Am Beispiel der Umweltzone LeipzigDr.-Ing. Gunter Löschau
Ultrafeine Partikel -Messergebnisse und deren Nutzung
Fachkolloquium des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhaltam 27. September 2012 in Halle (Saale)
Foto: C. Klör
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ÜberblickUltrafeine Partikel (UFP) – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ Einleitung, Grundlagen
❙ UFP-Langzeitmessung in Dresden (Projekt, 2001)
❙ Ferneintrag (FuE 2006/07)
❙ Qualitätssicherung, Qualitätskontrolle und UFP-Monitor
❙ UFP und Gesundheit (2 EU-Projekte 2011-2014)
❙ Umweltzone Leipzig (2010, 2011, … )
❙ Zusammenfassung
Wissenstransfer zur Behörde
Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. in Leipzig (Tropos)
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1. Einleitung, GrundlagenUltrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ LfULG
❙ Luftgüte-Messnetz
❙ Was sind UFP?
❙ Messprinzip für UFP
❙ Dieselabgase (Gesundheit, Partikelgröße)
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LfULG
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TechnologieTechnologie-- &&WissenstransferWissenstransfer
FachbehFachbehöörde frde füür Umwelt und Landwirtschaftr Umwelt und Landwirtschaft
PolitikPolitik--unterstunterstüützungtzung
ZukunftsthemenZukunftsthemen
BildungBildung
FFöörderungrderung
HoheitsvollzugHoheitsvollzug
UmweltUmwelt--üüberwachungberwachung
ForschungForschung
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Organigramm LfULGOrganigramm LfULG
Präsidialabteilung
EU-Projekte, Forschungsko- Öffentlichkeits- ordination, Wissenstransfer arbeit, Internet
Herr Wagner
Präsident Herr Eichkorn
Abteilung 2 Grundsatzangelegenh.
Umwelt , Landwirtschaft, Ländl. Entwicklung
Herr Fugel
Abteilung 3 Vollzug Agrarrecht,
Förderung
Herr Döhler
Abteilung 4 Wasser,
Wertstoffe Herr Dr. Müller
Abteilung 5 Klima, Luft,
Lärm, Strahlen
Herr Dr. Böttger
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirt-schaft und Geologie
Stand: 15.02.2009
Abteilung 6 Natur, Landschaft,
Boden Herr Ballmann
Abteilung 7 Pflanzliche Erzeugung
Herr Dr. Bröhl
Abteilung 8 Gartenbau
Herr Dr.Wackwitz
Abteilung 9 Tierische
Erzeugung
Herr Dr. Bergfeld
Abteilung 10 Geologie
Herr Dr. Geißler
Referat 11 Organisation
Herr Friedrich
Referat 12 Personal
Herr Blask
Referat 13 Haushalt
Frau Stößer
Referat 14 Recht
Frau v. Bargen
Referat 21 Grundsatzan-gelegenheiten
Herr Dr. Hennig
Referat 22 Agrar- und umwelt-politische Analysen
Frau Winkler
Referat 23 Ländliche
Entwicklung
Frau Dr. Kunz
Referat 101 Deckgebirgskartie-rung, Kartographie
Herr Alexowsky
Referat 102 Grundgebirgskartie-
rung, Geophysik, Geolog. Grundlagen
Herr Berger
Referat 103 Ingenieurgeologie
Herr Starke
Referat 104 Rohstoffgeologie
Herr Dr. Lehmann
Referat 105 Hydrogeologie
Herr Hübschmann
Referat 106 Geoarchive,
-information, Sammlungen
Herr Suhr
Referat 91 Tierzucht
Herr Dr. Klemm
Referat 92 Tierhaltung, Fütterung
Herr Dr. Golze
Referat 93 Fischerei,
Überbetriebliche Ausbildung
Herr Dr. Füllner
Referat 94 Grünland,
Feldfutterbau
Herr Dr. Riehl
Referat 81 Obst- und
Gemüsebau
Herr Dr. Lattauschke
Referat 82 Zierpflanzenbau
Herr Wartenberg
Referat 83 Garten- und
Landschaftsbau Herr Dr. Hohlfeld
Referat 84 Gartenbauliches Versuchswesen
Herr Dr. Marx
Überbetriebliche Ausbildung
Frau Schiertz
Gartenakademie
Herr Großmann
Referat 73 Saatgut- und Sortenwesen
Herr Dr. Schiefer
Referat 76 Pflanzenbauliches
Versuchswesen
Frau Trapp
Referat 51 Luftqualität
Frau Dr. Hausmann
Referat 52 Anlagenbezogener Immissionsschutz, Lärm Herr Gamer
Referatsgruppe Strahlenschutz
Herr Dr. Wölke
Referat 54 Natürliche
Radioaktivität
Herr Dr. Richter
Referat 53 Künstliche
Radioaktivität
Frau Brenner
Referat 32 Ausgleichs-zahlungen,
CC-Koordinierung Herr Weißbach
Referat 41 Wasserversorgung,
Abwasserbeseitigung
Herr Kahl
Referat 43 Oberird. Gewässer,
Flussgebiets-management
Herr Dr. Dehnert
Referat 44 Wertstoffwirtschaft
Herr Zinkler
Referat 45 Landeshoch-
wasserzentrum, Gewässerkunde
Herr Höhne
Referat 65 Bodenkartierung,
Geochemie
Herr Heilmann
Koordinierungsstelle handelsrelevanter
Artenschutz und –programme
Frau Dr. Nagel
Referat 61 Landschaftsökologie
Herr Dr. Tenholtern
Referat 62 Flächennaturschutz
Herr Dr. Warnke- Grüttner
Referat 63 Landschaftspflege,
Artenschutz
Frau Dr. Ende
Referat 64 Bodenschutz
Frau Hurst
Fachschule für Technik,
Fachschule für Gartenbau
Herr Dr. Wackwitz
Lehr- und Versuchs-gut, Überbetriebliche
Ausbildung
Herr Kunze
Referat 34 Berufsbildung
Herr Fichtner
Referat 35b Außendienst
Herr Dr. Bufe
Pillnitz
Klotzsche
Freiberg
Nossen
Referat 15** IT-Koordinierung,
Fachverfahren
Frau Bachmann
Dresden
Leipzig
Köllitsch
Referat 74 Pflanzenschutz
Frau Thate
Referat 75 Pflanzengesundheit,
Diagnose Herr Dr.
Schmiedeknecht
Referat 72 Bodenkultur
Herr Dr. Schmidt
Referat 71 Pflanzenbau,
Nachwachsende Rohstoffe
Herr Dr. Albert
Controlling, Innenrevision
Referat 24 Markt,
Agrarwirtschaft
Herr Kinder
Referat 36** Kontrolldienst
Tierischer Bereich
Herr Köster
Referat 42 Grundwasser,
Altlasten
Frau Kuhn
Leiter der Präsidialabteilung, ständiger Vertreter des
Präsidenten Herr Gräfe
Pressesprecherin Frau Bernhardt
Koordinierung
Referat 33 Förderung
Herr Eichler
Abteilung 1 Zentrale
Aufgaben
Herr Raulfs
Referat 35a Kontrolldienst
Pflanzlicher Bereich
Herr Dr. Heinze
Referat 25 Betriebs-,
Umweltökonomie
Herr Bart
Referat A01 Außenstelle
Zwönitz Frau Frei
Referat A02Außenstelle
Döbeln Herr Schmidt
Referat A03Außenstelle
Plauen Frau Dr. Trompelt
Referat A04Außenstelle
Zwickau Herr Dr. Baumgartl
Referat A05Außenstelle
Kamenz Herr Dr. Hohmann
Referat A06Außenstelle
Löbau Herr Knoenagel
Referat A07 Außenstelle Großenhain
Herr Wallrabe
Referat A08Außenstelle
Pirna Herr Kunath
Referat A09Außenstelle
Rötha Herr Ninnemann
Referat A10Außenstelle Mockrehna
Frau Bretschneider
Referat 55 Klimaschutz Klimawandel
Herr Bobeth Referat 46
Bergbaufolgen Herr Sander
Referat 31 Koordinierung Landwirtschaft,
Ländl. Entwicklung
Frau Fischer
Hausanschrift: August-Böckstiegel-Str. 1, 01326 Dresden Postanschrift: PF 54 01 37, 01311 Dresden Telefon: 0351 / 26 12-0 Telefax Präsidialabteilung: 0351 / 2612-9099 Telefax Abteilung1: 0351 / 2612-1099 E-Mail: [email protected] Internet: http://www.smul.sachsen.de/lfulg Kein Zugang für elektronisch signierte sowie für verschlüsselte elektronische Dokumente.
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Referat 51 Referat 51 „„LuftqualitLuftqualitäätt““
Umsetzung RL 96/62/EGUmsetzung RL 96/62/EG
❙Überwachung der Luftqualität in SachsenMesskonzept für Luftmessnetz
❙Information der BevölkerungInternet, 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 SachsenImmissionen, Quellenanalyse, Modellierung
Für saubere Luft in Sachsen
| LUA2012 | Löschau88
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
| LUA2012 | Löschau9
Erfolge der Luftreinhaltung im FS Sachsen
0
20
40
60
80
100
120
1970 1980 1990 2000 2010
SO2 in µg/m³
Radebeul-Wahnsdorf
0
2
4
6
8
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Borna Chemnitz-NordDresden-Nord FreibergGörlitz Leipzig-MitteLeipzig-West SchwartenbergZwickau
Benzol in µg/m³
Deutliche Reduzierung der klassischen Luftschadstoffewie Schwefeldioxid, Benzol, Arsen, Blei …
| LUA2012 | Löschau101010
Trend für Feinstaub PM10 in Sachsen
Wenig Verbesserung in Städten, Stagnation im Hintergrund
PM10 in µg/m3
0
10
20
30
40
50
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Borna Chemnitz-Nord Dresden-Nord Görlitz Leipzig-Mitte Leipzig-Lützner Str.Dresden-Bergstraße Chemnitz-Leipziger StraßeRadeWahn Schwartenberg
Einfluss der Meteorologie!
| LUA2012 | Löschau11
UFP und PM10
❙ Definition nur über die Partikelgröße
PM10- Feinstaub
UFP sind Teilmenge
❙ Sondermessgröße UFP (Anzahl 1/cm³)
❙ <0,1 µm = 100 nm nahezu ohne Masse!
❙ Thermische Prozesse (Dieselmotor, Schweißen, Heizung)
❙ Überwachungsgröße PM10 (Masse µg/m³)
❙ <10 µm = 10.000 nm = 1/10 Haardurchmesser
❙ Gesundheitsstudien WHO, EU-RL1999/30EG, 2008/50/EG, Grenzwerte
❙ Partikeltoxizität:
❙ Partikelgröße (UFP höchste Potenzial)
❙ Chemische Zusammensetzung
❙ Kaum Studien, wenig Messdaten keine Richtlinien, keine Richt- oder Grenzwerte
| LUA2012 | Löschau12
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".
| LUA2012 | Löschau131313
1.E+09
1.E+13
2.E+13
3.E+13
4.E+13
5.E+13
6.E+13
7.E+13
8.E+13
9.E+13
10 100 1000Dp [nm]
vehicle 1 vehicle 8
vehicle 3 vehicle 7
vehicle 2 vehicle 9
vehicle 4 vehicle 10
vehicle 5 vehicle 11
vehicle 6
Conventional Diesel Advanced Diesel
dn/d
log(
Dp)
[1/
km
]
dN/dlog(Dp) pro km
Partikel im Abgas von Diesel-Kfz sind extrem klein Prüfstandmessung
Quelle: ACEA PM Programm (1999)
30 – 200 nm
Massenanteil dieser Partikel am Feinstaub PM10 ist sehr gering
= 0,03 – 0,20 µm
Partikeldurchmesser in nm
| LUA2012 | Löschau14
Außenluftmessung, verkehrsnah
dN/dlogD in 1/cm³
0
5.000
10.000
15.000
20.000
1 10 100 1000Partikeldurchmesser [nm]
Partikelanzahl- Größenverteilung
~Dieselruß
| LUA2012 | Löschau15
Messung der Anzahl und Größe ultrafeiner Partikel
Elektrische Mobilitätsspektrometer
❙ Probenahme: Trocknung und definierte Partikelaufladung
❙ Partikel im elektrischen Feld Größe(Mobilitätsdurchmesser)
❙ Kondensation am Partikel Tröpfchen
❙ Optische Zählung der Tröpfchen
Partikel-Durchmesser
DMA
Partikel-Anzahlkonzentration
CPC
VDI 3867 Blatt 3 (Aug2012)
Probenvorbereitung
| LUA2012 | Löschau16
2. 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. 183-187.
| LUA2012 | Löschau171717
Messung ultrafeiner und feiner Partikel
Twin-DMPS gebaut vom ift Leipzig (2000) Partikelgrößenbereich 3 … 800 nm
Acht Partikelgrößenklassen in Datenbank vom Luftgüte-Messnetz in Sachsen vereinbart:
N1 3 – 10 nmN2 10 - 20 nmN3 20 - 30 nmN4 30 - 50 nmN5 50 - 70 nmN6 70 - 100 nmN7 100 - 200 nmN8 200 - 800 nm
Primäre Kfz-Dieselrußpartikel
❙ Mobilitätsspektrometer
❙ Kontinuierliche Messung
❙ Sondermessung in Ergänzung zu PM10
| LUA2012 | Löschau1818
50 m von einer Kreuzung, ~40.000 Kfz/d, 3,5 % LKW
Langzeitmessung in Dresden-Nord (DDN)Typ: städtische Straße
Luftqualität 2010:
NO2 39 µg/m³
PM10 30 µg/m³37 Tage > 50 µg/m³
PM2.5 19 µg/m³
ECPM10 3,1 µg/m³BCPM1 2,7 µg/m³
BaP 0,8 ng/m³
Partikelanzahl (PN)3-800nm 14.000 cm-3
| LUA2012 | Löschau191919
Anzahl feiner und ultrafeiner Partikel (DDN) Trend der Jahresmittelwerte als akkumulierte Größenklassen
PN10-800nm 1/cm³
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
10-20nm 20-30nm 30-50nm 50-70nm
70-100nm 100-200nm 200-800nm
Extrem heiß und trocken
Diesel-partikel-filter?
Baumaßnahmen im Umfeldder Messstation
Reduzierung des Stadtverkehrs durch Öffnung der Autobahn A17
| LUA2012 | Löschau20
Luftschadstoffe und PartikelanzahlZusammenhang für Tagesmittelwerte (2001-2009)
yPGK = m * xL + b Partikelgrößenklasse Luftschadstoff
Schad-stoff
NOx in ppb Ruß in µg/m³ PM2.5 in µg/m³
PGK 10 –20 nm
20 – 30 nm
30 – 50 nm
50 – 70 nm
70 –100 nm
100 –200 nm
200 –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
❙ Grobe Schätzung aus Messdaten für verkehrsnahe Orte möglich
❙ Gute Korrelation der feinen Partikel mit PM2.5
❙ Anzahl ultrafeiner Partikel ist nicht ersetzbar durch vorhandene Messungen
20
| LUA2012 | Löschau21
3. 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(2011) Nr. 1/2 S. 57-63
| LUA2012 | Löschau2222
Studie an typischen Messorten in Sachsen 09/2006-02/2007, IfT Leipzig
❙ PM10-Ferneintrag
❙ Impaktor-Proben, Masse und Inhaltsstoffe
❙ Partikelanzahl-Größenverteilung
Städtische Straße (verkehrsnah) DD-NordStädtischer Hintergrund DD-HerzoginGartenRegionaler Hintergrund Schwartenberg,
Niesky, Melpitz
| LUA2012 | Löschau2323
Partikelanzahl-Größenverteilungan verschieden Orten in Sachsen
Mittelwert über 6 Monate (09/2006 -02/2007)
dN/dlogD [cm-3]
0
5.000
10.000
15.000
20.000
1 10 100 1000Partikeldurchmesser [nm]
Städtische Straße DDN
Städtischer Hintergrund DDH
Regionaler Hintergrund Ost-Sachsen NIE
Regionaler Hintergrund NW-Sachsen MEL
Gipfel 785 m, SO-Sachsen SWB
Gesamtbelastung
| LUA2012 | Löschau24
dN/dlogD [cm-3]
0
5.000
10.000
15.000
20.000
1 10 100 1000Partikeldurchmesser [nm]
Straßenverkehr unmittelbar an der Messstation
Übrige Quellen im Stadtgebiet (Hausbrand,Industrie, Verkehr …)
Regionaler Hintergrund (Quellen innerhalb undaußerhalb Sachsens)
24
Schätzung der Hauptquellgruppen für feine und ultrafeine Partikelfür einen verkehrsnahen Messort (DDN)
Verursacheranteil
❙ Lenschow-Ansatz
❙ Messstationsvergleich
| LUA2012 | Löschau2525
Schätzung der Verursacheranteile (DDN)für drei Anzahlklassen PNx und Masse PM10
Verursacheranteil
73%55%
42%20%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
PN 10-40nm
PN 40-120nm
PN 120-800nm
PM10
Anzahl Masse
Hintergrundrestl. Quellen der Stadtlokaler Verkehr
❙ Je kleiner die Partikel desto größer der Verkehrsanteil
Aufwirblung, AbriebMotor (~5 % PM10)
BImSchG
❙ Motoremission: PN40-120nm ist ca. 10 x empfindlicher als PM10
Sondermessung UFP
(Industrie, Gewerbe, übrige Stadtverkehr …)
MasseAnzahl
Verkehrsnah
Messzeitraum 9/06-2/07
| LUA2012 | Löschau2626
dN/dlogD pro cm³
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
10 100 1000D in nm
SO-NieskySO-MelpitzSO-SchwartenbergNW-NieskyNW-MelpitzNW-Schwartenberg
Windrichtungsabhängige Belastungen für feine und ultrafeine Partikel
SO
NW
| LUA2012 | Löschau27
Partikelmassen in Fraktionen
Berner Impactor:
1. Stufe 3,5 – 10 µm
2. Stufe 1,2 – 3,5 µm
3. Stufe 0,42 – 1,2 µm
4. Stufe 0,14 – 0,42 µm
5. Stufe 0,05 – 0,14 µm
Chemische Analyse:Masse und Inhaltstoffe pro Stufe
~PM2.5
~PM10
UFP
Foto: IfT Leipzig
❙ 50 - 140 nm Dae = 41 – 114 nm DMob
❙ UFP-Masse <41 nm bleibt unberücksichtigt
| LUA2012 | Löschau28
Hauptbestandteile im Ultrafeinstaub in µg/m³
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Ländlich, Ost-Sachsen
Ländlich, NW-Sachsen
Gipfel 785 m, SO-Sachsen
StädtischerHintergrund
Städtische Straße
Niesky Melpitz Schwartenberg Dresden-Herz Dresden-Nord
Rest (Wasser, Kruste, Ionen, Metalle u.a.)Organische MasseRuß
Chemische Zusammensetzungder Partikelfraktion 50 - 140 nm (UFP- Fraktion)
13 Tagesmittelwerte von 09/2006-02/2007
Rußanteil: 20 % I 25 % I 40%
❙ Analysen sehr teuer
❙ Stichproben
| LUA2012 | Löschau29
4. Qualitätssicherung und QualitätskontrolleUltrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ Datenqualitätsziele
❙ UFP-Monitor für Luftgüte-Messnetze
❙ Jährliche Vergleichsmessung
❙ Round-Robin-Test
❙ Automatische Funktionskontrolle
| LUA2012 | Löschau30
UFP – Datenqualitätsziele im Luftmessnetz des FS Sachsens
Vergleichbarkeit der Daten
❙ Örtlich und zeitlich 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) Nr. 11/12 S. 475-48030
| LUA2012 | Löschau31
Innovativer UFP - Monitor
EU- Projekt UFIPOLNET unter Leitung LfUG/ Holger Gerwig (2004-2008)Ziele: Langzeitüberwachung
Wartungsarm (ohne Betriebsflüssigkeit und radioaktiver Quelle)KostengünstigMessnetzprotokoll (Fernwartung)
Eisenhower Park
Quelle: TSI Webinar 18. Nov2010
Problem im Praxistest: Langzeitstabilität31
| LUA2012 | Löschau323232
UFP- QualitätssicherungJährliche Vergleichsmessung im Aerosollabor WCCAP seit 2008
PN Kandidat pro cm³
y = 0,95x + 10R2 = 0,95
y = 0,62x + 25R2 = 0,97
y = 0,87x + 52R2 = 0,91
0
2.000
4.000
6.000
0 2.000 4.000 6.000PN Referenz in cm³
UFP333 TSI3031 TDMPS
WCCAP = World Calibration Centre for Aerosol Physics, Ift Leipzig
| LUA2012 | Löschau3333
Schwarten-berg
Dresden-Nord
Melpitz
NieskyDresden-HG
UFP- QualitätssicherungRound- Robin- Test
Leipzig IfT(WCCAP)
MesstechnischeRückführung
33
❙ Vergleich mit mobilem Referenzmesssystem (mind. 3 Tage) und Partikelgrößenstandard
❙ Erstmalig 2006/2007 im FuE-Projekt „Ferneintrag“ beauftragt
❙ Im Luftgüte-Messnetz: Jedes Quartal
❙ Gegenwärtig beste Methode, aber sehr aufwendig!
| LUA2012 | Löschau3434
Anzeige in P/cm³
0
200
400
600
800
1000
0 200 400 600 800 1000
Referenzwert in P/cm³
y = 0,982x – 4R² = 0,997
34
UFP- QualitätssicherungAutomatische Funktionskontrolle
Nach dem Vorbild der Immissionsüberwachung für Gase und PartikelTestbetrieb für SMPS_ift im Labor /M. Merkel: IfT im Auftrag des LfULG. 5.12.11/
Im Messnetz umlaufender ReferenzCPC
Prozentuale Abweichung vom Referenzwert
-20%-15%-10%
-5%0%5%
10%15%20%
❙ Durchgehender Nachweis der Datenqualität
❙ Messtechnische Rückführbarkeit
❙ Aufwandsreduzierung
Ziel: +/-15 %
| LUA2012 | Löschau35
5. EU-Projekte „UFP und Gesundheit“Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
❙ EU-Projekte ab Juli 2011
| LUA2012 | Löschau36 | 12.12.11 | GL3636
Ultrafeine Partikel und Gesundheit
Usti nad LabenAnnaberg-Buchholz
Forschungs-verbundPublic Health
❙ UFIREG
❙ UltraSchwarz
| LUA2012 | Löschau37
6. Umweltzone LeipzigUltrafeine 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
| LUA2012 | Löschau383838
Umweltzone -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)
| LUA2012 | Löschau39 | 12.12.11 | GL3939
Messtechnische 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)
| LUA2012 | Löschau40
Quellen der Stadt, ohne Kfz
Regionaler Hintergrund
Hauptverursacher für PM10Verkehrsnahe MessstationBeispiel DDN, 2001-2005
Quellen der Stadt, ohne Kfz
Regionaler Hintergrund
Kfz-Verkehr
Motorbedingte Emissionen (Auspuff)
Nicht motorbedingte Emissionen (Aufwirblung, Abriebe)
Minderungspotenzial einer Umweltzone
17 %
7 %
| LUA2012 | Löschau41
Wie gefährlich ist Feinstaub PM10 ?
❙ Abhängig von Inhaltsstoffen
Quelle: H-E. Wichmann, 7.4.2011
Motorbedingte Emissionen (Auspuff)
| LUA2012 | Löschau42
Gesundheitsgewinn ist überproportional groß, wenn hochtoxischer Feinstaubanteil reduziert wird
Quelle: H-E. Wichmann, 7.4.2011
| LUA2012 | Löschau43
PM10 – Jahresmittelwerteim regionalen Hintergrund in Sachsen
0
10
20
30
40
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
PM10 in µg/m³ Melpitz Schwartenberg Radebeul-Wahnsdorf Collm
❙ Trend in 12 Jahren: 0,0 µg/m³
❙ Schwankungsbreite1: 3,1 µg/m³
1 Statistische Sicherheit 95 %
❙ Einfluss der Meteorologie auf PM10-Jahresmittelwert ca. 16 %
| LUA2012 | Löschau44
Messkonzept
Gebiet Messstationsname mit Abkürzung
Leipzig-Mitte (LMI)Leipzig-Lützner Str. (LLÜ)Leipzig-Eisenbahn-str. (LEI)Leipzig-West (LWE)
Leipzig
Leipzig-IfT-Dach (LIT)Dresden-Nord (DDN)Dresden-Bergstr. (DDB)
Dresden
Dresden-Winckelmannstr. (DDW)
Melpitz (MEL)Collmberg (COL)Schwartenberg (SWB)
Referenz
Radebeul-Wahnsdorf (RWD)
Städtische Straße
Städtischer Hintergrund
Regionaler Hintergrund
❙ Administrative Messgrößen:PM10, PM2.5, NO2/NOx
❙ Ergänzende Messgrößen:Meteorologie, Kfz-Zahlen
❙ Sondermessgrößen:Ruß als EC im PM10, Ruß als BC im PM1/PM10, Partikelanzahlgrößen-verteilung (meist 10-800nm)
❙ 2010: Ausgangsbeurteilung
❙ 2011: Änderungen zu 2010 mit Umweltzone in Leipzig und ohne Umweltzone in Dresden
❙ 2012: Änderungen zu 2010
| LUA2012 | Löschau45
Ausgangsbeurteilung 2010 vor der UmweltzoneJahresmittelwerte, administrative Messungen
PM10 in µg/m³
05
101520253035
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
| LUA2012 | Löschau46
Ausgangsbeurteilung 2010 vor der UmweltzoneJahresmittelwerte, administrative Messungen
PM10 in µg/m³
05
101520253035
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
Anzahl der Tage mit PM10 > 50 µg/m³
0
35
70
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
PM2.5 in µg/m³
0
5
10
15
20
25
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
NO2 in µg/m³
0
10
20
30
40
50
60
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
Grenzwertüberschreitungen für PM10 und NO2
| LUA2012 | Löschau47
Ausgangsbeurteilung 2010 vor der UmweltzoneSondermessungen primäre Partikelemissionen der Diesel-Kfz
EC in µg/m³
0
1
2
3
4
5
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
PN30-200nm in 1/cm³
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
BC in µg/m³
0
1
2
3
4
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
PM30-200nm in µg/m³
01234567
DDN DDB LMI LLÜ LEI DDW LWE LIT MEL COL SWB RWD
Städtische Straße Städt. Hintergr. Regionaler Hintergrund
Berechnet aus Partikelanzahlverteilung
Partikelanzahl 30 – 200 nmRuß
| LUA2012 | Löschau48
Immissionsanteil durch motorbedingte EmissionenSchätzung mit verschiedenen Messverfahren 2010
PMx durch Motoremissionen in µg/m3
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
DDN DDB LMI LLÜ LEI
PM10
PM2.5
EC
BC
PM30-200nm
❙ Lenschow-Ansatz
❙ Annahmen für nicht motor-bedingten Anteil
| LUA2012 | Löschau49
Minderungspotenzial 2010 einer Umweltzone Gewichtete Mittlung für PM10, PM2.5, EC, BC, PM30-200nm
Messstation PMx-ImmissionsanteilMotor in µg/m³
Prozentualer Anteil vomPM10-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
| LUA2012 | Löschau50
Minderungspotenzial einer UmweltzoneMittlerer Tages- undWochengang 2010Leipzig-Mitte
PM10 - Anteile in µg/m³
0
10
20
30
40
50
60
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Minderungspotenzial der UmweltzoneRestliche Quellen der StadtRegionaler Hintergrund
BC - Anteile in µg/m³
0
2
4
6
8
Mo Di Mi Do Fr Sa So
PN30-200nm - Anteile in 1/cm³
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
Mo Di Mi Do Fr Sa So
❙ Umweltzone als alleinige Maßnahme ist unverhältnismäßig
❙ Umweltzone bewirkt eine sehr große Ruß-Reduzierung = ein sehr großer Gesundheitsgewinn für Stadtbevölkerung (Wichmann)
| LUA2012 | Löschau51
Umweltzone Leipzig
Start 1.3.2011
❙ Keine Vorstufen
❙ Grüne Plakette
❙ Diesel mit DPF
http://www.leipzig.de/de/buerger/umwelt/luft/18090.shtml
| LUA2012 | Löschau52
Vergleich 2011 - 2010Administrative Messungen (Auswahl)
❙ Grenzwertüberschreitungen von 2010 in 2011 erneut bestätigt
❙ PM10 hat sich in Leipzig trotz Umweltzone erhöht Zuwachs von 20 bis 22 Tagen
* Baustelle in unmittelbarer Nähe** zeitw. Verkehrssperrung
Schadstoff PM10 PM10
Kenngröße Jahresmittelwert in µg/m³ Anzahl von Tagen >50 µg/m³Grenzwert 40 35Jahr 2010 2011 Differenz 2010 2011 DifferenzDDN 30 29 -1 37 42 +5DDB 31 31 0 40 46 +6LMI* 32 35 +3 41 63 +22LLÜ** 33 34 +1 49 69 +20
| LUA2012 | Löschau53
Änderung der Jahresmittelwerte 2011 zu 2010
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%
Meteorologie
Verkehrserhöhung
Bautätigkeit
Verkehrsreduzierung
❙ Einflüsse durch vertiefende Auswertungen untersuchen
Befolgungsgrad, der Umweltzone?Ausnahmen?
| LUA2012 | Löschau54
Änderung Kfz-Bestand 2011 zu 2010 [KBA]Alte Diesel-PKW mit hohen Partikelemissionen
Änderung Diesel-PKW Bestand 2011/2010
-50%
-40%
-30%
-20%
-10%
0%ohne Euro 1 Euro 2 Euro 3
DresdenLeipzig
❙ Reduzierung in Leipzig meist doppelt so groß wie in Dresden
| LUA2012 | Löschau55
Änderung Kfz-Bestand 2011 zu 2010 [KBA]Alte Nutzfahrzeuge (NFZ) mit hohen Partikelemissionen
Änderung NFZ-Bestand 2011/2010
-40%
-30%
-20%
-10%
0%
10%ohne SKL-S1 SKL-S2 SKL-S3
Dresden
Leipzig
❙ Reduzierung in Leipzig größer als in Dresden
| LUA2012 | Löschau56
Änderung I-Anteil durch motorbedingter Emissionen 2011* gegenüber 2010
Messstation DDN DDB LMI LLÜ LEIPM10 in µg/m³ -0,1 -0,1 0,2 0,1
PM2.5 in µg/m³ -0,1 -0,1 -0,6
NOx in µg/m³ 0,0 2,7 7,4 -10,0
EC in µg/m³ -0,2 -0,5 -0,2 -0,4
BC in µg/m³ -0,1 -0,5 -0,2
PN30-200nm in 1/cm³ 149 -1.722 -857
PM30-200nm in µg/m³ 0,0 -1,4 -0,9
DDN DDB LMI LLÜ LEI-6% -3% 7% 3%
-12% -4% -23%
0% 2% 8% -14%
-17% -22% -20% -34%
-5% -26% -22%
6% -34% -27%
-3% -47% -39%
Absolute Differenz Relative Änderung
❙ Unsicherheiten durch Lenschow-Bilanz und Messverfahren Änderung kleiner 15 % ist nicht signifikant
❙ Signifikante Änderung meist nur für EC, BC, PN30-200nm und PM30-200nm
* Vorläufige Ergebnisse
| LUA2012 | Löschau57
Änderungen I-Anteil durch motorbedingter Emissionen 2011* gegenüber 2010Schätzung nur Sondermessverfahren
•
* Vorläufige Ergebnisse
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
DDN DDB LMI LLÜ LEI
ΔECMot ΔBCMot ΔPM30-200nmMot
L E I P Z I G
DRESDEN
Δ PMMotor2010/2011 in %
Mittel:
❙ Dresden -10 %
❙ Leipzig -30 %
| LUA2012 | Löschau58
❙ 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
Zusammenfassung Umweltzone(1) Ergebnisse für 2010 in Leipzig und Dresden
| LUA2012 | Löschau59
❙ 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
Zusammenfassung Umweltzone(2) Ergebnisse für 2011 mit Umweltzone in Leipzig
| LUA2012 | Löschau60
Zusammenfassung 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
| LUA2012 | Löschau61
Dank
❙ 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
| LUA2012 | Löschau6262
7. Zusammenfassung und Ausblick
❙ Beitrag für eine bessere Beurteilung der Luftqualität in Ergänzung zu PM10 und PM2.5
❙ Beitrag für Schaffung von Datengrundlagen für Gesundheitsstudien
Ultrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
| LUA2012 | Löschau6363
ErgänzungsfolienUltrafeine Partikel – Messergebnisse und deren Nutzung
Elektrisches MobiltätsspektrometerDMA (Differentieller Mobilitätsanalysator)
Zählung einer Partikelgröße
Quelle: VDI 3867 Blatt 3
Partikelgrößenspektrometer
| LUA2012 | Löschau6666
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