Diskussionsseite: Studie Prof. Vahl (Johannes Gutenberg-Universität Mainz)

In vielen Berichten öffentlich rechtlicher Medien zu Infraschall und Windenergie wird auf eine Studie der Arbeitsgruppe Vahl Bezug genommen (z.B. ZDF planet e: Infraschall - Unerhörter Lärm - 10/2018, ARD: Windkraft: Fluch oder Segen - 09/2020). Windkraftgegner (z.B. Vernunftkraft, Windwahn) sehen in der Studie einen Beleg, dass Infraschall von Windenergieanlagen gefährlich ist. In Interviews und Stellungnahmen bringt Prof. Vahl seine Studie immer wieder selbst in Zusammenhang mit Infraschall von Windenergieanlagen:

Gefragt nach seinem Standpunkt zur Windenergie antwortet Prof. Vahl:

Da hat sich zum Glück etwas geändert. Und ich bin auch froh, dass da langsam eine Sensibilität entsteht. Also ich hab selbst zu der Generation gehört, die gegen Atomkraft protestiert hat, die bei Gorlebendemonstrationen dabei war, und ich bin schon dafür, dass man die Windkraft weiter fördert. Aber man muss, glaube ich, die Probleme die Menschen damit haben, wesentlich ernster nehmen, als wie wir das bisher tun und einfach die Abstände so einhalten, dass man niemanden gefährdet.

In einem anderen Interview (mainzund.de) wird Prof. Vahl wie folgt zitiert:

Dass Windräder Infraschall erzeugen, ist bekannt, Anwohner klagen oft über einen tiefen Brummton. Der entstehe dadurch, dass die Flügel des Windrads beim Drehen Luft gegen den Mast drückten, erklärt Vahl. Dadurch entstehe nachgewiesenermaßen ein Schalldruckpegel von bis zu 100 Dezibel, schon bei einem einzigen Windrad – das sei lauter als Fluglärm, der meist zwischen 60 und 70 Dezibel als gravierende Störung wahrgenommen werde. Im Gegensatz zum Fluglärm aber hört der Mensch Infraschall aber eben nicht, Vahl wollte nun wissen, ob es bei den 100 Dezibel-Schallwellen zu gesundheitlichen Problemen kommen kann.

Hintergrund für diese Aussagen ist ein experimenteller Befund, dass isolierte Herzzellen ab 100dB Beschallung eine Abnahme der Leistungsfähigkeit zeigen. Veröffentlicht ist die Studie bisher als Poster (ohne Peer Review). Außerdem findet man ein Paper für Noise & Health, das inzwischen publiziert ist.

Diskussion

Problematischer experimenteller Ansatz

Im Versuch werden isolierte Herzmuskelzellen in einen Probenhalter eingespannt, elektrisch angeregt und die Kontraktion gemessen. Alles erfolgt in einer Plexiglasbox, in deren oberer Abdeckung ein Basslautsprecher integriert ist. Mit einem Mikrofon auf Höhe der Zellprobe wird der Schalldruckpegel gemessen und über eine Steuereinheit der Lautsprecher so geregelt, dass ein bestimmter Schalldruckpegel eingehalten wird. Zu jedem Versuch gab es eine Kontrolle ohne Beschallung. Auf den ersten Blick scheint der Versuchsaufbau vernünftig. Ich sehe jedoch zwei grundlegende Probleme:

1. Luftbewegung durch Lautsprecherhub (Schallschnelle)
2. Übertragung von Vibrationen

Wenn man Videos im Internet betrachtet, scheint der Lautsprecherhub relativ groß (~1cm). Der Versuchsaufbau ist ganz offensichtlich nicht luftdicht. Wäre der Versuchsaufbau luftdicht, würde ein Lautsprecherhub von 1cm deutlich größere Schalldrücke erzeugen. Eine Volumenänderung von nur einem Tausendstel erzeugt bereits eine Druckänderung von 100Pa! Ein Lautsprecherhub von 1cm müsste Druckänderungen von einigen 100Pa (>140dBz) hervorrufen. Da das Messmikrofon nur 120dBz registriert, entweicht ein großer Teil des Lautsprecherdrucks. Dies bedeutet wiederum, dass mit der Lautsprecherbewegung auch eine Luftbewegung (Schallschnelle) induziert wird, die ohne Lautsprecher (Kontrolle) nicht vorhanden ist.

Problematisch sehe ich auch Effekte durch Vibrationen. Die starken Lautsprecherbewegungen werden sich zwangsläufig über die Halterung auf den Labortisch übertragen und von dort auf den Probenhalter. Auch dies fehlt in der Kontrolle. Luftbewegung und die Vibrationen könnten einen ganz erheblichen Einfluss ausüben.

Wesentlich besser geeignet für den Versuch wären Druckkammern. Solche Druckkammern hat das UBA (09/2020 - Lärmwirkungen von Infraschallimmissionen) sowie das VTT (06/2020 - Infrasound Does Not Explain Symptoms Related to Wind Turbines) eingesetzt. In den Experimenten mit Versuchspersonen wurden ebenfalls Infraschalldrücke von über 100dBz eingesetzt, ohne dass jedoch körperliche Reaktionen festgestellt wurden.

Sehr interessant ist in diesem Zusammenhang eine Überlegung von Dr. Johannes Baumgart in seinem Artikel für Akustik Journal (Nr. 02/20, S. 35):

Insbesondere bei Wassersportarten sind die Druckschwankungen durch die etwa tausendfache Dichte des Wassers deutlich höher. So entspricht eine sinusförmige Auf- und Abbewegung mit einer Amplitude von 1 cm im Wasser rund 131 dB(Z).

Dies bedeutet, dass wir beim Schwimmen unseren Körper deutlich höheren Druckschwankungen aussetzen als die Druckschwankungen im Experiment von Prof. Vahl.

Die Übertragbarkeit auf ganze Organismen ist sehr fraglich. Ebenso wie eine geschlossene Gebäudehülle (vgl. Infraschall im Gebäude - 350m vom Windrad) werden auch Körperzellen Druckschwankungen dämpfen. Das bedeutet, nur ein Bruchteil der externen Druckschwankungen kommt am Herz an. Überhaupt ist die These, dass Herzzellen besonders empfindlich auf Druckschwankungen reagieren sollen, fast schon absurd. Der Blutdruck eines gesunden Menschen bewegt sich zwischen 80 und 120 mmHg. Umgerechnet sind dies 10666 und 16000Pa. Somit produziert das Herz Druckschwankungen von gut 5000Pa, was einer RMS-Amplitude von 2000Pa entspricht. Das ist 100 mal mehr als die stärksten Drücke (120dBz) im Experiment.

Im Grunde halte ich es für sehr fraglich, ob die beobachtete Schwächung der Herzmuskelzellen primär auf Infraschall zurückzuführen ist, oder nicht Vibrationen oder Luftbewegungen die Hauptrolle spielen. Doch selbst wenn es Infraschalleffekte wären, sind die Schalldrücke im Versuch mit 100-120dBz deutlich über den Schalldrücken der Windenergieanlagen in 300m Entfernung (~60dBz).

"Nachgewiesene" Schalldruckpegel von 100dBz an Windrädern, wie Prof. Vahl in seinem Interview mit mainzund.de ausführt, gibt es nicht. Die einzige Institution, die solche Schalldruckpegel angab, war die BGR. Inzwischen hat die BGR die Pegel korrigiert.

Prof. Vahl hat seine gewählten Schallpegel tatsächlich an den falschen Schallpegel der BGR ausgerichtet. Das erklärt er in einem Vortrag für die DSGS e.V.

Schalldruckpegel in PKWs oder durch kräftigen Wind deutlich über vorgeschlagenem Grenzwert

Wie mehrfach auf diesen Seiten berichtet, ist der Infraschallpegel in fahrenden Autos oder bei kraftigem Wind (vgl. Infraschall im Auto, Infraschall in den Alpen) deutlich höher als Infraschallpegel von Windrädern. Würden Herzzellen bereits bei Schalldrücken ab 100dBz reagieren, wäre eine PKW-Nutzung nicht möglich.

In ihrem Poster schlagen die Autoren einen Infraschallgrenzwert von 80dBz vor. In der Publikation für Noise & Health wird ein Grenzwert von 90dBz diskutiert. Beides wäre für die Windenergie problemlos zu erfüllen. Eine PKW-Nutzung wäre jedoch bei 80dBz fast ausgeschlossen. Und auch 90dBz wird von Berufsgruppen wie Taxi-, Bus- und LKW-Fahrer, die mehrere Stunden am Tag in einem fahrenden Fahrzeug verbringen, kaum einzuhalten sein.

Besonders unsinnig sind die Grenzwertangaben, weil kein Frequenzbereich angegeben wird. Der Infraschallbereich ist im Prinzip nach unten nicht begrenzt. Im Extremfall kann man auch den Wechsel zwischen Tief- und Hochdruckgebieten als ganz langsames Infraschallsignal mit Amplituden von ca. 1000Pa (>150dBz) auffassen.

Fazit

In meinen Augen haben die Versuchsergebnisse der Arbeitsgruppe Vahl keine Relevanz für Debatte um Infraschall der Windenergieanlagen. Die Schallenergien im Versuch sind 10.000-1.000.000 mal höher als bei Windenergieanlagen in 300m Entfernung. Es ist unklar, ob das Versuchsdesign überhaupt geeignet ist, reine Infraschalleffekte zu bestimmen. Leider antwortet die Arbeitsgruppe nicht auf wissenschaftliche Nachfragen.

Auf die Frage "Was man nicht hört, macht nicht krank. Ist das so? (plante e.)" antwortet Prof. Vahl:

Die Argumentation, dass das, was man nicht hört ungefährlich ist, erinnert mich an die Argumentation der frühen Radiologen, die Röntgenstrahlen hatten und weil sie die nicht sahen, erst viel später erkannt haben, dass das Krebs gemacht hat.

In den Versuchen der Arbeitsgruppe wurde mit einer Frequenz von 16Hz und Schalldrücken von 100-120dBz gearbeitet. Bei 16Hz liegt die Wahrnehmungsschwelle bei 76dBz. Die Schalldrücke im Experiment sind also definitiv hörbar. Dazu müsste man natürlich sein Ohr an die Stelle des Präparats bringen ;-). Völlig deplatziert finde ich die Anspielung auf die Röntgenstrahlung. Röntgenstrahlung kommt in natürlichen Umgebungen so gut wie nicht vor. Infraschall gibt es dagegen nicht erst, seit es Windenergieanlagen gibt. Infraschall ist ein ganz natürliches Phänomen. Infraschall gibt es immer und überall. Windenergieanlagen liefern hier keinen nenneswerten Beitrag.

In Ihrem Video "Corona hat meine Meinung geändert" formuliert Mai Thi Nguyen-Kim von MaiLab so treffend wie provokativ:

Wissenschaft kann man trauen, Wissenschaftlern nicht

Kein Wissenschaftler hat deshalb recht, weil er/sie einen Dr. oder Prof.-Titel im Namen führt. Prof. Vahl ist Experte auf dem Gebiet der Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie. Beim Thema Infraschall betritt er wissenschaftliches Neuland. Seine Aussagen über viel zu hohe Schalldruckpegel von Windenergieanlagen legen nahe, dass die Arbeitsgruppe im Bezug auf die Schallphysik der Windenergieanlagen nicht auf dem aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnisstand ist. Das bedeutet, dass die Experimente unter falschen Annahmen erfolgt sind. Dies ist zunächst kein Problem. Es wird nie eine völlig fehlerfreie Wissenschaft geben. Es ist gerade die Stärke der Wissenschaft, diese Fehler in einer wissenschaftlichen Auseinandersetzung zu korrigieren. Dazu lade ich die Arbeitsgruppe Vahl auf diesem Wege ein.

Mai Thi Nguyen-Kim spricht in ihrem Video von der Notwendigkeit einer Qualitätskontrolle der Wissenschaftskommunikation. Aber sie führt auch aus, dass dies sehr schwierig ist. Die wenigsten Wissenschaftsjournalisten werden beim Thema Infraschall und Windenergie grundlegende physikalische Begriffe wie Schalldruck, Schallpegel, Schallenergie, Terzpegel, Gesamtpegel, Pegelbandbreite, Normierung, Bewertung, dB(A), dB(G), dB(Z) ... sicher trennen können. Bewusst wurde mir dies z.B. beim Faktencheck des BR24 zu meinem Autoversuch (vgl. Anmerkungen zum Faktencheck in Infraschall im Auto). In diesem Faktencheck wurden einige Zahlen falsch interpretiert und Zahlen verglichen, die nicht vergleichbar sind.

Die fragwürdige Studie von Prof. Vahl erfährt in meinen Augen im Bezug auf Infraschall und Windenergie viel zu viel mediale Aufmerksamkeit. Für einen Wissenschaftsjournalisten ist die Qualität der Studie jedoch extrem schwer zu beurteilen. Bei Infraschall und Windenergie kommt noch dazu, dass tatsächlich nicht viel geforscht wird und somit wenig weitere Ansprechpersonen aus der Wissenschaft zur Verfügung stehen. Wissenschaftlich ist das Thema eher eine "Luftnummer" und schon seit Jahren abgehakt. Es ist für Wissenschaftler nicht sonderlich attraktiv, der x. Wissenschaftler zu sein, der herausfindet, dass die Infraschallpegel von Windenergieanlagen sehr niedrig sind, schon in wenigen hundert Metern Abstand in der Größenordnung des Hintergrunds liegen und es sowieso keinerlei Hinweise darauf gibt, dass diese schwachen Drucksignale irgendeinen Effekt beim Menschen auslösen, da schon deutlich stärkere Signale nichts bewirken.

Nachtrag 06.06.2021

Nach der Korrektur der Schalldruckpegel durch die BGR fällt die Argumentation von Prof. Vahl endgültig wie ein Kartenhaus in sich zusammen. Statt jedoch seinen Fehler einzugestehen zieht er sich auf eine völlig absurde Argumentation zurück. In der Welt wird Prof. Vahl wie folgt zitiert:

„Offenbar ist Windkraft schon bei niedrigeren Schalldrucken gefährlicher als bisher angenommen“, sagt Christian-Friedrich Vahl, langjähriger Direktor der Klinik für Herz-,Thorax-, und Gefäßchirurgie an der Universität Mainz. Als Leiter der „Arbeitsgruppe Infraschall“ der Universitätsmedizin erforscht Vahl seit Jahren die Wirkung dieser Emissionen auf Zellgewebe und Organe.

Durch eigenene Forschungsergebnisse ist diese Aussage definitv nicht belegt.

Nachtrag 21.07.2021:

Inzwischen ist das Paper für Noise & Health offiziell publiziert. Die Autoren sprechen wieder von einem Infraschallgrenzwert von 80dBz.

Nachtrag 26.05.2022:

Ein Kommentar in Noise & Health kommt auch zum Ergebnis, dass das Paper von Vahl völlig irrelevant für Infraschall von Windenergieanlagen ist und auch einige schwerwiegende Falschbehauptungen und falsche Zitationen enthält.

Nachtrag 25.07.2022:

Inzwischen ist ein zweiter noch ausführlicherer Kommentar in Noise & Health publiziert. Mit Co-Autorenschaft von Martin Hundhausen, Susanne Koch und mir analysisert Swen Müller alle Fehler des NAH-Papers von Vahl.

Dr. Stefan Holzheu, letzte Änderung 25.07.2022 15:00 Uhr

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Änderungsverlauf:

01.11.2020 14.30 Uhr
- Veröffentlichung der ersten Version

24.03.2021 10:00 Uhr
- Kleine Änderung in "Problematischer Experimenteller Ansatz"

25.03.2021 14:00 Uhr
- Vergleich mit Blutdruck + Dämpfung

06.06.2021 15:30 Uhr
- Ergänzung Versuchsaufbau durch Kommentar von Dr. Sven Müller
- Aufnahme Korrektur durch BGR
- Nachtrag 06.06.2021

21.07.2021 10:00 Uhr
- Ergänzung des des Links zum inzwischen veröffentlichen Paper in Noise & Health

20.08.2021 10:00 Uhr
- Herausnahme des Frequenzgangs des Mikrofons. Nach Auskunft von Chaban sei eine Breitbandkalibierung des Mikrofons durchgeführt worden.
- Änderung des Links auf das publiziete Paper von Noise & Health

26.05.2022 22:00 Uhr
- Kommentar in NAH zum Paper von Vahl neu aufgenommen.

25.07.2022 15:00 Uhr
- Zweiter Kommentar in NAH zum Paper von Vahl aufgenommen.