Die größte Quelle anthropogener Aerosole resultiert aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Neben der Emission von Partikeln durch den Straßenverkehr, trägt auch die Schifffahrt erheblich zum Partikelausstoß bei. Besonders Fracht- und Containerschiffe, die mit minderwertigem Schweröl betrieben werden, setzen beträchtliche Mengen an SO_x, aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Ruß sowie Fein- und Ultrafeinstaub frei. Angesichts der Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit besteht ein wachsendes Interesse an der Untersuchung von Schiffsaerosolen, insbesondere den partikulären Emissionen. [1]

Atmosphärische Aerosolpartikel haben in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften einen entscheidenden Einfluss auf das Klima, indem sie u. a. als Kondensationskeim Auswirkungen auf die Wolkenbildung haben und durch Absorption oder Reflexion von Strahlung indirekt die Temperatur beeinflussen. [2] Schiffsemissionen liefern einen beträchtlichen Beitrag zur städtischen Aerosolbelastung in Küsten- und Hafenstädten, wobei die gesundheitliche Belastung u. a. auf das Vorhandensein von polyzyklischen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Metallen (Vanadium, Nickel) und hohe Menge Schwefel im Aerosol zurückgeführt werden. [1] Zur Verringerung der Auswirkungen der Luftverschmutzung durch die Schifffahrt wurden von der internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) Grenzwerte für die Emission von Stickstoff- und Schwefeloxiden festgelegt. Innerhalb von Schwefel-Emissions-Überwachungsgebieten (sulphur emission control area, SECA) ist der Schwefelgehalt im Schiffskraftstoff seit 2015 auf 0,10 % begrenzt. Außerhalb der emissionskontrollierten Gebiete gilt seit 2020 ein Grenzwert von 0,50 % für den Schwefelgehalt im Kraftstoff. [3] Alternativ ist ein Einsatz von Abgasreinigungssystemen, sogenannten Scrubbern, zulässig.

Eine umfassende Charakterisierung der molekularen Zusammensetzung der Schiffaerosole kann durch den Einsatz verschiedener analytischer Messmethoden erzielt werden, wobei sowohl Offline- als auch Online-Analytik zur Anwendung kommen. Zur Bestimmung von anorganischen Elementen wird u. a. die Atomemissionsspektroskopie mit induktiv-gekoppeltem Plasma eingesetzt, während für die Analyse organischer Spezies verschiedene massenspektrometrische Methoden, darunter IDTD-GC-ToFMS, GCxGC-ToFMS, FTICR-MS mit LDI und GC-APCI, bereitstehen. Weiterhin können detaillierte Online-Analysen der organischen, gasförmigen Schiffsemissionen mittels SPI-/REMPI-MS und HR-ToF-AMS durchgeführt werden. Zur Bestimmung der Lichtabsorptionseigenschaften von Partikeln werden z.B. Aethalometer eingesetzt. [1]

[1] Streibel, T.; Schnelle-Kreis, J.; Czech, H.; Harndorf, H.; Jakobi, G.; Jokiniemi, J.; Karg, E.; Lintelmann, J.; Matuschek, G.; Michalke, B.; et al.Aerosol emissions of a ship diesel engine operated with diesel fuel or heavy fuel oil. Environmental science and pollution research international2017, 24, 10976–10991.

[2] Schnelle-Kreis, J.; Sklorz, M.; Herrmann, H.; Zimmermann, R. Atmosphärische Aerosole: Quellen, Vorkommen, Zusammensetzung. Chem. Unserer Zeit2007, 41, 220–230.

[3] Ausmeel, S.; Eriksson, A.; Ahlberg, E.; Sporre, M. K.; Spanne, M.; Kristensson, A. Ship plumes in the Baltic Sea Sulfur Emission Control Area: chemical characterization and contribution to coastal aerosol concentrations. Atmos. Chem. Phys.2020, 20, 9135–9151.

[4]  Anders, L.; Schade, J.; Rosewig, E. I.; Kröger-Badge, T.; Irsig, R.; Jeong, S.; Bendl, J.; Saraji-Bozorgzad, M. R.; Huang, J.-H.; Zhang, F.-Y.; Wang, C. C.; Adam, T.; Sklorz, M.; Etzien, U.; Buchholz, B.; Czech, H.; Streibel, T.; Passig, J.; Zimmermann, R. Detection of ship emissions from distillate fuel operation via single-particle profiling of polycyclic aromatic hydrocarbons. Environ. Sci.: Atmos. 2023, 3 (8), 1134–1144. DOI: 10.1039/D3EA00056G