20 Jahre Messung von ultrafeinen Partikeln in Sachsen · N3 20 – 30 nm N4 30 – 50 nm N5 50 –...

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1 | 6.5.18 | GL

Gunter Löschau, Dresden

20 Jahre Messung von

ultrafeinen Partikeln in Sachsen

Statuskolloquium Luft am 4. Dezember 2019 in Dresden

Foto: Cornelia Klör

2 | 4.12.19 | Gunter Löschau

Gliederung

❙ Einführung

❙ Anfänge …

❙ Sondermessungen von ultrafeinen Partikeln (UFP)

❙ Städt. Verkehr - Städt. Hintergrund - Ländlich

❙ Umweltzone Leipzig

❙ Langzeitmessung in Dresden: Städt. Verkehr

❙ Holzheizungen

❙ Messtechnik, Daten …

❙ Zusammenfassung

Erste Messung

ultrafeiner Partikel (UFP) in Sachsen November 1998, Universität Duisburg (H. Fissan)

Messstation Wilhelm-Külz-Platz in Chemnitz

❙ Verkehrsnah

❙ 30 Tage (November/Dezember 1998)

❙ Mittelwert 91.800 Partikel pro cm-³

❙ Min./Max. 5.500 … 270.000 Partikel pro cm-³

Sondermessung

Partikelanzahl – Größenverteilung Typische Orte in Sachsen: Mittel 9/2006 - 2/2007, Projekt

dN/dlogD [cm-3]

10.000

15.000

20.000

1 10 100 1000

Partikeldurchmesser [nm]

städt. Straße (Dresden-Nord)

städt. Hintergrund (Dresden-HerzoginGarten)

Hintergrund Sachsen-West (Melpitz)

Hintergrund Sachsen-Ost (Niesky)

Hintergrund Sachsen-SO (Schwartenberg, 785 m)

Ultrafeine Partikel (UFP)

kleiner 100 nm

❙ Ziel der Umweltzone

❙ Reduzierung der

Fahrzeuge mit hohen

Abgasemissionen

❙ vorwiegend Diesel-

Fahrzeuge (Partikel und

Stickoxide)

❙ Dieselabgase

krebserregend

Foto: Mario Anhalt

Umweltzone:

Schutz der Gesundheit der Bürger

❙ Messtechnische Begleitung von 2010

bis 2016 mit 13 Messstationen, davon 7 x

Ruß und Partikelanzahl-Größenverteilung

Grafik: Wichmann, 7.4.2011

Gesundheitliche Wirkung

der PM10-Feinstaubanteile

nach WICHMANN Umweltzone

Anteil Motoremissionen

Wissenschaftl. Sondermessung

Partikelanzahl von 30 bis 200 nm (PN30-200nm)

Mittlerer Wochengang, Leipzig-Mitte: Städt. Straße

10.000

15.000

20.000

PN30-200nm, BB in 1/cm³ 2010

Mo Di Mi Do Fr Sa So

Wissenschaftl. Sondermessung

Ruß als BC

BCPM1, BB in µg/m³ 2010

Gesetzliche Überwachung

Stickoxide NOx

NOx in µg/m³ 2010

❙ Gesamtbelastung Verursacheranalyse (LENSCHOW)

Regionaler Hintergrund

Restlich Quellen der Stadt

Verkehr

Regionaler Hintergrund

Restlich Quellen der Stadt

Verkehr

Anteil Motor

Minderung durch

Umweltzone

Verursacheranalyse für

Feinstaub PM10 - Immission Typ: Städtische Straße

PM10-Messung an

typischen Orten und

Bilanz nach LENSCHOW

PM10-Messung

kann nicht

unterscheiden

wirbe-

lungen,

Abriebe

Partikel größer ~1 µm

Partikel kleiner ~0,2 µm

Messung ultrafeiner Partikel

an typischen Orten und Bilanz

nach LENSCHOW

besitzt jedes Fahrzeug, auch eDrive

Hoch toxisch

Änderung der Luftqualität

Immissionsanteil Motor Nach Verursacheranalyse für Leipzig-Mitte

Schärfere Partikel-

EU-Abgasnormen

= Erfolgsgeschichte

Dieselpartikelfilter

Schärfere NOx-EU-

Abgasnormen

ohne reale Wirkung

= Täuschung der

Autohersteller

❙ Modernste Diesel-

Fahrzeugflotte in

Sachsen

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Änderung in % ∆Partikel 30-200nm

∆Partikel Ruß BC

∆Partikel 30-200nm

∆Partikel Ruß BC

∆Stickstoffoxide

Löschau, G.; Wiedensohler, A.; Birmili, W.; Rasch, F.; Spindler, G.; Müller, K.; Wolf, U.; Hausmann,

A.; Sommer, W.; Anhalt, M.; Dietz, V.; Herrmann, H.: Umweltzone Leipzig, Immissionssituation 2010-

2016. Abschlussbericht. Hrsg.: Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie. Dezember 2017.

https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/27471

❙ Mobile Messungen an tatsächlich fahrenden PKW:

RDE (Real Driving Emissions)

Weshalb wurde NOx-Beitrag

durch Fahrzeugflotte nicht reduziert?

Quelle der Bilder

und Grafik:

Mönch, L. (UBA):

Vortrag auf FAD-

Konferenz am

4.11.15 in Dresden

❙ Typenzulassung auf Rollenprüfstand: Einhaltung der

Grenzwerte der EURO-Norm (Emission)

❙ Langfristige Zielstellung

der EU aus dem Jahre

1999 zum Schutz der

Gesundheit der

Bevölkerung wurde durch

Autohersteller ignoriert

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

Änderung ∆NOx in %

Änderung der Luftqualität ∆NOx - Immissionsanteil Verkehr Nach Verursacheranalyse für Leipzig-Mitte

❙ Ab 2018 signifikanter Verbesserung (-1/4) in Fahrzeugflotte

Maßnahmen der Politik

❙ Rückrufe durch KBA wegen

unzulässiger Abschaltein-

richtungen für Euro 6 Diesel

von VW, Audi, Daimler,

Porsche, BMW …

❙ Software-Updates und

Hardware-Nachrüstungen

❙ Erste Euro 6d-temp Diesel

VW-Abgasskandal

Messstation Dresden-Nord

Typ: Städtische Straße Langzeitbeobachtung mit wissenschaftlicher Sondermessung

von Ruß und ultrafeinen Partikeln (Supersite) seit 2001

❙ Weniger als 10 m

vom Straßenrand

❙ ca. 18.000 Kfz/d

❙ Nächste

Kreuzung 55 m

Foto: Gunter Löschau

2003 2006 2009 2012 2015 2018

Schadstoff in µg/m³ PM2.5 PM10 NO2

Reduzierung um etwa 1/3

für PM2.5, PM10 und NO2 über 15 Jahre Messstation Dresden-Nord: Städtische Straße

❙ Halbierung Schwerverkehr durch neue Autobahn A17

❙ Modernisierung der Fahrzeugflotte

Deutliche Reduzierung

der Rußkonzentration über 20 Jahre Messstation Dresden-Nord: Städtische Straße

❙ Rußwert definiert sich leider über Messmethode

❙ Ruß als ECVDI - Reduzierung über 15 Jahre um mehr als 50%

1999 2002 2005 2008 2011 2014 2017

Ruß in µg/m³ EC_PM10_VDI VDI2456-1 23.BImSchV (1996-2004)

BC Aethalometer

BC_PM10 MAAP, 6.6 m²/g, 637 nm

BC_PM1 MAAP, 6.6 m²/g, 637 nm

EC_PM10_EU CEN, WG35, EUSAAR2, Transmission

10.000

20.000

30.000

40.000

2003 2006 2009 2012 2015 2018

PN5-800nm pro cm-³

200 - 800 nm

30 - 200nm

5 - 30 nm

Reduzierung um etwa 2/3

der Partikelanzahl PN5-800nm über 15 Jahre Messstation Dresden-Nord: Städtische Straße

2003 – 2018:

Abnahme um 73 %

❙ Abnahme der Partikelanzahl ist doppelt so groß wie für PM10, PM2.5 …

❙ Modernisierung der Diesel-Fahrzeuge durch Dieselpartikelfilter

10.000

15.000

20.000

Winter

2004-2006 2007-2009 2010-2012

2013-2015 2016-2018

Mittlerer Wochengang

Partikelanzahl PN30-200nm Messstation Dresden-Nord: Städtische Straße

Mo Di Mi Do Fr Sa So 0

10.000

15.000

20.000

Sommer

2004-2006 2007-2009 2010-2012

2013-2015 2016-2018

❙ Sehr hohe Reduzierungen von Montag bis Freitag: Straßenverkehr

❙ Geringe Reduzierung bes. im Sommer am Samstagabend: Quelle?

Samstagabend

10.000

15.000

20.000

Winter

2004-2006 2016-2018

Mittlerer Wochengang

Trend der Partikelanzahl PN30-200nm Messstation Dresden-Nord: Städtische Straße

Mo Di Mi Do Fr Sa So 0

10.000

15.000

20.000

Sommer

2004-2006 2016-2018

❙ Vor 15 Jahren: Maximum von Montag bis Freitag höher als Samstag

❙ Gegenwart: Maximum Samstagabend höher als Mo – Fr, bes. Sommer!

❙ Andere Quellen werden wichtig: Feuerschalen, Spaßkamine …?

Samstagabend

Holzfeuerungen

hohe Partikelemissionen, u.a. auch ultrafeine Partikel

Foto: Gunter Löschau

❙ Partikel, Ruß und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (BaP)

❙ Ein Verursacher für die hohe Hintergrund-belastung für Partikel PM2.5

❙ Konflikte in der Nachbarschaft

❙ Anzahl der Holzfeuerungen steigt in Sachsen stark an

❙ Methodik der UFP-Sondermessung anwenden: Forschungsprojekt „Zusatzbelastungen aus Holzheizungen“

Zusatzbelastung aus

Holzheizungen (1 Jahr) Melpitz: 40 % Holzheizungen

UFP-Messung

im Hintergrund

UFP-Messung

in Ortsmitte

Partikelgrößenverteilung

Beispiel 19.12.18 Ortsmitte von Melpitz und Hintergrund

Ortsmitte

Hintergrund

Dp in nm

❙ Je kleiner die ultrafeinen Partikel (UFP),

desto größer die Zusatzbelastung in Ortsmitte

Quelle:

Alfred Wiedensohler.

Email vom 27.3.2019

Wissenschaftliche

Sondermessungen in Sachsen Ultrafeine Partikel und Ruß gemeinsam mit 8 Messsystemen

❙ Ruß als BC (Black Carbon)

❙ Elektrisches Mobilitätsspektrometer

Mobility particle size spectrometer

(MPSS), früher “SMPS”

❙ Partikelgröße 10 - 800 nm

Foto: Alexander Schladitz Foto: TROPOS

LfULG-Datenbank Luftqualität Partikelgrößenklassen und Anwendungsbeispiele

Abkürzung Partikelgrößenbereich, Anwendung

N1 5 – 10 nm *

N2 10 – 20 nm

N3 20 – 30 nm

N4 30 – 50 nm

N5 50 – 70 nm

N6 70 – 100 nm

N7 100 – 200 nm

N8 200 – 800 nm

Partikelanzahlkonzentration in 1/cm³

* An drei Messstationen zusätzlich

Ultrafeine

Partikel

Diesel-

Partikel

Partikel–

neubildung

Gealterte Hintergrundpartikel

Flugzeug-

turbinen

Datenlieferungen an

UBA, GUAN, NILU, Forscher …

LfULG-Forschungsprojekt:

Gesundheitliche

Wirkungen von Ruß und

ultrafeinen Partikeln in

Leipzig und Dresden

Alas, H., S. Pfeifer, A. Wiesner, B. Wehner, K. Weinhold, M. Merkel,

G. Löschau, S. Bastian, A. Hausmann, and A. Wiedensohler (2019).

Spatial Variability and Representativeness of Black Carbon and

Particle Mass Concentrations near Fixed Air Quality Monitoring

Stations. Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft 79(6), 217-226.

Zusammenfassung (1)

20 Jahre Sondermessung

ultrafeiner Partikel in Sachsen

❙ Enge Zusammenarbeit von Behörde und Wissenschaft

❙ Entwicklung der Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle der Daten

❙ Normung: UBA & Sachsen (2001): VDI 3867, VDI 3491, CEN/TS 16976 …

❙ Verbrennungsprodukte aus Kraftfahrzeugen, Holzheizungen, Kraftwerken,

Petrolchemische Anlagen, Flugzeugen, Schiffen, Grillen, offene Feuer …

❙ Sinnvolle Ergänzung zu PM10- und PM2.5-Überwachung, da Wirkung von

Minderungsmaßnahmen sehr empfindlich und selektiv nachweisbar

❙ Nachweis für die Reduzierung des hochtoxischen Anteils im Feinstaub

= Senkung des Gesundheitsrisikos der Bevölkerung (WICHMANN)

Zusammenfassung (2)

20 Jahre Sondermessung

ultrafeiner Partikel in Sachsen

❙ Umweltzone Leipzig: Beschleunigte Modernisierung der Dieselfahrzeuge

und Nachweis der Erfolgsgeschichte der Dieselpartikelfilter für eine

bessere Luftqualität

❙ Dresden am Straßenrand: Reduzierung der Partikelanzahl um mehr

als 70 % in straßennaher Außenluft in den letzten 15 Jahren,

andere Quellen als Straßenverkehr gewinnen an Bedeutung

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

❙ Holzheizungen verursachen hohe Belastungen mit ultrafeinen Partikeln

Kommunen: Bauleitplanung neue Holz- und Kohleanlagen untersagen,

um hohe Partikelbelastungen und Konflikte zu vermeiden

❙ Weitere Bundesländer haben mit UFP-Messungen begonnen, wie

Hessen (Flughafen), NRW (Hintergrund Autobahn), Schleswig-

Holstein (Schiffe) oder sind in Vorbereitung (HH, BW, BY, BB)

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