für einige ausgewählte Kohlenwasserstoffe
Substanz X POCP PPCP Emission TF-39 (Leerlauf)
[ppmC] (SPICER et al.,
1994)
Methan 0,6 0,9 9,42
Ethan 12,3 17,3 2,04
Propan 17,6 13,7 0,89
Octan, n- 45,3 42,9 0,34
Nonan, n- 41,4 34,9 0,52
Decan, n- 38,4 25,8 1,58
Undecan, n- 38,4 29,1 2,45
Dodecan, n- 35,7 37,2 2,84
Ethen 100,0 24,8 62,28
Propen 112,3 100,0 21,33
Buten, 1- 107,9 82,8 7,53
Penten, 1- 97,7 65,4 2,95
Benzol 21,8 4,5 7,45
Toluol 63,7 47,8 2,71
Xylol, o- 105,3 96,0 0,82
Xylol, m- 110,8 94,6
Xylol, p- 101,0 92,2
1,48
Ethylbenzol 73,0 44,9 0,93
Trimethylbenzol, 1,2,3- 126,7 119,1 -
Trimethylbenzol, 1,2,4- 127,8 118,5 -
Trimethylbenzol, 1,3,5- 138,1 122,4 -
Styrol 14,2 2,2 1,38
Formaldehyd 51,9 14,8 14,60
Acetaldehyd 64,1 94,0 7,50
Propionaldehyd 79,8 73,9 2,43
Butanal 79,5 61,0 3,17
42

Ozon- bzw. PAN-Bildungspotentiale werden jeweils auf bestimmte Referenzsubstanzen
bezogen. Die Photochemischen Ozon-Bildungs-Potentiale POCP einer Substanz
X sind definiert als:
POCP X
Ozon − Inkrement durch X
=
Ozon − Inkrement durch Ethen
43
* 100
Für die Photochemischen PAN-Bildungs-Potentiale PPCP der Substanz X gilt analog:
PPCP X
PAN − Inkrement durch X
=
PAN − Inkrement durch Propen
* 100
Als Referenzsubstanz für die POCPs dient Ethen, für die PPCPs ist es Propen, je-
weils mit dem Wert 100. Je höher der jeweilige Wert, desto größer ist das Potential
des entsprechenden Kohlenwasserstoffs, zur Ozonbildung beizutragen. Für Alkane
liegen die POCPs etwa zwischen 30 und 54, wobei oberhalb einer C-Kettenlänge
von 7 die POCPs wieder sinken. Alkene liegen im Bereich von 62-115. Die Aromaten
liegen im Bereich von 50-138, wobei speziell die Trimethylbenzole die höchsten
Werte erreichen, was gleichzeitig für die PPCPs gilt. Auch die Aldehyde weisen mit
POCP-Werten zwischen 51-80 recht hohe Werte auf.
Vergleicht man diese von Q (s.o.) abhängigen Werten mit den entsprechenden
Werten bei halbierter bzw. verdoppelter NOx-Konzentration in der Umgebungsluft
(Referenz: 2 ppb NO und 6 ppb NO2), so bleibt der POCP-Trend: Aromaten > Alkene
> Aldehyde > Alkane weitgehend erhalten. Bei Substanzen mit POCP > 100 tendiert
der POCP-Wert mit steigender NOx-Emission ebenfalls zu höheren Werten, ist POCP
< 60, tendiert der POCP-Wert zu niedrigeren Werten.
Dies bedeutet also gerade für die emittierten Aromaten und Alkene ein erhöhtes
Ozon-Bildungspotential POCP durch die gleichzeitig erhöhten NOx-Emissionen im
Flughafenbereich.
Zu den Hauptemissionen im Leerlaufbetrieb zählen u.a. Ethen, Propen und Formaldehyd
(SPICER et al., 1994) - alle 3 Substanzen weisen relativ hohe POCPs bzw.
PPCPs auf und tragen somit durch ihre mengenmäßige Relevanz ebenfalls zur
Ozon- bzw. Peroxyacylnitrat-Bildung bei.

Beispielhaft sollen hier die Oxidationsreaktionen des Toluols und des Benzols vorgestellt
werden, wie sie im Master Chemical Mechanism (MASTER CHEMICAL, 1999)
und von Parker und Davis (PARKER & DAVIS, 1999) diskutiert werden. Nach initialer
Reaktion des Toluols mit einem O-Radikal, welches zu ca. 90% am aromatischen
Ringsystem angreift (ATKINSON, 1994), entsteht das Oxepin, welches mit dem
Epoxid im Gleichgewicht steht. Hieraus entstehen als weitere Produkte überwiegend
ein mehrfach ungesättigter Aldehyd (6-Ketohepta-2,4-dienal) und das entsprechende
Methylphenol (o-Cresol). Benzaldehyd entsteht beim Angriff des O-Radikals auf die
Methylgruppe des Toluols, welcher mit ca. 10%-iger Wahrscheinlichkeit stattfindet.
In Gegenwart von Stickoxiden, speziell NO2, entstehen zusätzlich Nitrotoluole,
hauptsächlich m-Nitrotoluol, wobei die gebildete Menge linear von der NO2-
Konzentration abhängt (MOSCHONAS et al., 1999).
Als Reaktionsprodukt von Benzol mit Ozon entsteht nach dem Schema in Abbildung
3 auch Phenol.
+
O 3
hν λ > 310 nm
( 3 O: P)
+
O 2
hν
H O
OH
O
Abbildung 3: Photochemische Reaktion von Ozon mit Benzol (PARKER & DAVIS,
1999)
44
O
H
H
hν
O
C
H

Zunächst entsteht bei der Reaktion von Benzol mit Ozon ein intermediäres biradikalisches
Produkt, welches in drei Richtungen weiterreagieren kann. Zum einen das
Benzoloxid, welches jedoch photoinstabil ist und im Gleichgewicht mit dem Biradikal
steht, zum anderen Cyclohexadienon, welches photochemisch zum Butadienylketen
weiterreagiert. Eine weitere Möglichkeit ist die Bildung von Phenol aus dem Biradikal.
Bei längeranhaltender Einstrahlung von Licht > 280 nm verschiebt sich die Menge
der gebildeten Produkte zugunsten des Phenols, da das Butadienylketen im Gegensatz
zu Phenol photochemisch instabil ist und weiter zerfällt.
Neben den Monoaromaten werden von uns auch das Naphthalin und dessen methylsubstituierten
Isomere 1- und 2-Methylnaphthalin als relevant angesehen. In
Tabelle 7 sind die Emissionsmengen für verschiedene Triebwerks-Typen dargestellt.
Um die Mengen einordnen zu können, sei auf Tabelle 6 verwiesen, in der u.a. die
Hauptemittenten aufgeführt sind.
Tabelle 7: Emissionsmengen verschiedener Triebwerks-Typen
Substanz Triebwerkstypen
CF6-50
[mg/m 3 ]
CFM-56
[mg/m 3 ]
Verschiedene
[mg/m 3 ]
45
TF-39
[ppmC]
CFM-56
[ppmC]
Naphthalin 0,42 0,01 0,57 1,99 1,35
1-Methylnaphthalin 0,24 0,01 - 0,88 0,61
2-Methylnaphthalin 0,38 0,01 0,58 0,88 0,51
Messung
Literatur
Triebwerksprüfstand
EICKHOFF,
1998
Triebwerksprüfstand
EICKHOFF,
1998
Mittelwert versch.
Triebwerke bei Hinterherfahrt
Leerlauf Leerlauf
EICKHOFF, 1998 SPICER et SPICER et al.,
al., 1994 1994

Von Sasaki et.al. wurden PAK mit 2-4 Ringen, darunter auch die oben angeführten
drei Substanzen, photochemisch unter simulierten atmosphärischen Bedingungen
untersucht (SASAKI et al., 1995). Die Reaktionsprodukte wurden mit einem modifizierten
Ames-Test auf ihre Mutagenität untersucht. Da die von Dieselmotoren emittierten
Nitro-PAK in einigen Fällen von den isomeren Formen abweichen, die in der
Umgebungsluft vorherrschen (PAPUTA-PECK et al., 1983; NIELSEN, et al., 1984;
NIELSEN & RAMDAHL, 1986; AREY et al., 1987), kann dies möglicherweise auch
für Triebwerksemissionen gelten. Die angeführten PAK finden sich hauptsächlich in
der Gasphase wieder und reagieren, wie andere Kohlenwasserstoffe auch, in der
Luft mit Ozon, NOx oder O-Radikalen. Als Reaktionsprodukte treten für die in
Tabelle 7 aufgeführten PAK 1- und 2-Nitronaphthalin (gebildet aus Naphthalin) und
alle 14 möglichen Methylnitronaphthaline (gebildet aus 1- und 2-Methylnaphthalin)
auf. Für diese Substanzen wurde eine mutagene Wirkung gefunden, wenn auch die
Nitro-PAK, die sich aus Phenanthren, Chrysen, Pyren und insbesondere Fluoranthen
bilden, eine um Größenordnungen höhere mutagene Potenz zeigen. Die aus PAK
durch Photooxidation entstehenden Nitro-PAK tragen signifikant zur direkt-wirkenden
Mutagenität der Umgebungsluft bei.
Bezüglich der Auswirkungen der zusätzlichen Immissionen, die durch die Erweiterung
des Frankfurter Flughafens entstehen, soll auf die Ergebnisse der Untersu-
chungen am Münchner Flughafen verwiesen werden (GRAF & TREMMEL, 1996).
Nach Inbetriebnahme im Mai 1992 konnten geringfügige Änderungen der Schadstoff-
Immissionen nachgewiesen werden. Bei bestimmten Wetterlagen wurden kleinräumige
Veränderungen der Schadstoff-Konzentrationen festgestellt. Die NOx-Konzentrationen
werden ab einer Entfernung von mehr als 20 km vom Flughafen vom
Kfz-Verkehr dominiert. Im Nahbereich zeigen sich dennoch Änderungen bezüglich
der Ozon- und NO2-Konzentrationen, wie in Abbildung 4 (Modell-Rechnung unter
Berücksichtigung von und in Übereinstimmung mit Emissionsmeßdaten) dargestellt
ist. Die dargestellte NO2-Verteilung zeigt im Herbst nördlich des Flughafens (untere
schraffierte Fläche) und im Flughafenbereich selbst eine erhöhte NO2-Konzentration.
Deutlich erkennbar ist bei südöstlicher Windrichtung eine erhöhte Ozonkonzentration
nördlich und südöstlich des Flughafens, da bei dieser Windströmung kein frisch emittiertes
NO in diese Regionen gelangt. In Quellnähe dagegen (NO-Emissionen aus
46

Triebwerken bzw. aus Kfz-Abgasen im Autobahnbereich) ist die Ozonkonzentration
deutlich geringer, da hier nach Gl. 4 Ozon abgebaut wird.
Wo sich die erhöhten NO2- oder auch Ozon-Konzentrationen bilden, ist also maßgeblich
von der vorherrschenden Windrichtung abhängig. Für NO2 ist der Einfluß der
Kfz- und Flugzeugemissionen in Bodennähe bis zu einer Entfernung von ca. 15 km
bemerkbar. Die NO2-Maxima liegen direkt in Quellnähe, wodurch in
Abbildung 5 auch der Verlauf der beiden Autobahnen A9 und A92 deutlich erkennbar
ist.
Keine Ergebnisse liegen über die Immissionen von Kohlenwasserstoffen vor.
47

Abbildung 4: Links: NO2-Verteilung [µg/m 3 ] in 10m über Grund im Herbst mit überlagertem
berechneten Windfeld
Rechts: Ozon-Verteilung [µg/m 3 ] in 10m über Grund im Herbst (aus
GRAF & TREMMEL, 1996)
Abbildung 5: Mittlere NO2-Verteilung [µg/m 3 ] in 10m über Grund im Herbst
48

In Hinblick auf die Situation am Frankfurter Flughafen lassen sich die chemischen
Reaktionen und Wechselwirkungen in der Troposphäre folgendermaßen zusammenfassen:
Die chemischen Reaktionen in der unteren Schicht der Atmosphäre, der Troposphäre,
spielen bei der Beurteiung von Emissionen eine wichtige Rolle, weil einerseits die
Lebensdauer bzw. Reaktivität einer emittierten Substanz maßgebend ist, ob sie relevante
Immissionen erzeugen kann und andererseits, ob aus zunächst toxikologisch
weniger relevanten Substanzen durch (photo-)chemische Reaktionen hochtoxische
Stoffe entstehen können.
Dies gilt besonders für die polyzyklischen Kohlenwasserstoffe (PAK), die in Anwesenheit
von Stickoxiden Nitro-PAK bilden, welche z.T. stark mutagen wirken. Für den
Flugbetrieb sind hier besonders Naphthalin, sowie 1- und 2-Methylnaphthalin zu
nennen, die in größerer Menge besonders im Triebwerks-Leerlauf emittiert werden.
Besonders wichtig ist auch das Verständnis der ozonbildenden Reaktionen. Ozon ist
selbst als Schadstoff zu betrachten, der aufgrund seiner hohen Reaktivität mit vielen
Substanzen reagiert. Als Beispiel wurde die Reaktion mit Benzol gezeigt, wobei eine
Vielzahl an Produkten gebildet wird, deren toxikologische Bedeutung nur in Ausnah-
49

mefällen bekannt ist. Gleichzeitig läßt sich durch die Kenntnis dieser Reaktionen das
Auftreten von Substanzen in der Immission erklären, die im Treibstoff selbst bzw. im
Abgas nicht vorkommen (z.B. Phenol).
Zudem ist Ozon maßgeblich an der Bildung der O-Radikale beteiligt, die z.B. bei
der Bildung der Peroxyacylnitrate eine Rolle spielen und entscheidend sind bei der
Oxidation von Kohlenmonoxid CO zu Kohlendioxid CO2. Peroxyacylnitrate bilden sich
u.a. aus Alkanen, die wie gezeigt, ebenfalls in großen Mengen von Triebwerken
emittiert werden.
Hervorzuheben ist, daß ca. 98% der gesamten organischen Emissionen im
Flughafenbereich im Leerlauf oder Taxibetrieb emittiert werden, so daß eine
Reduzierung der Leerlauf-Zeiten im Sinne einer Schadstoffreduzierung notwendig
ist.
Das oft vorgebrachte Argument, daß im Flughafenbereich die Ozonkonzentrationen
keineswegs erhöht sind, kann nicht ohne weitere Ausführungen bleiben. Wie be-
schrieben, sind hier u.a. meteorologische und topologische Gegebenheiten von Bedeutung.
Durch die hohen NO-Emissionen am Flughafen können sich dort keine er-
höhten Ozonkonzentrationen bilden, da Ozon durch NO abgebaut wird. Das Ozon
bildet sich zeit- und ortsversetzt bis zu 100 km entfernt.
Für die Abschätzung der toxikologischen Relevanz müssen die zusätzlichen Immis-
sionen bekannt sein. Das UBA hat zu diesem Zweck ein Ausbreitungsmodell zur Berechnung
der Konzentrationsverhältnisse in der Umgebung des Frankfurter Flughafens
entwickelt. In dieses Modell fließen Daten bzgl. der Emissionen von NOx, CO,
SO2, Ruß und Kohlenwasserstoffen von Industrie, Kfz- und Flugverkehr ein. Chemi-
sche Umwandlungen werden beachtet. Der Modellraum umfaßt eine Fläche von 60 x
60 km 2 , die bis zu einer Höhe von 3000 m aufgespannt wird. Ziel ist die Berechnung
der Immissionssituation für oben genannte Schadstoffe und durch Umwandlung entstandener
Substanzen, sowie die Ermittlung von Zusatzbelastungen, die durch den
Ausbau des Frankfurter Flughafens entstehen. Ergebnisse liegen bislang noch nicht
vor.
Im Ansatz ähnlich ist die Arbeit von GRAF und TREMMEL (1996), die für die Berechnung
von Ozon- und NO2-Profilen im Umfeld des Münchner Flughafens das Eulersche
Ausbreitungsmodell REWIH 3D (Modellraum = 30 x 30 km 2 ; Höhe 6000 m)
50

enutzt haben, um den Beitrag des Luftverkehrs an den Schadstoffimmissionen in
der Umgebung des Flughafens im Vergleich zum Beitrag des Kfz-Verkehrs zu ermitteln.
51

5 Beurteilung der derzeitigen Immissionsbelastung des Frankfurter Flughafens
und seiner Umgebung
Im folgenden werden zunächst die Schadstoffimmissionen am Frankfurter Flughafen
und in der Umgebung mit Belastungen anderer Regionen verglichen und anschließend
mit Hilfe der von uns erarbeiteten Umweltstandards bewertet. Berücksichtigt
wird dabei der Anteil, den die Triebwerksemissionen an der Gesamtbelastung auf
dem Flughafengelände und in der Umgebung haben. Hierzu wird in Ermangelung der
Daten des UBA-Forschungsauftrages behelfsmäßig auf Berechnungen von BÜCHEN
(1999) zurückgegriffen. Nach diesen Berechnungen tragen die derzeitigen organi-
schen Triebwerksemissionen (Einzelstoffe ≤ 0,1 µg/m³) nicht zu einem Anstieg der
untersuchten Schadstoffe im Umland des Flughafens bei. Sobald die UBA-Daten
vorliegen, muß eine präzise Bewertung der Immissionssituation – getrennt nach
Flugzeugemissionen und anderen Emittenten – erfolgen.
Es ist nicht Gegenstand dieses Gutachtens, die Zusatzimmissionen durch den bei
Ausbau des Flughafens zu erwartenden steigenden Kfz-Verkehrs zu berücksichtigen.
Dennoch weisen wir nachdrücklich darauf hin, daß der zusätzliche Kfz-Verkehr einen
entscheidenden Beitrag zur Gesamt-Immissionsbelastung leisten wird.
Nicht für alle Parameter, für die erste Befunde am Flughafen vorliegen, liegen Immissionskonzentrationen
im weiteren Umfeld des Flughafens vor. Ersatzweise wird dann
auf unser Gutachten vom 18.06.1999 verwiesen, in dem Immissionsdaten anderer
Regionen Deutschlands aufgeführt sind.
Tabelle 8 faßt die für den Flughafen vorliegenden Immissionskonzentrationen im
Vergleich zu unseren Umweltstandards und üblicherweise in Deutschland vorkommenden
Immissionen (Jahresmittelwerte) zusammen.
52

Tabelle 8: Luftschadstoffkonzentrationen am Flughafen und in seiner Umgebung
im Vergleich zu Umweltstandards und Immissionen in ländlichen
Gebieten und Ballungsräumen Deutschlands (Angaben in µg/m³)
Substanz Umwelt- Messung Messung Frankfurter Berechnung Berechnung Übliche Übliche
standard Flughafen Flughafen Raum FlugzeugFlugzeugKonzentra- Konz. in
(TÜV, 1999) (HLFU, (HLFU, immisionenimmissionentionen in ländl. Ge-
1999a,b) 1999a,b) am Flughafen im Umland deutschen bieten
(Janicke 1998; (Janicke 1998; Städten Deutsch-
Büchen 1999) Büchen 1999)
lands
Benzol 2,5 2,1 - 3,1 5 - 8 0,2 - 3,0 0,1 5-20

Umweltbundesamtes werden die Benzolimmissionen in Zukunft aufgrund der Reduzierung
von Benzol im Kraftstoff weiter sinken (UMLANDVERBAND FRANKFURT,
1999).
5.2 Ethylbenzol
Die Ethylbenzolkonzentrationen am Flughafen liegen deutlich unter unserem Umweltstandard
(10 µg/m³). Wie Tabelle 8 zeigt, weisen ländliche Gebiete niedrigere
Ethylbenzolkonzentrationen (

5.6 Styrol
Der nach BÜCHEN (1999) berechnete Anteil der Flugzeugimmissionen an der Gesamtbelastung
des Flughafengeländes ist auch beim Styrol größer als die vom TÜV
(1999) auf dem Flughafengelände gemessene Gesamtimmission. Styrolgehalte,
wie sie in deutschen Städten vorkommen (0,5-17 µg/m³) werden am Flughafen nicht
erreicht. Der von uns genannte Umweltstandard (1 µg/m³) wird deutlich unterschritten.
5.7 Toluol
Die Toluolkonzentrationen sind im Frankfurter Raum deutlich höher als im Bereich
des Flughafens, in beiden Fällen aber unter dem von uns vorgeschlagenen Umweltstandard
(30 µg/m³). Der Beitrag der Flugzeugemissionen an der Gesamtbelastung
ist nach Berechnungen von BÜCHEN (1999) zumindest für das Umland des
Flughafens zu vernachlässigen.
5.8 Xylole
Die Situation bei Xylolen ist mit der von Toluol vergleichbar: Die Xylolbelastung im
Frankfurter Raum und in anderen deutschen Städten (7-50 µg/m³) sind höher als die
auf dem Flughafen nachgewiesenen Konzentrationen, wobei der Anteil der Triebwerksemissionen
an der Gesamtbelastung am Flughafen nach BÜCHEN (1999) re-
lativ hoch ist. Unser Umweltstandard (30 µg/m³) wird deutlich unterschritten.
5.9 Ozon
Die Ozonkonzentrationen am Flughafen und im Umland sind vergleichbar und in der
Größenordnung der üblicherweise in deutschen Städten nachgewiesenen Konzentrationen
(20-50 µg/m³). Dies ist auch zu erwarten, da durch die hohen NO-
Emissionen der Triebwerke am Flughafen Ozon abgebaut wird (Ozon bildet sich zeitund
ortsversetzt in Entfernungen bis hin zu 100 km). Unser Umweltstandard wird
im Jahresmittel am Flughafen selbst, aber auch in der Umgebung zur Zeit unterschritten.
Seit Anfang der 80er Jahre ist bei Stickstoffoxiden als Vorläufersubstanzen der
Ozonbildung und bei Ozon keine nennenswerte Abnahme feststellbar. Für Ozon
55

zeichnet sich seit 1992 ein stagnierendes Konzentrationsniveau ab. Die steigenden
Emissionen von Stickoxiden durch den Flugverkehr werden zu einer erhöhten Ozonbildung
im Umland führen (HLFU, 1999).
5.10 Kohlenmonoxid
Die CO-Messungen am Flughafen zeigen Konzentrationen unterhalb der im Frankfurter
Raum oder anderen deutschen Städten gemessenen CO-Gehalte. Nach Berechnungen
von BÜCHEN (1999) beträgt der Anteil der Triebwerksemissionen an
den Immissionen am Flughafengelände etwa 50%. Unser Umweltstandard (5000
µg/m³) wird unterschritten.
Die Immissionssituation gegenüber Kohlenmonoxid zeigt nach der HLFU (1999) hessenweit
seit 1987 eine abnehmende Tendenz.
5.11 NO2
Tabelle 8 zeigt die große Bedeutung der NO2-Immissionen für die Flughafenregion,
aber auch für die Umgebung. Sowohl am Flughafen selbst, als auch im Frankfurter
Raum wird der von uns genannte Umweltstandard (20 µg/m³) erheblich überschritten.
Der Flughafen stellt eine bedeutende Quelle für Stickoxide dar, wie auch die Be-
rechnungen von BÜCHEN (1999) bestätigen.
Die NOx-Emissionen des Flugverkehrs steigen schneller als die Zahl der Flugzeuge.
Gründe sind die steigende Größe der Flugzeuge und die Triebwerksoptimierung, die
die Konzentrationen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und CO reduziert, die
NOx-Emissionen aber ansteigen läßt (HLFU, 1999).
Bei Einbeziehung des gesamten Kfz-Verkehrs in der Region Untermain macht der
Flugverkehr ca. 10% der NOx-Emissionen aus (HLFU, 1999). Da die NOx- Emissionen
des Autoverkehrs nicht mehr ansteigen werden (HLFU, 1999), wird der Anteil
der Flugzeuge an den NOx-Emissionen mit zunehmendem Flugverkehr größer werden.
Im unmittelbaren Flughafenumfeld ist der Flugverkehr nach der HLFU (1999)
schon jetzt die dominante Emissionsquelle für NOx.
56

Nach der Europäischen Luftqualitätsleitlinie (1999) gilt für NO2 ab 2010 ein Grenzwert
von 40 µg/m³. Auf dem Flughafengelände (und auch im Frankfurter Raum) wird
dieser ab 2010 gültige Grenzwert zur Zeit überschritten (HLFU und ÖKOINSTI-
TUT,1999).
Wir halten die Stickoxidbelastungen für das wesentliche Luftschadstoffproblem
am Frankfurter Flughafen. Aus toxikologischer Sicht sind dringend Minderungsmaßnahmen
zu ergreifen. Zusätzliche Stickoxidbelastungen durch eine
neue Start- und Landebahn sind nur im Bereich der von uns in Kapitel 6 genannten
Konzentrationen zulässig.
5.12 SO2
Auch wenn Messungen im Frankfurter Raum Werte zeigen, die höher als die am
Flughafengelände (und höher als unser Umweltstandard (10 µg/m³)) sind, liegt die
SO2-Konzentration im Flughafenbereich im Bereich unserer Umweltstandards.
Zusätzliche Belastungen durch den Bau einer neuen Start- und Landebahn sind sehr
kritisch zu betrachten.
Die Immissionssituation gegenüber Schwefeldioxid zeigt hessenweit seit 1987 eine
abnehmende Tendenz (HLFU, 1999).
57

6 Ermittlung der duldbaren Zusatzbelastungen
In der TA-Luft (1986) wird davon ausgegangen, daß durch die Zulassung einer neuen
Anlage die Immissionen nicht geregelter Stoffe maximal um 1% der offiziellen
Grenzwerte steigen dürfen. In Anlehnung daran gehen wir davon aus, daß die durch
die neue Start- und Landebahn bedingte Zusatzimmissionen unter 1% unserer Umweltstandards
liegen.
Tabelle 9 enthält die aus unserer Sicht duldbaren Zusatzbelastungen durch die geplante
Start- und Landebahn.
Tabelle 9: Duldbare Zusatzbelastungen (Jahresmittelwerte im unmittelbaren
Flughafenumfeld) in Zusammenhang mit dem Ausbau einer neuen
Start- und Landebahn
Parameter Vorsorgewert Quelle duldbare
stungZusatzbela-
Benz(a)pyren 0,6 ng/m³ KRUSE (1996) 6 fg/m²
Benzol 2,5 µg/m³ LAI (1992) 0,025 µg/m³
Ethylbenzol 10 µg/m (Berechnung aus ADI) 0,1 µg/m³
Mesitylen -
Naphthalin 1,3 µg/m³ VICTORIN (1993) 0,013 µg/m³
Phenol 14 µg/m³ FOBIG (1993) 0,14 ng/m³
Styrol 1 µg/m³ KÜHLING & PETERS (1994) 10 ng/m³
Toluol 30 µg/m³ LAI (1996) 0,3 µg/m³
Xylole 30 µg/m³ KRUSE (1996) 0,3 µg/m³
Ozon 1
60 µg/m³ WIEBEN & KRUSE (1994) 0,6 µg/m³
CO 5 mg/m³ KÜHLING & PETERS (1994) 50 µg/m³
SO2 10 µg/m³ KRUSE (1996) 0,1 µg/m³
NO2 20 µg/m³ KRUSE (1996) 0,2 µg/m³
1: Der Ozon-Vorsorgewert muß vor allem im weiteren Umfeld des Flughafens
Ob die zusätzlichen Immissionen durch eine neue Start- und Landebahn unter
1% unserer Umweltstandards liegen werden, muß anhand der erwarteten Ergebnisse
des Forschungsvorhabens des Umweltbundesamtes geprüft werden.
58

7 Zusammenfassung
Nach Auswertung vorliegender Daten zu Triebwerksemissionen wurden von uns im
Gutachten vom 18.06.1999 toxikologisch relevante organische Triebwerksemissionen
ermittelt. In der Folge sollten nun die zusätzlichen triebwerksrelevanten Immissionen
einer geplanten Start- und Landebahn hinsichtlich toxikologischer Risiken für
die Gesundheit der betroffenen Anwohner und der Ökosysteme abgeschätzt werden.
Dazu war es notwendig, die Immissionen am Flughafen, aber auch in der weiteren
Umgebung zu beschreiben.
Seit 24. September werden vom TÜV Süddeutschland (1999) ausgewählte triebwerksrelevante
Immissionen (Ethylbenzol, Styrol, Mesitylen, Naphthalin und Phenol)
auf dem Flughafengelände gemessen; erste Ergebnisse liegen vor. Darüber hinaus
wurden von der HLFU (1992a,b, 1993, 1995 und 1999) Immissionsmessungen auf
dem Flughafengelände selbst bzw. in der Umgebung (anorganische Gase und BTX)
durchgeführt (Ist-Zustand). Außerdem wurden von BÜCHEN (1999) behelfsweise
triebwerksrelevante Immissionen (Zusatzbelastungen durch den Flugzeugverkehr)
für das Flughafengelände und für das Umland abgeschätzt. Ein Modell zur Berechnung
der Zusatzimmissionen durch eine neue Start- und Landebahn, die neben den
Triebwerksemissionen auch den zusätzlichen Kfz-Verkehr berücksichtigt, wird zur
Zeit im Auftrag des Umweltbundesamtes im Rahmen eines Forschungsvorhabens
erarbeitet; Ergebnisse liegen noch nicht vor.
Zur toxikologischen Beurteilung der gemessenen Immissionen auf dem Flughafen
und in der Umgebung sowie der durch die geplante neue Landebahn zusätzlich zu
erwartenden Immsissionen werden für triebwerksrelevante Schadstoffe und für
Schadstoffsekundärprodukte (Photooxidantien) bestehende Grenz- und Richtwerte
genannt und vorsorgeorientierte Umweltstandards erarbeitet. Anschließend wird auf
die möglichen Wechselwirkungen der Schadstoffe eingegangen. Ohne Kenntnis
verläßlicher Zusatzimmissionen (Modellrechnungen des UBA) können wir die Konzentrationen
der durch Wechselwirkungen entstandenen Photooxidantien (z.B.
Ozon), die in bis zu 100 km Entferung vom Flughafen auftreten können, nicht angeben.
59

Vergleicht man die derzeitigen Immissionen auf dem Flughafengelände und in der
Umgebung mit den von uns genannten Umweltstandards und mit Belastungen anderer
Regionen, wird deutlich, daß Benzol und NO2 die größte Rolle spielen. Bei diesen
Verbindungen sind die derzeitigen Belastungen auf den Flughafen und in der Umgebung
bereits höher als unsere Umweltstandards. Hier sind Minderungsmaßnahmen
zu ergreifen. Die Belastungen durch SO2 auf dem Flughafengelände liegen im Bereich
unserer Vorsorgewerte und sind deshalb kritisch zu bewerten. Auch die Ozonkonzentrationen
sind im Umland, (aber auch auf dem Flughafen selbst), in einem für
die Vegetation kritischen Bereich. Nach den derzeit vorliegenden Ergebnissen spielen
die übrigen triebwerksrelevanten Immissionen für die Region nur eine untergeordnete
Rolle. Wir empfehlen, als Leitverbindungen Benzol und NOx an einem mit
Lufthygienikern abzusprechenden Meßpunkt auf dem Flughafengelände regelmäßig
zu messen. Außerdem sollten im Umland die Ozonkonzentrationen an ausgewählten
Meßpunkten untersucht werden.
Zusatzimmissionen durch eine geplante Start- und Landebahn können von uns ohne
die Ergebnisse des UBA-Forschungsvorhabens nicht bewertet werden. In Anlehnung
an die TA-Luft (bei Neuzulassung von Anlagen dürfen Immissionen nicht geregelter
Stoffe um maximal 1% der offiziellen Grenzwerte steigen) halten wir die durch die
geplante Start- und Landebahn bedingten Zusatzimmissionen im Bereich des Flug-
hafengeländes in Höhe von 1% unserer vorsorgeorietierten Umweltstandards für tolerabel.
Diese Aussage gilt auch für Photooxidantien im weiteren Umfeld des Flug-
hafens (s. Tabelle 10). Ob die duldbaren Zusatzbelastungen unterhalb der zu
erwartenden Zusatzbelastungen durch die neue Start- und Landebahn liegen, muß
nach Vorliegen der Ergebnisse des Forschungsvorhabens des Umweltbundesamtes
geprüft werden.
Auch wenn es nicht Gegenstand dieses Gutachtens war, die Zusatzimmissionen
durch den zusätzlichen Kfz-Verkehr zu berücksichtigen, weisen wir nachdrücklich
darauf hin, daß dieser einen entscheidenden Beitrag zur Gesamtimmission leisten
wird.
60

Tabelle 10: Duldbare Zusatzbelastungen (Jahresmittelwerte im unmittelbaren
Flughafenumfeld) in Zusammenhang mit dem Ausbau einer neuen
Start- und Landebahn
Parameter Vorsorgewert duldbare
satzbelastungZu-
Benz(a)pyren 0,6 ng/m³ 6 fg/m²
Benzol 2,5 µg/m³ 0,025 µg/m³
Ethylbenzol 10 µg/m 0,1 µg/m³
Mesitylen -
Naphthalin 1,3 µg/m³ 0,013 µg/m³
Phenol 14 µg/m³ 0,14 ng/m³
Styrol 1 µg/m³ 10 ng/m³
Toluol 30 µg/m³ 0,3 µg/m³
Xylole 30 µg/m³ 0,3 µg/m³
Ozon 1
60 µg/m³ 0,6 µg/m³
CO 5 mg/m³ 50 µg/m³
SO2 10 µg/m³ 0,1 µg/m³
NO2 20 µg/m³ 0,2 µg/m³
1: Der Ozon-Vorsorgewert muß vor allem im weiteren Umfeld des Flug-
hafens eingehalten werden
61

8 Literaturverzeichnis
Arey, J., B. Zielinska, R. Atkinson, A.M. Winer:
Atmospheric Environment, 21, 1437-1444, 1987
Atkinson, R.:
Gas phase tropospheric chemistry of organic compounds, Journal of Physical an
Chemical Reference Data, Monograph 2, 1994
Auergesellschaft GmbH (Hrsg.):
Auer Technikum, 12. Ausgabe, 1989
Ayres, S.M., Gianelli, S. Jr., Mueller, H.:
Myocardial and systemic responses to carboxyhemoglobin, Ann. N.Y. Akad. Scienc.,
174 (1), 268-293, 1970
Bezuglaya, E.Y., Shchutskaya, A.B., Smirnova, I.V.:
Air pollution index and interpretation of measurements of toxic pollutant concentra-
tions, Atmos. Environ.,27A, 773-779, 1993
BMU (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit):
Konsequente Luftreinhaltepolitik gegen Ozonbelastung, Umwelt 9, 436-437, 1990
Brasseur, G.P., R.A. Cox, D. Hauglustaine, I. Isaksen, J. Lelieveld, D.H. Lister, R.
Sausen, U. Schumann, A. Wahner, P. Wiesen:
European scientific assessment of the atmospheric effects of aircraft emissions, Atmospheric
Environment, 32 (13), 2329-2418, 1998
BImSchG:
Gesetz zur Änderung des Bundesimmissionsschutzgesetzes vom 19. Juli 1995.
BGBl.25.7.1995, S. 930, 1995
62

22. BImSchV:
22. 23. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes, BGBl.
I, S. 1819), 16.12.1993
23. BImSchV:
23. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes, BGBl. I,
S. 1962), 16.12.1996
Brugnone F., Perbellini, L., Romeo, L., Bianchin, M., Tonello, A., Pianalto, G., Zambon,
D., Zanon, G.
Benzene in environmental air and human blood, Int. Arch. Occup. Environ. Health,
71, 554-559, 1998
BUA (Beratergremium für Altstoffe):
BUA-Stoffbericht Nr. 24, Benzol, S.Hirzel, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft,
1988
Buck, M.:
Quellen, Immissionen und Trends von Luftverunreinigungen in Ballungsgebieten –
Ruhrgebiet, Schr.-Reihe WaBoLu, 69, 25-54, 1986
Büchen,M.:
Abschätzung der Immissionsanteile für einzelne Kohlenwasserstoffe (Jahresmittelwerte)
durch Flugzeugimmissionen, Fax vom 23.09.1999, HLFU Wiesbaden, 1999
Calabrese,-e.J., Kenyon,E.M.:
Air toxics and risk assessment, Chelsea, USA, Lewis Publisher, 1991
Carter, W.P.L., R. Atkinson:
Computer modeling study of incremental hydrocarbon reactivity Environmental Science
and Technology, 23, 864-880, 1989
63

Department of Environment, Expert Panel on Air Quality Standards
Benzene, London, 1994 – In: Leung, P.-L., Harrison, R. M., Evaluation of personal
exposure to monoaromatic hydrocarbons, Occup. Environ. Med., 55, 249-257, 1998
Derwent, R.G., M.E. Jenkin, S.M. Saunders, M.J. Pilling:
Photochemical ozone creation potentials for organic compounds in northwest Europe
calculated with a master chemical mechanism Atmospheric Environment, 32 (14-15),
2429-2441, 1998
DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft):
Xylole, Gesundheitsschädliche Arbeitsstoffe; toxikologisch-arbeitsmedizinische Begründung
von MAK-Werten, Verlag Chemie, 1983
DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft):
Liste der MAK und BAT Werte, 1995 – In: Angerer, J., Krämer, A., Occupational
chronic exposure to organic solvents XVI. Ambient and biological monitoring of wor-
kers exposed to toluene, Int. Arch. Occup. Environ. Health, 69, 91-96, 1997
DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft):
MAK-Werte, 1998
DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft):
Liste der MAK und BAT Werte. Report 34, 1998 – In: Krämer, A., Linnert, M., Wrbitzky,
R., Angerer, J., Occupational chronic exposure to organic solvents XVII. Ambient
and biological monitoring of workers exposed to xylenes, Int. Arch. Occup. Environ.
Health, 72, 52-55, 1999
EG-Kommission:
Vorschlag für die Richtlinie des Rates über Grenzwerte für Benzol und Kohlenmonoxid
in der Luft, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften C 53/07, 8-16, 1999
64

EU-Luftqualitätsrichtlinie
Vorschlag für eine Richtlinie des Rates über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffoxide,
Partikel und Blei in der Luft (98/C9/05), von der Kommission vorgelegt am
21. November 1997, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. C 9/6 vom
14.01.1998
Eickhoff, W.:
Emissionen organisch-chemischer Verbindungen aus zivilen Flugzeugtriebwerken
Umweltplanung, Arbeits- und Umweltschutz, 252. Hrsg.: Hessische Landesanstalt für
Umwelt, Wiesbaden, 1998
EPA (U.S. Environmental Protection Agency):
Health effects assessment summary tables; no. PB 91-921, Washington D.C., 1991
EPA (U.S Environmental Protection Agency:
Updated Air Quality Standards, Office of Air Quality Planning and Standards, Fact
Sheet – Research Triangle Park, NC USA, 1997
Fabian,P.:
Atmosphäre und Umwelt, 4. Aufl., Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1992
Fabian, P., G. Jakobi, C. Haustein, H. Mayer, B. Rappenglück, P. Suppan:
in: Proceedings 1. Statusseminar der PBWU zum Forschungsschwerpunkt „Luftverunreinigungen
und menschliche Gesundheit“, 25.-26. Februar 1993, GSF-
Forschungszentrum Neuherberg. GSF-Bericht 31/93, 57-73, 1993
FOBIG (Forschungs- und Beratungsinstitut Gefahrstoffe):
Toxikologische Bewertung der Rüstungsaltlast „Neue Wiese, Muna Lehre“, Freiburg,
1991, in: Rippen, 1991
FOBIG (Forschungs- und Beratungsinstitut Gefahrstoffe):
Toxikologie von Schadstoffen im Zusammenhang mit der Altablagerung Barsbüttel,
Freiburg, 1992
65

FOBIG (Forschungs- und Beratungsinstitut Gefahrstoffe):
Basisdaten zur Bewertung von Altlasten, UBA Berichte 4/1993
Graf, J., H.G. Tremmel:
Auswirkungen des Flughafens München auf die regionale Schadstoffbelastung, DLR-
Nachrichten, 84, 2-7, 1996
HLFU (Hessische Landesanstalt für Umwelt):
Immissionen gasförmiger Luftschadstoffe im Untersuchungsgebiet Untermain, Datenband
Stichprobenmeßprogramm Untermain-West 1991, Wiesbaden, Dezember
1992a
HLFU (Hessische Landesanstalt für Umwelt):
Immissionen gasförmiger Luftschadstoffe im Meßgebiet Neu-Isenburg, Dreieich,
Langen, Wiesbaden, April 1992b
HLFU (Hessische Landesanstalt für Umwelt):
Immissionen gasförmiger Luftschadstoffe im Untersuchungsgebiet Untermain, Datenband
Stichprobenmeßprogramm Untermain-Ost 1992, Wiesbaden, Oktober 1993
HLFU (Hessische Landesanstalt für Umwelt):
Immissionen gasförmiger Luftschadstoffe im Untersuchungsgebiet Untermain, Datenband
Stichprobenmeßprogramm Hanau 1993, Wiesbaden, Mai 1995
HLFU (Hessische Landesanstalt für Umwelt):
Schadstoffbelastung durch den Flugverkehr im Bereich Flughafen Frankfurt und in
seinem Umfeld, Umweltplanung, Arbeits- und Umweltschutz, Heft Nr. 260, 1999
HLFU (Hessische Landesanstalt für Umwelt) und Ökoinstitut Darmstadt:
Schadstoffbelastung durch den Flugverkehr im Bereich des Flughafen Frankfurt und
in seinem Umfeld, HLFU Wiesbaden und Ökoinstitut Darmstadt, Januar 1999
66

Huang, J., Asaeda, N., Takeuchi, Y., Shibata, E., Hisanaga, N., Ono, Y., Kato, K.
Dose dependent effects of chronic exposure to toluene on neuronal and glial cell
marker proteins in the central nervous system of rats, British Journal of Industrial
Medicine, 49, 282-286, 1992
Janicke,L.:
Immissionsberechnung für den Flughafen Frankfurt/Main und das Jahr 1998, Ingenieurbüro
Janicke, Gesellschaft für Umweltphysik, Dunum, September 1999
Jenkin, M.E., G.D. Hayman:
Photochemical ozone creation potentials for oxygenated volatile organic compounds:
sensitivity to variations in kinetic and mechanistic parameters, Atmospheric Environment,
33, 1275-1293, 1999
Korsak, Z., Rydzynski, K.:
Neurotoxic effects of acute and subchronic inhalation exposure to trimethylbenzene
isomers (pseudocumene, mesitylene, hemimellitene) in rats, International Journal of
Occupational Medicine and Environmental Health, 9 (4), 341-349, 1996
Kourtidis, K.A., P. Fabian, C. Zerefos, B. Rappenglück:
Peroxyacetyl nitrate (PAN), peroxypropionyl nitrate (PPN) and PAN/ozone ratio measurements
at three sites in Germany, Tellus, 45B, 442-457, 1993
Kruse, H.:
Toxikologisches Gutachten zur Erweiterung der Müllverbrennungsanlage in Stapelfeld,
Schleswig-Holstein, Institut für Toxikologie, Kiel, November 1996
Kühling, W., Peters, H.J.:
Die Bewertung der Luftqualität bei Umweltverträglichkeitsprüfungen, Dortmunder
Vertrieb für Bau- und Planungsliteratur, Dortmund 1994
67

LAI (LÄNDERAUSSCHUSS FÜR IMMISSIONSSCHUTZ):
Krebsrisiko durch Luftverunreinigungen; Ministerium für Umwelt, Raumordnung und
Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen, Düsseldorf,1992
LAI (LÄNDERAUSSCHUSS FÜR IMMISSIONSSCHUTZ):
Bewertung von Toluol- und Xylol-Immissionen, Bericht des Unterausschusses „Wirkungsfragen“
des Länderausschusses für Immissionsschutz, 1996
Lovelock, J.E.:
PAN in the natural environment; ist possible significance in the epidemiology of skin
cancer Ambio, 6, 131-133, 1977
Luftreinhalteverordnung (LRV):
Schweiz, 1985
MÄDER,C.:
Das Umweltbundesamt als Auftraggeber zur Entwicklung und Erprobung einer Methode
zur Bewertung der Schadstoffimmissionen ziviler Flugzeuge im Nahbereich
von Flugplätzen; Referat, 3.Seminar Luftschadstoffe, „Regionale und globale Luftverunreinigungen
durch Luftfahrzeuge“, Frankfurt, 02.03.1999
Master Chemical Mechanism MCM 2.0:
http://chem.leeds.ac.uk:80/Atmospheric/MCM/mcmproj.html (12-Okt-1999).
Master Chemical Mechanism MCM 2.0:
http://cast.nerc.ac.uk/LIBRARY/MCM2/project.htm (12-Okt-1999).
Ministry of Health and Social Affairs, CSR
Instruction 66, Hygienic Regulations, 58, 1985 – In: Bardodej, Z., Exposure limits for
occupational and environmental chemical pollutants in various media, The Science of
the Total Environment, 101, 45-54, 1991
68

Moschonas, N., D. Danalatos, S. Glavas:
The effect of O2 and NO2 on the ring retaining products of the reaction of toluene with
hydroxy radicals Atmospheric Environment, 33, 111-116, 1999
Mudd, J.B.:
Reaction of peroxyacetyl nitrate with glutathione, Journal of Biological Chemistry,
241, 4077-4080, 1966
Nielsen, T., B. Seitz, T.:
Ramdahl, Atmospheric Environment, 18, 2159-2165, 1984
Nielsen, T., T. Ramdahl;
Atmospheric Environment, 20, 1507 1986
Namkung, E., Rittmann, B.E.:
Estimating volatile organic compound emissions from publicly owned treatmnet
works, J. Water Pollut. Control Fed., 59, 670-678, 1987 – Discussion: Pincince, A.B.,
J. Water Pollut. Control Fed., 60, 119-121, 1988
Nilsson, R. I., Nordlinder, R. G., Tagesson, C., Walles, S., Järvholm, B. G.
Genotoxic effects in workers exposed to low levels of benzene from gasoline, American
Journal of Industrial Medicine, 30, 317-324, 1996
Paputa-Peck, M.C., R.S. Marano, D. Schuetzle, T.L. Riley, C.V. Hampton, T.J. Pra-
ter, L.M. Skewes, T.E. Jensen, P.H. Ruehle, L.C. Bosch, W.P. Duncan:
Analytical Chemistry, 55, 1946-1954, 1983
Parker, J.K., S.R. Davis:
Photochemical reaction of ozone and benzene: an infrared matrix isolation study
Journal of the American Chemical Society, 121, 4271-4277, 1999
69

EG-Richtlinie 1980:
Richtlinie des Rates vom 15. Juli 1980 über Grenzwerte und Leitwerte der Luftqualität
für Schwefeldioxid und Schwebstaub (90/779/EWG), Amtsblatt der Europäischen
Gemeinschaften Nr. L 229/30
EG-Richtlinie 1985:
Richtlinie des Rates vom 7. März 1985 über Luftqualitätsnormen für Stickstoffdioxid
(85/203/EWG), Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. L 87/1
EG-Richtlinie 1992:
Richtlinie 92/72 EWG des Rates vom 21. September 1992 über die Luftverschmutzung
durch Ozon, Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften Nr. L 297/1 vom
13.10.92
Sagunski, H.:
Richtwerte für die Innenraumluft: Toluol 1996, Bundesgesundheitsblatt 11, 416-421
Sasaki,J., J. Arey, W.P. Harger:
Formation of mutagens from the photooxidations of 2-4 ring PAH, Environmental
Science & Technology, 29, 1324-1335, 1995
Schlipköter,H.W.:
Gutachten über die Wirkung umweltrelevanter Schadstoffe der Außenluft zur Ableitung
von Immissionsgrenzwerten; Düsseldorf, ohne Jahr
Shepson, P.B., T.E. Kleindienst, E.O. Edney, C.M. Nero, L.T. Cupitt, L.D. Claxton:
Acetaldehyde: the mutagenic activity of ist reaction products Environmental Science
and Technology, 20, 1008-1013, 1986
Singh, H.B., P.L. Hanst:
Peroxyacetyl nitrate (PAN) in the unpolluted atmosphere: an important reservoir for
nitrogen oxides Geophysical Research Letters, 8, 941-944, 1981
70

Spicer, C.W., M.W. Holdren, R.M. Riggin:
Chemical composition and photochemical reactivity of exhaust from aircraft turbine
engines Annales Geophysicae, 12, 944-955, 1994
Stephens, E.R.:
The formation, reactions and properties of peroxyacyl nitrates in photochemical air
pollution Advances in Environmental Science and Technology, 1, 119-146, 1969
Taylor, O.C.:
Importance of peroxyacetyl nitrate as phytotoxic air pollutant, J. Air Pollut. Control
Ass., 19, 347-351, 1969
TA-Luft:
Erste allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissonsschutzgesetz, Technische
Anleitung zur Reinhaltung der Luft, GMBl. S. 202, 27.2.1986
Triebig, G., Schaller, K.H., Weltle, D.:
Neurotoxicity of solvent mixtures in spray painters, Int. Arch. Occup. Environ. Health,
64, 353-359, 1992
Trijonis, J.C., K.W. Arledge:
Utility of reactivity criteria in organic emission control strategies Application to the Los
Angeles atmosphere EPA-600/3-76-091, Research Triangle Park, NC, 1976
UBA (Umweltbundesamt):
Verkehrsbedingte Luft- u. Lärmbelastungen – Emissionen, Immissionen, Wirkungen.
Texte 40, Berlin, 1991
Umlandverband Frankfurt:
Umweltschutzbericht Teil III Luftreinhaltung, Band 6, Immissionssimulation von Luftschadstoffen
aus dem Kfz-Verkehr, Frankfurt, Juli 1999
71

VDI (Verein Deutscher Ingenieure):
Maximale Immissions-Konzentrationen (MIK): Organische Verbindungen. VDI Richtlinien
Nr 2306 (1966); aus VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft
VDI (Verein Deutscher Ingenieure):
Maximale Immissionswerte zum Schutze des Menschen (Stickoxide); VDI-Handbuch
Reinhaltung der Luft, Band 1, Beuth-Verlag GmbH, Berlin, 1985
VDI (Verein Deutscher Ingenieure):
VDI-Richtlinie 2310, Blatt 15, 1987, Maximale Immissions-Konzentrationen für Ozon
(und photochemische Oxidantien). VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1, April
1987
VDI (Verein Deutscher Ingenieure):
VDI-Richtlinien für Maximale Immissionskonzentrationen (MIK), VDI-Handbuch Reinhaltung
der Luft, Band 1, Richtlinie 2310, Stand 1998
Vermeire, T.G., van Appeldoorn, M.E., de Fouw, J.C., Janssen, P.J.C.M.:
Voorstel voor de humaan-toxicologische onderbouwing van C-(toetsings)waarden.
Bericht des Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiene Bilthoven Nr.
725201005, 1991
Verschueren, K.:
Handbook of environmental data on organic chemicals, 1983
Victorin,K.:
Health effects of urban air pollutants. Guideline values and conditions in Sweden,
Chemosphere, 27, 1691-1706, 1993
Wakamatsu, S., I. Uno:
Study on the evaluation of photochemical reactivity of hydrocarbons from the various
emission source Research Reports of the National Institute of Environmental studies,
Japan 72, 7-19, 1985
72

Wakamatsu, S., I. Uno, Y. Ogawa, M. Suzuki, K. Murano, H. Koshio, Y. Suyama, K.
Sakamoto:
Relationship between the three-dimensional structure of air pollutants concentration
and source emissions, Research Reports of the National Institute of Environmental
studies, Japan 72, 21-65, 1985
Wakamatsu, S., I. Uno, T. Ohara, K.L. Schere:
A study of the relationship between photochemical ozone and ist precursor emissions
of nitrogen oxides and hydrocarbons in Tokyo and surrounding areas Atmospheric
Environment, 33, 3097-3108, 1999
Warneck,P.:
in: Chemistry of the natural atmosphere. Int. Geophysics Series 4., Academic Press,
Inc., San Diego, New York, Boston, 1988
Wieben, M. Kruse, H., Wassermann, O.:
Toxikologische Abschätzung der gesundheitlichen Auswirkungen des Straßenverkehrs
in Bremen, Schriftenreihe des Instituts für Toxikologie, Kiel, 1994
WHO (World Health Organization):
Air quality guideline for Europe; WHO Regional Publications, European Series 23,
1987
WHO (World Health Organization):
Environmental Health Criteria for Phenol, Second draft, Geneva, 1989
WHO (World Health Organisation):
Draft revisions to air quality guidelines, Copenhagen, 1996 – In: Leung, P.-L., Harrison,
R. M., Evaluation of personal exposure to monoaromatic hydrocarbons, Occup.
Environ. Med., 55, 249-257, 1998
73

9 Abkürzungsverzeichnis
AAAC Acceptable ambient air concentration
AALG Ambient air level goals
ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists
ADI Acceptable daily intake
ATSDR Agency for Toxic Substances and Disease Registry
BImSchV Bundes – Immissionsschutz - Verordnung
BTEX Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylole
DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft
EPA Environmental protection agency
LAI Länderausschuss für Immissionsschutz
LOAEL Lowest observable adversed effect level
LOEL Lowest observable effect level
MAC Maximium acceptable concentration
MAK Maximale Arbeitsplatzkonzentration
MCM Master Chemical Mechanism
MIK Maximale Immissionskonzentration
NMHC Non methane hydrocarbons
NO Stickstoffmonoxid
NO2 Stickstoffdioxid
NOx Stickoxide (hauptsächlich NO und NO2)
NOEL No observable effect level
OEL Occupational exposure level
PAK Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (= PAH)
PAN Peroxyacetylnitrat
PEL Permissible exposure level
POCP Photochemical ozone creation potential
PPCP Photochemical PAN creation potential
PPN Peroxypropionylnitrat
RfC Inhalation reference concentration
RIVM Rijksinstituut voor Voldsgezondheid en Miieuhygiene (NL)
TA-Luft Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft
74

TLV Threshold limit value
TRK Technische Richtkonzentration
TWA Time weighted average
VDI Verein Deutscher Ingenieure
VOC Volatile organic compounds
WHO World Health Organisation
75