Staub
Hausstaub auf einer Tastatur
Ein ICE sandet bei 300 km/h und hinterlässt eine Staubwolke

Staub (Mehrzahl Stäube, bei unterschiedlichen Sorten) ist die Sammelbezeichnung für feinste feste Teilchen (Partikel), die in Gasen, insbesondere in der Luft aufgewirbelt lange Zeit schweben können. Staub ist definitionsgemäß Bestandteil des Schwebstaubes (Gesamtstaub, TSP (total suspended particulates)), der wiederum zusätzlich zum Staub unter anderem auch noch den Rauch und Rußpartikel umfasst.

Je nach Notwendigkeit wird Staub (eigentlich der Schwebstaub) nach der Partikelgröße oder nach der Staubart unterteilt. Staubteilchen können aus organischen (Blütenpollen, Bakterien, Pilzsporen) oder anorganischen Materialien (Gesteinsstaub, Mineralfasern) bestehen. Eine allgegenwärtige Form des Staubes, der aus organischem und anorganischem Material besteht, ist Hausstaub.

Inhaltsverzeichnis

Wortbildung Stäube

Abbildung 1: Definitionen und Einteilung von Staub. Es gibt bezüglich der Partikelgröße unterschiedliche Definitionen von Fein- und Grobstaub. Teilweise wird erst ab einem Partikeldurchmesser kleiner 2,5 µm von Feinstaub gesprochen; dementsprechend zählen dann Partikel mit einem Durchmesser größer 2,5 µm bereits zum Grobstaub

Grammatikalisch hat Staub – als Singularetantum – keine Pluralform. Bei der oben angeführten Mehrzahl Stäube handelt es sich um den sogenannten Sortenplural, der vor allem für den technischen Sprachgebrauch geprägt wurde. Allerdings gibt es Formen wie „Stäubchen“, „stäuben“ („zerstieben“) oder „Stäubling“ (ein Pilz).[1]

Das Wort bezeichnet im technischen Sinne Staubklassen, also anteilige Gruppen am Gesamtstaub, die nach gewissen Kriterien zusammengefasst werden, etwa als „organische und anorganische Stäube“ oder „verschiedene lungengängige Stäube < 5 µm“. Durch Verwendung im Umweltschutz dringt sie langsam in die Alltagssprache ein.

Grob- und Feinstaub

Aus gesundheitlicher Sicht ist neben dem Schadstoffgehalt des Staubes die Größe der Staubpartikel der entscheidende Parameter. Partikel mit einem Durchmesser größer 10 µm (1 Mikrometer ist ein tausendstel Millimeter), der sog. Grobstaub, bleibt mehr oder minder gut an den Nasenhärchen oder den Schleimhäuten des Nasen-Rachenraums hängen. Kleinere und kleinste Staubpartikel (Feinstaub, ultrafeine Partikel) können über die Luftröhre und die Bronchien bis tief in die Lunge vordringen. Daher wird der Feinstaub auch als inhalierbarer bzw. als lungengängiger (alveolengängiger) Feinstaub bezeichnet (s. Abb. 1 für jeweilige Partikelgröße).

Allgemein anerkannte Bezeichnungen für Feinstaub existieren allerdings nicht. In der Regel wird unter Feinstaub Staub mit einer Partikelgröße kleiner 10 µm (PM10) verstanden. Die Staubfraktion mit einer Partikelgröße kleiner 0,1 µm wird als ultrafeine Partikel bezeichnet.

Entstehung von Staub

Abbildung 2: Wichtige sekundäre Prozesse der atmosphärischen Partikelbildung und die geschätzte jährliche Bildungsmenge (nach Andreae 1994[2]) in Millionen Tonnen für verschiedene Partikel

Staub kann prinzipiell durch verschiedene Prozesse entstehen:

  1. die mechanische Bearbeitung von Feststoffen (Zerkleinern, Oberflächenbearbeitung, Abrieb)
  2. physikalische Einflüsse auf Feststoffe (wie bei der Erosion durch Wind und Wetter)
  3. durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre unter Partikelbildung (gas-to-particle conversion (sogenannte sekundäre Aerosole)) (andere chemische Reaktionen führen zur Bildung von Rauch; Rauch und Staub unterscheiden sich prinzipiell nur durch die Bildungsprozesse, beide bestehen aber aus feinst verteilten festen Teilchen (dazu Abbildung 1)
  4. durch Aufwirbelung von Partikeln (entsprechend der Definition von Staub)

Die staubbildenden Prozesse können sowohl natürlichen Ursprungs als auch durch den Menschen verursacht sein und werden in primäre und sekundäre Prozesse unterschieden. Bei einem primären Prozess werden die Partikel direkt durch den Prozess erzeugt. Ein primärer anthropogener Prozess ist die Kohleverbrennung in einem Kraftwerk; das Kraftwerk wird dann als primäre Quelle bezeichnet. Ein primärer natürlicher Prozess ist die Verwitterung von Gestein. Beim sekundären Prozess entstehen die Partikel aus den Reaktionen bestimmter Gase (Pkt. 3 oben), wobei sich die entstehenden festen Reaktionsprodukte leicht an bereits vorhandene Partikel (sog. Kondensationskerne) anlagern können.

Wichtige natürliche (Schweb)staubquellen sind:

  • Bodenerosion
  • Vulkanismus
  • Meere (sea spray)
  • Sandstürme (Sahara-Staub in Mitteleuropa, Wüste von Nevada)
  • Pollenflug
  • Wald- und Buschbrände mit natürlicher Ursache (Blitzschlag)

Wichtige anthropogene (Schweb)staubquellen sind:

  • Industrielle Prozesse
  • Energiegewinnung (Kraft- und Fernheizwerke)
  • Verkehr
  • Landwirtschaft
  • Bautätigkeit
  • Haushalte
  • Wald- und Buschbrände (auch durch Brandrodung)

Die Beiträge der einzelnen Quellen zur Staubbelastung (oder genauer zur Schwebstaubbelastung, da man u. a. auch den Rauch und Ruß als Partikelquellen berücksichtigen muss) sind unterschiedlich und hängen im Wesentlichen von der lokalen Situation ab. In einem ländlichen Gebiet kann der Gesteinsstaub (Sand, Löss) erheblich zur Staubbelastung beitragen, wohingegen in einer viel befahrenen Straße die Staubbelastung aus einem Cocktail von Abriebmaterial (Reifen, Bremsbeläge, Straßenbelag), Schwermetallpartikeln, Ruß, etc. bestehen wird. Das Umweltbundesamt[3] schätzt, dass der Beitrag zur innerörtlichen Staubbelastung im Wesentlichen drei Quellen zuzuordnen ist:

1) etwa 50 % aus der Emission (des Verbrennungsmotors, Anm.) von Dieselfahrzeugen (LKW, Kleinlaster, Busse, PKW)
2) etwa 25 % aus dem, was der (motorisierte) Verkehr aufwirbelt (Abrieb von Bremsen, Reifen, Straßenbelag)
3) etwa 25 % durch ferntransportierte Partikel, das heißt Partikel, die aus weiter entfernt liegenden Quellen stammen.

Die Tabellen 1 und 2 fassen Emissionsmengen und Anteile wichtiger Quellen an der Staubentstehung zusammen.

Tabelle 1 Geschätzte primäre Partikelemissionen aus natürlichen und anthropogenen Quellen im Jahr 2000 (Angaben in Tg/a = Teragramm/annum = Megatonnen/Jahr)(Quelle: [4] und [5] (für vulkanische Aktivität)); für die Bildung von sekundären Partikeln siehe Abbildung 2)

Staubart, -quelle Partikelgröße
[µm]
Nördliche Hemisphäre [Tg/Jahr] Südliche Hemisphäre [Tg/Jahr] Global [Tg/Jahr]
POM*, Wald-/Buschbrände 0–2 28 26 54
POM*, fossile Brennstoffe 0–2 28 0,4 28
POM*, Pflanzenzerfall > 1 56
Ruß, Wald-/Buschbrände 0–2 2,9 2,7 5,7
Ruß, fossile Brennstoffe 0–2 6,5 0,1 6,6
Asche und Staub (Vulkane) < 5 85
Industrielle Prozesse > 1 100
Seesalz 0–16 1.440 1.900 3.340
Gesteinsstaub 0–20 1.800 349 2.150
  • POM: Particulate Organic Matter (partikelförmiges organisches Material)

Von den in Tabelle 1 genannten Partikelquellen dominieren Seesalz (sea spray) und Gesteinsstaub gegenüber den anderen Quellen. Ein großer Anteil der Seesalz- und der Gesteinsstaubpartikel können aber zum Grobstaub gerechnet werden und unterliegen daher (in der Regel) nicht dem atmosphärischen Ferntransport, d. h. sie werden in relativer Nähe zu ihrer Quelle wieder deponiert (aus der Luft ausgeschieden).

Von gesundheitlicher Relevanz sind die kleinen Partikel (Feinstaub) und Partikel, die mit Schwermetallen und organischen Schadstoffen beladen sind (Asche, Ruß), die häufig aus anthropogenen Quellen stammen.

Tabelle 2

Anteile verschiedener Quellen an der Staubbelastung in Deutschland[6], Österreich[7] und der Schweiz[8] für die in Klammern genannten Jahre; k.A.: keine Angabe

Partikelquelle Gesamtstaub Feinstaub
Deutschland (2001) Österreich (2002) Österreich (2002) Schweiz (1997)
Industrie 40,5 % 41 % 39 % 29 %
Straßenverkehr 14 % 23 % 20 % 50 %
Landwirtschaft k.A. 20 % 15 % 13 %
Haushalte 5,3 % k.A. k.A. 4 %
andere Quellen 40,2 % 16 % 26 % 4 %
Gesamtemission 247.000 to 80.000 to 47.000 to 32.000 to

Ein Vergleich der in Tabelle 2 genannten Werte ist nur bedingt möglich, da teilweise die Quellen unterschiedlich betrachtet werden. So wurde beispielsweise bei Abschätzung der Staubemission durch den Straßenverkehr in Österreich die Aufwirbelung nicht berücksichtigt, wohingegen sie bei der Angabe für die Schweiz berücksichtigt worden ist. Hier macht die Aufwirbelung mit 30 % (9.660 to) über die Hälfte des Beitrages des Straßenverkehrs zur Feinstaub-Emission aus.

Grenzwerte und Trends

Wie für andere Luftschadstoffe auch, gibt es in den meisten industrialisierten Ländern Grenzwerte für die anthropogene Staubemission. Aufgrund der vielen Staubarten und –quellen gibt es eine Vielzahl von gesetzlichen Regelungen, von denen ein Teil in Tabelle 3 zusammengestellt ist.

Tabelle 3

Grenzwerte für ausgewählte Staubarten; die jeweilige Vorschrift findet sich in der zitierten Literatur weiter unten

Staubart Regelung Grenzwert(e) Bemerkungen
Gesamtschwebstaub RL 89/427/EWG[9] 150 µg/m³ durchschnittl. Tagesmittelwert (gültig bis 31. Dezember 2004)
Gesamtschwebstaub RL 89/427/EWG[9] 300 µg/m³ darf max. an 18 Tagen (5 %) im Jahr überschritten werden (gültig bis 31. Dezember 2004)
Atembarer Staub (PM10) RL 1999/30/EG[10] 40 µg/m³ Jahresmittelwert (gültig ab 1. Januar 2005)
Atembarer Staub (PM10) RL 1999/30/EG[10] 50 µg/m³ Tagesmittelwert, max. 35 Überschreitungen im Jahr (gültig ab 1. Januar 2005)
Staub, einatembare Fraktion TRGS 900[11] 10 mg/m³ Arbeitsplatzgrenzwert
Staub, alveolengängige Fraktion TRGS 900[11] 3 mg/m³ Arbeitsplatzgrenzwert
Faserstaub TRGS 900[11] 250.000 Fasern/m³ Fasern (Länge > 5, D < 3 µm, L:D=3:1), (gültig bis 31. Dezember 2004)
Faserstaub TRGS 900[11] 500.000 Fasern/m³ bestimmte Bereiche mit Keramikfasern (gültig bis 31. Dezember 2004)
Holzstaub TRGS 553[12] 2 mg/m³ über 2 mg/m³ ist Atemschutz erforderlich
Mehlstaub TRGS 900[11] 4 mg/m³ Empfehlung

Während die Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte bei stationären Quellen (zum Beispiel Industrieanlagen) in der Regel kein Problem darstellt, ist die Einhaltung der seit dem 1. Januar 2005 EU-weit geltenden neuen Grenzwerte für Feinstaub (PM10) insbesondere in Gebieten mit hohem Verkehrsaufkommen oftmals schwierig bzw. unmöglich. Zwar können durch einen Partikelfilter die Rußemissionen von Dieselmotoren deutlich reduziert werden, der aufgewirbelte Straßenstaub, der Abrieb von Reifen und Bremsbelägen lässt sich aber prinzipiell nicht vermeiden. In Deutschland werden jährlich etwa 60.000 Tonnen Partikel (hauptsächlich kleiner 10 µm und damit Feinstaub) durch den Privatverkehr freigesetzt. Für die Schweiz wurde für das Jahr 1997 für den Straßenverkehr eine Feinstaubemission von 1.610 to durch Bremsenabrieb und 2.415 to durch Reifenabrieb ermittelt. Die ermittelte Partikelemission aus dem Abgasen beträgt ebenfalls 2.415 to[8]. In Österreich sind etwa zwei Drittel der verkehrsbedingten Gesamtstaubemission durch Reifen- und Bremsabrieb bedingt[7]. Die Entwicklung der anthropogenen Staubemissionen in Deutschland und Österreich ist unterschiedlich. Während in Deutschland die anthropogen bedingten Staubemission im Zeitraum 1990 bis 2001 um fast 87 % von 1.858.000 to auf 247.000 to gesunken sind[6], stieg in Österreich die anthropogen bedingte Staubemission von ca. 72.000 to im Jahr 1990 auf annähernd 80.000 to im Jahr 2002 an[7]. Die österreichischen PM10-Emissionen sind seit 1990 um 5 % auf etwa 47.000 to im Jahr 2002 angestiegen[7].

Staubarten

In der Abbildung 1 (siehe oben) sind bereits verschiedene wichtige Staubarten aufgeführt.

Der Hausstaub ist allgegenwärtig und stellt eine Mischung aus anorganischen und organischen Materialien dar. Zusammenballungen von Hausstaubpartikeln zu größeren Gebilden werden auch als „Wollmäuse“ bezeichnet. Eine Sonderform des Hausstaubes sind die sog. Schwarzen Wohnungen (Schwarzstaub, magic dust), deren Ursache noch nicht eindeutig geklärt ist.

Fasern können bis in die Lunge gelangen und dort zu Schädigungen führen (zum Beispiel Asbestose, verursacht durch Asbestfasern).

Pollen tragen zur natürlichen Staubbelastung insbesondere im Frühjahr bei. Menschen, die allergisch auf Pollen reagieren (Heuschnupfen), leiden unter dieser natürlichen Staubbelastung besonders.

Insbesondere bei Sandstürmen werden riesige Partikelmengen in die Atmosphäre geschleudert und teilweise tausende Kilometer vom Quellgebiet entfernt wieder auf der Erde deponiert.

Wirkung von Staub

Staub kann verschiedene Einflüsse auf den Menschen und die Umwelt haben. Im Gegensatz zum Grobstaub kann Feinstaub über die Atemwege bis in die Lunge gelangen. Die toxikologische Wirkung beruht vor allem auf den Gehalt an Stoffen wie Blei, Vanadium, Beryllium und Quecksilber, von denen einige die Entstehung von Krebserkrankungen fördern. Zudem lagern sich an der Oberfläche der winzigen Staubteilchen andere Schadstoffe wie Kohlenwasserstoffe, Schwefel- oder Stickstoffverbindungen an, so, dass deren Wirkung bei gleichzeitiger Anwesenheit von Staub verstärkt wird. Allgemein erzeugt Staub eine Erhöhung der Zahl von Erkrankungen der Atmungsorgane. So können Bronchitis, Asthma oder Emphysem (durch gewöhnlichen Staub, Eisen- oder Kohlenstaub) oder eine Lungenfibrose (Silikose durch Quarzstaub, und Asbestose durch Asbeststaub) oder Lungenkrebs (durch Quarz- und Asbestestaub) oder Nasenkrebs (durch gewisse Holzstaubarten) entstehen. Neben gesundheitsschädlichen Aspekten ist der Einfluss von Partikeln auf das Klima ein wichtiger Aspekt aktueller Forschung.

Inerte Stäube sind Partikel einer Substanz, bei der keine schädigende Wirkung auf den menschlichen Körper bekannt ist. Dazu gehören beispielsweise Stärke und Zellulose.

Bei fotografischen Aufnahmen mit Blitzlicht können durch Staub sogenannte Geisterflecke hervorgerufen werden.

Beseitigung von Staub

Filterung

Die betroffene Luft – etwa die Innenraumluft in einem Wohnraum – wird kontinuierlich durch einen Filter bewegt. Dabei wird der Staub je nach Filtertyp von der Luft getrennt. Nachteile: Lüftergeräusch, regelmäßiger Filterwechsel, Staub wird nicht unmittelbar beseitigt, sondern kann weiterhin Quelle von Schadstoffen sein.

Ionisierung

Durch einen Ionisator wird Luft ionisiert, so dass sich Staubpartikel an einer geerdeten Fläche ablagern.

Verbrennung

Die betroffene Luft wird kontinuierlich durch einen elektrisch erhitzten (vorzugsweise 300 °C) Keramikkern mit Kanälen bewegt. Organische Staubbestandteile werden hierbei verbrannt, also zu CO2 oxidiert. Die Luftzirkulation wird thermisch vorangetrieben. Vorteile: kein Lüftergeräusch, kein Filterwechsel – da keine Filter vorhanden, Staub wird durch Erhitzung vernichtet, Energie-/Stromaufnahme gering: ca. 50 W für Zimmer mit 30 m².

Siehe auch: Staubbindemaschine

Staub im weiteren Sinn

Auch im übertragenen Sinn gibt es „Staub“:

An der Salzach – zwischen Oberndorf und Laufen – gibt es sogar ein Staubmuseum (Museum of Dust) (Katalog, öffentlicher Raum [13]). Es handelt sich dabei um ein Grenzhäuschen, das vom Museums-Kurator Dieter Buchhart zum 'white cube' (ein Ort an dem Kunst gezeigt wird) erklärt wurde. An dem Pavillon befestigte Buchhart 'nicht ohne Ironie' ein Schild mit der Aufschrift: Museum of Dust.[14] Damit soll die Aufmerksamkeit auf den sonst unliebsamen Staub gelenkt werden. Staub wird so zu einem 'Kunstobjekt im Museum'.

Literatur

Zitierte Literatur

  1. siehe Duden
  2. M.O. Andreae: Climatic effects of changing atmospheric aerosol levels. In: World Survey of Climatology (ed. H. E. Landsberg), Vol. XVI: Future Climates of the World, A. Henderson-Sellers (ed.), Elsevier Publishers, Amsterdam 1994, ISBN 0-444-89322-9
  3. Umweltbundesamt Berlin (Hrsg.): Hintergrundpapier zum Thema Staub/Feinstaub (PM). Umweltbundesamt, Berlin, März 2005.
  4. J.T. Houghton, Y. Ding, D.J. Griggs, M. Noguer, P.J. van der Linden, X. Dai, K. Maskell, C.A. Johnson (eds.): Climate Change 2001: The Scientific Basis. Tabelle 5.3. Cambridge University Press, Cambridge (U.K.) 2001, ISBN 0-521-80767-0 (Hardcover) bzw. 0521-01495-6 (Paperback). Das Buch ist in HTML-Form oder als pdf-Dateien unter [1] veröffentlicht.
  5. Wilfrid Bach: Our Threatened Climate. D. Reidel Publishing Company, Dordrecht (The Netherlands) 1984, ISBN 90-277-1680-3
  6. a b Umweltbundesamt Berlin: Umweltdaten Deutschland online – Tabelle Emissionen nach Emittentengruppen (Stand: September 2003)
  7. a b Peter Schmid, Christoph Hügelien, Robert Gehrig: Beitrag des Reifenabriebs zu den Staubemissionen des Straßenverkehrs: Bestimmung durch Leitsubstanzen.
  8. a b RL 89/427/EWG: Richtlinie 89/427/EWG vom 21. Juni 1989 zur Änderung der Richtlinie 80/779/EWG über Grenzwerte und Leitwerte der Luftqualität für Schwefeldioxid und Schwebestaub (Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften L201, S. 53 ff.)
  9. a b RL 1999/30/EG: Richtlinie 1999/30/EG des Rates vom 22. April 1999 über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft (Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften L163 (29. Juni 1999), S. 41–60)
  10. a b c d e TRGS 900: Technische Regeln für Gefahrstoffe 900 – Grenzwerte in der Luft am Arbeitsplatz „Luftgrenzwerte“
  11. TRGS 553: Technische Regeln für Gefahrstoffe 553 – „Holzstaub“
  12. http://www.art-perfect.de/dieter-buchhart-cut-museum-moderner-kunst-passau.htm
  13. http://www.guggenberger-verlag.at/pdf/KNIE_Auszug.pdf

Staub allgemein

Feinstaub

  • Joachim Heinrich, Veit Grote, Annette Peters, Erich H. Wichmann: Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub: Epidemiologie der Langzeiteffekte. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 7(2), S. 91–99 (2002), ISSN 1430-8681
  • Arbeitsgruppe „Wirkungen von Feinstaub auf die menschliche Gesundheit“ der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN: Bewertung des aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstandes zur gesundheitlichen Wirkung von Partikeln in der Luft – Arbeitsgruppe „Wirkungen von Feinstaub auf die menschliche Gesundheit“ der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 8(5), S. 257–278 (2003), ISSN 1430-8681
  • J. Junk, A. Helbig: Die PM10-Staubbelastung in Rheinland-Pfalz. Neue gesetzliche Regelungen für Feinstaub und erste Messergebnisse. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft – 1/2 /2003, S. 43, ISSN 0949-8036
  • T. Pregger, R. Friedrich: Untersuchung der Feinstaubemissionen und Minderungspotenziale am Beispiel Baden-Württemberg. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 64(1/2), S. 53–60 (2004), ISSN 0949-8036
  • M. Struschka, V. Weiss, G. Baumbach: Feinstaub – Emissionsfaktoren und Emissionsaufkommen bei kleinen und mittleren Feuerungsanlagen. Immissionsschutz (Berlin) 9(1), S. 17–22 (2004), ISSN 1430-9262

Hausstaub

  • Hans Schleibinger, Detlef Laußmann, Henning Samwer, Angelika Nickelmann, Dieter Eis, Henning Rüden: Unterscheidung von Schimmel- und Nichtschimmel-wohnungen anhand von Sporen aus Hausstaubproben – Ergebnisse einer Feldstudie im Großraum Berlin. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 9(4), S. 251–262 (2004), 9(5), S. 289–297 (2004), 9(6), S. 363–376 (2004), ISSN 1430-8681
  • Regine Nagorka, Christiane Scheller, Detlef Ullrich: Weichmacher im Hausstaub. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 65(3), S. 99–105 (2005), ISSN 0949-8036

Spezieller Staub

  • M. Poppe, B. Detering, J. Neuschaefer-Rube, W. Woeste, B. /Wüstefeld, J. Wolf: Holzstaubbelastung in Arbeitsbereichen der deutschen Holzindustrie. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft – 06/2002, S. 247, ISSN 0949-8036
  • Gerhard Soltys, Franz Gredler: Atemwegserkrankung durch Mehlstaub. Sichere Arbeit (Wien) 3/2004, S. 18–21 (2004) Artikel als pdf-Datei unter [2]

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Staub – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Staub – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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