Dieselmotoremissionen (DME)

Den kompletten Artikel können Sie in unserem "Handbuch der Umweltmedizin" nachlesen.

Zusammenfassung

Die wichtigsten Bestandteile von Dieselmotoremissionen (DME) sind Partikel und NO₂. Die Dieselrußpartikel werden als Ultrafeine Partikel (UFP) emittiert und wachsen schnell im Akkumulationsmode an, sodass sich letztlich ein Durchmesser von 20–300 nm ergibt. Die Dieselrußpartikel können dabei gut durch die Messung von elementarem Kohlenstoff quantifiziert werden. Wichtig ist, dass kanzerogene Substanzen wie PAH an die Partikel adsorbiert sind, und dadurch bis in die tiefen Atemwege und möglicherweise auch in den Blutkreislauf gelangen können.

Im Straßenverkehr werden DME durch Diesel-Pkw sowie leichte und schwere Nutzfahrzeuge (Lkw, Busse, Baumaschinen etc.) freigesetzt. Dabei ist zu beachten, dass der Anteil der Diesel-Pkw bis 2015 auf 48 % der Neuzulassungen von Pkw anstieg und 2024 bei 17 % lag. Schwere Nutzfahrzeuge, v.a. Lkw und Baumaschinen, fahren bis heute praktisch zu 100 % mit Dieselmotoren.

Vergangenheit und Gegenwart
Das Hauptproblem sind die Dieselrußpartikel. Diese führen im Tierversuch zu Lungenkrebs. Die Kanzerogenität beim Menschen wird unterschiedlich bewertet. So halten WHO/IARC 2014 die Epidemiologie für aussagekräftig und stufen DME als Humankanzerogen ein. Die Bewertung lautet: Dieselabgase verursachen Lungenkrebs, und es wurde ein positiver Zusammenhang zwischen der Exposition gegenüber Dieselabgasen und Blasenkrebs beobachtet. Demgegenüber hält die MAK-Kommission 2008 die epidemiologischen Studien nicht für ausreichend, v.a. weil der Nachweis einer Dosis-Wirkungs-Beziehung und Angaben zur Höhe der Exposition fehlten und nur Angaben zur Tätigkeit (bei der Eisenbahn, als Lkw-Fahrer, als Arbeiter in Kfz-Werkstätten) und zur Dauer der Tätigkeit vorlägen. Daher stuft die MAK-Kommission DME nur als krebserregend im Tierversuch ein.

Die Einstufung der IARC wird durch mehrere in der Zwischenzeit (bis 2024) publizierte Daten oder Metaanalysen unterstützt. Diese finden für den Arbeitsplatz (auf der Grundlage abgeschätzter Konzentrationen von elementarem Kohlenstoff EC) einen statistisch signifikanten linearen Anstieg des Lungenkrebsrisikos mit ansteigenden Dieselmotoremissionen.

Demgegenüber wird von Kritikern argumentiert, dass Störfaktoren wie das Rauchen in den zugrundeliegenden Arbeiten nicht ausreichend berücksichtigt wurden und daher die Einstufung von Dieselmotorabgasen als krebserzeugend für die Menschen nicht gerechtfertigt sei.

Wie aus unserem Beitrag ersichtlich, wird damit nach wie vor die Kanzerogenität von Dieselabgasen kontrovers diskutiert. In der Auseinandersetzung geht es vor allem darum, ob und in welchem Ausmaß das Rauchverhalten der exponierten Arbeiter zu einer Verzerrung der Risikoschätzung für Dieselmotorabgase geführt hat oder nicht. Da jedoch keine neuen epidemiologischen Studien für alte Dieselmotoren zu erwarten sind, wird es schwierig sein wird, einen Konsens über die Einstufung der Abgase alter Dieselmotoren als krebserzeugend für den Menschen herbeizuführen.

Kontrollierte Expositionsversuche am Menschen mit Abgasen aus neueren Motoren liegen nicht vor. Die Exposition von Probanden gegen Abgase aus alten Motoren ergab Reizwirkungen in der Lunge, die sich mit hohen NO₂-Konzentrationen erklären lassen. Partikelkonzentrationen ab 300 Tg/m^³ führten zu kardiovaskulären Effekten, Blutdruckanstieg und erhöhter Blutgerinnung.

Die Einstufungen der IARC und der MAK-Kommission basieren auf Tierexperimenten und epidemiologischen Studien, die sich auf Emissionen alter Dieselmotoren stützen, die vor 2000 gebaut wurden. Mittlerweile hat sich die Emission grundlegend geändert, v.a. durch erheblich verschärfte Grenzwerte sowie parallel dazu die Einführung von Partikelfiltern. Dadurch hat sich der Anteil der Partikel aus Dieselabgasen am PM₁₀-Feinstaub von 1995–2023 auf 7 % verringert.

Stickstoffdioxid ist ein Reizgas ohne kanzerogene Eigenschaften. Hier lag der Hauptbeitrag der Emission aus Pkw vor dem Jahr 2000 bei Ottomotoren und diese Emissionen sind durch die Einführung von Katalysatoren erheblich zurückgegangen. Umgekehrt stieg der Beitrag von Dieselmotoren an der NO₂-Emission technisch bedingt durch den Einsatz von Partikelfiltern zunächst an. Durch Verwendung der Harnstofflösung AdBlue konnte der spezifische NO_x-Ausstoß der Dieselflotte seit 2010 verringert werden.

Zukunft
Aufgrund umweltpolitischer Maßnahmen werden sich die Neuzulassungen und der Bestand an Fahrzeugen mit Verbrennermotoren weiter verringern. Es wird erwartet, dass im Zeitraum 2023–20400 der Bestand an Otto-Pkw von 62 % auf 18 % und der Bestand an Diesel-Pkw von 29 % auf 8 % zurückgeht. Bei Diesel-Lkw wird ein Rückgang von fast 100 % auf 14 % erwartet.

Die Partikelemission aus Verbrennermotoren sollte dadurch weiter sinken. Schon heute beträgt der Anteil einer anderen Quelle, nämlich des Brems-, Reifen- und Straßenabriebs, an der Partikelemission aus dem Straßenverkehr 73 %. Diese Quelle wird weiterhin bestehen, und hieran sind naturgemäß alle Kfz – also Diesel-, Otto- und Elektrofahrzeuge – beteiligt. Da derzeit der Kenntnisstand zur Toxikologie von Partikeln aus dem Abrieb unzureichend ist, lässt sich nicht seriös abschätzen, wie sich dieser
auf die Gesundheit auswirkt.

Nach Prognosen der EU wird erwartet, dass das Mortalitätsrisiko durch PM_2.5, weiter zurückgeht und von 2022–2030 nochmals um 65 % sinkt. Hierbei wird allerdings unterstellt, dass die toxischen Eigenschaften aller Partikel im Feinstaub ähnlich sind, was mit großen Unsicherheiten behaftet ist.

Insgesamt hat sich das abgeschätzte Gesundheitsrisiko durch DME seit dem Jahr 2000 in Deutschland und der EU erheblich reduziert. Dies betrifft zwar nicht die Gefahrenabschätzung (hazard evaluation), wohl aber die Risikoabschätzung (risk evaluation).

Die alte Technologie entspricht dem EURO-2-Emissionsstandard. Die gesundheitlichen Wirkungen der Emissionen alter Technologie bestehen vor allem in entzündlichen und krebserzeugenden Reaktionen in der Lunge, die auf Reizgase und Kohlenstoffpartikel mit daran adsorbierten polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) zurückgeführt werden. Risikoabschätzungen für das Entstehen von Lungenkrebs durch Dieselpartikel werden dabei kontrovers diskutiert.

Der ab 2000 gültige EURO-3-Standard hat zum Einsatz einer neuen Dieseltechnologie geführt. Trotz Reduktion der Schadstoffbelastung durch diese Technologie bleiben die gasförmigen Reizstoffe von Bedeutung, insbesondere Stickoxide, die zu entzündlichen Reaktionen der Lunge führen können.

Datengestützte Aussagen über die Höhe der Risiken durch Dieselfahrzeuge mit moderner Technologie liegen nicht vor, durch den erheblichen Rückgang der Partikelemission seit 2000 ist aber auch von einem deutlichen Rückgang der Auswirkungen auf die Gesundheit auszugehen. Hierbei darf aber nicht vergessen werden, dass sich die Emissionen aus Dieselmotoren in anderen Ländern, insbesondere in Schwellen- und Entwicklungsländern, erheblich weniger reduziert haben als bei uns, sodass dort noch viele Jahre von beachtlichen DME-Belastungen mit entsprechenden gesundheitlichen Folgen ausgegangen werden muss.

Schlagwörter: Diesel, feine und ultrafeine Partikel, NO₂, Gesundheitsrisiken, Krebs

Abstract

The main components of Diesel engine emissions (DME) are particulate matter and NO₂. Diesel soot particles are emitted as ultrafine particles (UFPs) and grow rapidly in the accumulation mode, ultimately reaching a diameter of 20–300 nm. These Diesel soot particles can be readily quantified by measuring elemental carbon. Importantly, carcinogenic substances such as PAHs are adsorbed onto the particles, allowing them to penetrate deep into the respiratory tract and potentially into the bloodstream.

In road traffic, DME are released by diesel passenger cars as well as light and heavy duty vehicles (trucks, buses, construction equipment etc.). It should be noted that the share of Diesel passenger cars rose to 48 % of new passenger car registrations by 2015 and was 17 % by 2024. Heavy duty vehicles, especially trucks and construction equipment, still almost exclusively use Diesel engines.

Past and Present
The main problem is Diesel soot particles. In animal studies, these particles cause lung cancer. Their carcinogenicity in humans is assessed differently. In 2014, the WHO/IARC considered the  epidemiological data to be conclusive and classified DME as a human carcinogen. Their assessment stated that Diesel exhaust causes lung cancer and that a positive association between exposure to Diesel exhaust and bladder cancer had been observed. In contrast, theMAK Commission in 2008 considered the epidemiological studies insufficient, primarily because evidence of a dose-response relationship and information on the level of exposure were lacking, and only data on occupation (railway work, truck driving, automotive repair) and duration of exposure were available. Therefore, the MAK Commission classified DME only as carcinogenic in animal studies.

The IARC classification is supported by several data sets and meta-analyses published in the interim (up to 2024). These studies found a statistically significant linear increase in the risk of lung cancer in the workplace (based on estimated concentrations of elemental carbon EC) with increasing Diesel engine emissions.

In contrast, critics argue that confounding factors such as smoking were not sufficiently considered in the underlying studies, and therefore the classification of Diesel engine exhaust as carcinogenic to humans is not justified.

As our Chapter demonstrates, the carcinogenicity of Diesel exhaust remains a subject of controversial debate. The main point of contention is whether and to what extent the smoking behavior of exposed workers has distorted the risk assessment for Diesel engine exhaust. However, since no new epidemiological studies for older diesel engines are expected, it will be difficult to reach a consensus on classifying the exhaust from older Diesel engines as carcinogenic to humans.

Controlled human exposure studies with exhaust from newer engines are not available. Exposure of test subjects to exhaust fumes from older engines resulted in lung irritation, which can be explained by high NO₂ concentrations. Particle concentrations above 300 Tg/m^³ led to cardiovascular effects, increased blood pressure, and enhanced blood clotting.

The classifications of the IARC and the MAK Commission are based on animal experiments and epidemiological studies that rely on emissions from older diesel engines manufactured before 2000. Since then, emissions have fundamentally changed, primarily due to significantly stricter limit values and the parallel introduction of particulate filters. As a result, the proportion of particles from Diesel exhaust in PM₁₀ particulate matter decreased to 7 % between 1995 and 2023.

Nitrogen dioxide is an irritant gas without carcinogenic properties. Before 2000, the main contribution of nitrogen dioxide emissions from passenger cars came from gasoline engines, and these emissions have decreased considerably due to the introduction of catalytic converters. Conversely, the contribution of Diesel engines to NO₂ emissions initially increased due to technical reasons such as the use of particulate  filters. However, the use of the urea solution AdBlue has reduced the specific NO_x
emissions of the Diesel fleet since 2010.

Future
Due to environmental policy measures, new registrations of vehicles with combustion engines will continue to decline, as well as the vehicle fleet. It is expected that between 2023 and 2040, the number of gasoline-powered passenger cars will decrease from 62 % to 18 %, and the number of diesel-powered passenger cars from 29 % to 8 %. For diesel trucks, a decline from almost 100 % to 14 % is anticipated.

As a result, particulate emissions from combustion engines should decrease further. Even today, another source – brake, tire, and road abrasion – accounts for 73 % of particulate emissions from road traffic. This source will continue to exist, and naturally, all motor vehicles – diesel, gasoline, and electric – contribute to it. Since current knowledge about the toxicology of particles from abrasion is insufficient, it is not possible to reliably assess their impact on health.

According to EU forecasts, the mortality risk from PM_2.5 is expected to decline further, decreasing by another 65 % between 2022 and 2030. However, this assumes that the toxic properties of all particles in particulate matter are similar, which is subject to considerable uncertainty.

Overall, the estimated health risk from particulate matter has decreased significantly in Germany and the EU since 2000. While this does not affect the hazard evaluation, it does affect the risk evaluation.
The older technology complies with the EURO 2 emissions standard. The health effects of emissions from older technology consist primarily of inflammatory and carcinogenic reactions in the lung, which are attributed to irritant gases and carbon particles with adsorbed polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Risk assessments for the development of lung cancer from diesel particles are the subject of controversial discussion. 

The EURO 3 standard, which came into effect in 2000, led to the use of new Diesel technology. Despite the reduction in pollutant levels achieved through this technology, gaseous irritants remain significant, particularly nitrogen oxides, which can lead to inflammatory reactions in the lungs.

Data-based statements regarding the level of risk posed by Diesel vehicles with modern technology are not available. However, due to the substantial decrease in particulate emissions since 2000, a significant reduction in the health effects can also be assumed. It should not be forgotten, however, that emissions from Diesel engines in other countries, especially in emerging and developing countries, have been reduced considerably less than in Germany, meaning that significant levels of Diesel particulate matter pollution with corresponding health consequences must be expected there for many years to come.

Keywords: Diesel, fine and ultrafine particles, NO₂, health risks, cancer

Zitierweise:

Greim H, Wichmann HE (2026). Dieselmotoremissionen (DME). In: Wichmann HE, Fromme H, Zeeb H, Kaifie-Pechmann A (Hrsg.) Handbuch der Umweltmedizin. 85. Erg.-Lfg. 8/26, ecomed Medizin, Landsberg