Für Mensch & Umwelt Luftschadstoffe: Flörsheim Feinstaub – von grob bis ultrafein Dr. Klaus Wirtz / H. Gerwig Fachgebiet II 4.4/ Experimentelle Untersuchungen zur Luftgüte Umweltbundesamt Paul-Ehrlich Straße 29 63225 Langen (Hessen) Nationales Referenzlabor Feinstaub – von grob bis ultrafein Gliederung 1 VORSTELLUNG 2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 2.1 Definition – Welche Teilchen kommen in der Luft vor 2.2 Luftschadstoff – was versteht man darunter 2.3 Messverfahren: Jedem Bestandteil der Luft gerecht werden 3 DURCHGEFÜHRTE MESSUNGEN 3.1 Stationär in Langen 3.2 Mobile Messungen 3.3 Messstation Raunheim 4 WIRKUNGEN 4.1 Was ist bekannt 3.2 Was wissen wir noch nicht – Forschungsbedarf! 5 AUSBLICK 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 2 Feinstaub – von grob bis ultrafein Vorstellung Studium: 1978/1979 Diplomarbeit: 1985 Promotion: 1992 Wiss. Mitarb. 1985 -1995 Leiter EUPHORE 1995 -2006 Umweltbundesamt 21.03.2016 seit 2006 Chemie an der Bergischen Universität Wuppertal Kinetische Untersuchungen an SO2 und SO3 mit atmosphärischer Relevanz Bildung von Alkylnitraten bei der Oxidation von Kohlenwasserstoffen in der Atmosphäre Wissenschaftlicher Mitarbeiter Universität Wuppertal Atmosphärische Umwandlungen beim Abbau von Kohlenwasserstoffen Fachgebiet II 4.4, Langen – Nationales RefLab 3 Feinstaub – von grob bis ultrafein Physikalische Grundlagen Aerosole Schwebstaub (Staub, Ruß, Rauch) (Fein verteilte, feste Teilchen in Luft) Feste Teilchen mit Flüssigkeitsfilm Nebel (Fein verteilte, flüssigeTeilchen in Luft) Quellen: Aufwirbelungen, Oberflächenbearbeitung, chemische Reaktionen (Verbrennungen), Kondensation, semi-volatiler Verbindungen 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 4 Feinstaub – von grob bis ultrafein Physikalische Grundlagen Bezeichnungen für Schwebstaub § Ruß Aus Kohlenstoff bestehende Teilchen (unvollständige Verbrennung) §Staub Fein verteilte feste Teilchen durch mechanische Prozesse entstanden §Rauch Fein verteilte feste Teilchen durch chemische oder thermische Prozesse entstanden (Hausstaub, Faserstaub, Blütenstaub,etc.) 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein Staub – ein besonderer Luftschadstoff? Unterschied: Ø Komplexe Zusammensetzung Ø Größe und Form für gesundheitliche Wirkung mit verantwortlich Ø Bestimmung aller wesentlicher Eigenschaften sind viele Messverfahren notwendig 5 Feinstaub – von grob bis ultrafein Physikalische Grundlagen Größeneinteilungen (PM10; PM2,5; PM0,1) Lebensdauern: Funktion der Größe: 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 0,1 µm 1 µm 10 µm ~3 Tage ~1 Tag ~2 h 6 Feinstaub – von grob bis ultrafein Physikalische Grundlagen Größeneinteilungen (PM10; PM2,5; PM0,1) 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 7 Feinstaub – von grob bis ultrafein Grenzwerte PM10 und PM2,5 werden als Gesamtmasse bestimmt Standardreferenzverfahren (auf Filter abgeschieden und gewogen; Tagesmittelwert) Automatisch (ß-Absorption; TEOM; optische Verfahren -> aktuelle Daten) 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 8 Feinstaub – von grob bis ultrafein Wie sehen diese Partikel aus? Klassisches Vorkommen Messtechnik: passiver Depositionssammler für alle Größenklassen Hausstaub !! Quellen: Rauchen, Kochen, Kerzen, Räucherstäbchen, Raumsprays, Faserabrieb, usw. Foto: K.Wirtz 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 9 Feinstaub – von grob bis ultrafein Wie sehen diese Partikel aus? 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 10 Feinstaub – von grob bis ultrafein Wie sieht das aus? 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 11 Feinstaub – von grob bis ultrafein Wie sieht das aus? 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 12 Feinstaub – von grob bis ultrafein Wo steht Deutschland? http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0006/189051/Health-effects-of-particulate-matter-final-Eng.pdf 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 13 Feinstaub – von grob bis ultrafein Messverfahren Inhaltsstoffe Impaktoren Zyklone Technologisch aufwändig: Limit: 40 nm http://www.aerodyne.com/sites/default/files/Aerosol%20Mass%20Spectrometer%20Systems.pdf 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 14 Feinstaub – von grob bis ultrafein Zusammensetzung PM (Hauptbestandteile) ,H., 2005. Korngrößendifferenzierte Feinstaubbelastung in Straßennähe in Ballungsgebieten Sachsens. Abschlussbericht (13-8802.3250/10). Landesamt für Umwelt und Geologie. http://edok01.tib.uni-hannover.de/edoks/e01fn05/501988653.pdf; Messort Dresden Schlescscher Platz 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 15 Feinstaub – von grob bis ultrafein Messverfahren NSAM (10 - 1000 nm), TSI Partikeloberfläche in µm²/cm³ SMPS (10 - 660 nm) 3936 / CPC 3010, TSI (modifiziert d. TROPOS) Partikelanzahlgrößenverteilung in #/cm³ in mehreren Klassen UCPC (3 - 1000 nm) 3776, TSI Partikelanzahl in #/cm³ WS600 Wetterstation, LUFFT Fotos: H. Gerwig 21.03.2016 ELPI (30 – 10.000 nm) DEKATI Partikelanzahlgrößenverteilung Feinstaub – von grob bis ultrafein 16 Feinstaub – von grob bis ultrafein UCPC Daten in Langen UCPC 2013 80 000 UCPC korrigiert UCPC Abweichungen 70 000 60 000 particles . cm-3 50 000 40 000 30 000 20 000 10 000 0 1.1 29.1 26.2 26.3 23.4 21.5 18.6 16.7 13.8 10.9 8.10 5.11 3.12 31.12 1 Stundenmittelwerte UCPC (3 nm – 1000 nm; Langen 2013 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 17 Feinstaub – von grob bis ultrafein SMPS Daten Partikelneubildung Dp in nm 800 monday wednesday tuesday friday thursday saturday sunday Bösel Bösel 100 10 3 0.0 800 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Dp in nm Dp in nm Waldhof Waldhof 100 10 3 0.0 800 Melpitz 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 100 10 3 0.0 800 Melpitz 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Dp in nm Schauninsland Schauinsland 100 10 3 0.0 800 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Dp in nm Dp in nm Hohenpeissenberg 100 10 3 0.0 0.5 800 Zugspitze 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 100 10 3 0.0 Hohenpeissenberg Zugspitze 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 82.38 135.7 223.6 368.4 607.0 dN/dlog Dp in cm-3 50.00 3.5 4.0 julian day of week 1000 1648 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 2714 4472 7368 1.214E4 2.000E4 7.0 IFT Tropos Leipzig 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 18 Feinstaub – von grob bis ultrafein SMPS Daten Partikelneubildung IFT TROPOS Leipzig 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 19 Feinstaub – von grob bis ultrafein Anteil Partikelneubildung Welcher Anteil der Partikelanzahlkonzentration ist auf Neubildung zurückzuführen? Typ Straßenschlucht (5-100 nm): Anteil am Jahresmittel 7% Städt. Hintergrund (5-100 nm): 14% Ländlich (5-100 nm): 30% 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 20 Feinstaub – von grob bis ultrafein Windrichtungseinfluss auf Partikelgrößen UCPC Daten in Langen Angaben für Arbeitstage (Mo-Fr.) (09/09 – 06/10) Energiezentrale Blockheizkraftwerk 10-30 nm: Wind aus 300°: x 2.5 > Mw.. = Flughafen in 5 km? 3-10 nm: Wind aus 120°, 230°, 350° = Gasheizungen 0 330 30 300 60 270 90 30 - 500 nm: Wind aus u.a.150° = Strassenverkehr 240 Zentrale Gasheizung im Wohngebiet 3-10 10-30 30 - 500 ALDSA 120 210 150 180 Innerer Kreis = Mittelwert = Faktor 1 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein Fotos: H. Gerwig 21 Feinstaub – von grob bis ultrafein Mobile Messungen / DiscMini 12. Aug 2013 Hauptwindrichtung SSW, Flugzeug Landemodus Wind SW >100 000 #/cm³ entlang Flughafengrenze in Ost + Nord 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 22 Feinstaub – von grob bis ultrafein UCPC Daten in Langen/Raunheim Bild von der Lage der Messstation in Raunheim (HLUG) Fotos H. Gerwig 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 23 Feinstaub – von grob bis ultrafein UCPC Daten in Langen/Raunheim Projekt HLUG/UBA, 2015 Flugspuren Anflug, n. STANLY, DFS (WR Ost) (Nur letzte 14 Tage abrufbar: http://stanlytrack2.dfs.de/webstart/EDDF/launch.jnlp) Beispiel Vorbeiflug ca. 400 m Höhe, 300 m südlich durch B763 am 21.1.2015 0704 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 24 Feinstaub – von grob bis ultrafein UCPC Daten in Langen/Raunheim 0 270 90 180 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 25 Feinstaub – von grob bis ultrafein UCPC Daten in Raunheim Partikelanzahl in 1/cm³ 120 000 360 average wdir 100 000 300 80 000 240 60 000 180 40 000 120 20 000 60 0 31.8 0 10.9 20.9 30.9 Partikelanzahlkonzentration #/cm3 UCPC (3 nm – 1000 nm) 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 26 Feinstaub – von grob bis ultrafein 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 27 Feinstaub – von grob bis ultrafein Wirkungen Die Welt FAZ 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 28 Feinstaub – von grob bis ultrafein Weitere Forschungstätigkeiten BMUB (Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit) hat Forschungsmittel bewilligt, die es erlauben, die Zusatzbelastung im Bereich der Ultrafeinstäube für einen Großflughafen weiter zu erforschen. Beginn: 2016 Kurztitel: Ultrafeinstäube im Umfeld von großen Flughäfen Ziel: Beschreibung der räumlich zeitlichen Verteilung Identifizierung von Kenntnislücken Projekt wird extern vergeben (Auftragsforschung) Aufgrund des hohen öffentlichen Interesses möchten wir einen Begleitkreis einrichten, damit die Erkenntnisse allen interessierten und betroffenen Parteien auch frühzeitig bekanntgeben können. 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 29 Feinstaub – von grob bis ultrafein Ausblick ØFeinstaub und Ultrafeinstaub sind allgegenwärtig! ØDie höchsten Anzahlkonzentrationen finden sich im Bereich der Ultrafeinstäube. ØDie Variabilität der Partikelanzahlkonzentration ist in Quellennähe (3 nm- 1000 nm) sehr hoch ØHohe Anzahlkonzentrationen bedeuten nicht besonders hohe Wirkungen Die Luft gehört uns allen! Jeder kann dazu beitragen, die Belastung zu verringern! 21.03.2016 30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Klaus Wirtz Umweltbundesamt II 4.4 Graphiken, Auswertungen und Diagramme: H. Gerwig (UBA) Quelle Fotos: H. Gerwig, J. Viidanoja, K. Wirtz, M. Martin Reviejo Besonderer Dank: W. Birmili Leibniz Institut für Troposphärenforschung www.uba.de 21.03.2016 / Hier steht der Veranstaltungstitel in 12 Punkt 31 Feinstaub – von grob bis ultrafein Literatur und Quellenangaben 21.03.2016 Feinstaub – von grob bis ultrafein 32
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