Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA)

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1 Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA) Bliersheimer Straße Duisburg Astrid John, Achim Hugo, Heinz Kaminski, Thomas Kuhlbusch Bereich Luftgetragene Partikel/Luftreinhaltung IUTA-Bericht Nr. LP 26/2005 Untersuchung zur Abschätzung der Wirksamkeit von Nassreinigungsverfahren zur Minderung der PM10-Immissionen am Beispiel der Corneliusstraße, Düsseldorf Auftraggeber: Landesumweltamt NRW Wallneyer Straße Essen Duisburg, 20. März 2006

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Literaturrecherche Literaturstellen Zusammenfassung Maßnahmen Übersicht über die durchgeführten Straßenspülungen (Beitrag der AWISTA GmbH) Kostenaufstellung für die durchgeführten Straßenspülungen (Beitrag der AWISTA GmbH) Kostenaufstellung: Beispielrechnung Straßenspülungen Tensideinsatz Maschinentechnik Ergebnisse Allgemeine Datenauswertungen Datenauswertungen Spülmaßnahmen Diskussion Fazit Anhang Literatur Fragen zum Tensideinsatz Untersuchungen zur Partikelproduktion bei Zusatz von Detergenzien zum Leitungswasser Übersicht über Abbaubarkeitstests unterschiedlicher Tenside (Beitrag der Stadt Düsseldorf) Griffigkeitsmessung (Beitrag der Stadt Düsseldorf) Übersicht Straßenreinigungsmaschinen i

3 Abbildungsverzeichnis Abbildung 4-1: Zusammenhang zwischen Jahresmittelwert und Anzahl der Tagesgrenzwertüberschreitungen Abbildung 4-2: Verteilung der Tagesgrenzwertüberschreitungen auf die Wochentage Abbildung 4-3: Prinzip der Quellenzuordnung nach Lenschow et al.³ Abbildung 4-4: Quellenzuordnung nach Lenschow et al. für die Verkehrsstation Frankfurter Allee, Berlin Abbildung 4-5: Quellenzuordnung nach Quellregionen für die Station Corneliusstraße, Düsseldorf Abbildung 4-6: PM10-Konzentrationen an DDCS (Spültage Mo+Do) im Zeitraum 06/06-19/09/05 (alle Tage) Abbildung 4-7: PM10-Konzentrationen an DDCS (Spültage Mo+Do) im Zeitraum 06/06-19/09/05 (nur trockene Tage) Abbildung 4-8: Zusammenhang zwischen den PM10-Konzentrationen DDCS und VDDF (Ausreißer-korrigiert) Abbildung 4-9: Anzahl an Tagen je Konzentrationsklasse 1 µg/m³ PM Abbildung 5-1: Partikelproduktion bezogen auf die verdüste Flüssigkeit des TriJets Abbildung 5-2: Änderung der Partikelanzahlkonzentration und der Massenkonzentration in Abhängigkeit von der aktiven Substanz bei Dehypon LS Abbildung 5-3: Änderung der Partikelanzahlkonzentration und der Massenkonzentration in Abhängigkeit von der aktiven Substanz bei Glucopon 650 EC Abbildung 5-4: Änderung der Partikelanzahlkonzentration und der Massenkonzentration in Abhängigkeit von der aktiven Substanz bei Dehyton PK Abbildung 5-5: Änderung der Partikelanzahlkonzentration und der Massenkonzentration in Abhängigkeit von der aktiven Substanz bei DustCon Abbildung 5-6: Zusammenfassende Darstellung der Änderung der Partikelanzahlkonzentration in Abhängigkeit von der aktiven Substanz Abbildung 5-7: Zusammenfassende Darstellung der Änderung der Massenkonzentration in Abhängigkeit von der aktiven Substanz Abbildung 5-8: Zusammenfassende Darstellung der Partikelanzahlkonzentrationen bei einem Zusatz von 0.02% verschiedener Tenside zum Leitungswasser Abbildung 5-9: Zusammenfassende Darstellung der Massenkonzentrationen bei einem Zusatz von 0.02 % verschiedener Tenside zum Leitungswasser Abbildung 5-10: Zusammenfassende Darstellung der Partikelanzahlkonzentrationen bei einem Zusatz von 0.05 % verschiedener Tenside zum Leitungswasser Abbildung 5-11: Zusammenfassende Darstellung der Massenkonzentrationen bei einem Zusatz von 0.05 % verschiedener Tenside zum Leitungswasser Abbildung 5-12: Zusammenfassende Darstellung der Partikelanzahlkonzentrationen bei einem Zusatz von 0.10 % verschiedener Tenside zum Leitungswasser Abbildung 5-13: Zusammenfassende Darstellung der Massenkonzentrationen bei einem Zusatz von 0.10 % verschiedener Tenside zum Leitungswasser ii

4 Abbildung 5-14: Zusammenfassende Darstellung der Partikelanzahlkonzentrationen beim Zusatz von Dehypon LS 54 in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser 61 Abbildung 5-15: Zusammenfassende Darstellung der Massenkonzentrationen beim Zusatz von Dehypon LS 54 in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser Abbildung 5-16: Zusammenfassende Darstellung der Partikelanzahlkonzentrationen beim Zusatz von Glucopon 650 EC in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser 62 Abbildung 5-17: Zusammenfassende Darstellung der Massenkonzentrationen beim Zusatz von Glucopon 650 EC in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser Abbildung 5-18: Zusammenfassende Darstellung der Partikelanzahlkonzentrationen beim Zusatz von Dehyton PK 45 in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser 63 Abbildung 5-19: Zusammenfassende Darstellung der Massenkonzentrationen beim Zusatz von Dehyton PK 45 in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser Abbildung 5-20: Zusammenfassende Darstellung der Partikelanzahlkonzentrationen beim Zusatz von DustCon in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser Abbildung 5-21: Zusammenfassende Darstellung der Massenkonzentrationen beim Zusatz von DustCon in unterschiedlichen Konzentrationen zum Leitungswasser Abbildung 5-22: Partikelanzahlkonzentration und Massenkonzentration von destilliertem Wasser iii

5 Tabellenverzeichnis Tabelle 4-1: Untersuchte Messstationen Tabelle 4-2: Bestimmtheitsmaße der PM10-Konzentrationen (01/01/ /09/2005) an den genannten Stationen Tabelle 4-3: Messwerte (Datenbasis: Tagesmittelwerte) der PM10-Konzentrationen Tabelle 4-4: Reduktion PM10-Konzentration am Spültag im Vergleich zu den beiden Nachbartagen in µg/m³, (Minimum-Maximum der Werteanzahl für die einzelnen Wochentage) Tabelle 4-5: PM10-Konzentration an den Spültagen im Vergleich zu den nicht-spültagen Tabelle 4-6: Reduktion PM10-Konzentration am Spültag, berechnet über funktionalen Zusammenhang DDCS/VDDF an nicht-spültagen im Zeitraum 01/01/03-19/09/ Tabelle 4-7: Reduktion PM10-Konzentration am Spültag, berechnet über funktionalen Zusammenhang DDCS/VDDF an nicht-spültagen im jeweiligen Maßnahmenzeitraum 44 Tabelle 4-8: Reduktion PM10-Konzentration am Spültag, berechnet über funktionalen Zusammenhang DDCS/VDDF an nicht-spültagen im jeweiligen Maßnahmenzeitraum nur für Tage ohne Niederschlag Tabelle 5-1: Zusammenfassung der Messergebnisse iv

6 1 Einleitung Anlass für das Projekt "Beurteilung von verkehrsemissionsmindernden Maßnahmen in der Corneliusstraße, Düsseldorf" waren die (drohenden) Überschreitungen des PM10 Jahres- und Tagesgrenzwertes 1 an der Verkehrsstation DDCS in der Corneliusstraße in Düsseldorf. Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Jahresmittelwerte und Anzahl der Überschreitungstage für die Jahre 2003, 2004 und 2005 (Daten bis 19/09/05). Der ab 2005 ohne Toleranzmarge gültige Jahresgrenzwert liegt bei 40 µg/m³, der Tagesgrenzwert liegt bei maximal 35 Überschreitungen von 50 µg/m³. DDCS * Jahresmittelwert 45 µg/m³ 41 µg/m³ 43 µg/m³ Anzahl Tage > 50 µg/m³ * hochgerechnet mit vorläufigem Faktor Ziel der Untersuchungen war daher herauszufinden, ob mit Methoden der Straßenreinigung, insbesondere der Straßenspülung, Minderungen der PM10-Immissionskonzentrationen nachgewiesen werden können. Schwerpunkte der vorliegenden Studie waren eine Literaturrecherche und Zusammenfassung des Kenntnisstandes zum Thema "Straßenreinigung", die Sichtung und Auswertung der vorhandenen Daten der Verkehrsstation Corneliusstraße, die Aufstellung eines Maßnahmenkataloges sowie die Begleitung der durchgeführten Maßnahmen mit Auswertung und Darstellung der Ergebnisse. Neben dem Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. als Auftragnehmer und dem Landesumweltamt NRW als Auftraggeber waren an dem Projekt die AVISO GmbH, Aachen, als Unterauftragnehmer sowie die Stadt Düsseldorf (insbesondere Umweltamt und Amt für Verkehrsmanagement) und die AWISTA GmbH, Düsseldorf, beteiligt. 1 1 Council Directive 1999/30/EC relating to limit values for sulphur dioxide, nitrogen dioxide and oxides of nitrogen, particulate matter and lead in ambient air, Official J. L163, 41-60, 29/06/1999. bzw. Umsetzung in deutsches Recht in der Novelle der Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft (22. BImSchV) vom , BGBl. I S

7 2 Literaturrecherche 2.1 Literaturstellen Im Rahmen der Literaturrecherche zum Projekt " Beurteilung von verkehrsemissionsmindernden Maßnahmen in der Corneliusstraße, Düsseldorf" wurden die nachfolgend aufgeführten Literaturstellen gefunden und ausgewertet. Zu jedem Artikel und Bericht wurde eine 1-2- seitige Zusammenfassung hinsichtlich der für dieses Projekt relevanten Informationen zusammengestellt 2 : Feinstaub und Schadgasbelastungen in der Göttinger Straße, Hannover, W. Bächlin et al., 2003 Effectiveness of street sweeping and washing for controlling ambient TSP, Y. Chang et al., 2005 Evaluation of Regenerative-air Vacuum Street Sweeping on Geological Contributions to PM10, J. Chow et al., 1990 Validierung von PM10-Immissionsberechnungen im Nahbereich von Straßen und Quantifizierung der Feinstaubbildung von Straßen, I. Düring, A. Lohmeyer, 2001 Berechnung der Kfz-bedingten Feinstaubemissionen infolge Aufwirbelung und Abrieb für das Emissionskataster Sachsen, I. Düring et al., 2004 Auswertung der Messungen des BLUME während der Abspülmaßnahme am Abschnitt Frankfurter Allee 86, I. Düring et al., 2004 Determination of PM10 Emission Rates from Street Sweepers, D. Fitz, K. Bumiller, 2000 Evaluation of Watering to Control Dust in High Winds, D. Fitz, K. Bumiller, 2000 PM10-Immissionsminderung durch die Ortsumfahrung einer Kleinstadt, U. Friedrich, I. Düring, 2004 Verifikation von PM10-Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs, R. Gehrig et al., 2003 Anteil des Straßenverkehrs an den PM10- und PM2.5-Immissionen, C. Hüglin, 2000 Ursachenanalyse von Feinstaub(PM10)-Immissionen in Berlin auf der Basis von Messungen der Staubinhaltsstoffe am Stadtrand, in der Innenstadt und in einer Straßenschlucht, A. John, T. Kuhlbusch, 2004 Vorläufiger Bericht zur Straßenreinigung DDCS, Wilhelm Kappert, 2005 Untersuchung diffuser Staubemissionen an befestigten Straßen in Wien; Bestimmung des Staubbelages (sl-wert) vor und nach der Straßenreinigung, W. Koschutnig et al Vehicle-based road dust emission measurement-part II: Effect of precipitation, wintertime road sanding, and street sweepers on inferred PM10 emission potentials from paved and unpaved roads, H. Kuhns et al., 2003 Untersuchung über die Bedeutung der Staubaufwirbelung für die PM10-Immission an einer Hauptverkehrsstraße, A. Rauterberg-Wulff, 2000 Einfluss von Regen und Luftfeuchtigkeit auf die PM10-Emission und Immission, E. Schulze, 2002 Abschlussbericht zum UBA/BSR-Projekt "Entstaubte Kehrmaschine", Stockmann, 1994 Emission model for roadside emissions of PM10, D. Tønnesen, 2005 Using a dispersion model to estimate emission rates of particulate matter from paved roads, A. Venkatram et al., für die vollständige Literaturangabe siehe Anhang 5.1 2

8 Feinstaub und Schadgasbelastungen in der Göttinger Straße, Hannover W. Bächlin, H. Frantz, A. Lohmeyer, A. Dreiseidler, G. Baumbach, W. Theurer, B. Heits, W.J. Müller, K.-P. Giesen Bericht an das Niedersächsische Landesamt für Ökologie, Hannover, April Ziel der Studie war eine detaillierte Untersuchung der Entstehungsmechanismen der Feinstaubimmissionen im Straßenraum der Göttinger Straße in Hannover. Das Verkehrsaufkommen lag bei ca Kfz/24h mit einem Lkw-Anteil von ca. 8 %. Die Messungen erfolgten zwischen April 2002 und August Neben der Bestimmung der PM10- Immissionskonzentrationen wurden viermal Straßenabsaugungen vorgenommen und daraus die PM75- und PM10-Anteile sowie die Inhaltsstoffe bestimmt. Die Absaugung erfolgte dabei mit einem handelsüblichen Handstaubsauger. Zur Bestimmung der Fraktion PM75 wurde der durch die Absaugung erfasste Straßenstaub einer trockenen Siebanalyse, angelehnt an DIN 18123, unterzogen. Anschließend wurde die PM75- Fraktion einer Strömungsklassierung (Fliehkraft-Gegenstromsichtung) zugeführt und die Fraktionen PM75-10 und PM10 bestimmt. Vor der Straßenabsaugung waren ca. 2 Tage 2 Wochen ohne Regen. Die Staubbeladungen in den Straßenrandbereichen waren mit g/m² im Allgemeinen deutlich höher als auf den eigentlichen Fahrbahnflächen (1,9-14,5 g/m²). In den Rinnen, die das Regenwasser abführen, lagen die Werte dabei etwas höher als in den Rinnen in Straßenmitte. Der Anteil von PM75 an der Gesamtmasse lag meist zwischen etwa 5 % und 15 %. Der Anteil von PM10 an PM75 betrug zwischen 1 % und 8 % (Fahrbahn) und 1 % und 20 % (Straßenrand), entsprechend einer Beladung der Fahrbahn mit PM10 von 0,001 g/m² bis 0,067 g/m². Bei Absauungen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen ergab sich, dass die Beladung der Fahrspurfläche nach 24 Stunden ca. 30 % bei PM10 und PM75 und 33 % beim Gesamtstaub betrug. Im Bereich der Rinne erreichte der Wert %. Insgesamt gesehen wurden die erfassten Beladungen dabei im Vergleich zu anderen Straßen als eher höher eingestuft. Der Vergleich der Inhaltsstoffe aus dem Straßenmaterial (Asphalt) und des Straßenstaubes ergab, dass maximal 2/3 des Straßenstaubes aus dem Straßenabrieb resultieren. Der Rest ist bedingt durch Reifen-, Kupplungs- und Bremsabrieb sowie durch sonstige Verschmutzungen (Schmutz durch Reifen, Abwehung von Ladungen etc.). Der Anteil der auspuffbedingten PM10-Emissionen an den gesamten Kfz-bedingten Emissionen lag bei ca. 20 %, derjenige von aufgewirbeltem Material (nicht-auspuffbedingte PM10-Emissionen) bei 80 %. Der lokale Verkehr trug ca % zur PM10-Immissionskonzentration bei. 3

9 Effectiveness of street sweeping and washing for controlling ambient TSP Yu-Min Chang, Chih-Mei Chou, Kuo-Tung Su, Chao-Heng Tseng Atmospheric Environment 39 (2005) Die Autoren untersuchten die Effektivität der Straßenkehrung und waschung in Bezug auf die Reduktion von TSP ("total suspended particles"), indem TSP Messungen durchgeführt und die Staubbeladung der Straßen untersucht wurden. Zunächst wurde die Straße gekehrt und anschließend gewaschen. Den Untersuchungen zufolge währte der direkte Einfluss des Kehrens nicht mehr als 3-4 Stunden. Durch Kehren und Waschen konnte eine merkliche Reduktion des TSP-Emissionspotentials erreicht werden. Die Reduktion des atmosphärischen TSP belief sich danach auf bis zu 30 %. Zuerst wurde mit Hilfe der Kehrmaschine der Schmutz mit Wasser benetzt und von der Straße gesaugt. Grobe Partikel wurden dabei durch Zentrifugalkraft aus dem Luftstrom entfernt und dieser anschließend durch einen Filter geleitet. Der Gesamtwasserverbrauch betrug dabei 75 l/h. Das nachfolgende Waschfahrzeug war mit einem 15 m³ Tank ausgestattet, der Wasserverbrauch lag bei l/min und die Fahrzeuggeschwindigkeit während des Waschens bei 5-8 km/h. Zur Versuchsdurchführung wurden jeweils Luv- und Lee-Konzentrationen von TSP an einem gereinigten und einem ungereinigten Straßenabschnitt durchgeführt. Die maximale Reduktion lag hierbei bei 29 % und im Mittel bei 15 %. Allerdings handelte es sich nicht um die Reduktion der TSP-Belastung, sondern die Reduktion der TSP-ZUSATZ-Belastung durch die Straße. Die während der Untersuchung gemessenen Konzentrationen betrugen zwischen etwa 150 g/m³ und 850 µg/m³. Eine Übertragung der Ergebnisse auf "deutsche Verhältnisse" führt zu folgender Abschätzung: bei einer PM 10-Konzentration von 33 µg/m³ an einer Verkehrsstation, an der ca. ¼ der Belastung auf den lokalen Verkehr zurückzuführen ist, beträgt der lokale Verkehrsbeitrag somit 8,25 µg/m³. Eine Reduktion dieses Beitrages um 30 % entspricht einer Minderung der PM10-Konzentration um 2,5 µg/m³. 4

10 Evaluation of Regenerative-air Vacuum Street Sweeping on Geological Contributions to PM10 Judith C. Chow, John G. Watson, Richard T. Egami, Clifton A. Frazier, Zhiqiang Lu, Andrew Goodrich, Alison Bird J. Air Waste Manage. Assoc. 40 (1990) Ziel der Untersuchung war die Beurteilung der Effektivität der Straßenreinigung auf die Konzentration luftgetragener Partikel und die Bestimmung der Quellbeiträge zur PM10- Konzentration während Reinigungs- und nicht-reinigungs-perioden. In Reno, Nevada, wurden während einer 1-monatigen Messkampagne Proben von PM10 und PM2.5 genommen und chemisch analysiert. Mit Hilfe der CMB (chemical mass balance) Methode wurden etwa 50 % von PM10 aufgewirbeltem geologischem Material zugeschrieben. Während der Hälfte der Messkampagne wurden die Straßen in der Umgebung der Messstation mit einer Kehrmaschine vollständig gereinigt, wohingegen während der übrigen Zeit keine Reinigung stattfand. Das Verhältnis von primären geologischen Beiträgen zu primären Motorfahrzeug-Beiträgen während der Reinigungs- und nicht-reinigungs-perioden wurde mit Hilfe von Varianz-Analysen untersucht. Durch diese Vorgehensweise konnten Effekte durch unterschiedliches Verkehrsaufkommen und meteorologische Bedingungen minimiert werden. Durch die Straßenreinigung konnten keine signifikanten Unterschiede im geologischen Beitrag zu PM10 gefunden werden. Die Autoren schließen daraus, dass das Straßenkehren, so wie es in diesem Fall durchgeführt wurde, keine messbare Reduktion der PM10-Konzentration ergibt. Weitere Untersuchungen ergaben jedoch die Vermutung, dass durch den Betrieb der Kehrmaschine mehr feine Partikel generiert wurden, als durch den Verkehr aufgewirbelt worden wären. Die Studie zeigte somit nicht, dass Straßenreinigung völlig uneffektiv zur PM10-Reduktion wäre. Allerdings müsste sichergestellt sein, dass die zur Straßenreinigung eingesetzten Maschinen PM10-Partikel wirklich entfernen und nicht in die Atmosphäre befördern. 5

11 Validierung von PM10-Immissionsberechnungen im Nahbereich von Straßen und Quantifizierung der Feinstaubbildung von Straßen I. Düring, A. Lohmeyer Bericht an die Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Berlin und das Sächsische Landesamt für Umwelt und Ökologie, Dresden, Juni Ziel der vorliegenden Studie war eine Literaturstudie zum Thema Emissionsmodell für Straßenabrieb und Aufwirbelung sowie die Durchführung von PM10-Emissionsbestimmungen und Immissionsmessungen an zwei Straßen in Leipzig und Berlin, um eine erste Empfehlung zur Bestimmung von PM10-Emissionen von Straßen zu geben. Bei der Literaturrecherche zeigte sich, dass lediglich das sogenannte EPA-Modell verwendbar war, nach der sich der PM10-Emissionsfaktor einer Straße in Abhängigkeit der zwei zu bestimmenden Parameter Staubbeladung der Straße und mittleres Gewicht der Fahrzeugflotte berechnet. Die Messungen in der Lützner Straße in Leipzig zeigten sehr hohe PM10-Emissionen, die deutlich über denjenigen lagen, die mit der EPA-Formel mit Standardparametern berechnet wurden. Der Grund könnte in der schlechten Straßendecke und den teilweise unbefestigten Parkflächen liegen. Die PM75-Fraktion der Staubbeladung der Fahrbahn wurde zu 0,38 ±0,21 g/m² bestimmt. Die Messungen zeigten weiterhin eine ca. 35 %ige Reduktion der PM10-Zusatzbelastung an Regentagen, im Gegensatz zur Schildhornstraße in Berlin, wo sich die Zusatzbelastung nur um ca % reduzierte. Die PM75-Konzentration betrug mit 0,16 ±0,09 g/m² deutlich weniger als in der Lützner Straße. Als Empfehlung für den Einsatz des o.g. EPA-Modells wurden ein Korrekturfaktor für die Anwendung auf deutschen Straßen sowie Werte für die Staubbeladung der Straße und die mittleren Fahrzeuggewichte gegeben. Ein Vergleich mehrerer Studien der Jahre 1989 bis 2000 zwischen berechneten und gemessenen PM10-Emissionsfaktoren lieferte ein Bestimmtheitsmaß R² von 0,93 und eine Steigung der Ausgleichsgeraden von 1,09. Allerdings lagen die gemessenen Werte alle zwischen 0,071 und 0,217 g/km*fzg, bis auf die Lützner Straße mit 0,660 g/km*fzg. Die Untersuchungen zeigten weiterhin, dass der PM10-Emissionsfaktor von LKW ca mal höher liegt als der von PKW. Die chemische Analytik der PM75-Staubbeladung ergab, dass nach Abtrennung der Kohlenstoffanteile noch % verblieben. Daraus wurde geschlussfolgert, dass der Großteil des Straßenstaubes nicht aus dem Auspuff und vom Reifenabrieb stammt, sondern von anderen Quellen. Die PM10-Zusatzbelastung wurde in der Schildhornstraße zu ca. 54 % infolge Straßenabrieb und aufgewirbeltem Staub, zu ca. 39 % infolge Auspuffemissionen und zu ca. 7 % infolge Reifenabrieb abgeschätzt. Die Studie kommt abschließend zu der Empfehlung, dem Straßenabrieb mehr Aufmerksamkeit zu schenken, weitere Straßen zu vermessen, um die Datengrundlage zu verbessern, sowie ein neues Modell zu entwickeln, das die Abriebs- und Aufwirbelungsemissionen besser beschreibt. 6

12 Berechnung der Kfz-bedingten Feinstaubemissionen infolge Aufwirbelung und Abrieb für das Emissionskataster Sachsen I. Düring, E. Nitzsche, A. Moldenhauer, M. Stockhause, A. Lohmeyer Bericht an das Sächsische Landesamt für Umwelt und Ökologie, Dresden, November Ziel der Untersuchungen war die Entwicklung einer praktikablen Methodik zur Berechnung der sächsischen PM10-Emissionen durch Abrieb und Aufwirbelung aus dem Verkehr. In die dafür zugrundegelegte Datenauswertung wurden Messergebnisse der Jahre 2001 bis 2003 der Lützner Straße in Leipzig, des Schlesischen Platzes und der Bergstraße in Dresden und der Zeppelinstraße in Görlitz einbezogen. In der Lützner Straße in Leipzig lag der PM10 Jahresmittelwert 2003 bei 46 µg/m³, wobei an 132 Tagen der Tagesgrenzwert überschritten wurde. Die Zusatzbelastung durch den lokalen Verkehr lag bei durchschnittlich 38 % und reduzierte sich am Wochenende durch das verringerte Verkehrsaufkommen, insbesondere des Schwerlastverkehrs, um 45 %. Der PM10- Emissionsfaktor wurde zu 0,11 g/km*fzg bestimmt, die Differenzierung nach Fahrzeugarten ergab 0,044 g/km*pkw und 1,8 g/km*lkw. Unter Berücksichtigung der Emissionsfaktoren und der Fahrleistung konnten im Wochenmittel 40 % der Zusatzbelastung den Pkw zugeschrieben werden und 60 % den Lkw. Für die PM10-Gesamtbelastung an der Lützner Straße bedeutet dies einen Anteil von 16 %, der durch den lokalen Pkw-Verkehr verursacht wird und 24 % durch lokale Lkw. An Werktagen mit Regen (> 0,1 mm) nahm die PM10- Gesamtbelastung um 28 % und die Zusatzbelastung um 27 % gegenüber der mittleren Werktagskonzentration ab. An den weiteren betrachteten Messstationen lag der PM10-Jahresmittelwert zwischen 30 µg/m³ und 45 µg/m³ und die Zusatzbelastung durch den lokalen Verkehr bei 12 % bis 50 %. Die Abnahme der Zusatzbelastung am Wochenende betrug 50 % bzw. 20 % und die PM10-Emissionsfaktoren berechneten sich zu 0,17-0,25 g/km*fzg. Bezüglich der PM10-Emissionen aus Abrieb und Aufwirbelung wurde vorgeschlagen, nicht das modifizierte EPA-Modell zur Bestimmung dieser Emissionen zu verbessern, sondern einen Ansatz der Differenzierung nach Verkehrssituationen (gemäß der Auspuffemissionen im Handbuch für Emissionsfaktoren) zu wählen. Die angesetzten Emissionsfaktoren reichen dabei je nach Verkehrssituation von 10 mg/km in Straßentunneln bis 90 mg/km im Innerortsbereich für Pkw und von 200 mg/km bis 800 mg/km für Lkw. 7

13 Auswertung der Messungen des BLUME während der Abspülmaßnahme am Abschnitt Frankfurter Allee 86 I. Düring, L. Zippack, W. Bächlin, A. Lohmeyer Bericht an die Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Umweltschutz und Technologie, Berlin, Dezember Zur Bestimmung des Einflusses von regelmäßigen Abspülmaßnahmen auf die Feinstaubbelastung in Straßenschluchten von Berlin wurden zwischen Mai und Oktober 2004 Untersuchungen in der Frankfurter Allee durchgeführt. Dazu wurde die Fahrbahn zwischen Proskauer Straße und Möllendorfstraße mit einem Kübelfahrzeug regelmäßig abgespült und die dabei gemessenen PM10-Konzentrationen ausgewertet. Bei der Frankfurter Allee in Berlin handelt es sich um eine Straße mit drei Fahrstreifen je Richtung und im Wochenmittel einem Verkehrsaufkommen von etwa Kfz/d sowie einem LKW-Anteil von 2,6 %. Die durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit während des Messzeitraums betrug 28 km/h. Der Bebauungsabstand der gegenüberliegenden Häuserblocks beträgt etwa 42 m. Fahrbahn sowie Fußweg sind asphaltiert, der Mittelstreifen ist begrünt. Vom Spülfahrzeug wurde Wasser in Richtung des rechten Fahrbahnrandes gespritzt und zusätzlich die Fahrbahn beregnet, so dass die gesamte Fahrbahn nach der Spülung vollständig nass war. Die Spülungen wurden in den geraden Kalenderwochen montags, mittwochs und freitags zwischen 5:30 Uhr und 6:00 Uhr sowie 14:00 Uhr und 14:30 Uhr durchgeführt und in den ungeraden dienstags und donnerstags zweimal sowie samstags einmal zwischen 10:0 Uhr und 11:00 Uhr. Bei regennasser Fahrbahn erfolgte keine Spülung, insgesamt wurde die Straße an 65 der 161 Tage im Auswertezeitraum gespült. Visuelle Einschätzungen ergaben einen deutlichen, aber kurzzeitigen Wasser- und z.t. Materialfluss zum Rinnstein und von dort zum Gulli. Die Straße blieb je nach Umgebungsbedingungen zwischen ca. einer und drei Stunden feucht. Während der Messungen wurden die Verkehrszahlen, getrennt nach PKW und LKW, sowie die Fahrzeuggeschwindigkeiten erfasst. Weiterhin wurden die Daten der Wetterstation Berlin/Tempelhof herangezogen, um Regentage bzw. die täglichen Niederschlagssummen zu bestimmen. Die mittlere Regenhäufigkeit lag im Messzeitraum bei 39 %. Hinsichtlich der Immissionsbelastung standen für die Datenauswertung die PM10- und NOx-Konzentrationen des BLUME-Messnetzes zur Verfügung. Ausgewertet wurden die 8

14 Daten der Messstationen Frankfurter Allee (Straßenschlucht mit Straßenspülung), Schildhornstraße (Straßenschlucht ohne Straßenspülung), Karl-Marx-Allee (Hauptverkehrsstraße in Verlängerung der Frankfurter Allee, ohne Straßenspülung) und Nansenstraße (städtische Hintergrundstation). Zur Berechnung der Zusatzbelastung wurden die Konzentrationen an der Nansenstraße von denjenigen der Verkehrsstationen abgezogen. Weiterhin wurden mittels NOx-Tracermethode tagesmittlere PM10-Emissionsfaktoren bestimmt. Im Auswertezeitraum betrugen die mittleren PM10-Belastungen in der Frankfurter Allee 28,9 µg/m³, in der Schildhornstraße 28,6 µg/m³, in der Karl-Marx-Allee 24,9 µg/m³ und in der Nansenstraße 20,5 µg/m³. Die statistische Auswertung erfolgte nach den Kriterien "alle Werktage", "trockener Werktag ohne Spülung", "trockener Werktag mit Spülung" und "Werktag mit Regen". Die Datenauswertung ergab folgende Ergebnisse: Die PM10-Gesamtbelastung an trockenen Werktagen mit Straßenspülung unterscheidet sich weder an der Frankfurter Allee noch an den anderen Messstationen signifikant von der PM10-Konzentration an trockenen Werktagen ohne Straßenspülung. Auch in der Zusatzbelastung an den Verkehrsstationen wurde keine Reduktion der PM10-Konzentrationen an Tagen mit Spülung im Vergleich zu Tagen ohne Spülung gefunden. Werktage mit Regen zeigten an den Verkehrsstationen eine ca %ige Reduktion der PM10-Gesamtbelastung im Vergleich zu den trockenen Tagen. Mittels NOx-Tracermethode wurde ein mittlerer PM10-Emissionsfaktor von 0,084g/km*Fzg) ermittelt. Für die trockenen Werktage mit Spülung ergeben sich ca. 6 % geringere Werte als für die trockenen Werktage ohne Spülung. An Werktagen mit Regen liegen die Emissionsfaktoren ca. 8 % niedriger als an trockenen Tagen ohne Spülung. Beides liegt innerhalb der Unsicherheit dieser Bestimmungsmethode. Ebenfalls mit großen Unsicherheiten behaftet ist die Abschätzung des maximalen Minderungspotentials der PM10- Konzentration von ca. 7 % durch den Vergleich der Werte der Frankfurter Allee und der Schildhornstraße. Aus den Untersuchungen wurde die Schlussfolgerung gezogen, dass ein möglicher Minderungseffekt durch Straßenspülungen im Bereich der natürlichen Variationen bzw. der Unsicherheiten bei der Bestimmung der Zusatzbelastung oder der PM10-Emissionsfaktoren liegt und daher mit den durchgeführten Auswertungen nicht detektiert werden kann. Der erhoffte deutliche Minderungseffekt durch Straßenspülungen konnte somit nicht nachgewiesen werden. 9

15 Determination of PM10 Emission Rates from Street Sweepers Dennis R. Fitz, Kurt Bumiller Journal of the Air & Waste Management Association 50 (2000) Ziel dieser Untersuchung war die Quantifizierung der Emissionsraten mehrerer Kehrmaschinen im normalen Betrieb mit Hilfe eines "künstlichen Tunnels". Dieser bestand aus einem 6,1 x 4,3 x 73 m großen Zelt, das an beiden Seiten offen war. Die PM10-Konzentrationen wurden am Ein- und Ausgang gemessen, während eine Kehrmaschine den innerhalb des Zeltes ausgebrachten Sand entfernte. Die Luftströmung durch den Tunnel wurde mit Hilfe eines inerten Tracers ermittelt, der am Eingang freigesetzt und am Ausgang gemessen wurde. Mit Emissionsraten von 5 mg/m² bis 100 mg/m² wurde eine große Bandbreite zwischen unterschiedlichen Kehrmaschinen bestimmt. Für die saubersten Maschinen betrugen die Hintergrundkonzentrationen, die durch Kehren von sauberem Asphalt ermittelt wurden, etwa die Hälfte der gesamten PM10-Emissionsraten. Diese Hintergrund-Emissionsraten stammten vermutlich vom Dieselabgas, Hintergrund-Emissionsraten für das einzige Benzinfahrzeug konnten nicht nachgewiesen werden. Im Test waren eine Kehrmaschine (Benzin) und vier Saug-Kehrmaschinen (Diesel), von denen drei mit einem Filter ausgerüstet waren. Die PM10-Emissionsrate einer gekehrten Straße wurde zu 0,2 g/meile*kfz bestimmt. Die PM10-Emissionsrate einer stark versandeten Straße lag dagegen bei 39 g/meile*kfz, entsprechend 8 mg/m² bei einer 3 m breiten Straße. In dieser Größenordnung lag auch die Emissionsrate durch den Kehrvorgang mit einer "sauberen" Saug-Kehrmaschine. Die Autoren stellten fest, dass die PM10-Emissionsfaktoren beim Kehren von Sand auf einer befestigten Straße den Emissionen entsprechen, die beim Befahren einer sandigen unbefestigten Straße auftreten. Als Schlussfolgerung ergab sich damit, dass die Emissionen, die während der Reinigung stark versandeter Straßen auftreten, unbedeutend sind im Vergleich zur Emissionsminderung, die durch diese Reinigung erzielt wird. Bei diesem Vergleich ist jedoch zu beachten, dass diese Studie in Südkalifornien durchgeführt wurde und diese Ergebnisse nur bedingt auf deutsche Verhältnisse übertragen werden können. 10

16 Evaluation of Watering to Control Dust in High Winds Dennis R. Fitz, Kurt Bumiller Journal of the Air & Waste Management Association 50 (2000) Bei dem vorliegenden Artikel handelt es sich nicht um Untersuchungen im Straßenbereich, sondern um die Reduktion von PM10-Emissionen im Rahmen von Bautätigkeiten. Für Windgeschwindigkeiten bis 18 m/s wurde festgestellt, dass die Bewässerung der Halden die Emissionen wirksam reduzieren konnte. Dabei wurde für eine 90 %ige Minderung eine ca. 4-fache Erhöhung der Oberflächenfeuchte benötigt. 11

17 PM10-Immissionsminderung durch die Ortsumfahrung einer Kleinstadt U. Friedrich, I. Düring Bericht in: Workshop PMx-Quellenidentifizierung: Ergebnisse als Grundlage für Maßnahmenpläne, Duisburg, Januar Ziel der Untersuchungen war die quantitative Bewertung von PM10-Immissions- Minderungsmaßnahmen an einer Beispielstadt, in diesem Fall die Auswirkungen durch den Bau einer Umgehungsstraße als verkehrsplanerische Maßnahme in Nauen in Brandenburg. Weiterhin wurde der Effekt eines früher fertiggestellten Fahrbahnbelagswechsels auf die PM10-Konzentrationen untersucht. Den Bereich der Messstation passierten vor Errichtung der Ortsumgehung ca Kfz/Tag, davon 1200 snfz/tag. Danach ergab sich eine Abnahme um 21 % des Kfz- Verkehrs und um 36 % des Schwerlastverkehrs. Ein Jahr vor Inbetriebnahme der Ortsumgehung ergab sich die Belastung am Verkehrsstandort Berliner Straße in Nauen zu ca. 45 % aus der großräumigen Vorbelastung, zu ca. 15 % aus regionalen und städtischen Quellen und zu ca. 40 % aus dem lokalen Verkehr. Nach Inbetriebnahme der Ortsumgehung reduzierte sich die PM10-Zusatzbelastung im Jahresmittel um ca. 40 % und die Gesamtbelastung um ca. 15 %. Mit 35,4 µg/m³ wurde somit der PM10- Jahresgrenzwert eingehalten. Eine weitere Analyse der vorhandenen Messdaten ergab, dass die 3 Jahre zuvor durchgeführte Fahrbahnsanierung in der Berliner Straße von mehrfach mit Asphalt geflicktem Kleinpflaster zu einer durchgängig guten Asphaltdecke zu einer Reduktion der PM10- Zusatzbelastung von ca. 50 % bzw. der Gesamtbelastung von ca. 38 % geführt hatte. Weiterhin wurde geschlussfolgert, dass die PM10-Emission auf dem sanierten Stück um ca. 70 % zurückgegangen sein müsste. 12

18 Verifikation von PM10-Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs R. Gehrig, M. Hill, B. Buchmann, D. Imhof, E. Weingartner, U. Baltensperger Bericht von PSI und EMPA zum Forschungsprojekt ASTRA 2000/415, Dübendorf und Villingen, Juli Ziel der Untersuchung war die Quantifizierung und Charakterisierung der primären Partikel- Emissionen aus dem Straßenverkehr sowie die Berechnung von Emissionsfaktoren für verschiedene Verkehrssituationen und Prozesse. Hierzu wurde die Zusatzbelastung an Straßen über Luv-Lee-Messungen oder Vergleiche mit Hintergrundstationen ermittelt. Zur Bestimmung der Auspuff-Emissionsfaktoren wurden die PM1-Konzentrationen bestimmt, für Abriebs- und Aufwirbelungsprozesse wurde die Fraktion PM10-PM1 herangezogen. An den unterschiedlichen untersuchten Verkehrsstandorten wurden Auspuff- Emissionsfaktoren von mg/km gefunden und von mg/km für Abrieb und Aufwirbelung. Bei der mit höheren Unsicherheiten behafteten Differenzierung nach Fahrzeugklassen ergaben sich für die Auspuffemissionen mg/km (PKW) und mg/km (LKW) und für Abrieb und Aufwirbelung mg/km (PKW) und mg/km (LKW). Die Emissionen aus Abrieb und Aufwirbelung stellen damit einen wesentlichen Teil der gesamten primären PM10-Emissionen des Straßenverkehrs dar. An Standorten mit geringer Störung der Fahrdynamik sind sie etwa gleich hoch wie die direkten Auspuffemissionen, an Standorten mit hohen Störungen, z.b. durch Lichtsignale oder Staus sogar höher. Zwischen nassen und trockenen Fahrbahnen waren bezüglich PM10-Emissionen keine klaren Unterschiede festzustellen. 13

19 C. Hüglin Anteil des Straßenverkehrs an den PM10- und PM2.5-Immissionen Bericht C4 des NFP41 "Verkehr und Umwelt" im Auftrag vom Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL), Bern Hauptziel der Studie war die quantitative Ermittlung des Beitrags des Straßenverkehrs zu den PM10- und PM2.5-Immissionen an ausgewählten Standorten in der Schweiz. Mit Hilfe eines Rezeptormodells wurde die Quellenzuordnung der Feinstaubimmissionen durchgeführt. Die chemische Analyse zeigte, dass die PM10-Fraktion an mäßig belasteten Standorten etwa je zu einem Drittel aus kohlenstoffhaltigen Partikeln, sekundären anionischen Partikeln sowie Mineralien und Feuchtigkeit bestanden. Der Beitrag des Straßenverkehrs zur PM10-Belastung wurde zu % (städtischer Hintergrund) bis % (Verkehrsstationen) bestimmt. Eine Unterteilung dieser Beiträge nach Auspuffemissionen und Abriebs-/Aufwirbelungsemissionen konnte nicht vorgenommen werden. Spezifische Traceranalysen zeigten aber, dass Reifenabrieb am Straßenrand zu 7,5 % der PM10-Belastung beitrug, im städtischen Hintergrund zu 1,9 % und im Hintergrund < 1 %. Dazu wurde N-Cyclohexyl-2-benzothiazolamin (NCBA), das praktisch ausschließlich in vulkanisiertem Gummi vorkommt, in einigen Schwebstaub-Immissionsproben sowie in 12 gängigen Reifentypen analysiert. Das Verfahren ist zwar analytisch sehr aufwendig, aber auch sehr spezifisch. Trotzdem resultieren größere Unsicherheiten, da die NCBA-Gehalte in den Proben der verschiedenen Reifenhersteller stark schwankten und nur relativ wenige Immissionsproben untersucht werden konnten. Neben NCBA wurde auch 2- (4-Morpholinyl)benzothiazol (MoBT) bestimmt, die Analysen zeigten jedoch aus unbekannten Gründen keine plausiblen Ergebnisse. Die Differenzierung der Immissionsbeiträge nach Fahrzeugart (PKW/LKW) konnte mit dem Rezeptormodell nicht erzielt werden, dafür wurden zusätzlich Messkampagnen mit hoher zeitlicher Auflösung durchgeführt. Die Untersuchung ergab bei einem Anteil schwerer Lastwagen an der Fahrzeugflotte von 8 % einen Anteil von 53 % an den primären PM10- Straßenverkehrsemissionen an der untersuchten Messstelle. 14

20 Ursachenanalyse von Feinstaub(PM10)-Immissionen in Berlin auf der Basis von Messungen der Staubinhaltsstoffe am Stadtrand, in der Innenstadt und in einer Straßenschlucht A. John, T. Kuhlbusch Bericht an die Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Berlin, Juli Im Zeitraum vom 15/09/01 bis 15/09/02 wurden an unterschiedlich belasteten Stationen in und um Berlin zusätzlich zu den Messungen des BLUME-Messnetzes Messungen der PM 10 Massen- und Inhaltsstoffkonzentrationen mit Hilfe der manuellen Filtriersammler Digitel DHA 80 durchgeführt. Die hierbei bestimmten mittleren PM 10-Massenkonzentrationen lagen zwischen 16 µg/m³ an der Hintergrundstation Frohnauer Turm und 34 µg/m³ an der Verkehrsstation Frankfurter Allee. An keiner der untersuchten Standorte wurde der Jahresgrenzwert von 40 µg/m³ überschritten. Die Überschreitungen des Tagesgrenzwertes von 50 µg/m³ betrugen von 3 Tagen an den Hintergrundstationen bis 55 Tage an der Verkehrsstation Frankfurter Allee. Korrelationsuntersuchungen zwischen dem Jahresmittelwert und der Anzahl an Tagesgrenzwertüberschreitungen zeigten, dass für die untersuchten Standorte bei einer durchschnittlichen PM 10-Konzentration von 29 µg/m³ 35 Überschreitungen von 50 µg/m³ erreicht werden. Zur Quellenzuordnung wurde der Ansatz nach Lenschow et al. (2001) herangezogen, der von den Beiträgen verschiedener Quellregionen zur Immissionssituation an einem bestimmten Messpunkt ausgeht. Für die PM 10-Massenkonzentration konnte die Aufteilung für die Verkehrsstation Frankfurter Allee recht detailliert in 49 % Hintergrundaerosol, 11 % regionaler Hintergrund, 9 % Stadtrand, 8 % Innenstadt und 23 % lokaler Verkehr vorgenommen werden. In einem nächsten Schritt wurden unter zu Hilfenahme der Inhaltsstoffanalysen die jeweiligen Immissionswerte über die Emissionskataster den Quelltypen zugeordnet. Aufgeteilt nach Quellregionen ergibt dies beispielsweise einen Beitrag der Auspuffemissionen von 7 % über das Hintergrundaerosol, von 9 % über den städtischen und von weiteren 11 % über den lokalen Beitrag an der Verkehrsstation. Die durch die Quelle "Verkehr" über Aufwirbelung und Abrieb erzeugten Partikel gehören eher zur Grobstaubfraktion und haben daher insbesondere lokalen Einfluss (15 % Beitrag Verkehrsstation), ihre Bedeutung nimmt jedoch mit zunehmender Distanz vom Messort ab (6 % Stadt, 1 % Hintergrund). Insgesamt sind damit 49 % der an der Verkehrsstation gemessenen PM10-Belastung auf den Verkehr zu- 15

21 rückzuführen, davon allerdings nur 26 % auf den lokalen Verkehr, der durch Maßnahmen vor Ort zu beeinflussen ist. Mit Hilfe der Einzeltag-Auswertung wurden weiterhin die Tage mit Grenzwertüberschreitungen detailliert betrachtet Die Einteilung in Episodentypen ist an der Verkehrsstation weniger eindeutig als an der städtischen Hintergrund-Station, an der etwa ¾ der Tage mit Grenzwertüberschreitungen auf sekundäre Episoden zurückgeführt werden konnten. Aber auch an der Verkehrsstation dominiert das Nitrat, das für ein Viertel der Tagesgrenzwertüberschreitungen verantwortlich ist. Ein Drittel tragen Episoden bei, die von Sulfat oder einer Mischung der sekundären Inhaltsstoffe dominiert werden. "Mischtyp sekundär" steht hierbei für Tage mit erhöhten Nitrat- und/oder Sulfatkonzentrationen, jeweils begleitet von elementarem Kohlenstoff. 28 % der Fälle waren von hohen EC-Gehalten geprägt, zusammen mit den sekundären Inhaltsstoffen Nitrat und/oder Sulfat und/oder Calcium und/oder dem Rest als Indikatoren für Aufwirbelungsprozesse. An 13 % der Tage lagen die Gehalte von Calcium und/oder dem Rest besonders hoch, auch hier wieder in Kombination mit anderen Inhaltsstoffen. Schließlich war das Silvesterfeuerwerk Grund für eine Grenzwertüberschreitung, und ein weiterer Tag war prinzipiell unauffällig, zeigte aber mit 15 % extrem hohe NaCl-Gehalte. Die Einteilung der PM 10-Konzentrationen in die Klassen < 30 µg/m³, µg/m³ und > 50 µg/m³ und die Auswertung zusammen mit den Rückwärtstrajektorien resultierte in einer Verkürzung der 72h-Rückwärtstrajektorien um 34 % für den mittleren und 69 % für den hohen Konzentrationsbereich für die Verkehrsstation. Diese Reduktion der Trajektorienlängen deutet auf austauscharme Wetterlagen hin und zeigt, dass der "Ferntransport" an Tagen mit hohen PM 10-Massenkonzentrationen weniger stark ausgeprägt ist als an Tagen mit niedrigen Konzentrationen. Eine Auswertung der Überschreitungen des Tagesgrenzwertes ergab, dass die meisten dieser Überschreitungen an der Verkehrsstation auf die Tage der Arbeitswoche entfallen und selten auf Samstag oder Sonntag, so dass an dieser Station insbesondere die anthropogene Zusatzbelastung durch die lokale Quelle "Verkehr" zu den mit 55 Tagen mehr als die maximal erlaubten 35 Überschreitungen des Tagesgrenzwertes führt. 16

22 Wilhelm Kappert Landesumweltamt NRW, 2005 Vorläufiger Bericht zur Straßenreinigung DDCS Der Untersuchung über die Effekte der Straßenreinigung vorangestellt sind zunächst Auswertungen über meteorologische Einflüsse auf die PM10-Belastung. Dabei wurde festgestellt, dass im Untersuchungszeitraum 69 % der Tagesgrenzwertüberschreitungen an niederschlagsfreien Tagen auftraten. Weiterhin erfolgten die Grenzwertüberschreitungen insbesondere an windschwachen Tagen (43 % an Tagen mit Windgeschwindigkeiten < 1,5 m/s). In die Auswertung einbezogen wurden das 2. Halbjahr 2003 und die beiden Halbjahre Im 2. Halbjahr 2004 fand jeweils dienstags zwischen 5:00 und 6:00 Uhr morgens auf der Corneliusstraße in Düsseldorf eine Reinigung aller Fahrspuren mit einem Hochdruckwasserstrahl statt. Der Vergleich der Tagesmittelwerte ergab für die Tage mit Straßenreinigung eine geringe Minderung zwischen 1,5 µg/m³ und 2 µg/m³. Bei Betrachtung der Tagesgänge konnte allerdings kein Zusammenhang zwischen dem Zeitpunkt der Reinigung und der PM10- Konzentration gefunden werden. Beim Vergleich der PM10-Tagesmittelwerte von Tagen mit und ohne Regen zeigen sich um 4,0-8,2 µg/m³ niedrigere Konzentrationen an den Regentagen. Betrachtet man dagegen nur die Zusatzbelastung durch den lokalen Verkehr, so liegen die Reduktionen nur noch im Bereich von 0,2-1,4 µg/m³. Die verringerten PM10-Konzentrationen sind somit hauptsächlich auf Auswaschungseffekte aus der Atmosphäre zurückzuführen, die Effekte aufgrund der Abspülung bzw. Befeuchtung der Straßenoberfläche sind eher gering und liegen im Bereich der Unsicherheit der Datenauswertung. 17

23 Untersuchung diffuser Staubemissionen an befestigten Straßen in Wien; Bestimmung des Staubbelages (sl-wert) vor und nach der Straßenreinigung W. Koschutnig, C. Ehrenberg, W. Höflinger Bericht an den Magistrat der Stadt Wien MA22 Umweltschutz und MA 48 Abfallwirtschaft, Straßenreinigung und Fuhrpark, Wien Juni Ziel dieser Arbeit war es, die Effizienz der Straßenwaschung mittels Bestimmung der sogenannten sl-werte (=PM75 [g/m²]) vor und nach der Waschung zu eruieren. An festgelegten Messorten wurden bei drei Messkampagnen (Sommer und Herbst 2003, Frühjahr 2004) Staubproben von der Fahrbahn und dem Rinnsal genommen, im Anschluss daran die Straßenwaschung durchgeführt und 24 Stunden später erneut Staubproben genommen. Zur Berechnung der Emissionsfaktoren wurde die "EPA-Formel" eingesetzt, in die neben dem sl- Wert noch ein Faktor zur Berücksichtigung der PM-Größenfraktion sowie das Durchschnittsgewicht der die Straße benutzenden Fahrzeugflotte eingeht. Für die Straßenreinigung mittels Waschwagen wurden zwischen 3 l/m² und 17 l/m² Wasser ausgebracht. Die höchsten Fahrbahn-sL-Werte vor der Waschung (ca. 0,6 g/m²) wurden im Frühjahr detektiert, bedingt durch den Rollsplitt der Winterstreuung. Die geringsten Werte (0,04 g/m²) wurden während der Sommer-Messungen gefunden. Messstellen mit geringen Werten vor der Waschung zeigten nur zum Teil eine Reduktion der sl-beladung, teilweise sogar eine Erhöhung. Erst ab sl-werten von etwa 0,2 g/m² konnte durch die Straßenwaschung ausnahmslos eine Reduktion erzielt werden. Im Sommer zeigte sich eine starke Streuung der Reduktionswerte, im Herbst war die Reduktion durch die Waschung recht gut und die Streuung auch bei niedrigen sl-werten gering, was mit dem vergleichsweise feuchten Klima erklärt wurde, welches die Winderosion als Staubquelle gering hält, so dass ein Staubbelagsanstieg an der Messstelle 24 Stunden nach der Waschung noch nicht erfolgen konnte. Bei den Rinnsal-Messungen war keine eindeutig zunehmende Tendenz der erzielbaren sl- Wert-Reduktion mit steigenden Werten vor der Waschung festzustellen. Vielmehr waren die Minderungen abhängig vom Gefälle und dem Vorhandensein eines Kanals, d.h. der Fließgeschwindigkeit des Waschwassers. Da das Rinnsal im trockenen Zustand als Staubquelle fungiert, wäre es somit notwendig, den dort sedimentierten Feinstaub möglichst gänzlich zu entfernen. Grundsätzlich lag die Reduktion des sl-wertes durch die Straßenwaschung bei einem Faktor von etwa zwei. Die aus den Fahrbahn-sL-Werten berechneten Emissionsfaktoren vor bzw. nach der Straßenwaschung lagen für PM10 bei etwa 0,1-0,5 g/vkt (vehicle kilometer travelled). Legt man einen Emissionsfaktor von 0,1 g/vkt und ein Verkehrsaufkommen von Fzg/d zugrunde sowie die Breite der Corneliusstraße von 30 m und die Höhe der Bebauung von 17 m, so ergibt sich bei einer Länge von 1 km für dieses Volumen ein Beitrag von 7,8 mg/m³*24 h durch Abrieb und Aufwirbelung auf der Corneliusstraße. 18

24 Vehicle-based road dust emission measurement-part II: Effect of precipitation, wintertime road sanding, and street sweepers on inferred PM10 emission potentials from paved and unpaved roads H. Kuhns, V. Etyemezian, M. Green, K. Hendrickson, M. McGown, K. Barton, M. Pitchford Atmospheric Environment 37 (2003) Die so genannte TRAKER Technik ist eine neue Methode zur Bestimmung der PM10- Emissionen befestigter und unbefestigter Straßen mit Hilfe von Partikel-Messungen an Bord eines Fahrzeuges. Die Straßenreinigung mit mechanischen Kehrmaschinen und Saug-Kehrmaschinen brachte keine nachweisbare Minderung der PM10-Emissionspotentiale. Auf verschiedenen Straßen stieg das PM10-Emissionspotential direkt nach der Straßenreinigung sogar an. Langzeiteffekte der Straßenreinigung auf die Straßenstaub-Emissionen wurden im Rahmen dieser Studie nicht untersucht und könnten eine Minderung der PM10-Emissionen von befestigten Straßen bewirken. Bei den Untersuchungen stellte sich heraus, dass Straßen auf denen hohe Geschwindigkeiten erreicht werden geringere Emissionspotentiale zeigen als Straßen in Innenstadtgebieten. Hinsichtlich der winterlichen Straßenstreuung zeigten sich Effekte der Sandstreuung auf die PM10-Konzentrationen für längstens 8 Stunden oder 2500 passierende Fahrzeuge. Während sowohl die mechanischen Kehrmaschinen als auch die Saug-Kehrmaschinen die Straße von sichtbarem Sand hervorragend reinigten, war die Beseitigung der PM10-Größenfraktion nicht effektiv. Diese Effekte zeigten sich auch bei den Sommerexperimenten. Im Mittel ergab sich sogar ein Anstieg des Emissionspotentials nach dem Reinigen von 16 %. Mögliche Erklärungen hierfür sind, dass Staub vom Straßenrand auf die Fahrbahn gelangt. Weiterhin wurde vermutet, dass Staub aus den Ritzen herausgeholt und auf der Straße verteilt wurde und somit erst für die Resuspension zur Verfügung stand. Andererseits wurde aber auch darauf hingewiesen, dass durch die Entfernung grober Partikel von der Straßenoberfläche diese durch die Fahrzeugreifen nicht mehr zu feinerem Material der PM10-Fraktion zerkleinert werden können. 19

25 Untersuchung über die Bedeutung der Staubaufwirbelung für die PM10- Annette Rauterberg-Wulff Immission an einer Hauptverkehrsstraße Bericht an die Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Umweltschutz und Technologie, Berlin, Januar Zur Untersuchung des Beitrages der Aufwirbelung von Staub durch den Straßenverkehr zur PM10-Immissionsbelastung an einer Hauptverkehrsstraße wurden von Juli bis Oktober 1999 Messungen an der Frankfurter Allee in Berlin durchgeführt. Die mit Hilfe der EPA-Formel aus sl-beladung und mittlerem Fahrzeuggewicht berechneten Emissionsfaktoren wurden mit Hilfe des Modells IMMIS-Luft in Immissionskonzentrationen umgerechnet und mit den gemessenen Konzentrationen verglichen. Die PM75-Belegung der Frankfurter Allee war abhängig vom Verkehrsaufkommen der Fahrspuren und lag für die mittleren und linken Fahrspuren bei etwa 0,16 g/m², auf den häufig durch haltende Fahrzeuge blockierten rechten Fahrspuren bei 0,42 g/m². Gewichtet mit dem Anteil am DTV ergab sich eine mittlere PM75-Belegung von 0,208 g/m². Das durchschnittliche Verkehrsaufkommen betrug Kfz/Tag mit einem Lkw-Anteil von 4,8 %. Aus dem Vergleich mit den Konzentrationen an einer Berliner Hintergrundmessstelle wurden ca % der in der Frankfurter Allee gemessenen PM10-Belastung dem lokalen Verkehr als Quelle zugeschrieben. Durch weitere Analysen konnten ca. 42 % aus diesem Verkehrsbeitrag der Staubaufwirbelung zugeordnet werden, ca. 36 % dem Dieselruß und ca. 22 % dem Reifenabrieb. Durch Einsetzen der halben Nutzlast der Fahrzeuge in die EPA-Formel und Reduzierung der Proportionalitätskonstanten auf die Hälfte wurden Emissionen von ca. 4 g/m*d und eine PM10-Zusatzbelastung durch Staubaufwirbelung von ca. 7 µg/m³ berechnet, die damit im Bereich der experimentell abgeschätzten Staubaufwirbelung liegt. An Regentagen zeigte sich eine Reduzierung der Verkehrsbeiträge im coarse mode-bereich ( µm) um mehr als die Hälfte. Mit durchschnittlich 111 Regentagen berechnet sich dann ein Jahresmittelwert von 6 µg/m³ für die verkehrsbedingte Staubaufwirbelung. 20

26 Einfluss von Regen und Luftfeuchtigkeit auf die PM10-Emission und - Evelyn Schulze Immission Diplomarbeit, Technische Universität Dresden, Institut für Geographie, Lehrstuhl für Landschafts- und Geoökologie, Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss von Niederschlägen auf die PM10-Werte der Gesamt- und Zusatzbelastung an sechs verschiedenen Messstellen des Berliner BLUME- Messnetzes betrachtet. Bei der PM10-Gesamtbelastung ließen sich ab 0,1 mm Niederschlag Reduktionen der Tagesmittelwerte um durchschnittlich ca. 20 % beobachten. In der verkehrsbedingten PM10- Zusatzbelastung traten erst ab mehr als 1,0 mm Niederschlag deutliche Reduktionen auf. Im Gegensatz dazu ergaben sich für die Gesamt- und Zusatzbelastung und die Luftfeuchtigkeit keine signifikanten Abhängigkeiten. Für zwei unterschiedliche Straßen wurden die PM10-Emissionsfaktoren bei Regenereignissen berechnet. Dabei wurden in der Schildhornstraße während Niederschlag im Mittel um ca. 14 % niedrigere Emissionsfaktoren beobachtet als vor dem Niederschlag. Eine Wirkung des Niederschlages auf die PM10-Emission war bis zu 7 Stunden nach dem Ereignis festzustellen. In der Frankfurter Allee lagen die PM10-Emissionsfaktoren zwischen 13 % und 30 % niedriger als vor den Regenstunden, wobei der Effekt hier bis ca. 2-3 Stunden nach dem Niederschlagsereignis andauerte. Für die Länge des Niederschlagsereignisses und die Abnahme der PM10-Emissionen konnte keine bzw. eine geringe positive Korrelation festgestellt werden. Die ermittelten Emissionsfaktoren zeigten mit der Fahrzeuggeschwindigkeit eine positive und mit dem Fahrzeugaufkommen eine negative Korrelation. Die Autorin stellt fest, dass die bestimmten Reduktionen der PM10-Emissionen deutlich unter den in der Literatur oder von der US-EPA angegebenen Annahmen lagen und gibt zu berücksichtigen, dass die potentielle Emissionsminderung auch von der Beschaffenheit der Oberfläche der einzelnen Straßen abhängt. 21