Prof. Gon Ok
Prof. Gon Ok aus dem Wissenschaftsteam der Pukyong National University von Busan, Korea.
Schematische Darstellung des Reaktorsystems, in dem die koreanischen Wissenschaftler Feuerwerkskörper zündeten, um die Rauchgase zu analysieren.
Zusammensetzung der Sorbensmaterialien im TDS-Röhrchen zur Analyse der Rauchgase von Feuerwerkskörpern.
Total-Ionen-Chromatogramm von HAPs, aufgezeichnet mittels GC/MS.
Aromaten und
Halogenalkane
ppb Isoparaffine ppb
Dichlormethan 476 2-Methylheptan n.d.
Benzol 690 3-Methylheptan n.d.
Toluol  557 2-Methyloctan n.d.
Ethylbenzol  6,05 3-Methyloctan n.d.
m,p-Xylol 4,66 Summe -
o-Xylol  3,58 Olefine ppb
Styrol  9,84 1-Penten 41,1
Isopropylbenzol  0,33 1-Hepten 12,2
n-Propylbenzol  0,93 1-Decen 8,56
1,3,5-Trimethylbenzol  1,04 Summe 61,9
1,2,4-Trimethylbenzol 3,27 Naphthene ppb
1,4,-Dichlorbenzol 1,51 Methylcyclopentan 9,90
Naphthalin 1,49  Methylcyclohexan 0,68
1,2,3-Trichlorbenzol n.d.  t-1-Me-2-(4MP)-cyclopentan 0,05 
Summe 1760 Summe 10,6 
Konzentration der HAPs in der Luft am Strand von Haeundae während eines Feuerwerks.
Aromaten Frühling Sommer Herbst Winter
Benzol 2,5 1,70 n.d.  0,84
Toluol  5,99 2,43 1,57 7,25
Ethylbenzol  9,80 0,39 0,25 1,19
m,p-Xylol 8,88 0,45 0,34 1,82
Styrol  1,94 0,11 n.d. 1,18
o-Xylol  6,27 0,28 0,20 1,45
Brombenzol n.d. n.d. n.d. n.d.
n-Propylbenzol  0,90 0,03 n.d. 0,62
1,2,4-Trimethylbenzol  4,80 0,16 0,09 2,82
tert-Butylbenzol  n.d. n.d. n.d. n.d.
sec-Butylbenzol n.d. n.d. n.d. n.d.
n-Butylbenzol n.d. n.d. n.d. 0,28
Summe 41,1 5,55 2,45  17,5
BTEX 33,4 5,25 2,36  12,6
Saisonale Konzentrationsschwankungen der HAPs in der Außernluft im Stadtgebiet (in ppb)

Umweltanalytik

Dicke Luft - Feuerwerk und seine Risiken

Während Feuerwerkskörper ein hübsches Lichtspiel an den nachtblauen Himmel zaubern, wird die Luft am Boden zunehmend ungesünder. Jeder Abschuss einer Silvesterrakete geht laut Umweltbundesamt (UBA) mit der Freisetzung erheblicher Mengen gefährlichen Feinstaubs einher. Laut einigen koreanischen Wissenschaftlern tragen gesundheitsschädliche Luftverunreinigungen, neudeutsch Hazardous Air Pollutants (HAPs), einen erheblichen Teil dazu bei.

Wenn am Neujahrsmorgen der Kopf schwer und die Glieder bleiern waren, muss nicht notwendigerweise ein übermäßiger Alkoholgenuss schuld sein. Es kann vielleicht auch am Lärm liegen, dem man ausgesetzt war, aber ebenso an der Luft , die man zum Jahreswechsel geatmet hat und die zunehmend dicker und ungesünder wurde, je mehr Feuerwerkskörper detonierten und Silvesterraketen in den nachtblauen Himmel schossen.
Gleichgültig, ob die Augen brennen oder es im Hals kratzt – einer alten Tradition folgend, findet das Streichholz unzählige Male wie von selbst den Weg zur Lunte. Auch wenn oben die blühenden Feuerblumen am Firmament die Sinne betören und das Herz erfreuen mögen: Das Hantieren mit Feuerwerkskörpern hat seine Tücken, die, von den möglichen Folgen eines unsachgemäßen Gebrauchs einmal abgesehen, vor allem mit dem Qualm in Verbindung stehen, der beim Zündeln entsteht.
Feuerwerksqualm besteht zu einem Großteil aus Feinstaub; die Größe der Staubpartikel (PM, Particulate Matter), die in der Regel für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, beträgt mit bis zu 10 µm (PM10) [1] nur den Bruchteil eines Millimeters. In einem Dokument [2] schreibt das Umweltbundesamt, es sei erwiesen, „dass Feinstaub negativ auf den Gesundheitszustand wirkt. Je kleiner die Staubteilchen, desto größer das Gesundheitsrisiko.“
Laut aktuellen Untersuchungen ist die Belastung der Luft mit gesundheitsgefährdendem Feinstaub an Silvester vielerorts so hoch wie sonst im ganzen Jahr nicht: In den ersten Stunden des neuen Jahres wurden dem UBA zufolge in Großstädten PM10-Werte von bis zu 4000 µg/m³ (4000 µg/m³ = 4000 Mikrogramm PM10 pro Kubikmeter Luft) gemessen. Zum Vergleich: Im Jahr 2006 betrug die mittlere PM10-Konzentration der städtischen Messstationen in Deutschland nur rund 30 µg pro Kubikmeter.

Technische Details und Analyse

Ungeachtet der Belastung durch Feinstaub birgt der Qualm von abrauchenden Feuerwerkskörpern obendrein ein nicht unerhebliches Gesundheitsrisiko durch so genannte Hazardous Air Pollutants (HAPs), zu Deutsch: gefährliche Luftverunreinigungen. Zu diesem Schluss kommen Wissenschaftler der Pukyong National University in Busan, Korea, die sich angesichts der Tatsache, dass Feuerwerk zu des Koreaners liebsten Freizeitbeschäftigungen zählt, veranlasst sahen, die Belastung von Mensch und Umwelt mit möglichen Schadstoffen eingehender zu untersuchen und vor allen Dingen quantitative Daten über Ausstoß von HAPs zu ermitteln.
Prof. Gon Ok et al. vom Department of Earth Environmental Engineering der Pukyong National University gingen bei ihrer Arbeit wie folgt vor: Um den unterschiedlichen Einflussgrad der HAPs beim Spielen mit Feuerwerkskörpern zu untersuchen, nahmen sie in der Sommersaison Luftproben an einem Strand von Haeundae, an dem viele Touristen mit geschätzten 1000 bis 2000 Abschüssen pro Abend beziehungsweis 50.000 bis 100.000 pro Saison ihrem pyrotechnischem Hobby nachgingen.
Zum Vergleich zogen die Wissenschaftler Proben in der Umgebung ihrer stadtnahen Universität, in einer Region, wo man die Art der explosiven Freizeitbeschäftigung wenig beziehungsweise gar nicht pflegt. Um eine quantitative Aussage treffen zu können, erklärt Prof. Gon Ok, „haben wir einen speziellen Reaktor entwickelt, in dem wir Feuerwerkskörper unter Laborbedingungen zur Explosion bringen und abbrennen lassen und anschließend die Rauchgase analysieren können.“
Vom resultierenden Abgas wurde gemäß EPA-Methode TO-17 („Bestimmung von VOC in der Außenluft mittels Aktivsammlung auf geeigneten Sorbentien“) eine Probe genommen, und zwar mit Hilfe des GERSTEL-GS1-GasSamplers, der unmittelbar an den Reaktor angeschlossen war. Unter negativem Druck wurde die Gasprobe durch ein thermodesorbierbares Glasröhrchen geführt, das mit einer Packung aus drei verschiedenen Sorbensmaterialien auf Kohlenstoffbasis gefüllt war: Carbopack C, Carbopack B und Carbosive S-III. Die Röhrchen wurden entnommen, mittels ThermalDesorptionSystem (TDS) desorbiert und dieAnalyten im KaltAufgabeSystem (KAS) cryofokussiert, der KAS-Injektor war in einem GC 6890 von Agilent Technologies eingebaut. Am Rande bemerkt: Bei der Probenahme am Strand von Haeundae kamen die gleichen TDS-Röhrchen zum Einsatz, und auch ihre Desorption und Analyse verlief in gleicher Weise. Nach Art und Menge identifiziert wurden die Analyten mit einem Agilent MSD 5973.
Die Desorption der Analyten im TDS begann bei 30 °C. Die Temperatur wurde unverzüglich mit 60 °C/min gesteigert und endete bei 220 °C. Als Trägergas kam Helium zum Einsatz. Die Cryofokussierung erfolgte bei minus 50 °C im KAS, das anschließend mit 8 °C pro Sekunde auf 220 °C aufgeheizt wurde. Hierbei erfolgte die Überführung der Analyten auf die GC-Säule (Supelco VOCOL, 60 m x 320 µm x 1,8 µm). Gaschromatographisch getrennt wurde temperaturprogrammiert, beginnend bei 30 °C. Nach fünf Minuten ging es mit 3 °C/min auf 60 °C, mit 5 °C/min weiter auf 150 °C und mit 2 °C/min auf 190 °C; die Endtemperatur wurde für zwei Minuten gehalten.

Ergebnis und Ausblick

Insgesamt detektierten die Wissenschaftler im Rauchgas der Feuerwerkskörper, das im Reaktor gewonnen wurde, rund 150 unterschiedliche HAPs, darunter 60 verschiedene Aromaten, 35 Isoparaffine, 20 Olefine und 30 Naphthine. Mit diesem Wissen gingen sie an die Analyse der realen Proben. Das Ergebnis der Untersuchung machte hellhörig: Die HAP-Konzentration variierte innerstädtisch, also in der Nähe der Pukyong National University, übers Jahr gesehen zwischen 2,5 ppb und 42 ppb, wobei BTEX-Verbindungen 99,9 Prozent der Aromaten-Gesamtkonzentration ausmachten. Die HAP-Konzentration am Strand hingegen, das heißt im Bereich der passionierten pyrotechnischen Freizeitaktivisten, lag in der Regel stets um den Faktor 10 (für m- und p-Xylol) beziehungsweise 400 (für Benzol) höher. Der BTEX-Anteil betrug 69 Prozent und lag  mit 1260 ppb weit über der Konzentration der Kontroll- beziehungsweise Vergleichsgebiete. „Das Abbrennen von Feuerwerkskörpern beeinflusst die Luftverunreinigung gewaltig“, schlussfolgern die Wissenschaftler.
Diese Erkenntnis ist für Professor Gon Ok und seine Kollegen eindeutig und kann nur eine Konsequenz nach sich ziehen: Die koreanischen Wissenschaftler fordern ein Gesetz, das den Umgang und den Gebrauch von Feuerwerkskörpern einschränkt, um die Gesundheit der Bevölkerung zu schützen.
In Deutschland ist man so weit noch nicht. Hier geht man die Angelegenheit – trotz eindeutiger Ausgangslage – vorsichtiger, zurückhaltender an, insbesondere wohl weil Feuerwerkskörper bei uns vornehmlich Silvester zum Einsatz kommen. Das UBA appelliert auf seiner Homepage an die Vernunft und den gesunden Menschenverstand: „Traditionen und Bräuche sind Teil unseres Lebens und sollen dies auch bleiben. Wir bitten Sie jedoch, einen Beitrag zur Verminderung der Feinstaubbelastung in der Silvesternacht zu leisten: Schränken Sie Ihr persönliches Feuerwerk ein oder verzichten Sie sogar ganz darauf. Gleichzeitig würden Sie so auch helfen, die Müllmenge von Verpackung und Umhüllung der Feuerwerkskörper und den Energieaufwand, der bei der Herstellung der Feuerwerkskörper erheblich ist, zu verringern.“

Weitere Informationen

[1] www.umweltbundesamt.de/luft/schadstoffe/downloads/silvester_pm10.pdf
[2] atlas.umwelt.hessen.de/servlet/Frame/atlas/luft/ik/qualitaet/pm10/pm10.htm