Kfz-Verkehr als Feinstaubquelle Magdalena Kistler, Anne Kasper-Giebl, Nicole Jankowski, Heidi Bauer†, Hans Puxbaum

Institut für Chemische Technologien und Analytik, TU Wien

mit Beiträgen aus den Projekten AQUELLA, AQUELLIS-M, PMInter, Tauerntunnel

Abgas

Straßenstaub

Kupplung Reifen- und

Bremsenabrieb

Feinstaub kommt aus dem Auspuff, entsteht durch Abrieb von beweglichen Teilen des Fahrzeugs (Bremsen, Reifen, Kupplung) sowie der Fahrbahn und

durch Wiederaufwirbelung von Straßenstaub.

Die Beträge einzelner Feinstaubquellen können über Ausbreitungsmodelle und Emissionsdaten, oder auch aus Immissionsmessungen berechnet werden.

Die letzte Methode benötigt Kenntnis über die chemische Zusammensetzung des Staubes. Dafür müssen Komponenten wie organisches Material, Ruß,

Karbonate, lösliche Ionen, mineralische Komponenten und Metallen analysiert werden.

Über „Markersubstanzen“ kann auf die Beiträge der einzelnen Verursacher rückgerechnet werden – zum Beispiel über das „Makrotracer-Modell“, ein

Massenbilanz-Modell (AQUELLA-Studien, TU-Wien).

KFZ-VERKEHR UND FEINSTAUB

Einige Inhaltsstoffe von Feinstaub verdienen aufgrund ihrer Toxizität besondere Aufmerksamkeit. Dazu gehören die polyzyklischen aromatischen

Kohlenwasserstoffe (PAK). So darf der Jahresmittelwert für Benzo(a)pyren (eine Markersubstanz der PAK Gruppe) 1 ng/m³ nicht überschreiten.

WAS IST FEINSTAUB? Feinstaub (PM10) - „Partikel mit einem Durchmesser von

höchstens 10 µm“,

• feste und flüssige Teilchen, suspendiert in Luft

• aerodynamischer Durchmesser als Bezug

Staubteilchen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Größe,

Form, Farbe und chemischen Zusammensetzung. Je nach

diese Eigenschaften, können Feinstaubpartikel die

Gesundheit und Vorgänge in unserer Atmosphäre

(Niederschlagsbildung, Sichtweite, Klima, …) beeinflussen.

Aktuelle Gesetzgebung: 2008/50/EG der EU und IG-L

Für PM10 sind Grenzwerte für das Tagesmittel (50 µg/m³) und

Jahresmittel (40 µg/m³) definiert. Das Tagesmittel darf pro

Jahr an 25 (IG-L), bzw. 35 (EU) Tagen überschritten werden.

Aktuelle Messungen des Umweltbundesamtes (UBA, 2013) zeigen einen leichten Rückgang der

PM10 Emissionen und Konzentrationswerte in Österreich. Trotzdem werden nach wie vor an

mehreren Messpunkten die Grenzwerte überschritten. Verkehrsnahe Standorte und Stationen im

Siedlungsgebiet sind besonders betroffen.

FEINSTAUBBELASTUNG IN ÖSTERREICH

Die Verursacher des PM10 Belastung

sind Industrie, Energieversorgung

und Wärmegewinnung, Verkehr und

Landwirtschaft (UBA, 2014).

PM10 wird lokal erzeugt und durch

Ferntransport verfrachtet.

Teilchen werden emittiert, oder in der

Atmosphäre aus Spurengasen gebildet.

Als Beispiel können NOx Emissionen

aus dem Verkehr genannt werden. Die

Stickoxide werden in der Atmosphäre in

Nitrate, d.h. Teilchen, umgewandelt.

FEINSTAUBQUELLEN

Am Prüfstand können Emissionsfaktoren und Emissionsprofile dargestellt werden, die eine Grundlage für spätere Modellrechnungen bilden.

CHARAKTERISTIK DER KFZ-FEINSTAUBEMISSIONEN „AM PRÜFSTAND“

Die chemische Zusammensetzung des Abriebs ist sehr unterschiedlich.

Reifen bestehen hauptsächlich aus organischem Material mit Beimengungen von Ruß. Brems- und Kupplungsabrieb enthält Metalle mit unterschiedlichen

Beimengungen von organischen Komponenten bzw. Fasern. Straßenabrieb weist erhebliche Anteile an Silizium, Aluminium, Kalzium, Eisen und Magnesium

auf.

Im wiederaufgewirbelten Straßenstaub finden sich Anteile des Reifenabriebs, der Emissionen der Fahrzeugflotte, des Abriebs von Asphalt, von

Fahrbahnverschmutzungen (Laub im Herbst, Eintrag aus Baustellen), Streusplit und Enteisungsmittel. Bei der Verwendung von Streusplit kann ein großer

Anteil an Karbonat nachgewiesen werden, im Fall von Salzstreuung ist NaCl zu erwarten.

Ergebnisse des Projektes AQUELLIS M zeigen das deutlich größere

Emissionspotential von Dieselfahrzeugen. Es wurden die Abgase von

Personenkraftwagen (PKW) und leichte Nutzfahrzeuge (LNF) mit

Dieselantrieb, sowie Benzinfahrzeuge und Lastkraftwägen (LKW)

dargestellt. Die Abgasemissionen der Dieselfahrzeuge bestehen

hauptsächlich aus Kohlenstoff, wobei Ruß einen großen Anteil darstellt.

Auch hinsichtlich der PAK-Emissionen bestehen deutliche Unterschiede –

daraus ergibt sich Verbesserungspotential.

Partikelfilter senken die Emissionen der Dieselfahrzeugen erheblich.

FEINSTAUBBELASTUNG DURCH KFZ-VERKEHR REALE KFZ-EMISSIONEN- TUNNELSTUDIE

Tunnelmessungen erlauben Emissionsmessungen und die Ermittlung von

Emissionsfaktoren unter realen Gegebenheiten. Ergebnisse aus dem

Tauerntunnel (2007) zeigen die Auswirkungen der Flottenzusammensetzung.

Der Anteil der Schwerfahrzeuge betrug am Sonntag auf Grund des Fahrverbots

4% und stieg am Montag auf 29% . Das Verkehrsaufkommen war mit etwa 3000

Fahrzeuge in 4 Stunden an beiden Tagen ähnlich.

Die in Tunnelstudien gewonnenen Verhältnisse von Ruß und weiteren

Kohlenstoffverbindungen stellen die Grundlage für die Berechnung der

kohlenstoffhältigen Kfz-Emission im Makrotracer-Modell dar.

Die AQUELLA Studien zeigen die Beiträge einzelner Feinstaubquellen an

verkehrsnahen Messpunkten, für Tage an denen der Grenzwert (50 µg/m³)

überschritten wurde.

Kohlenstoffhältige Kfz-Emissionen liegen bei 9-17 % der Feinstaubbelastung.

Straßenstaub (Salz, Silikate, Karbonate) trägt 15-32% zur Feinstaubbelastung bei.

Dieser Beitrag ist stark von den Wetterverhältnisse abhängig.

Auch ein Teil der Elektrolytkonzentration (e.g. Nitrat) ist dem lokalen und

regionalen Verkehr zuzuordnen.

Dies ergibt einen Anteil des Kfz-Verkehrs an der gesamten Feinstaubbelastung

von bis zu 50%.

In der PMInter-Studie (2011) wurde durch den

Vergleich von Stadt und Hintergrundstationen der

„Urban Impact“ , dh. die in der Stadt entstehende

Zusatzbelastung, ermittelt.

Für alle drei Regionen ergab sich in der Stadt eine

zwei- bis fünffache Zunahme der mit dem Kfz-

Verkehr verbundenen Feinstaubemissionen.

Wir danken allen MitarbeiterInnen der Arbeitsgruppe und der Projektteams der Projekte AQUELLA und AQUELLIS, PMInter und Tauerntunnel.

Wien 14.10.2014 MOBILITÄT DER ZUKUNFT

• N. Jankowski, H. Bauer, H. Puxbaum: "AQUELLIS M - PM10 Emissionen aus mobilen Quellen"; 2009; 58 S., interner Bericht

• N. Jankowski, H. Bauer, H. Puxbaum: "Größenfraktionierte Feinstaubmessungen im Tauterntunnel"; Berichts-Nr. CTA/UPA 10/05, 2010; 39 S.

• N. Jankowski, M. Sageder, H. Bauer, I. Marr, A. Kasper-Giebl, A. Limbeck, A. Caseiro, M. Handler, B. Klatzer, P. Kotianova, P. Pouresmaeil, C. Schmidl, C. Ramirez-Santa Cruz, A. Dattler, L. Andrade-Sanchez, H. Puxbaum: "AQUELLA Linz - Oberösterreich -

Aerosolquellenanalyse für Linz - Oberösterreich"; 2009; 184 S.

• S. Böhmer, B. Gugele, A. Kaiser, E. Petz, H. Scheifinger, W. Spangl, J. Schneider, D. Wappel, C. Nagl: "Einfluss von Punktquellen auf die Luftqualität in Nordösterreich – Endbericht“; Umweltbundesamt, REP-0105, Wien 2007, im Auftrag von OMV, ISBN 3-

85457-903-9

• W.Spangl: „ Luftgütemessungen und Meteorologische Messungen“; Umweltbundesamt Wien, 2013 REP-0422, ISBN: 978-3-99004-226-7

• M. Kistler, A. Kasper-Giebl, E. Cetintas, C. Ramirez-Santa Cruz, E. Schreiner, L. Sampaio Cordeiro Wagner, S. Szidat, Y Zhang, H. Bauer: "PMinter Project, analysis of filters and 14C measurements in fine particulate matter";

Bericht für Land Kärnten; Berichts-Nr. CTA-EAC-12/13-7, 2013; 67 S.

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