Alanina-Breslau zu Aachen F 1 Dr. H. Manns, 2012 Feinstaub stoppt den Diesel? Feinstaub stoppt den...

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Dr. H. Manns, 2012 F 1

Feinstaub stoppt den Diesel?Feinstaub stoppt den Diesel!

Ein lufttechnisches Problem?Ruß, NO, NO2

Warum begeistert uns der Dieselmotor?

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Wer, was ist Diesel?

Erfinder*18.03.1858-1913, Dieselmotor, hohe Kompression, Selbstzünder, wenig Verbrauch, warum?

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Verbrennungsmotor - Diesel• Kompression der angesaugten Luft >30 bar• Einspritzen flüssigen Kraftstoffs bei ~700°C• Selbstzündung• thermische Zersetzung + Verbrennung größerer

Tröpfchen bleibt unvollständig

==>> Rußbildung

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Diesel Kraftstoff• lange Kohlenwasserstoffmoleküle C9-C22,• daher mehr Energie+Volumen je Molekül.• Schweröl, Petroleum,

Siedebereich 150–390 °C• lange ungeliebtes (Neben)produkt der

Erdöldestillation in der Petrochemie• Zerteilung (Cracking) zu Benzin

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Ruß im Dieselabgas• durch unvollständige Verbrennung• Rußteilchen im Dieselabgas enthalten u.a.

aromatische cyclische Kohlenwasserstoffe (PAK).

• PAK sind kanzerogen.• Anthropogene kanzerogene

Stoffe sind zu vermeiden.

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Partikel im Dieselabgas• „Dieselruß“ = kleine Teilchen einer Ansammlung

von Kohlenstoff mit anhaftenden Stoffen aus dem Verbrennungsprozess

• Partikelgröße etwa 0,1 µm (100 nm)• keine einheitliche Konsistenz• Dieselruß ist als „Flächenemittent“

nicht als Einzelquelle lokalisierbar.

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PM10 im Atemweg

Partikel können je

nach Größe in

verschiedene

Bereiche des

Atemtraktes

vordringen

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Ruß aus anderen Quellen:Köln 23.03.2000

Brand in einer Raffinerie

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Überwachung der Luftqualität

•Anlagenüberwachung•Emissionserklärungen•Abgasuntersuchungen

Immission (Senke)Emission (Quelle)

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Luftqualität in NRW• Beurteilung nach den EU-Luftqualitätsrichtlinien• LANUV NRW* liefert Ergebnisse und Daten für

weiteres Vorgehen im Web lanuv.nrw.de• *Landesamt für Natur,

Umwelt und Verbraucherschutz NRW, Recklinghausen

Automatische Luftmessstation >>

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Das Luftmessnetz in NRW

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Luftreinhaltung

• Europäische Richtlinien• Tochterrichtlinie 1999/30/EG• 22. BImSchV

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Luftreinhaltung - Grenzwerte

• Feinstaub PM10 zu messen an Orten, an denen sich Menschen überwiegend am Tag aufhalten. Das sind vor allem Wohnungen!

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Stationstypen

Hintergrund Industrie

Verkehr Wald

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Staub in der Luft• Staubniederschlag• Schwebstaub ~ 0,1 - >100 µm• Feinstaub PM10

- Teilchen <= 10 µm Kugeldurchmesser- PM10 ist lungengängig.- „Dieselruß“ ist lungengängig.

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Messtechnik• Staubabscheidung auf Filtern nach

Vorabscheider PM10 • Messautomaten• Kalibrierung in NRW vor Ort durch zeitgleiche

Vergleichsmessung mit Referenzverfahren• Kalibrierung in anderen EU-Staaten durch

Übernahme eines Hilfswertes der EU

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Gravimetrisches Messverfahren

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Übersicht Messverfahren• Gravimetrie

(Referenzverfahren nach EN 12341)– Kleinfiltergeräte (LVS: Einzelfilter, Filterwechsler)

– Digitel DHA-80 (HVS: Filterwechsler)

• Kontinuierliche Messgeräte– Beta-Absorption

– Oszillierende Mikrowaage (TEOM)

• Optische Messgeräte (Lichtstreuung), Partikelzähler

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Messverfahren für PMx

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ß-Strahlen-Absoroption

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Oszillierende Mikrowaage (TEOM)

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Ziel der Vergleichsmessungen• Bestimmung von Faktoren für jeden Standort• Lassen sich einheitliche Faktoren ableiten?

– unabhängig vom Standort?– unabhängig von der Jahreszeit?

• Ziel: Übertragung der Faktoren auf Standorte, an denen keine Vergleichsmessungen stattfinden

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Beispiel eines MessvergleichsKRHA von Jan 03 bis Dez 03

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120x (Digitel µg/m3)

y (T

EOM

µg/

m³)

TEOMy'

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TEOM versus Digitel

Station Anzahl der Paare Stationsfaktor

BOTT 165 1,29

CHOR 164 1,21

DMD2 162 1,30

LISE 114 1,25

MEID 112 1,29

VAAC 141 1,29

VHAM 164 1,28

VMGR 161 1,28

VWUP 157 1,24

KRHA 143 1,33

BOTT von Jan 03 bis Dez 03

R2 = 0,88

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

x (Digitel in µg/m3)

y (T

EO

M in

µg/

m³)

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Station Anzahl der Paare Stationsfaktor

BIEL 163 1,13

BONN 157 1,14

BORG 150 1,11

GELS 159 1,15

REIS 165 1,15

STYR 160 0,98

VESN 155 1,12

VMUE 164 1,17

DUBR 304 1,05

BIEL von Jan 03 bis Dez 03

R2 = 0,93

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

x (Digitel in µg/m3)

y (F

H-6

2 in

µg/

m³)

FH 62 IR versus Digitel

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Unterschiede zwischen den einzelnen Stationen gering,

bei TEOM zwischen 1,21 und 1,33

mittlerer Faktor: 1,28

bei FH 62 I-R zwischen 0,98 und 1,17 mittlerer Faktor: 1,11

Verwendung der mittleren Faktoren für Jahresauswertungen

Ein Sonderfall: Düsseldorf, Corneliusstraße

Faktoren aus Vergleichsmessungen

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PM10-QuellenPrimäre Quellen (in Stadtluft ca. 2/3): Staub direkt aus verschiedenen ProzessenSekundäre Quellen (ca. 1/3): Staub aus luftchemischen Prozessen mit z. B. Schwefeldioxid, Stickoxiden und Ammoniak.Natürliche Quellen: Pollen, Aufwirbelung Erdkrustenmaterial (z. B. Saharastaub).

"Sonstiger Verkehr„: Schiffs- und Schienenverkehr, Verkehr in Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Industrie, Bauindustrie und Militär

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GrenzwerteBisher als Gesamtschwebstaub:- Jahresmittelwert: < 150 µg/m³- Tagesmittelwert: < 300 µg/m³ (max. 7 Überschreitungen)

• Neue Luftreinhaltestandards (PM10):• Richtlinie der Europäische Gemeinschaft (1999) fordert

Messungen von PM10 zur Überwachung der Grenzwerte ab 2005:

• Jahresmittelwert: < 40 µg/m³• Tagesmittelwert: < 50 µg/m³ (max. 35 Überschreitungen)

• Grenzwerte für PM10 sind eine Verschärfung.• Der PM10-Anteil am Gesamtschwebstaub beträgt 70 – 90 %.

• Sind die Grenzwerte überschritten müssen Maßnahmenpläne aufgestellt werden, die die Einhaltung der Grenzwerte sicher stellen. (Aktionspläne als Soforthilfe, Luftreinhalteplan (LRP))

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Messorte Straßenverkehr• Hochrechnung der lokalen Belastung mit Hilfe

eines Modells im LANUV NRW• Kommunen betreiben die Hochrechnungen• Straßenverkehr ist der Schwerpunkt

- hohes Verkehrsaufkommen, schlechte Durchlüftung, Wohnbebauung, Topografie,…

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Straßennetz und Straßenklassen des Emissionskatasters

EmissionskatasterStraßenverkehrUntersuchungsgebiet NRW

Bezugsjahr 2000Straßenklassen

BundesautobahnBundesstraßeLandstraßeKreisstraßeGemeindestraße

Maßstab: 1:1500000

Insgesamt abgebildet sind:Streckenlänge: 32.000 kmFahrleistung: 140.000 * 106 km/a

Volker Hoffmann – LUA FB 81

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Verkehrsstation: Düsseldorf Corneliusstr.

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Verkehrsstation: Graf-von-Galen Ring in Hagen

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Mini-Container für Messungen an den Brennpunkten

Mini-Container Beispiel: Straßenschlucht an der B224 in Essen

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Messung an der A40 in Essen

Messcontainer

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Dortmund Brackeler Straße

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Messung in Essen-Steeler StrSteeler Str. / Ecke Markgrafenstr

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Quellen des Feinstaubes

• Hintergrundbelastung >50%• Industrie, Gewerbe, Handwerk• Freizeittätigkeit• Straßenverkehr• natürliche Quellen

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Industrieanlagen in Duisburg

Park in Schwelgern

Staub im Wohngebiet in Nachbarschaft zur Industrieanlage

Kokerei in Schwelgern

Staub aus der Gießerei

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Braunkohletagebau Hambach

Kohlebunker

Absetzer

Blick vom Grubenrand

Blick in den Abbaubereich

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Elektronenmikroskopische Aufnahmen zur Quellenidentifizierung

Ammoniumsulfat Seesalz Karbonat

Kalziumsulfat Silikat Metalloxid

Biologisches Material Ruß Ruß/Sulfat

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Dr. H. Manns, 2012 F 48

Grundlage der Luftreinhalteplanung:Grenzwerte der EU-Richtlinie [µg/m3] (22. BImSchV):

Naturereignisse dürfen in Abzug gebracht werden. Nachweis bei der Kommission in Brüssel ist zu erbringen.

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Trend der SO2-Jahresmittelwerte im Rhein-Ruhr-Gebiet

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Dr. H. Manns, 2012 F 57

SO2-Jahresmittel im Rhein-Ruhr-Gebiet

4. TAL

TAL 2002

Altanlagenentstaubung

Umstellung Hausbrand

Entschwefelung

Hohe SchornsteineStrukturwandel

Anlagensanierung

SMOG

3. TAL1. TAL 2. TAL/BImSchG

TAL 74/86

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Jahreskenngrößen 2010 NRW

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StVO Verkehrszeichen 270.1mit Zusatzzeichen

Kraftfahrzeuge (Pkw, Lkw und Busse) werden nach ihrem Schadstoffausstoß (Abgas) in vier Schadstoffgruppen eingeteilt und durch farbige Plaketten gekennzeichnet. Diese sind Grundlage für die Ausnahme von Fahrverboten.

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Dr. H. Manns, 2012 F 60

TÜV-Plakette• Abgaskriterien per TÜV-Plakette oder ASU

Umweltzonenplaketten zielen nur auf die Partikel im Kfz-Abgas, kaum wirksam auf die Höhe des

Quelleinflusses

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Dr. H. Manns, 2012 F 61

Umweltzone - Feinstaub

• Nachhaltige Wirkung?• Minderung des Feinstaubes um ~2-3 %• unter Berücksichtigung der Ausnahmen

verringert sich der Effekt (=homöopathische Dosis)

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Dr. H. Manns, 2012 F 62

Vermeiden von Diesel-Kfz

Nein!

Diesel wächst nach, Rapps u.a.m., Benzin nicht,Designer-Diesel aus Holz (Choren, FTS).

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Dr. H. Manns, 2012 F 64

Keine Umweltzone

Aber dafür Verbot der Diesel-PKW, (Kurzzeitläufer)

Reifen ohne Rußfüllung,Nur langlebigste Reifen zur

Verminderung des Abriebs. Laub von der Straße kehren – MahleffektKleingewerbe emissionsarm machen.

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Dr. H. Manns, 2012 F 65

Umweltzone

Fahrverbot trifft auch ausländische Fahrzeuge.

Anreiz für den Fahrzeugwechsel

Scheinbare Bürgernähe

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Dr. H. Manns, 2012 F 66

Feinstaub stoppt den Diesel!

Ja bei kleinen shopping – Diesel-Pkw

Nicht jedoch bei Lkwwegen guter Wirksamkeit der Rußfilter (langer Motorbetrieb)

Diesel wächst besser nach als Benzin!

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Dr. H. Manns, 2012 F 67

Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit.

Feinstaub + NO2, stoppen den Diesel!