Martin Lutz. Überblick über die Schwerpunkte, Herkunft und Verursacher der Luftverschmutzung in Berlin

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1 Folie 1 Überblick über die Schwerpunkte, Herkunft und Verursacher der Luftverschmutzung in Berlin Martin Lutz Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Berlin Abteilung IX, Umweltpolitik 1

2 Folie 2 Neue EU-Richtlinien. Strengere Grenzwerte Zur Rahmenrichtlinien Luftqualität sind drei Tochterrichtlinien verabschiedet worden Aufgrund neuer umweltmedizinischer Erkenntnisse werden darin neue strengere Grenzwerte festgelegt Dies betrifft (bisher) die Komponenten Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid, Feinstaub (PM10), Blei, Benzol, Kohlenmonoxid und Ozon Senatsverwaltung für Stadtentwicklung 2 Referat IX D: Immissionsschutz, M. Lutz Mit wachsender Erkenntnis über schädliche Auswirkungen von Luftschadstoffen Schadstoffe enstand der Bedarf nach einem möglichst einheitlichen Europäischen Regelungsgerüst für die Beurteilung der Luftqualität, die Information der Öffentlichkeit und für die Festlegung notwendiger Minderungsziele und maßnahmen. Daraus entstand die 1996 in Kraft getretenen "Richtlinie 96/62/EG über die Beurteilung und Kontrolle der Luftqualität (die sogenannte "Rahmenrichtlinie"). In dieser Richtlinie wird die Kommission aufgefordert, innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens sogenannte "Tochterrichtlinien" vorzulegen, in denen Grenzwerte und Details zu Mess- und Beurteilungsvorschriften für eine vorgegebene Liste von Schadstoffen festgelegt werden. Inzwischen sind drei Tochterrichtlinien in Kraft getreten: Am 19. Juli 1999 die Richtlinie 99/30/EG mit Grenzwerten für Schwefeldioxid, Feinstaub (PM10), Stickstoffdioxid und Blei. Am 13 Dezember 2000 die Richtlinie 2000/69 mit Grenzwerten für Benzol und Kohlenmonoxid Am 9. Februar 2002, die Richtlinie 2002/3 über bodennahes Ozon.

3 Folie 3 Bewertung der Luftqualität in Berlin nach den neuen EU-Grenzwerten bei Schwefeldioxid: bei Blei: bei Kohlenmonoxid bei Benzol bei Stickstoffdioxid bei Feinstaub (PM 10 ) bei Ozon Senate Senatsverwaltung department für of Stadtentwicklung urban development 3 kein Problem kein Problem kein Problem verschwindendes Problem ernstes Problem schwieriges Problem, erfordert Aktion auf lokaler, nationaler & EU-Ebene ernstes Problem, erfordert Maßnahmen auf nationaler & EU- Ebene Unit IX D: Referat air pollution IX D: and Immissionsschutz, noise control, M. Lutz Die Luftqualität in Berlin lässt sich in Relation zu den EU Grenzwerten wie folgt beurteilen: Schwefeldioxid (SO2): Problem gelöst durch schwefelarme Brennstoffe, Kraftwerks- und Industriesanierung, Ersatz von Kohleöfen durch Gasheizung Blei: Problem gelöst durch Verbot von Blei im Kraftstoff Kohlenmonoxid: Problem gelöst durch bessere Kfz-Motortechnik und Ersatz von Kohleöfen durch Gasheizung Benzol: Problem wird sich lösen durch bessere Kfz-Abgastechnik und niedrigeren Aromatengehalt von Benzin; es ist ein klarer abfallender Trend der Benzolwerte zu erkennen. In 2003 wurden der bis 2010 einzuhaltende EU-Grenzwerte von 5 ug/m3 erstmals nicht mehr überschritten Stickstoffdioxid (NO2): zahlreiche Überschreitungen; erste Abschätzungen zeigen, dass bei business as usual Annahmen selbst in 2010 noch Überschreitungen zu befürchten sind Feinstaub (PM10): zahlreiche Überschreitungen; besondere Schwierigkeit wegen kurzer Einhaltefrist 2005 Ozon ist ein großräumiges Problem und muss (weiterhin) im nationalen und europäischen Rahmen angepackt werden

4 Folie 4 Die neuen EU-Grenzwerte für Feinstaub (PM10) und NO 2 Mittelungszeit Grenzwert 24 Stunden 50 µg/m 3 PM Überschreitungen einzuhalten bis... 1 Jan Jahr 40 µg/m 3 PM 10 1 Jan Stunde 200 µg/m 3 NO 2 18 Überschreitungen 1 Jan Jahr 40 µg/m 3 NO 2 1 Jan Senate Senatsverwaltung department für of Stadtentwicklung urban development 4 Unit IX D: Referat air pollution IX D: and Immissionsschutz, noise control, M. M. Lutz Hier alle Grenzwert im Überblick:

5 Folie 5 Luftreinhaltepläne ne. inhaltliche Vorgaben (i) Bestandsaufnahme: Räumliche Verteilung der Luftbelastung und Grenzwertüberschreitungen zeitliche Entwicklung der Luftqualität Ursachenanalyse: räumliche Herkunft der Luftbelastung (z.b. Anteil lokaler Quellen und des Ferntransport von Schadstoffen) Maßgebliche Verursachergruppen und ihr Anteil an der Immissionsbelastung Gründe für Grenzwertüberschreitungen (Emittenten, Episoden mit Fernstransport, natürliche Quellen). Messungen, Ausbreitungsrechnungen, Emissionskataster, statistische Verfahren 5 Berlin muss- wie viele andere deutsche und europäische Großstädte - aufgrund zahlreicher Grenzwertüberschreitungen bis Ende 2004 einen Luftreinhalteplan erstellen, in dem Maßnahmen zur fristgemäßen Einhaltung der Grenzwerte vorzusehen sind. Die EU - Rahmenrichtlinie gibt vor, welche Aspekte in einem Luftreinhalteplan behandelt werden müssen. Dazu gehört die Beurteilung der Luftqualität anhand von Messungen und Modellrechnungen und die Untersuchung der Herkunft und der maßgeblichen Verursachergruppen. Das Bundesimmissionsschutzgesetz verlangt ausdrücklich eine verursacherbezogene Planung der Maßnahmen.

6 Folie 6 Jahresmittelwert [µg/m³] Trend der NO2-Konzentration Hauptverkehrsstraße städtische Hintergrundkonzentration Stadtrandniveau bei Wind von außerhalb µg/m³ Grenzwert Langjähriger PM10 Trend in Berlin Langjährige Entwicklung der Feinstaub- und NO2- Belastung in Berlin Jahresmittelwert Stadtrandniveau innerstädtischer Hintergrund Hauptverkehrsstraße Grenzwertniveau W indrichtungsabhängige Auswertung, mlu Die roten Kurven kennzeichnen die Belastung an verkehrsnahen Messpunkten, die blaue Kurve die Werte in Wohngebieten der Innenstadt, die grüne die Konzentration am Stadtrand bei Situation mit Wind aus dem Berliner Umland. Die grüne Linie gibt deshalb die Vorbelastung der vom Umland in die Stadt strömende Luft wieder. Diese Belastung kann durch Maßnahmen in Berlin nicht beeinflusst werden. Die langzeitliche Entwicklung der Luftverschmutzung in Berlin zeigt Mitte der 90-iger Jahre Erfolge bei Feinstaub (PM10), (untern) durch eine Minderung der Partikelemissionen insbesondere bei stationären Quellen. In den letzten 2 Jahren ist jedoch wieder ein Anstieg der Belastung im gesamten Stadtgebiet festzustellen. Der Beitrag des lokalen Verkehrs ist im Wesentlichen unverändert gebelieben. Der Verlauf der Stickstoffdioxid (NO2) Werte (oben) zeigt nur einen leichten Rückgang der städtischen Hintergrundbelastung, während der Verkehrsbeitrag trotz Abgasminderungstechnik nicht zurückgegangen ist.

7 Folie 7 PM10 Belastung in Berlin in 2003 Number Anzahl der of days Tage above über µg/m³ PM10 Messstellen am Stadtrand Verkehrsmessstellen industrial area (324m above ground) Messstellen für den urbanen Hintergrund in Wohngebieten ,ps Vorläufige Auswertung Das Bild zeigt die Messwerte von Feinstaub (PM10) in 2003 dargestellt als Anzahl der Tage mit Werten von mehr als 50 µg/m3. Der bis 2005 einzuhaltende Grenzwert erlaubt nur 35 Tage. Diese Marge ist an allen Verkehrsmessstellen und in Wohngebieten der Innenstadt überschritten. Selbst die Belastung am Stadtrand liegt nur wenig darunter.

8 Folie 8 Beurteilung der Luftqualität. durch Modellrechnungen Beispiel: Straßenschluchtmodell für PM10 8 Simulation der Feinstaub (PM10) - Immission im Berliner Hauptverkehrsstraßennetz mit Hilfe eines Straßenschluchtmodells. Straßenabschnitte in Rot weisen Überschreitungen des PM10 - Kurzzeitgrenzwertes (mehr als 35 Tage > 50 µg/m³, entspricht einem Perzentil der Tagesmittelwerte von über 50 µg/m³) auf. Die Länge der Straßenabschnitte mit Grenzwertüberschreitungen summiert sich inzwischen auf mehr als 170 km Länge

9 Folie 9 Stickstoffdioxidbelastung in Berlin in Luftgütemessnetz BLUME Messwerte Jahresmittelwert der Stickstoffdioxidkonzentration in Mikrogramm pro Kubikmeter (der bis 2010 einzuhaltene Grenzwert beträgt 40 µg/m³) / Automa tische Messconta iner in Wohngebieten und am Stadtrand Automa tisc he Me ssc onta ine r a n ve rke hrsre ic hen Stra ße n Messstelle mit miniaturisierten Probensammlern für verkehrsbezogende Schadstoffe an verkehrsreichen Straßen (Rubis) Überschreitung des EU-Grenzwertes für Stickstoffdioxid (Jahresmittel 40 µg/m³) 9 ru_ka.c d r ps Die Graphik zeigt die gemessenen Jahresmittelwerte der NO2- Konzentration in Berlin. An rot gekennzeichneten Messstellen ist der Immissionsgrenzwert überschritten. Überschreitungen beschränken sich zwar auf Standorte in Hauptverkehrsstraßen, erstrecken sich aber nach Modellsimulationen auf mehrere Hundert Kilometer des Hauptstraßennetzes. Überschreitungen der NO2- und PM10 Grenzwerte sind deshalb kein punktuelles Problem.

10 Folie 10 Quellanalyse. PM 10 Inhaltsstoffe in Berlin und Umland PM Jahresmittel der PM10 Zusammensetzung Sept 2001 bis Sept 2002 Komponente [µg/m³] Rest Fe2O3 CaO MgO K+ Na+ Ammonium Sulfat Nitrat Chlorid Ruß Organisches Material 0 ländlicher Hintergrund Stadtrand Innerstädtisches Wohngebiet Hauptverkehrsstraße 10 Die Graphik zeigt die Zusammensetzung des Feinstaubs (PM10) an Messstandorten im Brandenburger Umland, am Stadtrand, in Wohngebieten der Innenstadt und an einer innerstädtischen Hauptverkehrsstraße. Der blaue Säulenteil illustriert den Anteil des PM10, der sich in der Luft durch chemische Reaktion aus Schwefeldioxid (Ursprung: Industrie, auch Verkehr), Ammoniak (Hauptverursacher: Landwirtschaft) und Stickoxiden (Hauptverursacher: Verkehr) bildet. Der schwarze Teil entspricht dem Ruß, der in Straßennähe erheblich zunimmt. Dort ist auch der nicht weiter analysierte Rest stärker vertreten, der aus aufgewirbeltem Straßenstaub (Erdkruste, Metallen, Sauerstoff) besteht. Der grau gefärbte Bestandteil ist organisches Material, das aus vorwiegend biogenem Material, Reifenmaterial, Bitumen und Kohlenwasserstoffverbindungen aus dem Abgas stammt.

11 Folie 11 Die Abbildung zeigt die Zusammensetzung des PM10 in einer städtischen Hauptverkehrsstraße, dargestellt nach räumlicher Herkunft. Knapp die Hälfte des PM10 stammt aus Quellen außerhalb des Ballungsraumes und überwiegend aus sekundär gebildeten Feinstaubpartikeln. Die andere Hälfte stammt aus Quellen in der Stadt, die sich wiederum hälftig aus dem Beitrag des lokalen Verkehrs in der Hauptverkehrsstraße und dem Einfluss anderer städtischer Quellen (einschließlich des Verkehrs in anderen Straßen) zusammensetzt. Im lokalen Verkehrsanteil ist der kohlenstoffhaltige Beitrag am höchsten. Auch der überwiegend der Aufwirbelung von Straßenstaub zuortbare Teil des Rest -Staubes ist beträchtlich.

12 Folie 12 Zusammenhang zwischen der PM10 - Zusammensetzung und der Höhe der Gesamtbelastung an einer innerstädtischen Hauptverkehrsstraße in Berlin Rest Fe2O3 CaO MgO K+ Na+ Ammonium Sulfat Nitrat Chlorid Ruß Organisches Material 2 Die Graphik zeigt die prozentuale PM10 Zusammensetzung an der Frankfurter Allee, einer innerstädtischen Hauptverkehrsstraße mit viele Verkehr. Die linke Säule umfasst alle Tage mit höheren Konzentrationen, das heißt über 50 µg/m3, die linke Säule die Fällen mit relativ niedriger Belastung unter 30 µg/m³. An Tagen mit hoher PM10 Konzentration ist der Anteil des überwiegend von außerhalb der Stadt stammenden Sekundärstaubes (blauer Säulenteil) höher als in Situationen mit geringen PM10 Konzentrationen. Umgekehrt ist der Anteil von elementarem Kohlenstoff, der auch den lokal erzeugten Dieselruß enthält, an Tagen mit hohen Konzentrationen anteilig geringer als an Tagen mit niedriger PM10-Belastung. Der prozentuale Beitrag lokaler Faktoren, und damit das Potential lokaler Maßnahmen ist also dann geringer, wenn erhöhten Staubwerte über 50 µg/m³ auftreten, während der Anteil weiter entfernter Quellen außerhalb der Stadt dann offensichtlich höher ist.

13 Folie 13 Anteil des außerstädtischen PM10-Hintergrundes an den Tagesmittel- werten an einer Hauptverkehrsstraße in der Berliner Innenstadt 100% Daten von Januar 2002 bis September 2003 Anteil der in die Stadt einströmenden PM10- Hintergrundkonzentration an der verkehrsnahen Belastung in Berlin's Innenstad [%] 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Grenzwert 90.4 Perzentil, entspricht dem 36. höchsten Tageswert pro Jahr Silvester-Feuerwerk 0% PM10 Tageswerte an einer verkehrsreichen innerstädtischen Hauptverkehrsstraße [µg/m³] 3 Ein ähnliches Fazit ergibt sich aus dem Vergleich der Werte an der Frankfurter Allee mit den am Stadtrand auf der jeweiligen Luvseite Berlins gemessenen Werte. Dadurch geben die Stadtrandwerte die PM10-Vorbelastung wieder, die die Luft hat, bevor sie ins Stadtgebiet einströmt. Das Streudiagramm zeigt, dass bei ansteigender Belastung an der Frankfurter Allee auch der prozentuale Anteil der, bereits am Stadtrand gemessenen Hintergrundkonzentration zunimmt. Sie beträgt bei Werten über dem Grenzwert von 50 µg/m3 schon gut 60% und mehr. Während Episoden mit Tageswerten über 70 µg/m³ (wo momentan der 36. Höchste Tagesmittelwert liegt) wird mehr als 70% der innerstädtischen Belastung durch Quellen außerhalb der Stadt hervorgerufen. Die Chance, während PM10-Episoden durch lokale Maßnahmen Überschreitungen des Schwellenwertes von 50 µg/m3 zu vermeiden, verschlechtern sich als mit zunehmender Gesamtbelastung. Zusammenfassend ist festzustellen, dass kurzfristige lokale Maßnahmen zur Bekämpfung von PM10 Spitzenwerten kein effizientes Mittel darstellen.

14 Folie 14 Abrieb und Aufwirbelung PM10 Quellanalyse in Berlin. Anteil der Quellsektoren an der PM10 - Gesamtbelastung an einer Verkehrsmessstelle... Auspuff PKW Abrieb und Aufwirbelung LKW Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. Auspuff Verkehr Nicht- Auspuff 15% Verkehr Auspuff 10% Verkehr Nicht- Auspuff 6% Industrie und sonstige Quellen 5% Verkehr Auspuff 11% lokaler Verkehrsbeitrag alle übrigen Berliner Quellen Wohnungsheizung, Lösemittelverbrauch 3% 12 Verkehr Auspuff 9% Verkehr Nicht- Auspuff 1% Wohnungsheizung, Lösemittelverbrauch 9% Kraftwerke 3% Landwirtschaft 4% sonstige Quellen 2% importierte Feinstaub- Belastung Industrie und Kraftwerke 22% Reg. Hintergrund basiert auf Werten vom Funkturm Frohnau (324m über Grund) Mit Hilfe detaillierter Emissionsangaben für den lokaler Verkehr, die Berliner Quellen und die Emittenten außerhalb der Stadt gelingt eine quantitative Abschätzung der Beiträge verschiedener Quellsektoren zur PM10 Gesamtbelastung in einer innerstädtischen Hauptverkehrsstraße. Demnach stammt die Hälfte des in einer Hauptverkehrsstraße der Berliner City gemessenen Feinstaubs (PM10) aus Quellen außerhalb des Ballungsraumes Berlin. Der von außen in die Stadt getragene Teil der Belastung wird überwiegenden aus Industrieanlagen und Kraftwerken verursacht. Hauptverursacher der Belastung, die in Berlin selbst erzeugt wird ist der Straßenverkehr. Aus speziellen, in Berlin durchgeführten Untersuchungen wissen wir, dass der Anteil des PM10 aus dem lokalen Verkehr nur etwa zur Hälfte aus dem Auspuff der Fahrzeuge stammt. der Rest wird durch den Abrieb von Reifen, Fahrbahnmaterial und Bremsbelägen, sowie der Aufwirbelung vorhandenen Straßenstaubs erzeugt. Die Tortengraphik oben links zeigt die entsprechende, aus der Untersuchung gewonnene Aufteilung der Emissionen für die Frankfurter Allee, sowie den Anteil der LKW und PKW. Bei LKW überwiegt der Beitrag der Auspuffemissionen aufgrund des höheren Ausstoßes von Rußpartikel durch die Dieselmotoren.

15 Folie 15 PM10 Quellanalyse in Berlin. Anteil der Berliner Quellen an der in Berlin erzeugten verkehrsnahen PM10 -Belastung- Belastung... Wohnungsheizung, Lösemittelverbrauch 6% Industrie und Kraftwerke 5% sonstige Quellen 10% Verkehr Auspuff 42% Verkehr Nicht- Auspuff 38% 5 Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. / neue Daten aus 2002 Die Graphik zeigt die Aufteilung der Verursacher der nur in Berlin erzeugten PM10 - Belastung. Der Verkehr trägt den Löwenanteil.

16 Folie 16 Quellanalyse für NO 2. Anteile der Sektoren am urbanen NO 2 Hintergrund % Kleingewerbe 1% Alle Quellen Verkehr außerhalb Berlins 9% übriger Verkehr 6% Wohnungsheizung 8% Industrie 4% Hintergrundkonzentration Straßenverkehr 45% Wohnungsheizung 13% Kleingewerbe 2% Nur Quellen in Berlin Industrie, Kraftwerke 7% sonstiger Verkehr 9% KFZ Verkehr 69% 6 Dies ist ein Beispiel einer Quantifizierung der Anteile verschiedener Quellen und Quellsektoren an der NO2-Belastung in Berliner Wohngebieten der Innenstadt (urbane Hintergrundbelastung) mit Hilfe von Ausbreitungsrechnungen Fazit: Der Straßenverkehr ist der dominierende Verursacher für die NO2-Belastung in Berlin; die Industrie hat nur mehr geringe Bedeutung

17 Folie 17 Quantifizierung der Verursacheranteile. Schlussfolgerung Der Hauptbeitrag zu den Überschreitungen der Grenzwerte für Feinstaub- und Stickstoffdioxid in Berlin stammt aus dem Straßenverkehr Maßnahmen zur Einhaltung der Grenzwerte müssen sich auf den Verkehrssektor konzentrieren LKWs sind besonders wichtig und Nichtauspuffemissionen müssen gemindert werden Auspuff- und Im Sektor Industrieanlagen wird auf den Einsatz modernster Abgasminderungstechnik (BAT) Wert gelegt Verminderung des großräumigen PM-Hintergrunds und der KFZ-Auspuffemissionen erfordern EU-weite Aktivität 7 Zusammenfassung