Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen

Verkehrstechnik Heft V 159

Luftschadstoffean BAB 2006

ISSN 0943-9331ISBN 978-3-86509-716-3

von

Anja BaumHakki HasskeloIngrid Siebertz

Wilfried Weidner

Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen

Luftschadstoffean BAB 2006

Verkehrstechnik Heft V 159

Die Bundesanstalt für Straßenwesen veröffentlicht ihre Arbeits- und Forschungs-ergebnisse in der Schriftenreihe Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Die Reihebesteht aus folgenden Unterreihen:

A - AllgemeinesB - Brücken- und IngenieurbauF - FahrzeugtechnikM- Mensch und SicherheitS - StraßenbauV - Verkehrstechnik

Es wird darauf hingewiesen, dass die unter dem Namen der Verfasser veröffentlichtenBerichte nicht in jedem Fall die Ansicht desHerausgebers wiedergeben.

Nachdruck und photomechanische Wieder-gabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmi-gung der Bundesanstalt für Straßenwesen, Referat Öffentlichkeitsarbeit.

Die Hefte der Schriftenreihe Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen können direkt beim Wirtschaftsverlag NW, Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bgm.-Smidt-Str. 74-76, D-27568 Bremerhaven, Telefon (04 71) 9 45 44 - 0, bezogen werden.

Über die Forschungsergebnisse und ihre Veröffentlichungen wird in Kurzform imInformationsdienst BASt-Info berichtet.Dieser Dienst wird kostenlos abgegeben;Interessenten wenden sich bitte an dieBundesanstalt für Straßenwesen, Referat Öffentlichkeitsarbeit.

Impressum

Bericht zum Forschungsprojekt 77.470/2002:Anwendung von Sicherheitsaudits an Stadtstraßen

ProjektbetreuungRoland Weber

HerausgeberBundesanstalt für StraßenwesenBrüderstraße 53, D-51427 Bergisch GladbachTelefon: (0 22 04) 43 - 0Telefax: (0 22 04) 43 - 674

RedaktionReferat Öffentlichkeitsarbeit

Druck und VerlagWirtschaftsverlag NWVerlag für neue Wissenschaft GmbHPostfach 10 11 10, D-27511 BremerhavenTelefon: (04 71) 9 45 44 - 0Telefax: (04 71) 9 45 44 77Email: vertrieb@nw-verlag.deInternet: www.nw-verlag.de

ISSN 0943-9331ISBN 3-86509-323-X

Bergisch Gladbach, Juli 2005

Impressum

Bericht zum Forschungsprojekt 06630des Arbeitsprogrammes der Bundesanstalt für Straßenwesen:Luftschadstoffe an BAB 2006

ISSN 0943-9331ISBN 978-3-86509-716-3

Bergisch Gladbach, September 2007

Kurzfassung – Abstract

Luftschadstoffe an BAB 2006

Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Ka-lenderjahr 2006 Messungen an den Messquer-schnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschad-stoffdaten an der BAB A 4 und der BAB A 61 durch-geführt. Der Messquerschnitt an der A 61 weistdabei im Vergleich zu dem Standort an der A 4einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteilauf. Die Messwerte dienten auch weiteren AP- undFE-Projekten als Datengrundlage.

Die aufgenommenen Schadstoffdaten der ver-kehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stick-oxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf diestark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22.und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverord-nung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2006 ausge-wertet.

Betrachtet man den Verlauf der NO- und NO2-Im-missionen der vergangenen 20 Jahre an demBASt-Messquerschnitt an der A 4 in den Bildern 2und 3, zeigt sich für die fahrbahnnahen Messstellenin der NO-Komponente nach einem stetigen Abfallin den zurückliegenden Jahren der Messwertauf-nahme gegenüber dem Vorjahr eine minimale Zu-nahme im Jahr 2006. Die NO2-Konzentration dage-gen nimmt am Mittelstreifen nach einem steilen An-stieg seit zwei Jahren wieder ab, stagniert jedochan den anderen Messstellen.

An den beiden Messquerschnitten der BASt konnteder Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchVvon 40 µg/m3 an keiner Messstelle eingehaltenwerden (s. Tabelle 1). Wenn die Toleranzmarge von8 µg/m3 für das Kalenderjahr 2006 mitberücksich-tigt wird, wurde diese Anforderung lediglich an einerMessstelle (Ri. Koblenz, A 61) erfüllt.

Im Gegensatz dazu lag an beiden Messquerschnit-ten der maximale Stundenmittelwert über demGrenzwert von 200 µg/m3 (ab 2010) bzw. 240µg/m3 (mit Toleranzmarge für das Jahr 2006); dieAnzahl der Überschreitungen lag an drei Messstel-len unter der maximal zulässigen Zahl von 18 proKalenderjahr. An der A 4 in Fahrtrichtung Kölnkonnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden.

In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalen-derjahr 2006 an der A 4 der PM10-Jahresmittel-grenzwert der 22. BImSchV von 40 µg/m3 einge-

halten (s. Tabelle 2). Der Tagesmittelgrenzwert von50 µg/m3 wurde an der A 4 6 bzw. 9 Mal und an derA 61 19 bzw. 2 Mal überschritten mit Maximalwer-ten von 91,0 µg/m3 (A 4) bzw. 77,7 µg/m3 (A 61).

Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stun-denmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr2006 an der BAB 4 und an der BAB 61. Diese An-hänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heftbeigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Be-richtstext wurden zur Information des Lesers beibe-halten.

Air pollutants on federal motorways in 2006

In the scope of this project, measurements havebeen made at the BASt measuring cross sectionsfor recording air pollutant data on the federalmotorways A4 and A61 throughout the calendaryear of 2006. The measuring cross section on theA61 shows almost twice as high a proportion ofheavy goods traffic as compared to the location onthe A4. The measurement values also serve as adatabase for further AP and FE projects.

The recorded pollutant data of the traffic-relatedimmission load caused by nitric oxides, ozone andparticulates have been evaluated with regard to thelimit values that have been reduced considerablyaccording to the 22nd and the new 33rd amendmentof the Federal Immission Control Ordinance(BImSchV) for the calendar year 2006.

When viewing the development of the nitric oxideand nitrogen dioxide immissions over the past 20years at the BASt measuring cross section at theA4 shown in illustrations 2 and 3, after a continualfall over the past few years, a small increase can berecognised in the nitrogen oxide element in themeasurement locations near to the road comparedto the previous year. On the other hand, theconcentration of nitrogen dioxide on the central striphas declined over the past two years after aprevious steep increase, however this remainsstatic at other measuring points.

On both measuring cross sections of the BASt, theaverage yearly limit value of 40µg/m3 according tothe 22nd Federal Immission Control Ordinancecould not be maintained on either of the measuredsections (see table 1). When the tolerance margin

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of 8µg/m3 is also taken into consideration for thecalendar year 2006 then this specification has onlybeen fulfilled at one measuring point (in thedirection of Koblenz, A61).

In contrast to this, the maximum average hourlyvalue exceeded the limit value of 200µg/m3 (from2010) or 240µg/m3 (with a tolerance margin for2006) on both measuring cross sections; on threeof the measurement points the number of overrunswas less than the maximum allowable value of 18per calendar year. These requirements could alsonot be fulfilled on the A4 in the direction of Cologne.

With reference to the particulate loads, on the A4,the average yearly limit value of the 22nd FederalImmission Control Ordinance of 40µg/m3 per PM10could be maintained in the calendar year of 2006(see table 2). The average daily limit value of50µg/m3 had been exceeded by 6 or 9 times on theA4 and 19 or 2 times on the A61 with a maximumvalue of 91.0µg/m3 (A4) or 77.7µg/m3 (A61).

The original report contains the average hourlyvalue of nitrogen dioxide on the federal motorwaysA4 and A61 for the complete calendar year of 2006as an attachment. These attachments can beobtained from the CD that is enclosed in the report.References to the attachments in the text of thereport have been included as information for thereader.

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Inhalt

1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Messquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 Messung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4 Messergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.1 Stickstoffoxide NOx . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.2 Ozon O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.3 Partikel PM10/PMx . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5 Zusammenfassung und Ausblick . . . . 34

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

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Definitionen

Messquerschnitt Gesamtheit aller Stationen zurMesswertaufnahme an einemAutobahnabschnitt. Für diesesProjekt wurden zwei Mess-querschnitte betrieben, eineran der A 4 und einer an der A 61 (s. a. Kapitel 2).

Messstation Raum, in dem die Messgerätezur Aufnahme der Schadstoff-konzentrationen oder der me-teorologischen Parameter un-tergebracht sind. Am Mess-querschnitt an der A 4 existie-ren zurzeit vier Messstationen,zwei Messhütten direkt nebender Trasse, eine im Abgaslaborder BASt und eine meteorologi-sche Station auf dem Dach desBASt-Gebäudes. Am Mess-querschnitt an der A 61 existierteine Messstation in den Räu-men der AutobahnmeistereiMendig.

Messstelle Ansaugstelle/Messfühler füreine Schadstoffkomponente(NOx, O3, PM10) oder für me-teorologische Parameter ineiner bestimmten Entfernungzur Fahrbahn.

Stundenmittelwert Mittelwert der über eine Stundeaufgenommenen Konzentrati-onswerte der Schadstoffbelas-tung. In der 22. BImSchV wer-den für einige Schadstoffkom-ponenten (SO2, NO2) Stun-denmittelgrenzwerte gefordert.

Tagesmittelwert Mittelwert der über einen be-trachteten Tag aufgenomme-nen Konzentrationswerte derSchadstoffbelastung. In der 22.BImSchV werden für einigeSchadstoffkomponenten (SO2,PM10) Tagesmittelgrenzwertegefordert.

Jahresmittelwert Mittelwert der über ein Ka-lenderjahr aufgenommenenKonzentrationswerte der Schad-stoffbelastung. In der 22.

BImSchV werden für einigeSchadstoffkomponenten (SO2,NO2, NOx, PM10, Pb, C6H6)Jahresmittelgrenzwerte gefor-dert.

Tagesganglinien Kurve aller zu einer jeweiligenTageszeit über ein Kalender-jahr gemittelten Messwerte desdargestellten Parameters.

Ziel- und In Bezug auf die Ozonkonzen-Schwellenwerte tration in der Luft festgelegte

Werte, die in einem bestimmtenZeitraum erreicht werden müs-sen bzw. bei deren Überschrei-tung Gesundheitsrisiken für dieGesamtbevölkerung oder be-sonders empfindliche Bevölke-rungsgruppen bestehen.

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1 Einleitung

Ziel

Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) unter-hält zurzeit an zwei AutobahnmessquerschnittenMessstellen für Ozon, Stickoxide und Partikel sowiemeteorologische Parameter, um die Entwicklungder Luftschadstoffbelastung an hochfrequentiertenAußerortsstraßen aufzuzeigen. Diese Querschnitteliegen an der BAB A 4 und der BAB A 61. In diesemBericht werden die an diesen Standorten im Kalen-derjahr 2006 aufgenommenen Messdaten darge-stellt.

Rechtlicher Kontext

Durch die Umsetzung der EU-Richtlinien1999/30/EG und 2000/69/EG, der ersten und zwei-ten Tochterrichtlinie zur Luftqualitätsrahmenrichtli-nie 1996/62/EG, in nationales Recht wurde im Sep-tember 2002 die 22. Bundesimmissionsschutzver-ordnung (BImSchV) novelliert. In ihr ist nunmehr dieEinhaltung von Grenzwerten für Schwefeldioxid(SO2), Stickstoffdioxid (NO2), Stickstoffoxide (NOx),Partikel (PM10), Blei (Pb), Benzol (C6H6) sowieKohlenmonoxid (CO) gefordert. Des Weiteren sinddie Vorgaben der EU-Richtlinien 2002/3/EG und2001/81/EG, der dritten Tochterrichtlinie über denOzongehalt in der Luft und der Richtlinie über na-tionale Emissionshöchstmengen, in der neuen 33.Bundesimmissionsschutzverordnung vom Juli 2004niedergelegt.

In den Tabellen 1.1 bis 1.3 sind die Grenz-, Ziel-und Schwellenwerte für die Schadstoffe NO2, O3und PM10 aufgeführt. Demnach werden für Stick-stoffdioxid ab Januar 2010 ein Jahresmittelgrenz-wert und ein Stundenmittelgrenzwert gefordert;Letzterer darf lediglich an 18 Tagen pro Kalender-jahr überschritten werden (s. Tabelle 1.1).

Für die Ozonbelastung wurden mit der 33.BImSchV Ziel- und Schwellenwerte vorgegeben,die sich auf das Schutzgut der menschlichen Ge-sundheit beziehen (s. Tabelle 1.2).

Hinsichtlich der Luftschadstoffbelastung durchFeinstaubpartikel PM10 (Partikel mit einem aerody-namischen Durchmesser < 10 µm) gelten seit Ja-nuar 2005 ein Jahresmittelgrenzwert und ein Ta-gesmittelgrenzwert, der insgesamt an 35 Tagen proKalenderjahr überschritten werden darf (s. Tabelle1.3). Im Zuge einer Harmonisierung der Luftqua-litätsrahmenrichtlinie sowie ihrer ersten drei Toch-

terrichtlinien werden zurzeit auch die rechtlichenAnforderungen zur Einhaltung der PM10-Grenzwer-te überarbeitet sowie ein neuer Grenzwert für PM2,5festgelegt.

2 Messquerschnitte

Der Messquerschnitt an der von W nach O verlau-fenden A 4 bei Streckenkilometer 92,7 weist einenDTV von 71.220 Kfz/24 h mit einem Schwerver-kehrsanteil von 8,5 % auf (s. Bild 2.1). Nördlich derAutobahntrasse liegen eine mäßig befahrene Ge-meindestraße sowie das BASt-Gebäude, südlichschließt sich das Waldgebiet Königsforst an. ImJahr 1997 wurde auf der Trassennordseite eine

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Tab. 1.1: Grenzwerte und Toleranzmargen für NO2 gemäß 22.BlmSchV (BGBI, 2002)

NO2

Stundenmittel-grenzwert

[µg/m3]

zulässigeÜberschrei-

tungen

Jahresmittel-grenzwert

[µg/m3]

Grenzwert (ab01/2010)

200 18/a 40

Toleranzmarge2006

40 - 8

Toleranzmarge2007

30 - 6

Toleranzmarge2008

20 - 4

Toleranzmarge2009

10 - 2

Tab. 1.2: Immissionswerte für Ozon gemäß 33. BlmSchV(BGBI, 2004)

O3

Ziel-/Schwellen-

wert [µg/m3]

zulässigeÜberschrei-

tungen

Mitteilungs-/Akkumulati-onszeitraum

[µg/m3]

Zielwert, Gesund-heitsschutz (ab 2010)

120 25/a 8 Stunden

langfristiges Ziel Ge-sundheitsschutz

120 - 8 Stunden

Informationsschwelle 180 - 1 Stunde

Alarmschwell 240 - 1 Stunde

Tab. 1.3: Grenzwert für Partikel PM10 gemäß 22. BlmSchV(BGBI, 2002)

PM10

Tagesmittel-grenzwert

[µg/m3]

zulässigeÜberschrei-

tungen

Jahresmittel-grenzwert

[µg/m3]

Grenzwert 50 35/a [40 µm3]

etwa 5 m hohe Lärmschutzwand errichtet. Es liegteine vorherrschende Windrichtung aus dem Be-reich 120° – 150° (OSO – SSO) vor.

Der Messquerschnitt an der von NW nach SO ver-laufenden A 61 bei Streckenkilometer 177,5 liegt

auf dem Betriebsgelände der AutobahnmeistereiMendig, auf dem diese eine Salzhalle betreibt. Di-rekt angrenzend befindet sich in Fahrtrichtung Kob-lenz der Rastplatz „Goldene Meile“. Es herrschtdort ein DTV von 73.310 Kfz/24 h mit einemSchwerverkehranteil von 19,8 %. Der Messquer-schnitt ist umgeben von landwirtschaftlichen Nutz-flächen und frei von Wohnbebauung oder Begrü-nung. Es wird eine vorherrschende Windrichtungaus 220° – 230° (SW) beobachtet.

Für die Betrachtungen der Feinstaubbelastungmuss beachtet werden, dass in etwa drei Kilome-tern Entfernung nördlich des Messquerschnitts ander A 6 der Tontagebau Erhard in der OrtschaftAdendorf liegt (s. Bilder 2.2 und 2.3). Es ist be-kannt, dass gefördertes und auf die Erde fallendesMaterial auf Abraumflächen durch Befahren vonFörder- und Transportfahrzeugen zermahlen undals Staub aufgewirbelt wird. Dieser sich im Tagebauunkontrolliert ausbreitende Feinstaub kann in sei-ner näheren Umgebung so zur Hauptquelle derHintergrundbelastung werden. Die Partikel könnenalso auch bis an den Messquerschnitt an der A 61herangetragen werden und dort zur Erhöhung der

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Bild 2.2: Satellitenbild der Umgebung des Messquerschnitts, Bild 2.3: Satelliltenbild des Tontagebaus Erhard,(unteres Rechteck) an der A 61 mit dem Tontagebau Erhard (Quelle: GoYellow)(oberes Rechteck). Links im Bild ist das AK Meckenheim zu erkennen, (Quelle: Google Earth)

Bild 2.1: Gegenüberstellung des durchschnittlichen täglichenVerkehrs (DTV) und des prozentualen Lkw-Anteils derMessquerschnitte an der BAB A 4 und der BAB A 61(Bezugsjahr 2005)

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Bild 2.4: Lage der Messquerschnitte an den BAB A 4 und A 61. In der Karte sind Autobahnen grau und Bundesstraßen schwarz mar-kiert

Schadstoffkonzentrationen an der Messstelle inFahrtrichtung Venlo nördlich der BAB beitragen. Ander Messstelle auf der gegenüberliegenden Seite inFahrtrichtung Koblenz werden diese Partikel alsGesamtbelastung von Hintergrund- und Zusatzbe-lastung durch den Verkehr gemessen oder in gerin-geren Höhen auch mit dem Fahrtwind durch dieFahrzeuge parallel zur Trassenausrichtung ver-schleppt.

Dies bestätigen auch Auswertungen der PM10-Kon-zentration im Kalenderjahr 2005 während Wetterla-gen mit Windrichtungen aus dem Sektor in Rich-tung Tontagebau im Vergleich zu den anderenWindrichtungen senkrecht und parallel zur Auto-bahntrasse.

Bild 2.4 zeigt die Messstandorte in ihrer geographi-schen Lage.

3 Messung

NOx-Analysegeräte

Alle verwendeten NOx-Geräte arbeiten nach demChemolumineszenzprinzip, wobei durch eine Reak-tion zweier oder mehrerer Chemikalien ein ange-regtes Teilchen gebildet wird, das seine Energiedurch die Abgabe eines Lichtquants wieder verliert.

Der Bestimmung der NO- bzw. NO2-Konzentrationliegt die Reaktion zwischen dem zu messendenStickoxid und dem mit einem Ozonisator erzeugtenund dem angesaugten Probegas zugesetzten O3zugrunde (HOLZBAUR, KOLB, 1996). Ein konstan-ter Anteil (etwa 20 %) des bei dieser Oxidation ent-stehenden Stickstoffdioxids befindet sich nach derReaktion in einem angeregten Zustand und kehrtunter Abgabe dieser Energiedifferenz als Strahlungin seinen Grundzustand zurück. Hierbei wird eineBreitbandstrahlung von 500 bis 3.000 nm abgege-ben, wobei das Intensitätsmaximum der Chemolu-mineszenz bei einer Wellenlänge von etwa 1.200nm liegt. Wenn das zur Reaktion benötigte HilfsgasO3 im Überschuss vorhanden ist, ist die Intensitätder Chemolumineszenzreaktion bei konstanten Re-aktionsbedingungen der NO-Konzentration im Pro-begasstrom proportional.

O3-Analysegeräte

Ozon hat die Eigenschaft, kurzwellige UV-Strah-lung größtenteils zu absorbieren. Bei der Ozonkon-zentrationsbestimmung wird diese UV-Absorption

des Ozons bei einer Wellenlänge von 253,7 nm ge-nutzt. Eine Quecksilberdampflampe mit einer Emis-sionslinie bei eben jener Wellenlänge dient als UV-Lichtquelle, deren Strahlung in ein UV-Photometerdurch den ozonhaltigen Probegasstrom tritt. DasOzon absorbiert, je nach seiner Konzentration imMessstrom, mehr oder weniger Strahlungsintensitätdieser Wellenlänge. Mit Hilfe des Absorptionskoeffi-zienten von Ozon sowie der Küvettenlänge kanndie Ozonkonzentration berechnet werden, die demVerlust der UV-Intensität in der Messzelle propor-tional ist (Monitor LABS, 1998).

PM10- und PMx-Analysegeräte

Das verwendete Gerät zur Aufnahme der PM10-Konzentration ist ein gravimetrisches Messgerät,welches die Umgebungsluft mit einer konstantenFlussrate durch ein Filter saugt, kontinuierlicheMessungen des Filtergewichts vornimmt und Mas-senkonzentrationen in annähernd Echtzeit be-stimmt.

Das Immissions-Feinstaubmesssystem zur gleich-zeitigen Messung der PM10-, PM2,5- und PM1-Frak-tion nutzt das Prinzip der Streulichtmessung derEinzelpartikel zur Bestimmung der Massenkonzen-trationen der Stäube und deren Aerosolverteilung.Hierbei dient ein Halbleiterlaser als Lichtquelle,durch deren Strahl innerhalb der Messzelle die zudetektierenden Partikel durch eine interne volu-mengesteuerte Pumpe geleitet werden. An denPartikeln wird so ein Streulicht erzeugt, welches er-fasst und auf einen Detektor geleitet wird. Die dortgemessene Lichtintensität ist der Partikelgröße pro-portional. Bei bekanntem Partikeldurchmesser undbekannter Dichte kann unter Annahme der Kugel-form der Partikel die Partikelmasse aus der Parti-kelanzahl abgeleitet werden.

4 Messergebnisse

4.1 Stickstoffoxide NOx

Die NOx-Emissionen in Deutschland stiegen bisEnde der 80er Jahre deutlich an, jedoch konnte seit1991 nach einer Stagnation eine stetige Abnahmeverzeichnet werden. Im Bereich des Straßenver-kehrs trug vor allem die Einführung moderner Ab-gasminderungstechniken zu dieser Reduzierungbei. So konnte zunächst trotz Anstiegs der Fahrleis-tung und Zunahme des Schwerlastverkehrs eineAbnahme der straßenverkehrsbedingten NOx-

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Bild 4.1: Jahresmittelwerte der NO-Konzentration an den Messquerschnitten an der A 4 und der A 61 von 1987 bis 2006 (der Da-tenausfall in den Jahren 1996 und 1997 ist zurückzuführen auf die Errichtung einer Lärmschutzwand und damit einherge-hende Baumaßnahmen)

Bild 4.2: Jahresmittelwerte der NO2-Konzentration an den Messquerschnitten an der A 4 und der A 61 von 1987 bis 2006 (der Da-tenausfall in den Jahren 1996 und 1997 ist zurückzuführen auf die Errichtung einer Lärmschutzwand und damit einherge-hende Baumaßnahmen)

Emissionen von 35 % registriert werden (UBA,2003). Dieser Trend kann in den Immissionswertender NO-Komponente an beiden Messquerschnittenbestätigt werden (s. Bilder 4.1 und 4.3).

Betrachtet man jedoch den Verlauf der NO2-Immis-sionen der Jahre seit 1987 am BASt-Messquer-schnitt an der A 4 in Bild 4.2, zeigt sich nach einemAbfall in den 80er und 90er Jahren seit 1999 an derMessstelle auf dem Mittelstreifen eine stetige Zu-nahme bzw. eine Stagnation der Schadstoffkonzen-tration an den anderen Messstellen. Die Werte amMessquerschnitt an der A 61, der sich erst seit demJahr 2002 in Betrieb befindet, zeigen jedoch nach2003, einem Jahr mit extremen meteorologischenSituationen und dadurch sehr hohen Stickoxidkon-zentrationen im Sommer, wieder einen leicht ab-nehmenden Trend (s. Bild 4.4).

Ähnliche Stagnationen bzw. zum Teil auch deutli-che Zunahmen insbesondere der NO2-Komponen-te wurden im gesamten Bundesgebiet insbesonde-re an hochfrequentierten Stadtstraßen beobachtet(Fachgespräch BMU, 2005). Anhand der an demMessquerschnitt der BASt gewonnenen Daten wirdersichtlich, dass dieses Phänomen auch an Ver-kehrswegen außerorts zu beobachten ist. Es stelltsich also die Frage nach den Gründen für dieseEntwicklung.

Neben einer Zunahme der großflächigen Ozonkon-zentration in den vergangenen Jahren wird insbe-sondere der Einfluss von bestimmten Abgasfilter-und Katalysatortechniken auf die NO2-Konzentrati-on in Straßennähe diskutiert.

Durch die Wechselwirkung zwischen Stickoxidenund Ozon bedingt nicht nur eine erhöhte NO2-Kon-zentration eine Zunahme der O3-Konzentration,sondern auch umgekehrt. So könnte eine sich über-regional geänderte Ozonchemie der Atmosphäreauch zu einer Stickoxiderhöhung beigetragenhaben.

Auf der anderen Seite wird in so genannten Oxida-tionskatalysatoren zunächst NO mit Sauerstoff zuNO2 oxidiert. Die im Filter angesammelten Partikelentziehen dann dem NO2 Sauerstoff O2 und wer-den dabei verbrannt. Im Idealfall entstehen bei die-sem Vorgang Stickstoff N2, Kohlendioxid CO2 undWasser H2O. Jedoch muss für diese Reaktion einTemperaturbereich von 250 bis 400 Grad eingehal-ten werden. Bei zu hohen Abgastemperaturen wirdwiederum mehr NO2 produziert, als zum Oxidierender Partikel benötigt wird. So entsteht ein Über-schuss an Stickstoffdioxid. Insgesamt muss jedochein NO2-Überschuss gebildet werden, damit der Fil-ter jederzeit einwandfrei funktioniert, was letztend-lich einen erhöhten NO2-Ausstoß zur Folge hat.

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Bild 4.3: Jahresmittelwerte der NO-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 von 2002 bis 2006

An der A 4 liegt die Messstelle am Fahrbahnrand inFahrtrichtung Olpe luvseitig zur dort vorherrschen-den Windrichtung, sodass sich die Messstelle aufder gegenüberliegenden Fahrbahnseite in Rich-tung Köln im Lee zur Hauptwindrichtung befindet.An der A 61 liegt die Fahrbahnseite in Richtung Koblenz im Luv und die in Richtung Venlo im Leezur dort vorherrschenden Windrichtung. DerSchadstoffausstoß der Autobahntrasse sollte dazuführen, dass an der jeweils leeseitig befindlichenMessstelle höhere Konzentrationen gemessenwerden als im Luv.

Dies zeigt sich nicht nur in den Jahresmittelwerten(Bild 4.5), sondern auch in mittleren Tagesgängender NO2-Konzentration (Bilder 4.6 und 4.7). Die imLee der Hauptwindrichtung stehenden Messstellenin Fahrtrichtung Köln (A 4) und Fahrtrichtung Venlo(A 61) weisen etwas höhere Schadstoffkonzentra-tionen auf als die Messstellen auf der gegenüber-liegenden Luv-Seite in Fahrtrichtung Olpe (A 4)bzw. Koblenz (A 61).

Dieses Verhalten tritt auch in den mittleren Tages-gängen der NO2-Belastungen in den Bildern 4.6und 4.7 auf, die außerdem die typischen durch Ver-kehr hervorgerufenen Ganglinienverläufe aufwei-sen.

So weist die NO2-Schadstoffkonzentration an der A4 zwischen 8:00 und 18:00 Uhr einen stetig anstei-

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Bild 4.4: Jahresmittelwerte der NO2-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 von 2002 bis 2006

Bild 4.5: Gegenüberstellung der NO2-Jahresmittelwerte, dermaximalen NO2-Stundenmittelwerte und der Anzahlder Überschreitungen des ab 2010 (in Klammern:unter Berücksichtigung der Toleranzmarge für dasJahr 2006) geltenden Stundenmittelgrenzwertes derMessquerschnitte an der BAB A 4 und der BAB A 61im Kalenderjahr 2006

genden Verlauf auf. Außerhalb dieses Zeitraumsfällt die Tageskonzentration bis auf ein Minimum beietwa 4:00 Uhr ab und steigt dann wieder an. Ursa-che für diese typischen Tagesverläufe sind zumeinen die Verkehrsstärkemaxima etwa bei 8:00 Uhrund 18:00 Uhr, aber auch die während des Ta-ges aktivierten photochemischen Prozesse zwi-schen Stickoxiden und Ozon. Hierbei beeinflussenviele meteorologische Parameter die chemischenReaktionen, deren Auswirkungen auf die NO2-Kon-zentration die Auswirkungen der verkehrsbilden-den Prozesse des Berufspendlerverkehrs überla-gern.

Am Messquerschnitt an der A 61 fällt auf, dass dieNO2-Konzentration an der Messstelle in RichtungKoblenz das eben beschriebene Verhalten zeigt,auf der gegenüberliegenden Fahrbahnseite in Rich-tung Venlo jedoch ein Abfall in den frühen Nachmit-tagsstunden beobachtet werden kann, wie er auchweniger stark an der A 4 auftritt.

Da diese Messstellen leeseitig zur jeweils vorherr-schenden Windrichtung liegen, könnte das beobachtete Nachmittagsminimum einerseits mitdem Tagesgang der Windgeschwindigkeit in Zu-sammenhang stehen. Dieser weist während derTagstunden zwischen 8:00 und 18:00 Uhr ein Maxi-mum auf und hat seine Ursache in den Tagesgän-gen der Luftaustauschprozesse zwischen erdober-flächennahen und höher gelegenen Troposphären-schichten. Mit zunehmenden Temperaturen amVormittag entsteht eine Konvektion in den Luftmas-sen. Wärmere Luftpakete steigen auf, kühlere sin-ken ab. Dies führt zu einem erhöhten vertikalenDurchmischen zwischen bodennahen und höherenLuftschichten. Dadurch wird ein erhöhtes Bewe-gungsmoment der Luft aus höheren Schichten zurErdoberfläche übertragen und die Strömungsge-schwindigkeit in den bodennahen Schichten ver-größert. Durch eine erhöhte Windgeschwindigkeitkönnte das von den Fahrzeugen emittierte NOschneller über die Fahrbahn und von der Messstel-le weggetragen werden und so weniger Zeit haben,durch chemische Reaktionen in StickstoffdioxidNO2 umgewandelt zu werden.

Da Bewuchs und Bebauung großen Einfluss aufWindrichtung und Windgeschwindigkeit haben,kann dieser Effekt an der leeseitigen Messstelle ander A 4 nicht in dem Maße beobachtet werden wiean der A 61, da die Trasse der A 4 südlich durch einWaldgebiet und nördlich durch eine Lärmschutz-wand eingeschlossen ist.

Andererseits konnte bei näherer Untersuchung derMessdaten festgestellt werden, dass der beschrie-bene Abfall der Belastung am Nachmittag ebenfallsvom Wochentag abhängt. Hier unterscheiden sichinsbesondere die Werte an Freitagen und am Wo-chenende von denen der Wochentage Dienstag bisDonnerstag, was wiederum auf einen Zusammen-hang mit dem an diesen Tagen zu verzeichnendenunterschiedlichen Verkehrsaufkommen hindeutet.

Die tatsächlichen Zusammenhänge zwischenSchadstoffbelastung, meteorologischen Parame-tern wie Strahlung, relative Luftfeuchte, Windge-schwindigkeit und Windrichtung, Verkehrsstärke,Tageszeit und Wochentag sind jedoch ein sehr kom-plexes Wechselspiel dieser Größen untereinander.

In den Anhängen A 1 und A 2 (auf beiliegender CD)sind die Stundenmittelwerte der NO2-Konzentratio-nen an den beiden Messquerschnitten für das ge-samte Kalenderjahr 2006 dargestellt.

Insgesamt traten die in Tabelle 4.1 aufgeführtenÜberschreitungen des im Kalenderjahr gültigenStundenmittelgrenzwertes von 240 µg/m3 auf. Die-ser setzt sich zusammen aus dem Stundenmittel-grenzwert, der ab dem Kalenderjahr 2010 in Krafttritt, plus der Toleranzmarge für das Jahr 2006 (s.hierzu auch Kapitel 1).

14

Tab. 4.1: Stunden mit Überschreitungen des NO2-Stundenmit-telgrenzwertes (Grenzwert 2010 plus Toleranzmarge2006) an den beiden Messquerschnitten an der A 4und der A 61

An dem Messquerschnitt an der A 4 werden weitmehr Überschreitungen gemessen als an der A 61.Hauptgrund dieses unterschiedlichen Verhaltensliegt wahrscheinlich in den schon beschriebenenvoneinander abweichenden Umgebungs- und Aus-

breitungsbedingungen an den beiden Standorten.An der A 4 reichern sich Luftschadstoffe stärker anals an der A 61, wo sie eher durch Luftbewegungendavongetragen werden.

15

Bild 4.6: Mittlerer Tagesgang der NO2-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 im Kalenderjahr 2006

Bild 4.7: Mittlerer Tagesgang der NO2-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 im Kalenderjahr 2006

4.2 Ozon O3

Gemäß 33. BImSchV gelten für Ozonwerte ab demJahr 2010 eine Informationsschwelle im Stunden-mittel von 180 µg/m3 und eine Alarmschwelle imStundenmittel von 240 µg/m3 (s. Kapitel 1). An denbeiden Messquerschnitten der BASt wurde an denstraßennahen O3-Messstellen im Kalenderjahr2006 weder die Informations- noch die Alarm-schwelle überschritten (s. Tabelle 4.2).

Hierbei muss die unterschiedliche Entfernung derOzonmessstellen zur Fahrbahn beachtet werden;die Messstelle an der A 61 liegt in einer Entfernungvon 28 m zum Fahrbahnrand, die an der A 4 in einerEntfernung von 13 m. Da in größeren Entfernungenzur Fahrbahn durch die Umwandlung des NO inNO2 immer weniger NO zur Verfügung steht, um O3über die Reaktion in O2 und NO2 abzubauen, stei-

gen Ozonwerte mit zunehmendem Abstand vomStraßenrand. Des Weiteren liegt die Ozonmessstel-le an der A 61 ungeschützter vor der Einstrahlungdurch die Sonne, und da diese für die photochemi-sche Ozonbildung von Bedeutung ist, könnte sichdies in einer höheren Ozonbelastung bemerkbarmachen.

Des Weiteren kann sich an dem Messquerschnittan der A 4 die Nähe zum Ballungsgebiet Köln be-merkbar machen, durch die dieser Standort stärkerdurch Ozonvorläuferstoffe beeinflusst ist als der ander A 61, der sich wie oben beschrieben in einerländlicheren Region befindet. Der Einfluss desgroßstädtischen NO2 in den Stunden ohne Son-nenstrahlung könnte somit zu einem vermehrtenOzonabbau führen.

Der Umfang der Ozonbildung ist also abhängig vonder Intensität der Strahlung und der Konzentrationder Ozonvorläuferstoffe wie z. B. NO2. Dies ist derGrund für einen typischen mittleren Tagesgang desOzons, der auch in den Bildern 4.8 und 4.9 an bei-den Messquerschnitten nachvollzogen werdenkann. Wie oben beschrieben überwiegt währendder Sonnenscheindauer die Ozonbildung durchZerfall von NO2 zu NO und O unter Einfluss derStrahlung und nachfolgender Verbindung des O mitdem vorhandenen Luftsauerstoff zu O3 und dieOzonwerte steigen auf ein Maximum gegen 16:00

16

Tab. 4.2: Maximale O3-Stundenmittelwerte sowie Anzahl derÜberschreitungen der ab 2010 geltenden Informati-ons- und der Alarmschwelle an den Messquerschnit-ten an der BAB A 4 und der BAB A 61 im Kalenderjahr2006

Maximaler O3-Stundenmittel-

wertwert [µg/m3]

Anzahl Überschreitungen

Informations-schwelle

Anzahl Überschreitungen

Alarmschwelle

A 4 171,4 - -

A 61 177,5 - -

Bild 4.8: Mittlerer Tagesgang der O3-Konzentration an den Messquerschnitt an der A 4 im Kalenderjahr 2006

Uhr. Während der Nacht wird das O3 durch den do-minierenden Prozess der NO2-Bildung aus O3 undNO vermehrt abgebaut, sodass in dieser Zeit dieOzonkonzentration bis auf minimale Werte am Mor-gen abfällt.

Da an dem Standort an der A 4 seit 1987 kontinu-ierlich Luftschadstoffmessungen durchgeführt wer-den, kann auch die langfristige Entwicklung derOzonkonzentration betrachtet werden (Bild 4.10).In beiden Entfernungen vom Fahrbahnrand ist seit

17

Bild 4.10: O3-Schadstoffbelastung für die Kalenderjahre 1987 bis 2006 am Messquerschnitt an der A 4 in zwei unterschiedlichenEntfernungen vom Fahrbahnrand

Bild 4.9: Mittlerer Tagesgang der O3-Konzentration an den Messquerschnitt an der A 61 im Kalenderjahr 2006

Beginn der 90er Jahre ein steigender Trend zu be-obachten.

Dass diese Zunahme an beiden Messstellen auf-tritt, deutet auf eine Zunahme der großräumigenHintergrundkonzentration hin, wie sie auch an an-deren Stationen im Bundesgebiet beobachtet wird(z. B. HLUG, 2006; SenStadt Berlin, 2005).

4.3 Partikel PM10/PMx

Im Kalenderjahr 2006 wurde an beiden Messstand-orten der PM10-Jahresmittelgrenzwert gemäß 22.BImSchV von 40 µg/m3 eingehalten (s. Bild 4.11).Der Tagesmittelgrenzwert von 50 µg/m3 wurde ander A 4 6 bzw. 9 Mal und an der A 61 19 bzw. 2 Malüberschritten mit Maximalwerten von 91 µg/m3

(A 4) bzw. 77,7 µg/m3 (A 61). Die maximal zulässi-ge Anzahl von 35 Überschreitungen pro Kalender-jahr konnte somit eingehalten werden.

Insgesamt liegen die aufgenommenen Mittelwertean der A 61 niedriger als an der A 4. Dies hängtwahrscheinlich damit zusammen, dass die Bedin-gungen für eine ungestörte Ausbreitung an der A 61erheblich günstiger sind für eine schnelle Verteilungund somit auch für einen schnelleren Abtransportder Partikel. Wie in Kapitel 2 dargestellt, liegt der

Messquerschnitt an der A 61 unbeeinflusst von Ve-getation oder Wohnbebauung, wohingegen an derA 4 eine Lärmschutzwand und ein ausgedehntesWaldgebiet zu einer Anreicherung von Schadstof-fen führen können.

Die Bilder 4.12 bis 4.35 zeigen die Tagesmittelwer-te der PM10-Konzentrationen an beiden Messquer-schnitten für alle Monate des Jahres 2006. Auffälligist die große Übereinstimmung der Messwerte bei-der Standorte. Dies zeigt deutlich, dass es sich beider Schwebstaubbelastung insbesondere um einüberregionales Problem handelt, das nur zu einemgeringen Teil durch lokale Gegebenheiten wie z. B.eine hochbelastete Außerortsstraße beeinflusstwird. Eine solch auffällige Ähnlichkeit der PM10-Ta-gesmittelwerte beider Messquerschnitte konnte bei den anderen Schadstoffkomponenten nicht beobachtet werden.

Meteorologische Parameter wie relative Luftfeuchte,Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie Nie-derschlag scheinen somit selbst in Straßennähe aufdie Höhe der PM10 weit mehr einzuwirken als z. B. Verkehrsstärke oder typische Geschwindig-keitsverläufe. Insbesondere bei Inversionswetterla-gen treten aufgrund fehlender Austauschprozessezwischen den unteren und oberen Luftschichten Epi-soden mit stark erhöhten PM10-Werten auf. Hierbeikehrt sich der in der Troposphäre übliche negativeTemperaturgradient ins Positive um. Diese inverseSchichtung führt dazu, dass ein vertikaler Luftaus-tausch nicht stattfinden kann und an der Unterseiteder aufliegenden wärmeren Luftschicht Schadstoffekumulieren sowie eine vermehrte Wolken- und Ne-belbildung auftritt (WALCH und FRATER, 2004).

Diese Inversionswetterlagen sind überwiegend inden Wintermonaten zu beobachten, wenn unter demEinfluss eines Hochdruckgebietes der Himmel auf-klart und dadurch die nächtliche Wärmeabstrahlungin Bodennähe gefördert wird. Eine starke Abkühlungder untersten Atmosphärenschichten mit übergela-gerten Warmluftschichten ist die Folge. In den kaltenWintermonaten ist die Erwärmung bei Tag durch denniedrigen Stand der Sonne meist nicht ausreichend,um eine Aufwärtsströmung zu erzeugen, die einenvertikalen Luftaustausch zu-lassen und somit die In-version auflösen könnte. Ein Austausch wird meisterst wieder durch starke Winde während Westwet-terlagen in Gang gesetzt.

Durch das vermehrte Auftreten von Inversionen kön-nen so genannte PM10-Episoden insbesondere inden Wintermonaten beobachtet werden. Während

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Bild 4.11: Gegenüberstellung des PM10-Jahresmittelwertes,der Anzahl der Überschreitungen des Tagesmittel-grenzwertes sowie des maximalen PM10-Tagesmit-telwertes der Messquerschnitte an der BAB A 4 undder BAB A 61 im Kalenderjahr 2006

dieser Episoden nimmt die Partikelbelastung stetigzu und führt in Ballungsgebieten häufig zu Über-schreitungen des PM10-Tagesmittelgrenzwertesgemäß 22. Bundesimmissionsschutzverordnung, dieüber mehrere Tage hinweg andauern können.

Zu zwei solchen lang anhaltenden austauscharmenInversionswetterlagen kam es deutschlandweit inden Zeiten vom 8. bis zum 16. Januar 2006 sowievom 22. Januar bis zum 6. Februar 2006 unter demEinfluss eines Hochdruckgebietes (z. B. LUBW,2006). Dadurch kam es im gesamten Bundesgebietzu einer Anreicherung von Luftschadstoffen an derUnterseite der Inversionsschicht. Dies hatte wiede-rum an vielen Messstationen eine Überschreitungdes PM10-Tagesmittelgrenzwertes zur Folge. Sokonnten auch an den beiden Messquerschnittender BASt während dieser PM10-Episoden Mitte Ja-nuar bis Anfang Februar Überschreitungen des Ta-gesmittelgrenzwertes festgestellt werden (s. Bilder4.12 bis 4.15).

Jedoch nehmen auch andere meteorologische Pa-rameter Einfluss auf die Luftschadstoffbelastung.So können Niederschlagsereignisse zu einer Sen-kung der Feinstaubbelastung beitragen. Um dies zuverdeutlichen, wurden für den Messquerschnitt ander A 4, an dem seit dem Kalenderjahr 2005 nebenden bis dahin aufgenommenen Parametern auchder Niederschlag gemessen wird, die Kurven derPM10-Tagesmittelwerte um die Niederschlagssum-men ergänzt. An dem Messquerschnitt an der A 61wird der Niederschlag zurzeit noch nicht gemessen.Es treten einige Korrelationen insbesondere längeranhaltender Niederschlagsereignisse mit der Fein-staubkonzentration an der A 4 auf.

So werden zu den Zeiten mit hohen Niederschlags-summen deutlich geringere PM10-Belastungen ge-messen als zu den Zeiten mit geringen oder gar kei-nen Niederschlägen. So waren die Monate August,November und Dezember im Jahr 2006 besondersniederschlagsreiche Monate und entsprechendzeigten die Partikelkonzentrationen in diesen Mona-ten sehr geringe Werte. Aber auch Regenereignisseüber nur wenige Tage hinweg können schon zur Ab-senkung der Schadstoffbelastung beitragen wie z. B. Ende März, Ende Mai, Anfang Oktober undzweite Hälfte Oktober sowie Anfang Dezember.

In Tabelle 4.3 sind die Tage aufgeführt, an denender Tagesmittelwert an den Messstellen der BAStim Kalenderjahr 2006 überschritten wurde.

Die mittleren Tagesgänge der PM10-Konzentrationwerden in den Bildern 4.36 und 4.37 dargestellt. Sie

zeigen am Messquerschnitt an der A 4 in Fahrtrich-tung Olpe im Mittel 56 % höhere Feinstaubbelas–tung als in Fahrtrichtung Köln. Dies und das auffäl-lige Maximum an der Messstelle in FahrtrichtungKöln am frühen Vormittag sind Verhaltensweisen,die für diesen Standort untypisch sind. Bei der be-vorzugten Windrichtung aus Südost (s. Kapitel 2)sollten die Konzentrationen über das Jahr hinwegan der Messstelle in Fahrtrichtung Köln über denenan der Messstelle in Fahrtrichtung Olpe liegen.Dass dies nicht der Fall ist, kann in der kürzerenMesszeit der Messstelle in Fahrtrichtung Köln be-gründet sein. Diese wird erst seit Mitte Mai 2006betrieben. Somit können keine Werte aus den Win-termonaten des beginnenden Kalenderjahres ein-fließen, in denen im Allgemeinen durch austausch-arme Wetterlagen höhere Schadstoffbelastungenbeobachtet werden können. An dem Messquer-schnitt an der A 4 bleiben also die Daten des Fol-gejahres abzuwarten, um die Entwicklung derPM10-Konzentration an beiden Messstellen überein ganzes Jahr zu beobachten.

19

Tab. 4.3: Tage mit Überschreitungen des PM10-Tagesmittel-grenzwertes an den beiden Messquerschnitten an derA 4 und der A 61

Monat

A 4 A 61

Fahrtrich-tung Olpe

Fahrtrich-tung Köln

Fahrtrich-tung

Koblenz

Fahrtrich-tung

Venlo

Januar

15.01.

26.01. 16.01.

27.01. 27.01. 27.01.

28.01. 28.01. 28.01.

29.01. 29.01.

Februar

02.02. 02.02.

03.02. 03.02.

04.02. 04.02.

März19.03.

20.03.

April 27.04.

Mai

13.05. 06.05.

15.05. 07.05.

17.05. 08.05.

18.05.

Juni 14.06.

Juli 22.07.

September17.09. 17.09. 17.09.

18.09. 18.09.

Oktober 15.10.

Summe/Anzahl

Überschrei-tungstage

9 6 2 19

20

Bild 4.13: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat Januar 2006

Bild 4.12: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat Januar 2006

21

Bild 4.15: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat Februar 2006

Bild 4.14: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat Februar 2006

22

Bild 4.17: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat März 2006

Bild 4.16: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat März 2006

23

Bild 4.19: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat April 2006

Bild 4.18: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat April 2006

24

Bild 4.21: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat Mai 2006

Bild 4.20: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat Mai 2006

25

Bild 4.23: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat Juni 2006

Bild 4.22: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat Juni 2006

26

Bild 4.25: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat Juli 2006

Bild 4.24: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat Juli 2006

27

Bild 4.27: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat August 2006

Bild 4.26: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat August 2006

28

Bild 4.29: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat September 2006

Bild 4.28: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat September 2006

29

Bild 4.31: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat Oktober 2006

Bild 4.30: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat Oktober 2006

30

Bild 4.33: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat November 2006

Bild 4.32: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat November 2006

31

Bild 4.35: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 für den Monat Dezember 2006

Bild 4.34: Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 für den Monat Dezember 2006

32

Bild 4.37: Mittlerer Tagesgang der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 61 im Kalenderjahr 2006

Bild 4.36: Mittlerer Tagesgang der PM10-Konzentration an dem Messquerschnitt an der A 4 im Kalenderjahr 2006

Auffällig ist dennoch ein markantes Maximum derPartikelbelastung in Fahrtrichtung Köln, welches indie Zeit des morgendlichen Berufverkehrs zwi-schen 08:00 und 09:00 Uhr fällt und daher auf eineKorrelation mit einer vermehrten Verkehrsstärke inRichtung des Ballungsraums Köln hinweist. InFahrtrichtung Olpe beginnt eine Zunahme derPM10-Belastung erst ab 09:00 bis 10:00 Uhr.

An dem Messquerschnitt an der A 61 wird an der Messstelle in Fahrtrichtung Venlo, die durch diedort vorherrschende Windrichtung aus Südwesthöher durch die verkehrsbedingten Schadstoffe derA 61 beaufschlagt sein sollte, eine erwartet höherePartikelkonzentration auch im mittleren Tagesganggemessen. Schon in den Tagesmittelwerten konn-ten in Fahrtrichtung Venlo höhere Werte beobach-tet werden als in Fahrtrichtung Koblenz.

Insgesamt ist an beiden Messquerschnitten ein tageszeitabhängiger Verlauf zu erkennen, der sichdurch höhere Werte in den Tagstunden und nied-rigere Werten während der Nacht auszeichnet. Dieses Verhalten weist also zum einen auf eine Abhängigkeit von der Verkehrsbelastung hin, dadurch Abnahme der Verkehrsstärke in den Nacht-stunden sowohl weniger motorbedingte Partikelemittiert werden als auch weniger zuvor deponiertesMaterial durch die Fahrtbewegung wieder aufgewir-belt wird.

Andererseits hängen die Schadstoffbelastung imAllgemeinen und die Partikelbelastung im Beson-deren jedoch von vielen weiteren Größen wie z. B.meteorologischen Parametern ab. So nimmt derWind, der ebenfalls ein großes Aufwirbelungspo-tenzial besitzt, aufgrund der Sonneneinstrahlungtagsüber an Geschwindigkeit zu. Die typischen Ta-gesverläufe der Windgeschwindigkeit haben ihreUrsache in den Tagesgängen der Luftaustausch-prozesse zwischen erdoberflächennahen undhöher gelegenen Troposphärenschichten. Mit zu-nehmenden Temperaturen am Vormittag entstehteine Konvektion in den Luftmassen. Wärmere Luft-pakete steigen auf, kühlere sinken ab. Dies führt zueinem erhöhten vertikalen Durchmischen zwischenbodennahen und höheren Luftschichten. Dadurchwird ein erhöhtes Bewegungsmoment der Luft aushöheren Schichten zur Erdoberfläche übertragenund die Strömungsgeschwindigkeit in den boden-nahen Schichten vergrößert. Mit der Abnahme desvertikalen Mischens in den kühleren Nachtstundenverringert sich ebenfalls die bodennahe Windge-schwindigkeit.

Seit Ende 2004 wird an dem Messquerschnitt ander A 61 auch eine Messwertaufnahme der kleine-ren Partikelkomponenten PM2,5 und PM1 durchge-führt. In den Bildern 4.38 und 4.39 sind die prozen-tualen Anteile der Fraktionen PM2,5 und PM1 an derPM10-Konzentration dargestellt. Hieraus ergibtsich, dass der größte Beitrag durch die kleinstenPartikel PM1 mit einem Anteil von 75 % (Fahrtrich-tung Koblenz) bzw. 77 % (Fahrtrichtung Venlo) er-folgt. Die Partikel, die einen aerodynamischenDurchmesser zwischen 1 und 2,5 µm besitzen, sindauf beiden Seiten der Autobahntrasse für 9 % dergesamten PM10-Belastung verantwortlich und diegrößte Komponente mit Durchmessern zwischen2,5 und 10 µm tragen 16 % (Fahrtrichtung Koblenz)bzw. 14 % (Fahrtrichtung Venlo) zur Gesamtbelas-tung bei.

33

Bild 4.39: Anteil der PM2,5 und der PM1-Konzentration an derPM10-Konzentration am Messquerschnitt an der A 61in Fahrtrichtung Venlo für das Kalenderjahr 2006

Bild 4.38: Anteil der PM2,5 und der PM1-Konzentration an derPM10-Konzentration am Messquerschnitt an der A 61in Fahrtrichtung Koblenz für das Kalenderjahr 2006

Es ist deutlich ersichtlich, dass die Partikelkompo-nente PM10 zum größten Teil aus den kleinstenPartikeln PM1 bestehen. Da die Quelle dieser klei-nen Partikel verkehrsseitig insbesondere im Motorzu suchen ist, ist eine solche Verteilung an einerstark befahrenen Autobahn mit hohem Schwer-verkehrsanteil wie der A 61 zu erwarten. Die nichtmotorbedingten Partikel, wie Abriebe und vonaußen eingetragenes Material, werden eher im Bereich der PM10-2,5 und höherer Größenord-nungsbereiche gefunden. Diese gröberen Partikelsind in Ballungsräumen und Städten in stärkeremMaße vertreten als auf Außerortsstraßen und Auto-bahnen, da innerorts das Fahrverhalten von abrup-ten Fahrmanövern, Auffahren auf kleinere Hinder-nisse wie z. B. Bordsteinkanten sowie Vollbrem-sungen geprägt ist, sodass dort mehr Abriebe ent-stehen.

Zusammenfassung und Ausblick

Stickoxide

In Bezug auf die NO2-Grenzwerte der 22. BImSchVkonnten Überschreitungen des Stundenmittel-grenzwertes an beiden Messquerschnitten festge-stellt werden. Die Überschreitungshäufigkeitenlagen hierbei unter Berücksichtigung der Toleranz-marge für das Kalenderjahr 2006 bis auf die Mess-stelle an der A 4 in Fahrtrichtung Köln alle unterhalbder maximal zulässigen Anzahl. Hingegen wurdeder NO2-Jahresmittelgrenzwert plus Toleranzmargefür das Jahr 2006 an allen betrachteten Messstellenaußer an der A 61 in Fahrtrichtung Koblenz über-schritten. Die seit einigen Jahren beobachtete Stagnation der NO2-Messwerte an BAB deutet dar-auf hin, dass die ab 2010 geforderten Grenzwertean diesen Standorten nicht eingehalten werdenkönnen. Insbesondere der Jahresmittelwert müsstebis dahin an den Messquerschnitten an der A 4 undder A 61 um bis zu 41 % absinken. Aber auch dieForderung der maximal zulässigen Anzahl von 18Überschreitungen des NO2-Stundenmittelwertespro Kalenderjahr könnte an hochbelasteten Stand-orten ab 2010 verletzt werden (s. Kapitel 4.1).

Ozon

In Bezug auf die Anforderungen der 33. BImSchVhandelt es sich bei den beiden Messquerschnittennicht um hochbelastete Standorte. In Bezug auf dieab 2010 geltenden Schwellenwerte wurde im Ka-lenderjahr 2006 an beiden Messquerschnitten

weder die Informations- noch die Alarmschwelleüberschritten (s. Kapitel 4.2).

Partikel

Der Jahresmittelgrenzwert, der seit dem 01.01.2005für PM10 gefordert wird, wurde im Kalenderjahr2006 an allen Messstellen eingehalten. Der Tages-mittelgrenzwert hingegen wurde an einigen Tagenüberschritten, wobei aber die Überschreitungshäu-figkeiten an beiden Standorten nicht über der maxi-mal zulässigen Anzahl von 35 Tagen pro Kalender-jahr lagen. Die sehr ähnlichen Verläufe der PM10-Belastungen an der A 4 und der A 61 lassen daraufschließen, dass diese Schadstoffkomponente weni-ger von lokalen Quellen bestimmt wird und daherverkehrsregelnde Maßnahmen im Zuge von Luftr-einhalteplänen allein nicht zu einem merklichenRückgang der Partikelbelastung beitragen können.Vielmehr muss eine überregionale Absenkung derSchadstoffe erreicht werden (s. Kapitel 4.3).

Die Bundesanstalt für Straßenwesen errichtet zur-zeit an der BAB A 555 einen dritten Messquer-schnitt. Dieser weist bei einem sehr niedrigenSchwerverkehrsanteil einen ähnlich hohen DTV wiedie beiden anderen Standorte auf und die Umge-bungsbedingungen sind ähnlich denen an der A 61.Die dort aufgenommenen Daten sollen im Vergleichmit denen des Messquerschnitts an der A 61 Aus-sagen über den Einfluss des Schwerverkehrs aufdie Schadstoffbelastung an hochfrequentierten Au-tobahnstandorten geben.

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Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie:„Umweltatlas Hessen“, 2006

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Schriftenreihe

Berichte der Bundesanstaltfür Straßenwesen

Unterreihe „Verkehrstechnik“

V 88: Tägliches Fernpendeln und sekundär induzierter VerkehrVogt, Lenz, Kalter, Dobeschinsky, Breuer € 17,50

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V 103: Bemessung von Radverkehrsanlagen unter verkehrs-technischen GesichtspunktenFalkenberg, Blase, Bonfranchi, Cossè, Draeger, Kautzsch,Stapf, Zimmermann € 11,00

V 104: Standortentwicklung an Verkehrsknotenpunkten –Randbedingungen und WirkungenBeckmann, Wulfhorst, Eckers, Klönne, Wehmeier,Baier, Peter, Warnecke € 17,00

V 105: Sicherheitsaudits für Straßen internationalBrühning, Löhe € 12,00

V 106: Eignung von Fahrzeug-Rückhaltesystemen gemäß denAnforderungen nach DIN EN 1317Ellmers, Balzer-Hebborn, Fleisch, Friedrich, Keppler,Lukas, Schulte, Seliger € 15,50

V 107: Auswirkungen von Standstreifenumnutzungen auf denStraßenbetriebsdienstMoritz, Wirtz € 12,50

V 108: Verkehrsqualität auf Streckenabschnitten von Hauptver-kehrsstraßenBaier, Kathmann, Baier, Schäfer € 14,00

V 109: Verkehrssicherheit und Verkehrsablauf auf b2+1-Streckenmit allgemeinem VerkehrWeber, Löhe € 13,00

V 110: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2001 – Jah-resauswertung der automatischen DauerzählstellenLaffont, Nierhoff, Schmidt, Kathmann € 22,00

V 113: Car-Sharing in kleinen und mittleren GemeindenSchweig, Keuchel, Kleine-Wiskott, Hermes, van Acken € 15,00

V 114: Bestandsaufnahme und Möglichkeiten der Weiterentwick-lung von Car-SharingLoose, Mohr, Nobis, Holm, Bake € 20,00

V 115: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2002 – Jahres-auswertung der automatischen DauerzählstellenKathmann, Laffont, Nierhoff € 24,50

V 116: Standardisierung der Schnittstellen von Lichtsignalan-lagen – Zentralrechner/Knotenpunktgerät und Zentralrechner/IngenieurarbeitsplatzKroen, Klod, Sorgenfrei € 15,00

V 117: Standorte für Grünbrücken – Ermittlung konfliktreicherStreckenabschnitte gegenüber großräumigen Wanderungen jagd-barer SäugetiereSurkus, Tegethof € 13,50

V 118: Einsatz neuer Methoden zur Sicherung von Arbeitsstellenkürzerer DauerSteinauer, Maier, Kemper, Baur, Meyer € 14,50

V 111: Autobahnverzeichnis 2004Kühnen € 21,50

V 119: Alternative Methoden zur Uberwachung der Parkdauer so-wie zur Zahlung der ParkgebührenBoltze, Schäfer, Wohlfarth € 17,00

V 120: Fahrleistungserhebung 2002 – InländerfahrleistungHautzinger, Stock, Mayer, Schmidt, Heidemann € 17,50

V 121: Fahrleistungserhebung 2002 – Inlandsfahrleistung und Un-fallrisikoHautzinger, Stock, Schmidt € 12,50

V 122: Untersuchungen zu Fremdstoffbelastungen im Straßensei-tenraumBeer, Herpetz, Moritz, Peters, Saltzmann-Koschke,Tegethof, Wirtz € 18,50

V 123: Straßenverkehrszählung 2000: MethodikLensing € 15,50

V 124: Verbesserung der Radverkehrsführung an KnotenAngenendt, Blase, Klöckner, Bonfranchi-SimovióBozkurt, Buchmann, Roeterink € 15,50

V 125: PM10-Emissionen an Außerorststraßen – mit Zusatz-untersuchung zum Vergleich der PM10-Konzentrationen ausMessungen an der A1 Hamburg und Ausbreitungsberech-nungenDüring, Bösinger, Lohmeyer € 17,00

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2003

2002

2004

2005

Alle Berichte sind zu beziehen beim:

Wirtschaftsverlag NWVerlag für neue Wissenschaft GmbHPostfach 10 11 10D-27511 BremerhavenTelefon: (04 71) 9 45 44 - 0Telefax: (04 71) 9 45 44 77Email: vertrieb@nw-verlag.deInternet: www.nw-verlag.de

Dort ist auch ein Komplettverzeichnis erhältlich.

V 126: Anwendung von Sicherheitsaudits an StadtstraßenBaier, Heidemann, Klemps, Schäfer, Schuckließ € 16,50

V 127: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2003Fitschen, Koßmann € 24,50

V 128: Qualitätsmanagement für Lichtsignalanlagen – Sicherheits-überprüfung vorhandener Lichtsignalanlagen und Anpassung derSteuerung an die heutige VerkehrssituationBoltze, Reusswig € 17,00

V 129: Modell zur Glättewarnung im StraßenwinterdienstBadelt, Breitenstein € 13,50

V 130: Fortschreibung der Emissionsdatenmatrix des MLuS02Steven € 12,00

V 131: Ausbaustandard und Überholverhalten auf 2+1-Stre-ckenFriedrich, Dammann, Irzik € 14,50

V 132: Vernetzung dynamischer Verkehrsbeeinflussungssys-temeBoltze, Breser € 15,50

V 133: Charakterisierung der akustischen Eigenschaften offen-poriger StraßenbelägeHübelt, Schmid € 17,50

V 134: Qualifizierung von Auditoren für das Sicherheitsauditfür InnerortsstraßenGerlach, Kesting, Lippert € 15,50V 135: Optimierung des Winterdienstes auf hoch belastetenAutobahnenCypra, Roos, Zimmermann € 17,00

V 136: Erhebung der individuellen Routenwahl zur Weiterent-wicklung von UmlegungsmodellenWermuth, Sommer, Wulff € 15,00

V 137: PMx-Belastungen an BABBaum, Hasskelo, Becker, Weidner € 14,00

V 138: Kontinuierliche Stickoxid (NOx)- und Ozon (O3)-Mess-wertaufnahme an zwei BAB mit unterschiedlichen Verkehrs-parametern 2004Baum, Hasskelo, Becker, Weidner € 14,50

V 139: Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit von Taumittelsprüh-anlagenWirtz, Moritz, Thesenvitz € 14,00

V 140: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2004 –Jahresauswertung der automatischen DauerzählstellenFitschen, Koßmann € 15,50

V 141: Zählungen des ausländischen Kraftfahrzeugverkehrsauf den Bundesautobahnen und Europastraßen 2003Lensing € 15,00

V 142: Sicherheitsbewertung von Maßnahmen zur Trennungdes Gegenverkehrs in ArbeitsstellenFischer, Brannolte € 17,50

V 143: Planung und Organisation von Arbeitsstellen kürzererDauer an BundesautobahnenRoos, Hess, Norkauer, Zimmermann, Zackor, Otto € 17,50

V 144: Umsetzung der Neuerungen der StVO in die straßen-verkehrsrechtliche und straßenbauliche PraxisBaier, Peter-Dosch, Schäfer, Schiffer € 17,50

V 145: Aktuelle Praxis der Parkraumbewirtschaftung in Deutsch-landBaier, Klemps, Peter-Dosch € 15,50

V 146: Prüfung von Sensoren für GlättemeldeanlagenBadelt, Breitenstein, Fleisch, Häusler, Scheurl, Wendl € 18,50

V 147: Luftschadstoffe an BAB 2005Baum, Hasskelo, Becker, Weidner € 14,00

V 148: Berücksichtigung psychologischer Aspekte beim Ent-wurf von Landstraßen – Grundlagenstudie –Becher, Baier, Steinauer, Scheuchenpflug, Krüger € 16,50

V 149: Analyse und Bewertung neuer Forschungserkenntnissezur LichtsignalsteuerungBoltze, Friedrich, Jentsch, Kittler, Lehnhoff, Reusswig € 18,50

V 150: Energetische Verwertung von Grünabfällen aus demStraßenbetriebsdienstRommeiß, Thrän, Schlägl, Daniel, Scholwin € 18,00

V 151: Städtischer Liefer- und Ladeverkehr – Analyse der kom-munalen Praktiken zur Entwicklung eines Instrumentariumsfür die StVOBöhl, Mausa, Kloppe, Brückner € 16,50

V 152: Schutzeinrichtungen am Fahrbahnrand kritischer Stre-ckenabschnitte für MotorradfahrerGerlach, Oderwald € 15,50

V 153: Standstreifenfreigabe – Sicherheitswirkung von Um-nutzungsmaßnahmenLemke € 13,50

V 154: Autobahnverzeichnis 2006Kühnen € 22,00

V 155: Umsetzung der Europäischen Umgebungslärmricht-linie in Deutsches RechtBartolomaeus € 12,50

V 156: Optimierung der Anfeuchtung von TausalzenBadelt, Seliger, Moritz, Scheurl, Häusler € 13,00

V 157: Prüfung von Fahrzeugrückhaltesystemen an Straßendurch Anprallversuche gemäß DIN EN 1317Klöckner, Fleisch, Balzer-Hebborn € 14,50

V 158: Zustandserfassung von Alleebäumen nach Straßenbau-maßnahmenWirtz € 13,50

V 159: Luftschadstoffe an BAB 2006Baum, Hasskelo, Siebertz, Weidner € 13,50

2006

2007