Untersucht ein Labor eine teerhaltige Probe auf polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), steht am Ende eine Tabelle mit Einzelwerten. Der Blick fällt fast automatisch auf eine Zahl: den Gehalt an Benzo[a]pyren. Das ist verständlich, denn Benzo[a]pyren ist die am besten untersuchte Verbindung der Gruppe und der einzige PAK, den die IARC als für den Menschen krebserzeugend einstuft (Gruppe 1; IARC 2012, Monograph 100F). Als alleiniges Maß für die Gefährlichkeit eines Materials greift dieser eine Wert jedoch zu kurz. Wie sehr, zeigt das Toxizitätsäquivalent.
Das Prinzip: alles auf eine Leitsubstanz beziehen
PAK treten stets als Gemisch auf, oft aus Dutzenden Einzelverbindungen sehr unterschiedlicher Wirkstärke. Für die meisten von ihnen gibt es keine eigenen, belastbaren Krebsrisiko-Kriterien. Die Toxikologie behilft sich deshalb mit einem Verfahren, das man von den Dioxinen kennt: Jede krebserzeugende Einzelverbindung wird über einen Toxizitätsäquivalenzfaktor (TEF) auf die Leitsubstanz Benzo[a]pyren bezogen, die definitionsgemäß den Faktor 1 erhält. Multipliziert man jede gemessene Konzentration mit ihrem Faktor und summiert, erhält man das Benzo[a]pyren-Toxizitätsäquivalent, kurz BaP-TEQ: eine einzige Zahl, die die krebserzeugende Gesamtwirkung des Gemischs in „Benzo[a]pyren-Einheiten" ausdrückt.
Der Nutzen ist unmittelbar: Ein Material kann bei moderatem Benzo[a]pyren-Gehalt trotzdem ein hohes Äquivalent tragen, wenn andere, stark wirksame PAK reichlich vorhanden sind. Wer nur auf Benzo[a]pyren schaut, übersieht das.
Der Faktorensatz entscheidet mit
Es gibt nicht einen Satz solcher Faktoren. Mehrere Arbeitsgruppen haben über die Jahre unterschiedliche Werte vorgeschlagen, und die Unterschiede sind nicht kosmetisch. Am gebräuchlichsten ist der Satz von Nisbet und LaGoy (1992); eine häufig verwendete Alternative sind die vorläufigen Faktoren der US-Umweltbehörde (US-EPA 1993). Für dieselbe Messung liefern beide Sätze unterschiedliche Äquivalente; wie stark, hängt vom Material ab. Für ein zertifiziertes Steinkohlenteer-Referenzmaterial liegen sie rund 29 Prozent auseinander (siehe Rechenbeispiel im Kasten), und der Abstand wächst, je mehr Dibenz[a,h]anthracen die Probe enthält.
Der wichtigste Hebel ist eine einzige Verbindung: Dibenz[a,h]anthracen. Nisbet und LaGoy weisen ihr den Faktor 5 zu; sie gilt dort also als noch wirksamer als Benzo[a]pyren selbst. Andere Sätze setzen sie niedriger an. In Proben, in denen Dibenz[a,h]anthracen mengenmäßig ins Gewicht fällt, kann allein diese Festlegung darüber entscheiden, ob Dibenz[a,h]anthracen oder Benzo[a]pyren das Äquivalent dominiert. Die praktische Konsequenz ist schlicht: Ein Toxizitätsäquivalent ohne Angabe des verwendeten Faktorensatzes ist nicht interpretierbar. Ein sauberer Befund nennt den Satz.
Für Experten, oder die, die es werden wollen: Der Faktorensatz im Detail
Der Satz von Nisbet und LaGoy (1992) ordnet den EPA-relevanten PAK folgende Faktoren zu:
| TEF | PAK |
|---|---|
| 1 | Benzo[a]pyren |
| 5 | Dibenz[a,h]anthracen |
| 0,1 | Benzo[a]anthracen, Benzo[b]fluoranthen, Benzo[k]fluoranthen, Indeno[1,2,3-cd]pyren |
| 0,01 | Anthracen, Chrysen, Benzo[g,h,i]perylen |
| 0,001 | Naphthalin, Acenaphthylen, Acenaphthen, Fluoren, Phenanthren, Fluoranthen, Pyren |
Die Besonderheit ist der Faktor 5 für Dibenz[a,h]anthracen; die vorläufigen US-EPA-Faktoren (1993) setzen dieselbe Verbindung mit 1 an.
Rechnet man dieses Schema auf das zertifizierte Referenzmaterial NIST SRM 1597a durch, ein aus Steinkohlenteer isoliertes PAK-Gemisch mit zertifizierten Einzelgehalten (NIST 2012), ergibt sich:
| Größe | Wert |
|---|---|
| Benzo[a]pyren allein | 93,5 mg/kg |
| BaP-TEQ nach Nisbet und LaGoy (1992) | ≈ 159 mg/kg |
| BaP-TEQ nach US-EPA (1993) | ≈ 123 mg/kg |
Zwei Dinge werden daran sichtbar. Erstens liegt das Toxizitätsäquivalent beim 1,7-fachen des reinen Benzo[a]pyren-Werts: Wer nur Benzo[a]pyren abliest, unterschätzt die krebserzeugende Gesamtwirkung hier um rund 40 Prozent, und das bei einem Material, in dem Benzo[a]pyren mit knapp 59 Prozent ohnehin den größten Einzelbeitrag stellt. Zweitens liegen die beiden Faktorensätze rund 29 Prozent auseinander. Der Unterschied geht zu gut drei Vierteln auf Dibenz[a,h]anthracen zurück (Faktor 5 gegenüber 1), obwohl diese Verbindung nur etwa 7 Prozent der Benzo[a]pyren-Masse ausmacht; sie trägt aber gut ein Fünftel zum Äquivalent bei. In teerhaltigen Materialien mit höherem Dibenz[a,h]anthracen-Anteil fällt der Effekt entsprechend größer aus.
Zwei Feinheiten für die saubere Lesart: Die zertifizierten Gehalte beziehen sich auf das Referenzmaterial (Kohlenteer in Toluol), nicht auf einen festen Bauwerkstoff; für den Vergleich der Faktorensätze ist das ohne Belang, weil sich das Verhältnis der Äquivalente bei Verdünnung nicht ändert. Und gemeint ist ausschließlich das Isomer Dibenz[a,h]anthracen der EPA-Liste, nicht die separat zertifizierten Isomere a,j und a,c.
Die sechzehn EPA-PAK sind nicht alles
Nahezu jede Standardanalyse bestimmt die „16 EPA-PAK", eine Liste, welche die US-Umweltbehörde in den 1970er-Jahren aus mess- und verfügbarkeitspraktischen Erwägungen zusammenstellte. Sie ist ein bewährter, aber unvollständiger Ausschnitt. Gerade bei pyrogenen und teerhaltigen Materialien tragen PAK außerhalb dieser Liste erheblich zur Toxizität bei, allen voran die Dibenzopyrene und 7H-Benzo[c]fluoren. Richter-Brockmann und Achten (2018) zeigen an petro- und pyrogenen Umweltproben, dass Nicht-EPA-PAK zwischen rund 69 und 95 Prozent des gesamten Toxizitätsäquivalents ausmachen können. Ein allein auf die 16er-Liste gestütztes Äquivalent unterschätzt die reale Belastung solcher Materialien daher systematisch, nicht um Prozente, sondern um ein Vielfaches.
Für Experten, oder die, die es werden wollen: Jenseits der EPA-16
Die 16 EPA-PAK enthalten mit Dibenz[a,h]anthracen nur eines der hochwirksamen höherkondensierten Systeme. Die Dibenzopyrene, insbesondere Dibenzo[a,l]pyren, sowie 7H-Benzo[c]fluoren und einzelne methylierte Verbindungen (etwa 5-Methylchrysen) besitzen teils Äquivalenzfaktoren deutlich über 1, tauchen in der Standardliste aber nicht auf. In teerhaltigen Materialien, die durch Hochtemperatur-Pyrolyse entstehen, sind sie regelmäßig vorhanden. Richter-Brockmann und Achten (2018) quantifizieren ihren Beitrag mit 69,3 bis 95,1 Prozent des Gesamt-TEQ. Methodische Konsequenz: Ein auf die EPA-16 begrenzter Wert ist eine Untergrenze, kein realistischer Schätzwert der Gesamttoxizität; bei der Bewertung teerartiger Materialien ist das ausdrücklich zu vermerken.
Ein Äquivalent ist keine Risikoaussage
So nützlich das Toxizitätsäquivalent ist, es bleibt eine Konzentrationsgröße, eine Eigenschaft des Materials, nicht des Menschen davor. Es sagt, wie krebserzeugend ein Kilogramm des Stoffs im Vergleich zu reinem Benzo[a]pyren wirkt. Es sagt nichts darüber, ob und wie viel davon tatsächlich in einen Körper gelangt. Das hängt vom Expositionspfad ab: ob das Material verbaut und versiegelt ist oder freiliegt, ob Staub mobilisiert wird, ob flüchtige Anteile wie Naphthalin ausgasen, wie lange und wie nah sich Menschen aufhalten. Ein hohes Äquivalent markiert eine hochbelastete Quelle und damit einen Handlungsgrund; die eigentliche Risikobewertung braucht zusätzlich den Weg vom Material zum Menschen.
Was das für die Bewertung heißt
Daraus folgt, warum eine belastbare PAK-Bewertung mehr ist als das Ablesen eines Benzo[a]pyren-Werts. Sie nennt die Summe und das Toxizitätsäquivalent, sie gibt den Faktorensatz an, sie ordnet ein, was die EPA-Liste möglicherweise nicht erfasst, und sie unterscheidet sauber zwischen Materialbelastung und Exposition. Erst dann lässt sich ein Befund verlässlich in den rechtlichen Rahmen einordnen, in Österreich etwa die Einstufung teerhaltiger Abfälle als gefährlich (Abfallverzeichnisverordnung 2020; EU-Abfallcode 17 03 03*, Gefahrenmerkmal HP 7).
Wo PAK in Gebäuden überhaupt vorkommen und warum nicht jeder schwarze Kleber teerhaltig ist, behandelt der Beitrag PAK im Altbau; dort wird auch die teerhaltige Abdichtung im Mauerwerk eingeordnet. Welche Schadstoffe in welcher Bauepoche zu erwarten sind, ordnet Schadstoffe nach Baujahr ein.
Quellen
- IARC/WHO (2012), Monograph 100F: Benzo[a]pyren als Karzinogen der Gruppe 1 (einziger als solcher eingestufter PAK).
- Nisbet, I.C.T. & LaGoy, P.K. (1992): Toxic equivalency factors (TEFs) for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Regulatory Toxicology and Pharmacology 16: 290–300.
- Richter-Brockmann, S. & Achten, C. (2018): Analysis and toxicity of 59 PAH in petrogenic and pyrogenic environmental samples including dibenzopyrenes, 7H-benzo[c]fluorene, 5-methylchrysene and 1-methylpyrene. Chemosphere 200: 495–503.
- US-EPA (1993): Provisional Guidance for Quantitative Risk Assessment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (vorläufige Äquivalenzfaktoren, EPA/600/R-93/089).
- NIST (2012): Certificate of Analysis, Standard Reference Material 1597a: Complex Mixture of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons from Coal Tar (zertifizierte Massenanteile, Tabelle 1): tsapps.nist.gov.
- Abfallverzeichnisverordnung 2020 (BGBl. II Nr. 409/2020), Abfallgruppe 17 03, RIS: ris.bka.gv.at.
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