Wie die Luft von Neu-Delhi sauberer wird

Eine internationale Studie unter der Leitung von Atmosphärenforschenden des PSI zeigt zum ersten Mal, welche Partikelanteile in der Luft über Nordindien besonders gesundheitsschädlich sind.

Eine Studie von André Prévôt (links) und Imad El Haddad vom Labor für Atmosphärenchemie des Paul Scherrer Instituts PSI liefert wichtige Entscheidungsgrundlagen für die Verbesserung der Lebensbedingungen von Millionen Menschen. © Paul Scherrer Institut PSI/Mahir Dzambegovic

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation sind auf dem Subkontinent jährlich bis zu 1,3 Millionen Todesfälle auf verschmutzte Luft zurückzuführen. Die indische Regierung will mit dem National Clean Air Program Gegenmassnahmen ergreifen. Dazu müssen die Entscheidungsträger wissen, aus welchen Quellen die Partikel stammen, wie sie regional verteilt sind und wie gesundheitsschädlich bestimmte Verbindungen sind. Eine Studie unter der Leitung von Forschenden des Labors für Atmosphärenchemie des PSI und Partnern aus Indien, China, Deutschland, Dänemark, Frankreich, Spanien und der Schweiz liefert nun erstmals diese wichtigen Informationen. Die Forschenden haben nicht nur die Menge der Partikel und ihre Herkunft bestimmt, sondern auch ihr oxidatives Potenzial – ein wichtiger Parameter für die schädliche Wirkung, die eine chemische Verbindung auf lebende Zellen und damit auf die Gesundheit hat. Die Studie wurde nun in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Gegenstand der Studie war einmal mehr die indische Hauptstadt Neu-Delhi. Sie gilt als die Metropole mit der weltweit höchsten Partikelkonzentration in der Luft. In den vergangenen vier Jahren haben die Forschenden bereits einige bahnbrechende Erkenntnisse über die Luftverschmutzung dort gewonnen. In einer Studie aus dem Jahr 2023 haben sie erstmals nachgewiesen, dass die chemischen Prozesse am Himmel über Neu-Delhi anders ablaufen als in anderen Grossstädten. 

Unvollständige Verbrennung als Hauptursache

Diesmal interessierte sich das Team für die Quellen der Partikelemissionen und die krankmachende Wirkung bestimmter Stoffe. Der Studie zufolge ist es die unvollständige Verbrennung, die die Luft besonders verschmutzt. Selbst Laien erkennen das: «Wenn es raucht, ist die Verbrennung unvollständig», erläutert Imad El Haddad. Er und André Prévôt vom Labor für Atmosphärenchemie am PSI haben die aktuelle Studie geleitet. Vor allem die Verbrennung von Biomasse oder Abfällen trägt zur Partikel- und Smogbildung bei. Dazu gehört auch die Verbrennung von Kuhdung zum Heizen und Kochen, die ebenfalls hohe Mengen an Feinstaub erzeugt. Hinzu kommt die veraltete Fahrzeugflotte, insbesondere die in Indien weitverbreiteten Kleinfahrzeuge, sogenannte Tuktuks, und Motorroller mit ihren ineffizienten Zweitaktmotoren. 

Um die lokale und regionale Verteilung der Partikel besser beurteilen zu können, hat das Team das Netz der Messstellen gegenüber der Vorgängerstudie erweitert, hinzu kamen zwei im Stadtgebiet von Neu-Delhi, eine im Umland der Hauptstadt und eine in Kanpur, rund 500 Kilometer von der Hauptstadt entfernt. Am PSI wurden die Proben von diesen Standorten mittels Massenspektroskopie auf ihre Zusammensetzung untersucht. 

Partikel verursachen oxidativen Stress 

Die Menge der Partikel in der Luft ist ein wichtiger Faktor – aber nicht der einzige. Wie gesundheitsschädlich ein Staubpartikel ist, hängt von seiner chemischen Zusammensetzung und seinem oxidativen Potenzial ab. Vereinfacht ausgedrückt, handelt es sich dabei um den Stress, den eine chemische Verbindung auf lebende Zellen und schliesslich ganze Organe oder Gewebe wie die Lunge oder die Blutgefässe ausübt. Dieser Stress kann zu Asthma, Entzündungen, Bluthochdruck und anderen Krankheiten führen. Das Team hat dieses oxidative Potenzial bestimmt und es mit den lokalen und regionalen Partikelquellen in Beziehung gesetzt. Trotz der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung der Partikel an den verschiedenen Standorten stammt das hohe Oxidationspotenzial vor allem von organischen Aerosolen aus der unvollständigen Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen und deren organischen Oxidationsprodukten in der Atmosphäre. Im Vergleich zu Europa oder China wird ein grösserer Teil dieser Komponenten lokal emittiert, mit einem dennoch substanziellen Beitrag regionaler Quellen. Dies deckt sich mit den Ergebnissen der Studie aus dem vergangenen Jahr. 

Die Forschung in Neu-Delhi wird von der Schweizer Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit finanziert. Die erste Phase des vierjährigen Programms geht nun zu Ende. Für Programmleiter André Prévôt war es ein voller Erfolg und ein wichtiger Beitrag zur Bewertung der Luftqualität für die 900 Millionen Menschen in der Tiefebene des Ganges. «Dennoch liegt noch ein langer Weg vor uns», sagt Prévôt. «Indien braucht strenge Massnahmen und eine langfristige Beobachtung sowie einen gesellschaftlichen Wandel und ein besseres öffentliches Bewusstsein für den Umweltschutz.» Es wird also noch einige Zeit in Anspruch nehmen, bis sich die Umweltbedingungen im Norden Indiens verbessern.


Text: Bernd Müller

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Dr. Imad El-Haddad
Paul Scherrer Institut PSI
+41 56 310 29 95
imad.el-haddad@psi.ch

Prof. Dr. André S. H. Prévôt
Paul Scherrer Institut PSI
+41 56 310 42 02
andre.prevot@psi.ch


Local incomplete combustion emissions define the PM2.5 oxidative potential in Northern India
Imad El-Haddad, Andre S. H. Prevot et al.
Nature Communications, 25.04.2024
DOI: 10.1038/s41467-024-47785-5


Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Health Innovation und Grundlagen der Natur. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 2300 Mitarbeitende, das damit das grösste Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget beträgt rund CHF 460 Mio. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die ETH Lausanne angehören sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL. (Stand 06/2023)