Ultrafeine Partikel - Messergebnisse und deren Nutzung - Am Beispiel der Umweltzone Leipzig Dr.-Ing. Gunter Löschau
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Ultrafeine Partikel -
Messergebnisse und deren Nutzung
Am Beispiel der Umweltzone Leipzig
Dr.-Ing. Gunter Löschau
Foto: C. Klör
Fachkolloquium des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt
am 27. September 2012 in Halle (Saale)
Überblick
Ultrafeine Partikel (UFP) – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ Einleitung, Grundlagen
❙ UFP-Langzeitmessung in Dresden (Projekt, 2001)
❙ Ferneintrag (FuE 2006/07)
❙ Qualitätssicherung, Qualitätskontrolle und UFP-Monitor
Wissenstransfer zur
❙ UFP und Gesundheit (2 EU-Projekte 2011-2014) Behörde
❙ Umweltzone Leipzig (2010, 2011, … )
❙ Zusammenfassung
Leibniz-Institut für
Troposphärenforschung
2 | LUA2012 | Löschau
e.V. in Leipzig (Tropos)
1. Einleitung, Grundlagen Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung ❙ LfULG ❙ Luftgüte-Messnetz ❙ Was sind UFP? ❙ Messprinzip für UFP ❙ Dieselabgase (Gesundheit, Partikelgröße) 3 | LUA2012 | Löschau
LfULG 4 | LUA2012 | Löschau
Fachbehörde für Umwelt und Landwirtschaft
Zukunftsthemen Hoheitsvollzug
Politik-
Forschung
unterstützung
Technologie- &
Bildung
Wissenstransfer
Umwelt-
Förderung
überwachung
5 | LUA2012 | Löschau
Organigramm LfULG
Hausanschrift:
August-Böckstiegel-Str. 1, 01326 Dresden
Sächsisches Landesamt Präsident Pressesprecherin Postanschrift: PF 54 01 37, 01311 Dresden
für Umwelt, Landwirt- Herr Eichkorn Frau Bernhardt Telefon: 0351 / 26 12-0
Telefax Präsidialabteilung: 0351 / 2612-9099
schaft und Geologie Telefax Abteilung1: 0351 / 2612-1099
E-Mail: lfulg@smul.sachsen.de
Leiter der Präsidialabteilung, Präsidialabteilung
Internet: http://www.smul.sachsen.de/lfulg
ständiger Vertreter des EU-Projekte, Forschungsko- Öffentlichkeits- Controlling, Koordinierung Kein Zugang für elektronisch signierte sowie für
Präsidenten ordination, Wissenstransfer arbeit, Internet Innenrevision verschlüsselte elektronische Dokumente.
Herr Gräfe Herr Wagner
Stand: 15.02.2009
Abteilung 1 Abteilung 2 Abteilung 3 Abteilung 4 Abteilung 5 Abteilung 6 Abteilung 7 Abteilung 8 Abteilung 9 Abteilung 10
Zentrale Grundsatzangelegenh. Vollzug Agrarrecht, Wasser, Klima, Luft, Natur, Landschaft, Pflanzliche Gartenbau Tierische Geologie
Aufgaben Umwelt , Landwirtschaft, Förderung Wertstoffe Lärm, Strahlen Boden Erzeugung Erzeugung
Ländl. Entwicklung
Herr Raulfs Herr Fugel Herr Döhler Herr Dr. Müller Herr Dr. Böttger Herr Ballmann Herr Dr. Bröhl Herr Dr.Wackwitz Herr Dr. Bergfeld Herr Dr. Geißler
Referat 11 Referat 21 Referat 31 Referat 41 Referat 51 Koordinierungsstelle Referat 71 Referat 81 Referat 91 Referat 101
Organisation Grundsatzan- Koordinierung Wasserversorgung, Luftqualität handelsrelevanter Pflanzenbau, Obst- und Tierzucht Deckgebirgskartie-
gelegenheiten Landwirtschaft, Abwasserbeseitigung Artenschutz Nachwachsende Gemüsebau rung, Kartographie
Ländl. Entwicklung und –programme Rohstoffe
Herr Friedrich Herr Dr. Hennig Herr Kahl Frau Dr. Hausmann Frau Dr. Nagel Herr Dr. Albert Herr Dr. Lattauschke Herr Dr. Klemm Herr Alexowsky
Frau Fischer
Referat 12 Referat 22 Referat 32 Referat 42 Referat 52 Referat 61 Referat 72 Referat 82 Referat 92 Referat 102
Personal Agrar- und umwelt- Ausgleichs- Grundwasser, Anlagenbezogener Landschaftsökologie Bodenkultur Zierpflanzenbau Tierhaltung, Grundgebirgskartie-
politische Analysen zahlungen, Altlasten Immissionsschutz, Fütterung rung, Geophysik,
CC-Koordinierung Lärm Geolog. Grundlagen
Herr Blask Frau Winkler Frau Kuhn Herr Gamer Herr Dr. Tenholtern Herr Dr. Schmidt Herr Wartenberg Herr Dr. Golze Herr Berger
Herr Weißbach
Referat 13 Referat 23 Referat 33 Referat 43 Referatsgruppe Referat 62 Referat 73 Referat 83 Referat 93 Referat 103
Haushalt Ländliche Förderung Oberird. Gewässer, Strahlenschutz Flächennaturschutz Saatgut- und Garten- und Fischerei, Ingenieurgeologie
Herr Dr. Wölke Landschaftsbau Überbetriebliche
Entwicklung Flussgebiets- Sortenwesen
management Herr Dr. Warnke- Ausbildung
Frau Stößer Frau Dr. Kunz Herr Eichler Herr Dr. Dehnert Referat 53 Grüttner Herr Dr. Schiefer Herr Dr. Hohlfeld Herr Starke
Künstliche Herr Dr. Füllner
Radioaktivität
Referat 24 Referat 34 Referat 63 Referat 74 Referat 84 Referat 104
Referat 14 Berufsbildung
Referat 44
Recht Markt, Wertstoffwirtschaft Frau Brenner Landschaftspflege, Pflanzenschutz Gartenbauliches Referat 94 Rohstoffgeologie
Agrarwirtschaft Artenschutz Versuchswesen Grünland,
Feldfutterbau
Herr Kinder Herr Fichtner Referat 54 Frau Dr. Ende Frau Thate Herr Dr. Marx Herr Dr. Lehmann
Frau v. Bargen Herr Zinkler
Natürliche
Referat 35a Radioaktivität Herr Dr. Riehl
Referat 15** Referat 25 Kontrolldienst Referat 45 Herr Dr. Richter Referat 64 Referat 75 Überbetriebliche Referat 105
IT-Koordinierung, Betriebs-, Pflanzlicher Bereich Landeshoch- Bodenschutz Pflanzengesundheit, Ausbildung Hydrogeologie
Fachverfahren Umweltökonomie wasserzentrum, Diagnose Frau Schiertz
Herr Dr. Heinze Gewässerkunde Referat 55 Herr Dr.
Frau Bachmann Herr Bart Referat 35b Herr Höhne Klimaschutz Frau Hurst Schmiedeknecht Herr Hübschmann
Außendienst Klimawandel Gartenakademie
Referat 46 Herr Bobeth Referat 65 Herr Großmann
Bergbaufolgen Referat 76 Referat 106
Pillnitz Herr Dr. Bufe Bodenkartierung,
Pflanzenbauliches Geoarchive,
Geochemie -information,
Versuchswesen
Klotzsche Referat 36** Herr Sander Sammlungen
Herr Heilmann Herr Suhr
Kontrolldienst Frau Trapp
Tierischer Bereich
Freiberg
Herr Köster Fachschule für Lehr- und Versuchs-
Nossen Technik, gut, Überbetriebliche
Fachschule für Ausbildung
Gartenbau
Leipzig Herr Dr. Wackwitz Herr Kunze
Dresden
Referat A01 Referat A02 Referat A03 Referat A04 Referat A05 Referat A06 Referat A07 Referat A08 Referat A09 Referat A10
Außenstelle Außenstelle Außenstelle Außenstelle Außenstelle Außenstelle Außenstelle Außenstelle Außenstelle Außenstelle
Köllitsch Zwönitz Döbeln Plauen Zwickau Kamenz Löbau Großenhain Pirna Rötha Mockrehna
Frau Frei Herr Schmidt Frau Dr. Trompelt Herr Dr. Baumgartl Herr Dr. Hohmann Herr Knoenagel Herr Wallrabe Herr Kunath Herr Ninnemann Frau Bretschneider
6 | LUA2012 | Löschau
Für saubere Luft in Sachsen
Referat 51 „Luftqualität“
Æ Umsetzung RL 96/62/EG
❙Überwachung der Luftqualität in Sachsen
Messkonzept für Luftmessnetz
❙Information der Bevölkerung
Internet, MDR-Videotext, PM10-Prognose
Warnung bei Überschreitung von Grenzwerten,
Informations- und Alarmschwellen
❙Berichterstattung
UBA-EU, Jahresberichte, Fachberichte
❙Analyse und Prognose der
Emissions- und Immissionssituation
❙Beiträge für Luftreinhaltepläne in Sachsen
Immissionen, Quellenanalyse, Modellierung
7 | LUA2012 | Löschau
Luftgüte-Messnetz im FS Sachsen Durchführung der Messungen: Betriebsgesellschaft für Umwelt und Landwirtschaft (BfUL), GB 4 ❙ 30 Messstationen ❙ ~50 Parameter (Schadstoffe, meteorolog. Daten) ❙ Sondermessung ultrafeiner Partikel (UFP) PNUFP 8 | LUA2012 | Löschau
Erfolge der Luftreinhaltung im FS Sachsen
Deutliche Reduzierung der klassischen Luftschadstoffe
wie Schwefeldioxid, Benzol, Arsen, Blei …
SO 2 in µg/m³ Benzol in µg/m³
120
8 Borna Chemnitz-Nord
Radebeul-Wahnsdorf Dresden-Nord Freiberg
100 Görlitz Leipzig-Mitte
Leipzig-West Schwartenberg
6 Zwickau
80
60 4
40
2
20
0 0
1970 1980 1990 2000 2010 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
9 | LUA2012 | Löschau
Trend für Feinstaub PM10 in Sachsen
Wenig Verbesserung in Städten, Stagnation im Hintergrund
3
PM10 in µg/m Borna Chemnitz-Nord
Dresden-Nord Görlitz
Leipzig-Mitte Leipzig-Lützner Str.
50 Dresden-Bergstraße Chemnitz-Leipziger Straße
RadeWahn Schwartenberg
40
30
20
10
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
10 | LUA2012 | Löschau Einfluss der Meteorologie!PM10- Feinstaub
UFP und PM10
❙ Definition nur über die Partikelgröße
UFP sind
❙ Überwachungsgröße PM10 (Masse µg/m³)
Teilmenge
❙WHO, 2012: Dieselabgase sind krebserregend
❙ Dieselabgase aus Autos und Maschinen
❙ vermutlich krebserregend (WHO, 1988)
❙ Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC, WHO) in Lyon,
Juni 2012:
❙ Dieselabgase verursachen Lungenkrebs, Hinweise auf
Blasenkrebs
❙ "Weltweit muss der Kontakt (von Menschen) mit dieser Mixtur von
Chemikalien reduziert werden. Bisher seien aber große
Bevölkerungsteile im täglichen Leben Dieselabgasen ausgesetzt,
sei es durch ihren Beruf oder die Umgebungsluft".
12 | LUA2012 | LöschauPartikel im Abgas von Diesel-Kfz sind extrem klein
Prüfstandmessung
dN/dlog(Dp) pro km Conventional Diesel Advanced Diesel
9.E+13
dn/dlog(Dp) [1/ km]
vehicle 1 vehicle 8
8.E+13
vehicle 3 vehicle 7
7.E+13 vehicle 2 vehicle 9
vehicle 4 vehicle 10
6.E+13
vehicle 5 vehicle 11
5.E+13
vehicle 6
4.E+13
3.E+13 Massenanteil dieser Partikel
am Feinstaub PM10 ist sehr gering
2.E+13
30 – 200 nm
1.E+13 = 0,03 – 0,20 µm
1.E+09
10 100 1000
Dp [nm]Partikeldurchmesser in nm
13 | LUA2012 | Löschau
Quelle: ACEA PM Programm (1999)Außenluftmessung, verkehrsnah
Partikelanzahl- Größenverteilung
dN/dlogD in 1/cm³
20.000
15.000
10.000
5.000
~Dieselruß
0
1 10 100 1000
Partikeldurchmesser [nm]
14 | LUA2012 | LöschauMessung der Anzahl und Größe ultrafeiner Partikel
Elektrische Mobilitätsspektrometer Æ VDI 3867 Blatt 3 (Aug2012)
❙ Probenahme: Trocknung und definierte Probenvorbereitung
Partikelaufladung
❙ Partikel im elektrischen Feld Æ Größe Partikel-
(Mobilitätsdurchmesser) Durchmesser
DMA
❙ Kondensation am Partikel Æ Tröpfchen
Partikel-
❙ Optische Zählung der Tröpfchen Anzahlkonzentration
CPC
15 | LUA2012 | Löschau2. Ergebnisse der Langzeitmessung in Dresden (DDN)
Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ Messstation
❙ Umsetzung im Luftgüte-Messnetz Sachsen
❙ Messergebnisse, Langzeittrend von Partikelgrößenklassen
❙ UFP und andere Luftschadstoffe
❙ UFP durch andere Parameter ersetzbar?
Löschau, G., et al.: Messung der Anzahl von
ultrafeinen Partikeln in der Außenluft in
einem Luftgütemessnetz –
Teil 2: Ergebnisse einer verkehrsnahen
Langzeitmessung. Gefahrstoffe –
Reinhaltung der Luft 70 (2010) Nr. 5, S. 183-
16 | LUA2012 | Löschau 187.Messung
ultrafeiner und feiner Partikel
❙ Mobilitätsspektrometer
❙ Kontinuierliche Messung
❙ Sondermessung in Ergänzung zu PM10
Twin-DMPS gebaut vom ift Leipzig (2000)
Partikelgrößenbereich 3 … 800 nm
Acht Partikelgrößenklassen in Datenbank vom
Luftgüte-Messnetz in Sachsen vereinbart:
N1 3 – 10 nm
N2 10 - 20 nm
N3 20 - 30 nm
N4 30 - 50 nm
N5 50 - 70 nm
N6 70 - 100 nm Primäre Kfz-Dieselrußpartikel
N7 100 - 200 nm
N8 200 - 800 nm
17 | LUA2012 | LöschauLangzeitmessung in Dresden-Nord (DDN)
Æ Typ: städtische Straße
Æ 50 m von einer Kreuzung, ~40.000 Kfz/d, 3,5 % LKW
Luftqualität 2010:
NO2 39 µg/m³
PM10 30 µg/m³
37 Tage > 50 µg/m³
PM2.5 19 µg/m³
ECPM10 3,1 µg/m³
BCPM1 2,7 µg/m³
BaP 0,8 ng/m³
Partikelanzahl (PN)
3-800nm 14.000 cm-3
18 | LUA2012 | LöschauAnzahl feiner und ultrafeiner Partikel (DDN)
Trend der Jahresmittelwerte als akkumulierte Größenklassen
Extrem heiß und trocken
PN 10-800nm 1/cm³ 10-20nm 20-30nm 30-50nm 50-70nm
70-100nm 100-200nm 200-800nm
Diesel-
25.000
partikel-
filter?
20.000
15.000
10.000
5.000
0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Reduzierung des Stadtverkehrs Baumaßnahmen im Umfeld
durch Öffnung der Autobahn A17 der Messstation
19 | LUA2012 | LöschauLuftschadstoffe und Partikelanzahl
Zusammenhang für Tagesmittelwerte (2001-2009)
❙ Grobe Schätzung aus Messdaten für
verkehrsnahe Orte möglich
yPGK = m * xL + b ❙ Gute Korrelation der feinen Partikel mit PM2.5
❙ Anzahl ultrafeiner Partikel ist nicht ersetzbar
Partikelgrößenklasse Luftschadstoff
durch vorhandene Messungen
Schad- NOx in ppb Ruß in µg/m³ PM2.5 in
stoff µg/m³
PGK 10 – 20 – 30 30 – 50 50 – 70 70 – 100 – 200 –
20 nm nm nm nm 100 nm 200 nm 800 nm
m 93,8 50,8 38,6 18,0 419 488 23,3
b 1261 601 896 698 671 566 191
R² 0,37 0,42 0,40 0,34 0,41 0,50 0,80
20 | LUA2012 | Löschau3. Ferneintrag (FuE 2006/07)
Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ Messstationen in Sachsen
❙ Partikelgrößenverteilung an typischen Messorten in Sachsen
❙ Verursacheranteile
❙ Chemische Zusammensetzung der UFP-Fraktion an
typischen Messorten in Sachsen
Löschau, G., et al.: Messung der Anzahl
von ultrafeinen Partikeln in der Außenluft
in einem Luftgütemessnetz –
Teil 3: Räumliche Variation der
Partikelkonzentration sowie deren
Hauptverursacher.
Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 71
21 | LUA2012 | Löschau (2011) Nr. 1/2 S. 57-63Studie an typischen Messorten in Sachsen
09/2006-02/2007, IfT Leipzig
❙ PM10-Ferneintrag
❙ Impaktor-Proben,
Masse und Inhaltsstoffe
❙ Partikelanzahl-
Größenverteilung
Städtische Straße (verkehrsnah) DD-Nord
Städtischer Hintergrund DD-HerzoginGarten
Regionaler Hintergrund Schwartenberg,
Niesky, Melpitz
22 | LUA2012 | LöschauPartikelanzahl-Größenverteilung
an verschieden Orten in Sachsen
Mittelwert über 6 Monate (09/2006 -02/2007)
-3
dN/dlogD [cm ] Städtische Straße DDN
Städtischer Hintergrund DDH
20.000
Regionaler Hintergrund Ost-Sachsen NIE
Gesamtbelastung Regionaler Hintergrund NW-Sachsen MEL
15.000 Gipfel 785 m, SO-Sachsen SWB
10.000
5.000
0
1 10 100 1000
Partikeldurchmesser [nm]
23 | LUA2012 | LöschauSchätzung der Hauptquellgruppen
für feine und ultrafeine Partikel
für einen verkehrsnahen Messort (DDN) ❙ Lenschow-Ansatz
❙ Messstationsvergleich
-3
dN/dlogD [cm ] Straßenverkehr unmittelbar an der Messstation
20.000 Übrige Quellen im Stadtgebiet (Hausbrand,
Industrie, Verkehr …)
Verursacheranteil
Regionaler Hintergrund (Quellen innerhalb und
15.000 außerhalb Sachsens)
10.000
5.000
0
1 10 100 1000
Partikeldurchmesser [nm]
24 | LUA2012 | LöschauSchätzung der Verursacheranteile (DDN)
für drei Anzahlklassen PNx und Masse PM10
Verursacheranteil Hintergrund
Verkehrsnah restl. Quellen der Stadt (Industrie, Gewerbe, übrige Stadtverkehr …)
lokaler Verkehr
100%
❙ Je kleiner die Partikel
80%
desto größer der
Verkehrsanteil
60% ❙ Motoremission:
PN40-120nm ist ca. 10 x
40%
73% empfindlicher als PM10
55%
20% 42%
Aufwirblung, Abrieb
20%
Motor (~5 % PM10)
0%
PN 10-40 PN 40-120 PN 120-800 PM10
Messzeitraum 9/06-2/07
nm nm nm
Anzahl
Anzahl Masse
Masse
Sondermessung UFP BImSchG
25 | LUA2012 | LöschauWindrichtungsabhängige
Belastungen für feine und ultrafeine Partikel
dN/dlogD pro cm³ SO-Niesky
6.000 SO-Melpitz
SO-Schwartenberg
NW-Niesky
5.000
NW-Melpitz
NW-Schwartenberg
4.000
3.000
2.000
NW
1.000
0
10 100 D in nm 1000
SO
26 | LUA2012 | LöschauPartikelmassen in Fraktionen
Chemische Analyse:
Masse und Inhaltstoffe pro Stufe
Berner Impactor:
1. Stufe 3,5 – 10 µm ~
PM
2. Stufe 1,2 – 3,5 µm 10
~
3. Stufe 0,42 – 1,2 µm PM
2.5
4. Stufe 0,14 – 0,42 µm
5. Stufe 0,05 – 0,14 µm UFP
❙ 50 - 140 nm Dae = 41 – 114 nm DMob
Foto: IfT Leipzig ❙ UFP-MasseChemische Zusammensetzung
der Partikelfraktion 50 - 140 nm (UFP- Fraktion)
13 Tagesmittelwerte
Hauptbestandteile im Ultrafeinstaub in µg/m³ von 09/2006-02/2007
2,5
Rest (Wasser, Kruste, Ionen, Metalle u.a.)
2,0 Organische Masse
Ruß
1,5
1,0
0,5
0,0
Ländlich, Ländlich, Gipfel 785 m, Städtischer Städtische Straße
Ost-Sachsen NW-Sachsen SO-Sachsen Hintergrund
Niesky Melpitz Schwartenberg Dresden-Herz Dresden-Nord
Rußanteil: 20 % I 25 % I 40%
❙ Analysen sehr teuer
28 | LUA2012 | Löschau
❙ Stichproben4. Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung ❙ Datenqualitätsziele ❙ UFP-Monitor für Luftgüte-Messnetze ❙ Jährliche Vergleichsmessung ❙ Round-Robin-Test ❙ Automatische Funktionskontrolle 29 | LUA2012 | Löschau
UFP – Datenqualitätsziele
im Luftmessnetz des FS Sachsens
Vergleichbarkeit der Daten
❙ Örtlich und zeitlich Æ Tendenzen über viele Jahre
❙ In Anlehnung an PMx- Messverfahren (Equivalence-Guideline)
UFP - erweitere Messunsicherheit +/-25 %
❙ Tagesmittelwert der fünf Partikelgrößenklassen von 20 bis 200 nm
❙ Datenverfügbarkeit 90 % (langfristig)
Löschau, G., et al.: Messung der Anzahl von
ultrafeinen Partikeln
in der Außenluft in einem Luftgütemessnetz –
Teil 1: Maßnahmen
zur Qualitätskontrolle bei
Partikelanzahlgrößenverteilungen.
Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 69 (2009)
30 | LUA2012 | Löschau Nr. 11/12 S. 475-480Innovativer UFP - Monitor
Eisenhower Park
Quelle: TSI Webinar 18. Nov2010
EU- Projekt UFIPOLNET unter Leitung LfUG/ Holger Gerwig (2004-2008)
Ziele: Æ Langzeitüberwachung
Æ Wartungsarm (ohne Betriebsflüssigkeit und radioaktiver Quelle)
Æ Kostengünstig
Æ Messnetzprotokoll (Fernwartung)
Problem im Praxistest: Langzeitstabilität
31 | LUA2012 | LöschauUFP- Qualitätssicherung
Jährliche Vergleichsmessung im Aerosollabor WCCAP seit 2008
WCCAP = World Calibration Centre for Aerosol Physics, Ift Leipzig
PN Kandidat pro cm³ UFP333 TSI3031 TDMPS
6.000
y = 0,95x + 10
2
R = 0,95
y = 0,87x + 52
4.000 2
R = 0,91
2.000
y = 0,62x + 25
2
R = 0,97
0
0 2.000 4.000 6.000
PN Referenz in cm ³
32 | LUA2012 | LöschauUFP- Qualitätssicherung
Round- Robin- Test
❙ Vergleich mit mobilem
Referenzmesssystem (mind. 3
Tage) und Partikelgrößenstandard
❙ Erstmalig 2006/2007 im FuE-
Projekt „Ferneintrag“ beauftragt Melpitz Schwarten-
berg
❙ Im Luftgüte-Messnetz:
Jedes Quartal
❙ Gegenwärtig beste Methode,
aber sehr aufwendig! Leipzig IfT Dresden-
(WCCAP) Nord
Messtechnische
Rückführung
Dresden-HG Niesky
33 | LUA2012 | LöschauUFP- Qualitätssicherung
Automatische Funktionskontrolle
Nach dem Vorbild der Immissionsüberwachung für Gase und Partikel
Testbetrieb für SMPS_ift im Labor /M. Merkel: IfT im Auftrag des LfULG. 5.12.11/
Im Messnetz umlaufender ReferenzCPC
Anzeige in P/cm³ Prozentuale Abweichung vom Referenzwert
1000 20%
Ziel: +/-15 %
15%
10%
800
5%
0%
600 -5%
-10%
-15%
400
-20%
200 ❙ Durchgehender Nachweis der
y = 0,982x – 4
R² = 0,997
Datenqualität
0
0 200 400 600 800 1000 ❙ Messtechnische Rückführbarkeit
Referenzwert in P/cm³ ❙ Aufwandsreduzierung
34 | LUA2012 | Löschau5. EU-Projekte „UFP und Gesundheit“ Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung ❙ EU-Projekte ab Juli 2011 35 | LUA2012 | Löschau
Ultrafeine Partikel und Gesundheit
Forschungs-
verbund
Public Health
❙ UFIREG
❙ UltraSchwarz
Annaberg-Buchholz
Usti nad Laben
36 | 12.12.11
LUA2012 || GL
Löschau6. Umweltzone Leipzig
Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ Grundlagen
❙ Gesundheit
❙ motorbedingte und nicht motorbedingte Emissionen der KfZ und PM10
❙ Einfluss der Meteorologie auf PM10
❙ Messkonzept
❙ Ergebnisse 2010 - Ausgangbeurteilung vor der Umweltzone
❙ Ergebnisse 2011 - Erste Wirkung der Umweltzone
❙ Zusammenfassung
37 | LUA2012 | LöschauUmweltzone -
Gesundheitsgewinn für die Bürger
❙ Umweltzonen (UZ) beschleunigen das Verdrängen von Fahrzeugen mit
besonders hohen Emissionen aus Ballungsräumen (verursachergerecht)
❙ Umweltzonen wurden und werden nur in Ballungsräumen eingerichtet, in
denen seit Jahren der PM10-Grenzwert überschritten und mit den bisher
ergriffenen Maßnahmen nicht eingehalten wurde
❙ Feinstaub aus Kfz-Abgasen ist toxikologisch erheblich relevanter als aus
den meisten anderen Quellen *
* Wichmann: Umweltmed Forsch Prax 13(1) 7 -10 (2008)
38 | LUA2012 | LöschauMesstechnische Begleitung der
Umweltzonen in Sachsen
❙ Luftmessnetz- Konzept ab 2010
❙ Konzentration der PM10- Sammler und Ruß-Analysen auf Dresden und Leipzig
❙ Win-Win-Vereinbarung mit Leibniz Institut für Troposphärenforschung (IfT)
❙ Installation und Betreuung zusätzlicher UFP- und Ruß- Messungen in Messstationen
Leipzig-Mitte und Leipzig-West durch das IfT
❙ Nutzung der Daten von IfT-Messstation Melpitz
❙ Gemeinsamer Bericht von LfULG und IfT
❙ Teil 1: Ausgangslage Luftqualität 2010 (vor Umweltzone in Leipzig)
❙ Teil 2: Änderungen der Luftqualität 2011/2010 (Umweltzone in Leipzig)
❙ Teil 3: Änderung der Luftqualität 2012/2010 (Statistische Absicherung)
39 | 12.12.11
LUA2012 || GL
LöschauHauptverursacher für PM10
Verkehrsnahe Messstation
Beispiel DDN, 2001-2005
Minderungspotenzial einer
Umweltzone
Quellen
Motorbedingte
der Stadt,
ohne Kfz
7% Emissionen
(Auspuff)
Kfz-
Verkehr Nicht motorbedingte
Regionaler 17 %
Emissionen
Hintergrund (Aufwirblung, Abriebe)
40 | LUA2012 | LöschauWie gefährlich ist Feinstaub PM10 ?
❙ Abhängig von Inhaltsstoffen
Motorbedingte
Emissionen (Auspuff)
Quelle: H-E. Wichmann, 7.4.2011
41 | LUA2012 | LöschauGesundheitsgewinn ist überproportional groß,
wenn hochtoxischer Feinstaubanteil reduziert wird
Quelle: H-E. Wichmann, 7.4.2011
42 | LUA2012 | LöschauPM10 – Jahresmittelwerte
❙ Trend in 12 Jahren: 0,0 µg/m³
im regionalen Hintergrund in
Sachsen ❙ Schwankungsbreite1: 3,1 µg/m³
❙ Einfluss der Meteorologie auf PM10-
Jahresmittelwert ca. 16 %
PM10 in µg/m³ Melpitz Schwartenberg Radebeul-Wahnsdorf Collm
40
30
20
10
0
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
43 | LUA2012 | Löschau
1 Statistische Sicherheit 95 %Messkonzept Städtische Straße
❙ Administrative Messgrößen:
Städtischer Hintergrund
PM10, PM2.5, NO2/NOx
Regionaler Hintergrund
Gebiet Messstationsname mit ❙ Ergänzende Messgrößen:
Abkürzung Meteorologie, Kfz-Zahlen
Leipzig Leipzig-Mitte (LMI)
❙ Sondermessgrößen:
Leipzig-Lützner Str. (LLÜ)
Ruß als EC im PM10,
Leipzig-Eisenbahn-str. (LEI) Ruß als BC im PM1/PM10,
Leipzig-West (LWE) Partikelanzahlgrößen-
Leipzig-IfT-Dach (LIT) verteilung (meist 10-800nm)
Dresden Dresden-Nord (DDN)
Dresden-Bergstr. (DDB) ❙ 2010: Ausgangsbeurteilung
Dresden-Winckelmannstr.
(DDW) ❙ 2011: Änderungen zu 2010
Referenz Melpitz (MEL) mit Umweltzone in Leipzig
und ohne Umweltzone in
Collmberg (COL)
Dresden
Schwartenberg (SWB)
Radebeul-Wahnsdorf (RWD) ❙ 2012: Änderungen zu 2010
44 | LUA2012 | LöschauAusgangsbeurteilung 2010 vor der Umweltzone
Jahresmittelwerte, administrative Messungen
PM 10 in µg/m³
35
30
25
20
15
10
5
0
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
45 | LUA2012 | LöschauAusgangsbeurteilung 2010 vor der Umweltzone
Jahresmittelwerte, administrative Messungen
PM 10 in µg/m³ Anzahl der Tage mit PM 10 > 50 µg/m³
70
35
30
25
20
35
15
10
5
0 0
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
PM 2.5 in µg/m³
25 NO2 in µg/m³
60
20
50
15
40
10 30
5 20
10
0
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD 0
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
Grenzwertüberschreitungen für PM10 und NO2
46 | LUA2012 | LöschauAusgangsbeurteilung 2010 vor der Umweltzone
Sondermessungen Æ primäre Partikelemissionen der Diesel-Kfz
Ruß Partikelanzahl 30 – 200 nm
EC in µg/m³ PN30-200nm in 1/cm³
5 10.000
4 8.000
3 6.000
2 4.000
1 2.000
0 0
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
BC in µg/m³ PM30-200nm in µg/m³ Berechnet aus
4 7 Partikelanzahlverteilung
6
3
5
4
2
3
1 2
1
0 0
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
47 | LUA2012 | LöschauImmissionsanteil durch motorbedingte Emissionen
Schätzung mit verschiedenen Messverfahren 2010
❙ Lenschow- PM x durch Motoremissionen in µg/m3
Ansatz
3,5 PM10
❙ Annahmen 3,0
für nicht PM2.5
motor- 2,5
bedingten
2,0 EC
Anteil
1,5
BC
1,0
0,5
PM30-
0,0 200nm
DDN DDB LMI LLÜ LEI
48 | LUA2012 | LöschauMinderungspotenzial 2010 einer Umweltzone
Gewichtete Mittlung für PM10, PM2.5, EC, BC, PM30-200nm
Messstation PMx-Immissionsanteil Prozentualer Anteil vom
Motor in µg/m³ PM10-Jahresmittelwert in %
Dresden-Nord (DDN) 1,4 4,6
Dresden-Bergstraße (DDB) 2,4 7,7
Leipzig-Mitte (LMI) 2,2 6,9
Leipzig-Lützner Str. (LLÜ) 2,0 6,1
Leipzig-Eisenbahnstr. (LEI) 1,5 k. M.
❙ Etwa 5 bis 8 % vom PM10
❙ = etwa 5 bis 10 PM10-Überschreitungstagen
49 | LUA2012 | LöschauMinderungspotenzial einer Umweltzone
Mittlerer Tages- und Minderungspotenzial der Umweltzone
PM10 - Anteile in µg/m³
Wochengang 2010 60
Restliche Quellen der Stadt
Regionaler Hintergrund
Leipzig-Mitte 50
40
30
20
10
❙ Umweltzone als alleinige 0
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Maßnahme ist
BC - Anteile in µg/m³
unverhältnismäßig 8
6
4
❙ Umweltzone bewirkt eine
2
sehr große Ruß-
Reduzierung = ein sehr 0
Mo Di Mi Do Fr Sa So
großer Gesundheitsgewinn PN30-200nm - Anteile in 1/cm³
25.000
für Stadtbevölkerung
20.000
(Wichmann)
15.000
10.000
5.000
50 | LUA2012 | Löschau 0
Mo Di Mi Do Fr Sa SoUmweltzone Leipzig
Start 1.3.2011
❙ Keine Vorstufen
❙ Grüne Plakette
❙ Diesel mit DPF
http://www.leipzig.de/de/buerger/umwelt/luft/18090.shtml
51 | LUA2012 | LöschauVergleich 2011 - 2010
Administrative Messungen (Auswahl)
Schadstoff PM10 PM10
Kenngröße Jahresmittelwert in µg/m³ Anzahl von Tagen >50 µg/m³
Grenzwert 40 35
Jahr 2010 2011 Differenz 2010 2011 Differenz
DDN 30 29 -1 37 42 +5
DDB 31 31 0 40 46 +6
LMI* 32 35 +3 41 63 +22
LLÜ** 33 34 +1 49 69 +20
❙ Grenzwertüberschreitungen
von 2010 in 2011 erneut
* Baustelle in unmittelbarer Nähe
** zeitw. Verkehrssperrung
bestätigt
❙ PM10 hat sich in Leipzig trotz
Umweltzone erhöht Æ
52 | LUA2012 | Löschau Zuwachs von 20 bis 22 TagenÄnderung der Jahresmittelwerte 2011 zu 2010
❙ Einflüsse durch vertiefende Auswertungen untersuchen
Bautätigkeit Meteorologie
Messstation DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
PM10 -1% 0% 10% 2% 0% 3% 3% 2% 2% 3%
PM2.5 -4% -3% -7% -4% -1% 4% -5%
NO2 0% 0% -2% -9% 4% -7% 4% -8% -1%
NOx 2% 3% 7% -9% 7% 1% 5% -7% 0%
EC -6% -12% -8% -14% -8% 7% -21% 2% -10%
BC -8% -19% -15% 4% -21% -13%
PN30-200nm 2% -18% -11% 6% -4% -3%
PM30-200nm 4% -20% -12% 12% -12% -15%
PKW -7% 2% -10% -34%
SV -3% 4% -28% -49%
Befolgungsgrad,
Verkehrserhöhung Verkehrsreduzierung
der Umweltzone?
Ausnahmen?
53 | LUA2012 | LöschauÄnderung Kfz-Bestand 2011 zu 2010 [KBA]
Alte Diesel-PKW mit hohen Partikelemissionen
Änderung Diesel-PKW Bestand 2011/2010
ohne Euro 1 Euro 2 Euro 3
0%
-10%
-20%
-30%
-40% Dresden
Leipzig
-50%
❙ Reduzierung in Leipzig meist
54 | LUA2012 | Löschau
doppelt so groß wie in DresdenÄnderung Kfz-Bestand 2011 zu 2010 [KBA]
Alte Nutzfahrzeuge (NFZ) mit hohen Partikelemissionen
Änderung NFZ-Bestand 2011/2010
ohne SKL-S1 SKL-S2 SKL-S3
10%
0%
-10%
-20%
-30% Dresden
Leipzig
-40%
❙ Reduzierung in Leipzig größer als
55 | LUA2012 | Löschau
in DresdenÄnderung I-Anteil durch motorbedingter
Emissionen 2011* gegenüber 2010 * Vorläufige Ergebnisse
Absolute Differenz Relative Änderung
Messstation DDN DDB LMI LLÜ LEI DDN DDB LMI LLÜ LEI
PM10 in µg/m³ -0,1 -0,1 0,2 0,1 -6% -3% 7% 3%
PM2.5 in µg/m³ -0,1 -0,1 -0,6 -12% -4% -23%
NOx in µg/m³ 0,0 2,7 7,4 -10,0 0% 2% 8% -14%
EC in µg/m³ -0,2 -0,5 -0,2 -0,4 -17% -22% -20% -34%
BC in µg/m³ -0,1 -0,5 -0,2 -5% -26% -22%
PN30-200nm in 1/cm³ 149 -1.722 -857 6% -34% -27%
PM30-200nm in µg/m³ 0,0 -1,4 -0,9 -3% -47% -39%
❙ Unsicherheiten durch Lenschow-Bilanz und Messverfahren
Æ Änderung kleiner 15 % ist nicht signifikant
❙ Signifikante Änderung meist nur für EC, BC, PN30-200nm und PM30-200nm
56 | LUA2012 | LöschauÄnderungen I-Anteil durch motorbedingter
Emissionen 2011* gegenüber 2010 * Vorläufige Ergebnisse
Schätzung nur Sondermessverfahren
Δ PMMotor2010/2011 in % ΔECMot ΔBCMot ΔPM30-200nmMot
10
•
0
Mittel:
-10 DRESDEN
❙ Dresden -10 % -20
❙ Leipzig -30 % -30
L E I P Z I G
-40
-50
DDN DDB LMI LLÜ LEI
57 | LUA2012 | LöschauZusammenfassung Umweltzone
(1) Ergebnisse für 2010 in Leipzig und Dresden
❙ Ausgangsbeurteilung 2010 wurde erstellt:
PM10-Grenzwertüberschreitung an allen verkehrsnahen Messstellen
❙ Minderungspotenzial der Umweltzone 2010 über PM10, PM2.5, EC10,
BC1/10 und PN30-200nm abgeschätzt:
❙ PM10-Reduzierung um 1,4 bis 2,4 µg/m³ bzw. 5 bis 8 % PM10
❙ = 5 bis 10 PM10-Überschreitungstage
❙ Einfluss der Meteorologie auf PM10-Jahresmittelwert mit +/-16 %
deutlich größer als Minderungspotenzial einer Umweltzone
58 | LUA2012 | LöschauZusammenfassung Umweltzone
(2) Ergebnisse für 2011 mit Umweltzone in Leipzig
❙ PM10-Grenzwertüberschreitung 2011
❙ Zunahme PM10-Jahresmittelwert gegenüber 2010 in Leipzig-Mitte
durch Bautätigkeit
❙ Zunahme an PM10-Überschreitungstagen
❙ in Leipzig (20…22 Tage) größer als in Dresden (5…6 Tage)
❙ Zunahme im Streubereich der Meteorologie
59 | LUA2012 | LöschauZusammenfassung Umweltzone
(3) Ergebnisse für 2011 mit Umweltzone in Leipzig
❙ Deutliche Reduzierung des hoch toxischen Anteils im Feinstaub
❙ Verkehrsnaher Immissionsanteil durch motorbedingte Kfz-Partikelemissionen
wurde in Leipzig (ca. -30 %) mehr reduziert als in Dresden (ca. -10 %)
❙ Nachweis gelang nur über Sondermessverfahren für EC, BC, und PM30-200nm
❙ Gesundheitsrisiko (Wichmann-Ansatz) reduzierte sich – in Leipzig stärker als
in Dresden
❙ Ohne Reduzierung wäre PM10 verkehrsnah in Dresden um 0,5 µg/m³ und
Leipzig um 1,3 µg/m³ höher ausgefallen
❙ Bestand an alten Diesel-PKW und Nutzfahrzeugen mit hohen
Partikelemissionen wurde in Leipzig stärker als in Dresden abgebaut
❙ Kfz-Zahlen reduzierten sich in Leipzig
60 | LUA2012 | LöschauDank
❙ Mitarbeitern der BfUL für hochpräzise Messungen
❙ Mitarbeitern des IfT für Messungen, Datenvalidierungen und
Zusammenarbeit (Win-Win-Situation)
❙ SMUL
Referenz
❙ Drei Berichte kommen ins Internet
❙ Erster Bericht (Teil 1) ist erschienen unter
https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/14411
61 | LUA2012 | Löschau7. Zusammenfassung und Ausblick
Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ Beitrag für eine bessere Beurteilung der Luftqualität in
Ergänzung zu PM10 und PM2.5
❙ Beitrag für Schaffung von Datengrundlagen für
Gesundheitsstudien
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
62 | LUA2012 | LöschauErgänzungsfolien Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung 63 | LUA2012 | Löschau
Elektrisches Mobiltätsspektrometer
DMA (Differentieller Mobilitätsanalysator)
Quelle: VDI 3867 Blatt 3
Zählung einer PartikelgrößePartikelgrößenspektrometer
66 | LUA2012 | Löschau
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