Der Beitrag der Holzverbrennung zur PM 10 -Belastung

Transkript

1 Der Beitrag der Holzverbrennung zur PM 10 -Belastung Levoglucosan-Messungen in Nordrhein-Westfalen Tanja Schuck Ulrich Pfeffer, Ludger Breuer, Dorothée Adolfs, Dieter Gladtke LAI-Fachgespräch Holzfeuerungen in Ballungsräumen Essen, Oktober 2013

2 [GWh] PM 10 Belastung durch Holzverbrennung Überschreitungen der Grenzwerte für PM 10 Wichtige Beiträge durch Biomasseverbrennung in ländlichen Gebieten [Puxbaum et al. 2007] Holzverbrennung als PM 10 -Quelle kann auch in großen Städten relevant sein [Piazzalunga et al. 2011] Der Einsatz von Holz als Energieträger zum Heizen nimmt zu Wie lässt sich der Einfluss der Holzverbrennung messen? Entwicklung der Biomassenutzung* zur Wärmebereitstellung in Deutschland in den Jahren 1997 bis * Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; 1 GWh = 1 Mio. kwh; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Hintergrundbild: BMU / Brigitte Hiss; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig 2

3 3 Levoglucosan als Holzverbrennungstracer Levoglucosan (und andere Zucker) entsteht bei der Verbrennung von Cellulose Levoglucosan in PM 10 ist ein guter Tracer für Feinstaub aus der Holzverbrennung! wie viel Levoglucosan entsteht, hängt von den Bedingungen bei der Verbrennung und von der Holzart ab regionale Unterschiede Messungen an Stationen des Landesmessnetzes NRW keine zusätzlichen Filterproben nötig Beginn der Messungen: Oktober Stationen im Winterhalbjahr 2011/12 25 Stationen im Winterhalbjahr 2012/13

4 4 Die Standorte

5 5 PM 10 und Levoglucosan an den Hintergrundstationen

6 6 PM 10 und Levoglucosan an den Hintergrundstationen

7 7 Korrelation von Levoglucosan und PM 10 hohe Levoglucosan-Konzentrationen nur bei gleichzeitig erhöhtem PM 10 hohe PM 10 -Werte auch bei niedrigem Levoglucosan (PM 10 aus anderen Quellen als Holzverbrennung) bei hohen Levoglucosan- Konzentrationen auch eine erhöhter Levoglucosan-Anteil ABER: die höchsten Levoglucosan- Anteile treten bei niedrigen Levoglucosan-Konzentrationen auf (und bei niedrigen PM 10 - Konzentrationen)

8 8 Die Messstation EIFE (Eifel)

9 9 Die Messstation EIFE (Eifel) Längengrad: Breitengrad: Höhe über NN: 572 Meter Höhenprofil der Lufttemperatur während der Feinstaubepisode im November 2011 Temperatur EIFE

10 10 Wo kommt die Luft her? 22. November 2011 Luftmassenbewegung in den oberen Schichten ist schneller Luftmassen in der Grenzschicht bewegen sich langsamer (kürzere Strecke im gleichen 5-Tageszeitraum) Je nach Höhe unterschiedliche Ursprungsregion der Luftmassen 5 Tage zurück

11 11 PM 10 -Episode im November 2011

12 12 PM 10 und Levoglucosan an den Hintergrundstationen

13 13 Konversionsfaktor PM 10,gesamt = PM 10,Holz + PM 10,andere Quellen PM 10,Holz = Levoglucosan F Emissionsfaktoren F Buche = 4,1 (Schmidl et al. 2008) F Eiche = 13,3 F Fichte = 10,7 F Lärche = 15, 1!! Werte hängen auch vom Ofentyp ab geringer für automatische Pelletöfen höher bei handbestückten Öfen (Schmidl et al. 2011, F kann Werte bis 20 erreichen) Für NRW abgeschätzt über Vergleich Tag-Abend-Messungen Bay. Landesamt f. Umwelt 2009 Region Bayern F = 8 Piazzalunga et al Lombardei F = 11,3 Schmidl et al Österreich F = 10,7 Pfeffer et al NRW F = 13 Umrechnungsfaktor

14 14 Weitere Stationsbeispiele (1) BIEL: städt. Hintergrund WALS: städt. Industrie wenig/kein Levoglucosan im Sommer

15 15 Weitere Stationsbeispiele (2)

16 16 Weitere Stationsbeispiele (2) Mittelwert 2012, Jan-Dez: 7% 1,5µg/m 3 (BIEL) 1,8µg/m 3 (WALS)

17 17 Jahresgang der PM 10 -Belastung Mittelwerte Oktober 2011 April 2013 aller Stationen 19 Monate insgesamt, aber keine vollen Kalenderjahre!

18 18 Jahresgang der PM 10 -Belastung Levoglucosan wird im Sommer nicht an allen Stationen gemessen

19 19 Stationsauswahl Vergleich Mittelwerte 2011/12 und 2012/13 nur Stationen mit Daten in beiden Winterhalbjahren

20 20 Weitere Stationsbeispiele (2)

21 21 Stationsauswahl Vergleich Überschreitungstage 2011/12 und 2012/13 nur Stationen mit Daten in beiden Winterhalbjahren

22 22 Sensitivitätsanalyse Faktor F

23 23 Korrelation mit Benzo[a]pyren - Tagesmittelwerte

24 24 Zusammenfassung (1) Levoglucosan in PM 10 ist während der Heizperiode deutlich erhöht, im Sommer oft unterhalb der Nachweisgrenze Levoglucosan und PM 10 haben sehr ähnliche zeitliche Verläufe an Stationen in verschiedenen Regionen in NRW Lokale Beiträge sind als Abweichungen einzelner Standorte vom großräumigen Muster sichtbar Die Station Eifel weicht vom Verlauf der anderen Stationen ab und liegt bei Inversionswetterlagen oft außerhalb der Grenzschicht z.b. im November 2011

25 25 Zusammenfassung (2) Im Winter 2012/13 war die PM 10 -Konzentration geringer als 2011/12 und es gab weniger Überschreitungen des PM 10- Tagesgrenzwertes In beiden Wintern war der absolute Beitrag der Holzverbrennung vergleichbar: 3-4 µg/m 3 im Zeitraum November April Der Beitrag von Holzfeuerungen zur PM 10 -Belastung ist im Jahresmittel gering, konzentriert sich aber gerade auf die Tage und Episoden im Winterhalbjahr, an denen der Luftaustausch herabgesetzt ist und die PM 10 -Konzentrationen ohnehin schon erhöht sind. Welche Rolle spielt der Ferntransport?

26 26