Flughafeninduzierte Emissionen und Immissionen 2015 Flughafen Düsseldorf

Transkript

1 Flughafeninduzierte Emissionen und Immissionen 2015 Flughafen Düsseldorf Flughafen Düsseldorf Nachbarschaftsdialog, Umwelt und Nachhaltigkeit

2 In diesem Bericht werden die Abgasemissionen und die dadurch verursachten Immissionen der verschiedenen Quellen am Flughafen Düsseldorf für das Jahr 2015 dargestellt und die Berechnungsweise umrissen. Betrachtet werden die Komponenten Stickstoffdioxid (NO2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Schwefeldioxid (SO2), Benzol (C6H6) und Feinstaub (Partikel mit einem Durchmesser < 10 µm, PM10 bzw. Partikel mit einem Durchmesser < 2,5 µm, PM2,5). Zur Berechnung der Emissionen wurde das Programm LASPORT, in der neuen Version , benutzt. Folgende Quellen am Flughafen Düsseldorf wurden erfasst: der Flugverkehr während des LTO-Zyklus Triebwerksstarts, Triebwerksprobeläufe, Enteisungsvorgänge der APU-Betrieb (Hilfsgasturbinen), GPU (Ground Power Unit=Bodenstromgerät)-Betrieb der landseitige Kfz-Verkehr durch Beschäftigte, Passagiere, Besucher und Fracht inkl. Kfz-Emissionen auf Parkplätzen und in Parkhäusern der luftseitige Kfz-Verkehr und die Servicegeräte auf dem Vorfeld (Abfertigung) die Heizanlagen und Betankungsvorgänge 1. Emissionen 1.1 Emissionen des Flugverkehrs während des LTO-Zyklus Der Berechnung der Abgasemissionen des Flugverkehrs auf dem Flughafen Düsseldorf liegen die aktuellen, täglichen Verkehrsdaten zugrunde. Zu jedem Flugzeug wurde auf die zentrale triebwerksbezogene Datenbank (Reg-EV) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), die auch zur emissionsabhängigen Landeentgeltberechnung herangezogen wird, zurückgegriffen, um die zugehörige Triebwerksbestückung zu ermitteln. Nach Ermittlung der Triebwerksbestückung werden die Emissionsindizes für Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Gesamtkohlenwasserstoffe (HC) unter Zuhilfenahme folgender Informationsdatenbanken ICAO engine emissions Databank FOI Aircraft engine emissions Database ermittelt. Liegen keine Emissionsdaten in den berücksichtigten Datenbanken für das jeweilige Triebwerk vor, so wird in Abhängigkeit der Größe des Flugzeuges auf die in LASPORT hinterlegten Gruppenwerte zurückgegriffen. Diese basieren (bis auf die Hubschrauber) auf einer statistischen Auswertung auf Basis der tatsächlich vorliegenden Flugzeug-Triebwerk-Kombinationen für die Jahre 2010 bis 2015 am Flughafen Düsseldorf. Der Rückgriff auf Gruppenemissionswerte ist für Strahltriebwerke aber nur äußerst selten der Fall. Da für die Allgemeine Luftfahrt nur sehr wenige Emissionsfaktoren vorliegen, werden hier öfter die hinterlegten Standard LASPORT Gruppenwerte benutzt. Für die Hubschrauber wird immer auf die Standard Gruppenemissionswerte zurückgegriffen. Die Standardwerte basieren auf Erhebungen des Flughafens Zürich. Die Berechnung der Abgasemissionen erfolgte mit Hilfe der Bewegungszahlen und der einzelnen Verweilzeiten in den unterschiedlichen Betriebszuständen unter Berücksichtigung der Steigflugprofile der AzB (Anleitung zur Berechnung von Fluglärm). Dabei ist zu beachten, dass die Helikopter Einzelprofile nur im unteren Abschnitt genau der AzB entsprechen. Da nach AzB die Helikopter ab einem Referenzpunkt in konstanter Höhe von ca. 400 m weiterfliegen, wurde in Lasport 2.2 ab diesem Punkt ein flacheres Ansteigen über einige Kilometer angesetzt. Sollte in seltenen Fällen keine Zuordnung zu den Einzelprofilen der AzB möglich sein, wird auf die hinterlegten Gruppenprofile zurückgegriffen. Die Standard-Gruppenprofile entsprechen jeweils einem der AzB-Profile. Die B777 gehört zur AzB Klasse S6.1. Damit würde sie standardmäßig in Lasport zur Gruppe Medium zugeordnet. Sie wird in DUS aber der Gruppe Large zugeordnet (aber mit Steigprofil S6.1). 2

3 In LASPORT wird der Landing-Take off-zyklus (LTO-Zyklus) in sechs Betriebsphasen unterteilt: Idle ( Rollen vor dem Start und nach der Landung ) aktuelle Rollzeit Approach Final (Landeanflug ab 915 m Höhe bis Aufsetzen auf der Bahn) Approach Ground (Ausrollen auf der Bahn aber mit Approach Emissionsfaktoren) Take Off ( Start auf der Bahn bis zum Abheben ) Climb Initial ( Steigflug bis 457,2 m Höhe) Climb Final ( Steigflug von 457,2 m bis 915 m Höhe) Bei den Hubschrauberbewegungen entfallen die Betriebsmodi Approach Ground, Take off und Climb Initial. Während des Approach Ground wird mit den Emissionsfaktoren des Modus Approach gerechnet, um eventuelle Umkehrschübe zu berücksichtigen (worst case Abschätzung). Die Approach Ground Zeit auf der Start- und Landebahn wird aus den Idlezeiten herausgerechnet. Die Betrachtungsgrenze der Emissionsberechnung des LTO - Zyklus liegt bei ca ft ( = 915 m ) Flughöhe. Die durchschnittliche Rollzeit am Flughafen Düsseldorf beträgt von der Landung bis zum Andocken ca. 4-5 Minuten und vom Abdocken bis zum Start ca Minuten. Die ICAO Datenbank enthält nur Werte für Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) (=Summe aus NO und NO2). Der primäre NO2-Anteil im NOx wird mit 15% angesetzt. Die Emissionsfaktoren für PM10 wurden mit der FOA3 Methode (First Order Approximation v3.0 Method for Estimating PM Emissions from Aircraft Engines) entsprechend der Beschreibung im ICAO Airport Air Quality Guidance Manual berechnet. Da die Partikelemissionen der Triebwerke sehr klein sind, kann man davon ausgehen, dass die PM2,5 Emissionen den PM10 Emissionen entsprechen. Der SO2 Emissionsfaktor ist abhängig vom Schwefelgehalt des Kerosins und wurde in Anlehnung auf den von Eurocontrol ermittelten Wert von 0,84 g/kg auf 0,8 g/kg gesetzt. Dies ist eine worst-case Abschätzung. Das Umweltbundesamt rechnet seit 2009 mit einem Faktor von 0,2 g/kg für deutsches Kerosin. Die Benzol Emissionen werden mit 3 % der Kohlenwasserstoffemissionen abgeschätzt. Folgende Emissionsmengen (t) wurden im Jahr 2015 durch den Flugverkehr ( Bewegungen) bis 915 m Höhe verursacht: NOx HC CO SO2 PM10/PM2,5 Benzol 950,94 59,44 566,76 55,11 6,52 1, Triebwerksstarts Beim Starten von Triebwerken wird unverbranntes Kerosin freigesetzt. Die entsprechenden Kohlenwasserstoffemissionsfaktoren werden pro Flugzeug nach der Methode des ICAO Manuals berechnet oder, falls dies nicht möglich ist, aus der LASPORT Datenbank übernommen. Anschließend wird der Gruppenwert berechnet. Folgende Gruppenemissionsfaktoren wurden für das Jahr 2015 ermittelt: Flugzeuggruppe HC kg/start pro Flugzeug Groß 0,70 MTOW*>300t, z.b. DC10, MD11, B747 Mittel 0,44 MTOW > 120t, z.b. A330, B763 Klein 0,28 MTOW > 50t, z.b. A300, B738 Regional 0,23 MTOW < 50t, z.b. BA46, E145 Business 0,22 MTOW < 34t, z.b. C550, F900 Turboprop 0,19 Turboprops, z.b. SB20, D328 Propeller 0,18 Propellermaschinen, z.b. PA28, C150 Heli groß 0,18 (Standardgruppenwert) Hubschrauber, MTOW > 5t Heli klein 0,09 (Standardgruppenwert) Hubschrauber, MTOW < 5t *MTOW: maximales zulässiges Abfluggewicht 3

4 Insgesamt wurden im Jahre ,51 t Kohlenwasserstoffe durch Triebwerksanlassvorgänge emittiert. 1.3 Probeläufe Die Triebwerksprobeläufe finden hauptsächlich in der Lärmschutzhalle statt. Bei ungünstigen Anströmbedingungen in der Lärmschutzhalle können Triebwerkstestläufe aber auch im Freien erfolgen. Diese machen ca. 2-3 % der gesamten Triebwerkstestläufe aus und erfolgen im Bereich des östlichen Vorfeldes in Höhe der Hallen 7 und 8 und am Startbahnkopf 23R (s. Abbildung unten). Aufgrund der geringen Anzahl werden die Probeläufe im Freien nicht berücksichtigt. Für die Probeläufe in der Halle wird eine Gesamtanzahl von 812 Läufen abgeschätzt (Mittelwert ). In der Realität waren es am Ende des Jahres nur 771. Die Emissionen der Halle werden in 20m Höhe über die Dachöffnung oberhalb der Prallwand emittiert. Lage der Bereiche für die Triebwerksprobeläufe (Quelle: MBBM2016 Flughafen Düsseldorf Planfeststellungsverfahren zur Kapazitätserweiterung; Luftqualitätsgutachten) Da die Betriebszustände während der Probeläufe nicht bekannt sind, wird zur Berechnung der Emissionen pro Triebwerkstestlauf im Mittel von einer 10 minütigen Emissionsdauer im Betriebszustand idle und von einer Minute im Betriebszustand take off ausgegangen. Zusätzlich wird für jeden Triebwerkstestlauf und auch für jeden Idlelauf (s.u.) ein Triebwerksstartvorgang mit den zugehörigen Emissionen berücksichtigt. Die Verteilung der Triebwerkstestläufe auf die einzelnen Flugzeuggruppen erfolgt in Anlehnung an die aktuellen Verteilungsmuster der Triebwerkstestläufe der letzten Jahre ( ) wie folgt: - large 1,11 % - medium 5,69 % - small 24,18 % - regional 53,24 % - turboprop 13,77 % - piston 2,02 % An den verschiedenen Abfertigungspositionen werden hin und wieder auch Idle-Läufe (Systemtests) von max. 5 Minuten Dauer durchgeführt. Durchschnittlich werden pro Tag ca. drei Systemtests in der Nachtzeit (22:00 Uhr bis 6:00 Uhr) und ca. drei Systemtests in der Tagzeit (6:00 Uhr bis 22:00 Uhr) durchgeführt. 4

5 Die Emissionen der Idleläufe werden konservativ unter Ansatz der Emissionsfaktoren für die Flugzeuggruppe medium im Betriebszustand idle ermittelt und gleichmäßig auf die Vorfeldbereiche West und Ost verteilt. Die Abschätzung ergibt folgende Emissionsmengen für die Idle- und Probeläufe: t Idleläufe Probeläufe Halle Summe HC 1,67 0,57 2,24 NOx 1,28 1,95 3,23 CO 6,3 2,3 8,6 PM10/PM2,5 0,02 0,02 0,04 SO2 0,23 0,13 0,36 Benzol 0,021 0,01 0, Emissionen der APU (auxiliary power unit) und GPU (ground power unit) Luftfahrzeuge benötigen während der Abfertigung am Boden Energie zum Betrieb ihrer Systeme. So ist zum einen Energie zur Versorgung der elektrischen Systeme des Flugzeuges und zum anderen klimatisierte Luft für das Beheizen bzw. Kühlen der Kabine, des Cockpits und des Frachtraumes erforderlich. Die benötigte Energie kann den Luftfahrzeugen hierbei durch interne und externe Systeme zur Verfügung gestellt werden. Externe Systeme existieren in Form mobiler Aggregate (GPU) sowie als fest installierte Systeme: Bodenstromversorgungssysteme (Stationary Ground Power: SGP) und stationäre Klimaversorgung (Pre-Conditioned-Air System: PCA). Während mobile Aggregate die benötigte Energie mit Hilfe von Dieselmotoren erzeugen, beziehen stationäre Systeme diese aus dem Energienetz des Flughafens, welches wiederum durch flughafeneigene Kraftwerke oder durch das öffentliche Netz der Energieversorgungsunternehmen gespeist wird. Am Flughafen Düsseldorf wird keine stationäre Klimaversorgung verwendet. Der Flughafen Düsseldorf besitzt 27 Gate Positionen und 59 Außenpositionen (Ramps, ohne GAT), wobei einige Positionen Mehrfachpositionen sind und aufgrund von Bautätigkeiten etc. nicht immer alle Positionen nutzbar sind. Die Gates sind mit einer stationären Bodenstromversorgung (SGP) ausgestattet. Die Außenpositionen können nahezu vollständig mit GPUs bestückt werden. Man kann in der Realität etwa von einer ca. 80 prozentigen GPU Nutzung zur Stromversorgung an den Außenpositionen ausgehen. Zur Klimaversorgung, sofern diese aufgrund meteorologischer Gegebenheiten erforderlich ist, werden am Flughafen Düsseldorf die APUs benutzt. Teilweise werden aber auch gleichzeitig APU und GPU (bzw. SGP) benutzt. Zum Starten der Triebwerke werden die APUs immer benötigt. Detaillierte Informationen über die Nutzung der verschiedenen Energie- und Klimasysteme liegen nicht vor. Aus diesem Grund müssen für die Emissionsberechnung Annahmen und z. T. Verallgemeinerungen vorgenommen werden. Für die Emissionsberechnung wurden folgende Benutzungszeiten pro Abfertigung in Abhängigkeit der Größe des Flugzeuges abgeschätzt: Bei den APU Emissionen werden entsprechend des ICAO Manuals drei Lastzustände berücksichtigt: Normal Running: Start and Stabilisation: 180 Sekunden (jeweils nach der Landung und vor dem Start) Triebwerksstart: 140 Sekunden für große Flugzeuge und 35 Sekunden sonst. Gemäß AzB werden als Gesamt APU-Laufzeiten für jede Luftfahrzeugklasse, ausgenommen Luftfahrzeugklassen ohne APU (z.b. Propellermaschinen, Helikopter), verwendet: - 30 Minuten vor dem Start - 15 Minuten nach der Landung 5

6 So dass folgende Laufzeiten berücksichtigt werden: Large APU Start u. Start-up 180s = 3min 180s = 3min Stablilisation Flugzeug Vorbereitung Normal Running 30 min 3min - 0,6 min=26,4min 30min-3min- 2,3min=24,7min Triebwerksstart High load 35s=0,6min 140s=2,4min Flugzeugnachbereitung Normal Running 15min 3min=12min 15min 3min=12min Dies ist eine worst case Abschätzung. In der LASPORT Datenbank sind die Daten für sieben verschiedene APUs hinterlegt, die - wenn möglich - den entsprechenden Flugzeugen zugeordnet werden. Aus diesen Werten werden dann die Gruppenwerte ermittelt. Der Treibstoffverbrauch der APUs und die Emissionsfaktoren basieren auf dem ICAO Manual. Ermittelte APU Emissionsfaktoren für 2015: Treibstoffverbrauch (kg/h): Flugzeuge Start/Stabilisation Triebwerksstart Normal Running Large 141,24 264,08 210,71 Medium 105,00 200,00 180,00 Small 75,02 125,05 100,03 Regional 52,53 107,95 91,68 Business 50,00 105,00 90,00 Stickoxide (g/kg): Flugzeuge Start/Stabilisation Triebwerksstart Normal Running Large 7,27 12,04 11,33 Medium 7,60 10,46 9,76 Small 4,86 8,13 8,06 Regional 5,68 5,55 5,49 Business 5,48 5,05 5,02 Kohlenwasserstoffe (g/kg): Flugzeuge Start/Stabilisation Triebwerksstart Normal Running Large 1,47 0,26 0,35 Medium 2,31 0,30 0,39 Small 35,37 0,73 0,94 Regional 2,03 0,38 0,47 Business 2,14 0,40 0,49 Kohlenmonoxid (g/kg): Flugzeuge Start/Stabilisation Triebwerksstart Normal Running Large 8,98 0,82 0,94 Medium 9,35 1,20 1,38 Small 49,67 3,96 4,19 Regional 19,83 7,18 8,29 Business 20,38 7,67 8,88 6

7 Feinstaub (g/kg): Flugzeuge Start/Stabilisation Triebwerksstart Normal running Large 0,23 0,12 0,15 Medium 0,32 0,17 0,19 Small 0,44 0,27 0,33 Regional 0,63 0,31 0,36 Business 0,67 0,32 0,37 Benzol wird mit 3% der HC Emissionen angesetzt und SO2 mit 0,8 g/kg Treibstoff. Basierend auf einer Auswertung der GPU-Laufzeiten (ohne Drittabfertiger) für das Jahr 2012 wurden als Mittel über alle Außenpositionen folgende GPU-Laufzeiten für die betrachteten Szenarien angesetzt: GPU-Laufzeiten im Bereich der Außenpositionen. Flugzeuggruppe GPU-Laufzeiten in Minuten im Bereich der Außenpositionen nach Landung vor Start Large Medium Small Regional Business Truboprop An den Terminalpositionen erfolgt kein GPU-Einsatz, da hier eine stationäre Stromversorgung vorhanden ist. Für die GPUs sind folgende Emissionsfaktoren in LASPORT 2.2 hinterlegt (sie basieren auf Erhebungen des Flughafens Zürich): Treibstoffverbrauch: 6,07 kg/h NOx: 13,1 g/kg HC: 1,09 g/kg, Benzol: 0,03 g/kg (3% von HC) CO: 4,48 g/kg SO2: 0,02 g/kg PM10: 0,692 g/kg Folgende Emissionsmengen (t) ergeben sich: NOx HC CO SO2 PM10/PM2,5 Benzol APU 53,70 21,86 57,30 5,72 2,37 0,66 GPU 4,27 0,36 1,46 0,01 0,23 0, Betankungsemissionen Eine weitere Emissionsquelle bildet die Flugzeugbetankung. Bei der Umfüllung des Treibstoffs kommt es in Abhängigkeit des verwendeten Systems zu Verdampfungsemissionen an Kohlenwasserstoffen (HC). Dies gilt sowohl für die Befüllung der Vorratstanks am Tanklager sowie für die Tanks der Flugzeuge. Die Betankungsemissionen fallen somit mehrmals an. Nach der Anlieferung per LKW wird der Kraftstoff zunächst in konventionelle Vorratstanks beim Tanklager gefüllt. Danach werden Tanklaster gefüllt, die mit dem Treibstoff auf das Vorfeld fahren und dort vor Ort das Flugzeug betanken. Die Betankungsemissionen von Kerosin fallen am Flughafen Düsseldorf somit zweimal am Tanklager an und einmal beim jeweiligen Flugzeug. Auf Basis von Dampfdruck und Sättigungskonzentration für Kerosin für eine mittlere Temperatur von 15 C ist von einer Kohlenwasserstoff Emission von ca. 0,01 kg pro m3 Verdrängungsluft auszugehen. 7

8 Aus der jährlichen Betankungsmenge von rund m 3 am Tanklager für Kerosin ergeben sich am Tanklager 16 t HC Verdampfungsemissionen. Die darin enthaltene Benzolmenge lässt sich auf ca. 0,006 kg Benzol/kgC abschätzen. Die Emissionen beim Betanken der Flugzeuge werden über die Emissionsansätze für die Flugzeugabfertigung pauschal mit 0,06 kg HC pro Flugzeug (Gruppen Groß Turboprop) berücksichtigt. An der Betriebstankstelle auf dem Vorfeld werden an Treibstoffmengen ca. 1,9 Mio Liter vertankt. Als Emissionsfaktor für die Kohlenwasserstoffe wird ein Faktor von 2,4g Kohlenwasserstoffe / l Treibstoff und ein Benzolgehalt von 0,004kg/kg Kohlenwasserstoffe angenommen. HC(t) Benzol (t) Tanklager 16,0 0,06 Tankstelle Vorfeld 4,56 0, Flugzeug-Enteisung In den Wintermonaten treten Emissionen im Rahmen der Flugzeugabfertigung während der Enteisungsvorgänge auf. Hierbei entstehen zum einen Emissionen aus der Verwendung der eingesetzten Enteisungsmittel, welche Propylenglykol enthalten, und zum anderen aus den Standzeiten der Flugzeuge während des Enteisungsprozesses sowie dem Betrieb der Enteisungsfahrzeuge. Emissionen aus Enteisungsvorgängen lassen sich nur schwer abschätzen, da der Bedarf an Enteisungsvorgängen sehr stark witterungsabhängig ist und hohen jährlichen Schwankungen unterliegt Auf der Basis der Erfahrungswerte der letzten Jahre wurde die Anzahl der Enteisungsvorgänge mit und die Menge des Enteisungsmittels mit 800 m³ veranschlagt. Die Dauer der Enteisungsvorgänge variiert je nach Flugzeuggröße und Wetterbedingungen zwischen 6 und 28 Minuten. Für die Abschätzung wird von einer mittleren Dauer von 15 Minuten pro Enteisungsvorgang ausgegangen. Dabei wurden die Emissionen der Flugzeugtriebwerke konservativ unter Ansatz der Emissionsfaktoren für die Flugzeuggruppe medium im Betriebszustand idle ermittelt. Die Berechnung der Schadstoffemissionen der Enteisungsfahrzeuge erfolgte unter Heranziehung der hinterlegten Emissionsdaten für 2015 für HGV (Lastkraftwagen) während der Verkehrssituation A1 (s.u.). Pro Enteisungsvorgang wurde von dem Einsatz zweier Enteisungsfahrzeuge ausgegangen. Folgende Emissionsmengen (t) errechneten sich 2015: NOx HC CO SO2 PM10/PM2,5 Benzol Enteisung 3,96 2,15 19,17 0,71 0,068 0,064 Ost Enteisung West 1,39 0,75 6,74 0,25 0,024 0,022 Dabei teilen sich die Emissionen je auf einen Bereich im westlichen (26%) und einen Bereich im östlichen (74%) Vorfeld. 8

9 Lage der Flächen der Vorfeldenteisung 1.6 Emissionen des Vorfeldbereiches Die zur Abwicklung des Flugbetriebes benötigten Fahrzeuge und Geräte auf dem Vorfeld müssen bei der Emissionsbilanzierung ebenfalls berücksichtigt werden. Zum abfertigungsbezogenen Verkehr zählen z.b. die Fahrten und Nutzungsdauern von Crewbussen, Gepäckförderbändern, Lastkarren, Bussen, Hubbühnen etc. Diese Emissionen werden in Lasport als flugbewegungsabhängige Handling- Emissionen berücksichtigt. Die Emissionsfaktoren pro Flugzeug (kg/flz) wurden dem Ausbreitungsmodell LASPORT entnommen und basieren auf Erhebungen des Flughafens Zürich. Die abfertigungsabhängigen Vorfeldemissionen im Jahr 2015 errechnen sich zu: NOx (t) HC (t)* CO (t) SO2 (t) PM10/PM2,5 Benzol (t) (t) Abfertigung 29,82 8,79 12,41 0,02 1,64 0,13 *Inkl. der Betankungsemissionen der Flugzeuge (s.o.) Zusätzlich finden auf den Vorfeldhauptstraßenzügen allgemeine Fahrten statt. Die berücksichtigten Verkehrszahlen basieren auf den Ergebnissen einer Verkehrszähling im Vorfeldbereich im Jahr Die Emissionsfaktoren mit dem Bezugsjahr 2015 sind in LASPORT hinterlegt und stammen aus der neuen HBEFA 3.2 (s.u.) Datenbank (wobei PM10=PM2,5 angenommen wurde). Es wurde unterschieden nach PC (PKW), LNF (leichte Nutzfahrzeuge), HGV (Lastkraftwagen) und Bussen (100% Linienbusse). Folgende Straßenszenarien können vorfeldseitig berücksichtigt werden (je nach Auswahl unterscheiden sich die Emissionsfaktoren): LASPORT Beschreibung HBEFA 3.2 Verkehrssituation A1 Airside movement Agglo/Erschliessung/30/stop+go Area A2 Airside terminal Agglo/Erschliessung/30/gesättigt area A3 Airside by-pass Agglo/Erschliessung/30/flüssig 9

10 Zusätzlich wurden erstmalig für PM10 und PM2,5 die nicht motorbedingten Emissionen durch Aufwirbelung und Abrieb berücksichtigt (Lohmeyer 2011): LASPORT PM10 Auf/Ab für PC, LNF mg/km PM10 Auf/Ab für HGV, Bus mg/km PM2,5 Auf/Ab für PC g/km PM2,5 Auf/Ab für LNF g/km PM2,5 Auf/Ab für HGV, Bus g/km A ,0115 0,016 0,052 A ,0115 0,016 0,052 A ,0115 0,016 0,052 Die Einfahrtsbereiche an Tor 1 und Tor 36 wurden auch noch der Vorfeldseite zugerechnet (A2). Ebenso wurden pro Tag jeweils 183,5 Hin- und Rückfahrten für die Tankwagen des Tanklagers zum Vorfeld berücksichtigt. Der primäre NO2-Anteil im NOx wird bei den Fahrzeuggruppen durch Berücksichtigung der NO2 Emissionsfaktoren aus der HBEFA Datenbank berücksichtigt. Vorfeldverkehrsemissionen 2015: NOx (t) HC (t) CO (t) SO2 (t) PM10 (t) Benzol (t) PM2,5 (t) Luftseitiger Verkehr 25,68 0,76 6,71 0,02 3,49 0,02 0,70 (inkl. Feinstaub Abrieb + Aufwirbelung) 1.7 Emissionen durch Heizanlagen Die Flughafen Düsseldorf GmbH betreibt mehrere Heizanlagen, wobei das hier berücksichtigte Heizwerk 3 den Hauptteil der Gesamtheizleistung erbringt. Es wird hauptsächlich mit Erdgas betrieben. Auf Wunsch der Stadtwerke kann eine Umstellung auf leichtes Heizöl erfolgen. Zusätzlich werden die Emissionen der beiden Blockheizkraftwerke berücksichtigt. Jahresemissionen des Heizwerks und der Blockheizkraftwerke: NOx (t) HC (t) CO (t) SO2 (t) PM10 (t) PM2,5 (t) Heizwerk 3 11,37-0,15 2,71 0,003 0,005 BHKW 1 u. 2 19,38-3, Es wird davon ausgegangen, dass 70% der Heizwerkemissionen im Winterhalbjahr und 30% im Sommerhalbjahr emittiert wird. Die Emissionen des BHKWs wurden gleichmäßig über das ganze Jahr verteilt. 10

11 pink: Bereiche der Idleläufe (s.o.), Tanklager, Lärmschutzhalle, Tankstelle, HW3 u. BHKW grün: Vorfeldstraßen 1.8 Emissionen des landseitigen Kfz-Verkehrs Für die Emissionsberechnung des landseitigen flughafeninduzierten Straßenverkehrs wurde auf die Verkehrsmengen des Luftqualitätsgutachtens für das Jahr 2027 von Muveda zurückgegriffen. Da die Daten aus dem Gutachten eine zukünftige Prognose darstellen, wurde mittels des künftigen und des gegenwärtigen Passagieraufkommens ein Faktor ermittelt, um das Verkehrsaufkommen für den gegenwärtigen Zustand abzuschätzen. Ebenso wie beim luftseitigen Verkehr wurden vier Fahrzeugkategorien berücksichtigt (PC, LNF, HGV, Bus, wobei Bus= 50% Linienbusse, 50% Reisebusse). Folgende Straßenszenarien wurden landseitig berücksichtigt (je nach Auswahl unterscheiden sich die Emissionsfaktoren): LASPORT Beschreibung HBEFA 3.2 Verkehrssituation L1 Landside Agglo/AB-Nat/100/dicht motorway feeder L2 Landside main Agglo/FernStr-Nat/70/flüssig road feeder L3 Landside give Agglo/HVS/50/flüssig away area L4 Landside Agglo/Erschließung/30/gesättigt parking access L5 Landside parking Agglo/Erschließung/30/stop+go Zusätzlich wurden für PM10 und PM2,5 die nicht motorbedingten Emissionen durch Aufwirbelung und Abrieb berücksichtigt (Lohmeyer 2011): LASPORT PM10 Auf/Ab für PC, LNF mg/km PM10 Auf/Ab für HGV, Bus mg/km PM2,5 Auf/Ab für PC g/km PM2,5 Auf/Ab für LNF g/km PM2,5 Auf/Ab für HGV, Bus g/km L ,0115 0,016 0,052 L ,0115 0,016 0,052 L ,0115 0,016 0,052 L ,0115 0,016 0,052 L ,0115 0,016 0,052 11

12 Bei den Straßenszenarien L4 und L5 wurde außerdem ein Kaltstartanteil von 22% bzw. 50% bei den PKWs und leichten Nutzfahrzeugen berücksichtigt. Auch hier wurde der primäre NO2-Anteil im NOx bei den Fahrzeuggruppen durch Angabe der NO2 Emissionsfaktoren aus der HBEFA Datenbank berücksichtigt. Die Emissionsfaktoren des Kfz-Verkehrs entstammen dem Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (HBEFA) Version 3.2 vom Umweltbundesamt Berlin für das Basisjahr 2015 und sind in Lasport hinterlegt. Landseitige Verkehrsemissionen 2015: NOx (t) landseitiger 111,73 Verkehr HC (t) 20,31 CO (t) 141,77 SO2 (t) 0,25 (inkl. Feinstaub Abrieb + Aufwirbelung) Folgende Straßen (blau) wurden landseitig berücksichtigt: 12 PM10 (t) 13,69 Benzol (t) 1,31 PM2,5 (t) 5,63

13 1.9 Parkemissionen des Kfz-Verkehrs Zusätzlich wurde berücksichtigt, dass auch die zum Parken abgestellten Fahrzeuge bei der Zufahrt, beim Abstellen und bei der Abfahrt Schadstoffe emittieren. Als Straßenszenario wurde L5 gewählt (s.o.). Bei den Langzeitparkplätzen wurde die Kohlenwasserstoffemissionen durch Tankatmung mit 0,073 g HC pro Fahrzeug und Tag berücksichtigt. Für Verdampfungsemissionen nach dem Abstellen wurde bei allen Parkvorgängen der Faktor 0,033 g HC pro Stopp gewählt. Aufgrund der Daten für das Szenario für 2027 (Muveda 2015), der aktuellen Passagierzahlen, der aktuellen Belegungszahlen etc. wurden die Emissionen, die durch die Parkvorgänge des landseitigen Kfz-Verkehrs entstehen, für 2015 abgeschätzt. Folgende Emissionsmengen wurden berücksichtigt: Name NOX HC CO PM10 BNZ SOx PM25 p02_ph 0,52 1,07 5,04 0,04 0,07 0,00 0,02 p08_tg 0,13 0,27 1,29 0,01 0,02 0,00 0,01 p07_ph 0,09 0,20 0,90 0,01 0,01 0,00 0,00 mwz 0,27 0,55 2,60 0,02 0,03 0,00 0,01 p04_ph 0,12 0,25 1,14 0,01 0,02 0,00 0,00 p03_ph 0,70 1,43 6,79 0,06 0,09 0,00 0,03 p05_ph 0,09 0,18 0,84 0,01 0,01 0,00 0,00 p23_pp 0,01 0,03 0,14 0,00 0,00 0,00 0,00 p01_tg 0,23 0,47 2,21 0,02 0,03 0,00 0,01 p22_pp 0,00 0,01 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 p11_pp 0,03 0,07 0,32 0,00 0,00 0,00 0,00 p25_pp 0,00 0,01 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 p13_pp 0,00 0,01 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 p35_pp 0,00 0,01 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 p35a_pp 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 p37_pp 0,01 0,01 0,05 0,00 0,00 0,00 0,00 p38_pp 0,01 0,03 0,12 0,00 0,00 0,00 0,00 p24_pp 0,02 0,05 0,21 0,00 0,00 0,00 0,00 p26_pp 0,02 0,04 0,19 0,00 0,00 0,00 0,00 p33_pp 0,00 0,01 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 p20_pp 0,03 0,05 0,25 0,00 0,00 0,00 0,00 p12_pp 0,04 0,09 0,37 0,00 0,00 0,00 0,00 tg_verw 0,01 0,02 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 Parken 2,33 4,84 22,72 0,19 0,31 0,01 0,09 13

14 Lage der Parkplätze (orange) 1.9 Zusammenfassung Durch den Betrieb des Flughafens Düsseldorf wurden 2015 im Flughafenumfeld die untenstehenden Emissionsmengen in die Atmosphäre abgegeben: Flughafen Düsseldorf 2015 NOx CO HC SO2 % % % (t) (t) (t) (t) % PM10 (t) % PM2,5 (t) % Benzol (t) Flugverkehr 950,94 78,12 566,76 67,12 59,44 34,99 55,11 84,71 6,52 23,09 6,52 37,70 1,78 40,45 Triebwerksstarts 28,51 16,78 Probeläufe 2,69 0,22 5,37 0,64 1,36 0,80 0,26 0,40 0,03 0,11 0,03 0,17 0,03 0,68 APU 53,7 4,41 57,3 6,79 21,86 12,87 5,72 8,79 2,37 8,39 2,37 13,70 0,66 15,00 GPU 4,27 0,35 1,46 0,17 0,36 0,21 0,01 0,02 0,23 0,81 0,23 1,33 0,01 0,23 Tanklager 16 9,42 0,06 1,36 Tankstelle Vorfeld 4,56 2,68 0,02 0,45 Enteisung 5,38 0,44 25,88 3,06 3,11 1,83 0,95 1,46 0,08 0,28 0,08 0,46 0,07 1,59 Abfertigung 29,82 2,45 12,41 1,47 8,79 5,17 0,02 0,03 1,64 5,81 1,64 9,48 0,13 2,95 vorfelseitiger Verkehr 25,68 2,11 6,71 0,79 0,76 0,45 0,02 0,03 3,49 12,36 0,70 4,05 0,02 0,45 HW3 und BHKW 30,75 2,53 4,03 0,48 0,00 2,71 4,17 0,003 0,01 0,01 0,03 Kfz-Verkehr landseitig 111,73 9,18 141,77 16,79 20,31 11,95 0,25 0,38 13,69 48,47 5,63 32,55 1,31 29,77 Parken 2,33 0,19 22,72 2,69 4,84 2,85 0,01 0,02 0,19 0,67 0,09 0,52 0,31 7,05 Summe 1.217,29 100,00 844, ,9 100,00 65,06 100,00 28, ,00 17,30 100,00 4,4 100,00 % 14

15 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Emissionen 2015 Flughafen Düsseldorf NOx (%) CO (%) HC (%) SO2 (%) PM10 (%) C6H6 (%) Parken Kfz-Verkehr landseitig HW3 und BHKW vorfeldseitiger Verkehr Tankstelle Vorfeld Tanklager Abfertigung DPU 9nteisung Probeläufe APU Triebwerksstarts Clugverkehr 2. Immissionen Die oben berechneten Emissionen der verschiedenen flughafenbedingten Quellen dienen als Grundlage zur Ausbreitungsrechnung, um die dadurch verursachten Spurengaskonzentrationen in der Umgebung des Flughafens Düsseldorf zu untersuchen. Zur Ermittlung der durch die Abgasemissionen der flughafenbedingten Quellen verursachten Immissionsbelastung am und in der Umgebung des Flughafens Düsseldorf wird das Programmsystem LASPORT in der Version benutzt, welches im Auftrag und in Zusammenarbeit mit der ADV (Arbeitsgemeinschaft Deutscher Verkehrsflughäfen) entwickelt wurde. LASPORT basiert auf dem Ausbreitungsmodell LASAT (Lagrange Simulation von Aerosol Transport, VDI Richtlinie 3745 Blatt 3 Partikelmodelle ). LASAT ist ein Computermodell zur Berechnung der Ausbreitung von Spurenstoffen in der unteren Atmosphäre im lokalen und regionalen Bereich. Das Ausbreitungsmodell der neuen TA-Luft AUSTAL2000 beruht ebenfalls auf diesem Rechenalgorithmus. Die Ausbreitung von Luftverunreinigungen in der Atmosphäre wird im Wesentlichen von zwei Mechanismen bestimmt. Zum einen durch den Transport mit dem mittleren Windfeld, auch Advektion genannt, zum anderen durch den Transport aufgrund der Turbulenz der Atmosphäre, auch turbulente Diffusion genannt. Als Turbulenz werden kleinskalige unregelmäßige Schwankungen in der Atmosphäre bezeichnet, die in Abhängigkeit von der Rauhigkeit der Erdoberfläche und der thermischen Schichtung (Stabilität) der Atmosphäre unterschiedlich stark ausgeprägt sind. Die molekulare Diffusion, d.h. die ungeordnete Eigenbewegung der Moleküle, wird im Rahmen von Ausbreitungsmodellen i.a. wegen ihrer geringen Effektivität bei der Durchmischung der Luft gegenüber der turbulenten Diffusion vernachlässigt. Das Ausbreitungsmodell LASAT simuliert die turbulente Diffusion mit Hilfe eines Lagrange-Ansatzes. Die Abgaswolke, deren Ausbreitung simuliert werden soll, wird dabei durch eine Gruppe repräsentativer Stoffteilchen dargestellt. 15

16 Diese Teilchen werden einmal durch ein vorgegebenes mittleres Windfeld transportiert, vermischen sich aber auch mit der Umgebungsluft, was zu einem Auseinanderlaufen der Abgaswolke führt. Diese Vermischung wird durch einen Zufallsprozess (Markov-Prozess für die Orts- und Geschwindigkeitskomponente des Simulationsteilchens) simuliert. Das Ziel der Lagrange-Simulation ist es, eine Aussage über die räumliche Verteilung der emittierten Luftverunreinigungen zu erhalten. Einen Schätzwert für die Konzentration an einem bestimmten Aufpunkt erhält man, indem man ein großes Ensemble von Simulationsteilchen verfolgt, um den betrachteten Aufpunkt ein endliches Volumen legt, und überprüft, wie viele Teilchen sich in diesem Volumen aufhalten. Die Anzahl der Teilchen dividiert durch die Größe des Volumens ergibt die mittlere Teilchendichte in diesem Volumen. Da jedes Teilchen eine bestimmte Stoffmenge repräsentiert, kann man hieraus direkt die Spurengaskonzentration berechnen. Zur Bestimmung der Wettersituation steht am Flughafen Düsseldorf am westlichen Ende der Südbahn ein Ultraschallanemometer zur Verfügung. Damit lassen sich neben Windrichtung, Windgeschwindigkeit und Temperatur auch über die Monin-Obukov-Länge die Stabilität der Atmosphäre in 10 m Höhe erfassen. Es werden 10-Minuten-Mittelwerte abgespeichert. Das Gelände wird als eben und horizontal homogen angesehen. Die vorgegebenen gemessenen zeitabhängigen meteorologischen Größen werden als Eingabeparameter für ein ebenes Grenzschichtmodell benutzt, welches dann die benötigten dreidimensionalen meteorologischen Felder generiert. Die bodennahen Immissionen werden im Höhenbereich von 0-3 m berechnet. Im Programmsystem LASPORT können Emissionsquellen als Punkt-, Linien-, Flächen-, Raster- oder Volumenquellen definiert werden. Die horizontale Auflösung beträgt typischerweise 1 bis 3 % des gesamten Rechengebietes. Für den bei Teilchensimulationen immer auftretenden Stichprobenfehler (er kann durch Erhöhung der Teilchenzahl beliebig verringert werden, dadurch vergrößert sich aber die Rechenzeit) kann während der Ausbreitungsrechnung ein Schätzwert berechnet werden, der es dem Programm ermöglicht, die Fluktuationen in der berechneten dreidimensionalen Konzentrationsverteilung ohne systematische Verfälschungen zu glätten. 2.1 Flugverkehr Als Ausgangsbasis für die Immissionsberechnung des Flugverkehrs dienen die Verkehrsdaten, wobei für jede einzelne Flugbewegung anhand der Triebwerksbestückung die Emissionen der Komponenten Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC), Benzol (C6H6), Schwefeldioxid (SO2) und Partikel mit einem Durchmesser < 10 µm (PM10) während der verschiedenen Bewegungsphasen berechnet wurden (s.o.). Die Datensätze enthalten u.a. auch Informationen über die Parkposition der Flugzeuge, die Start- und Landebahn, die Start- und Landezeiten, on-block und off-block Zeiten, das AzB Steigflugprofil und die Ab- bzw. Anflugroute. Auch die Kleinflugzeuge der Allgemeinen Luftfahrt (General Aviation) und die zivilen Hubschrauber werden berücksichtigt. Die Kleinflugzeuge fliegen auf An- und Abflugstrecken nach Sichtflugregeln (Visual Flight Rules - VFR). Die entsprechenden Abflugrouten wurden dem Gutachten der Firma Airsight entnommen (s. Abb. 2a). Oft sind bei den Kleinflugzeugen die off-blockund Startzeit bzw. die on-block- und die Landezeit gleichgesetzt. Um Idlezeiten zu berücksichtigen werden in diesen Fällen pauschal 5 Minuten bzw. 3 Minuten Idle vorgegeben. Der Hubschrauberstart- und -landeplatz befindet sich vor dem GAT. Entsprechend dem Gutachten der Firma Airsight werden für die Hubschrauber drei Abflugrouten definiert (s. Abb. 2b). Sie führen ausgehend vom Start- und Landeplatz am GAT in Richtung Norden (NOVEMBER), Südosten (ECHO) und Südwesten (SIERRA). Da keine Angaben über die benutzte Route vorliegen, wird versucht, die Bewegungen gleichmäßig auf die drei Routen zu verteilen. Polizeihubschrauber werden nicht berücksichtigt. 16

17 Für die Ausbreitungsrechnung wird ein Gebiet von 12 km x 12 km Größe (s. Abb.2) mit einer Maschenweite von 250 m betrachtet. Es werden die Emissionen der Flugzeuge bis in 915 m Höhe (entsprechend des ICAO LTO-Zykus) oder bis zum Verlassen des Ausbreitungsgebietes in Abhängigkeit des Flugprofils berücksichtigt. Mittelpunkt ist die dem Flughafenbezugspunkt am nächsten liegende ganze Gauß-Krüger-Koordinate. Die Emissionen eines Flugzeuges werden über eine Volumenquelle modelliert, deren Position und Stärke in Form einer Zeitreihe festgelegt wird. Die Standardwert für die Quellbreite (Large, Medium, Small: 50 m und Rest: 25 m) wurde auf Basis typischer Turbinenabstände und der Unsicherheit in der genauen Bestimmung der Rollwege festgelegt. Mit der Vertikalausdehnung wird ansatzweise die thermische Überhöhung und Verwirbelung der Abgase aufgrund der Flugzeugbewegung berücksichtigt. Die Standardwerte (Large, Medium, Small: 25 m und Rest 12,5 m) wurde anhand von Vergleichsrechnungen mit dem Abgasfahnenmodell PLURIS3 abgeschätzt. Die Quellunterkante wird durch die Steig- und Anflugprofile und den Vertikalversatz festgelegt. Mit dem Vertikalversatz kann die Absenkung der austretenden Abgasfahne aufgrund der Wirbelschleppen hinter dem Flugzeug berücksichtigt werden. Der Standardwert für die Lastzustände Approach und ClimbOut wurde auf Basis von Literaturwerten abgeschätzt. Der vertikale Versatz nach unten, zur Berücksichtigung der Abwärtsbewegung der Abgasfahne durch die Wirbelschleppen, beträgt für die Flugzeuggruppen Large, Medium, Small sowohl im Approach- als auch im Climb out Modus 100 m (für die anderen Gruppen 50 Meter) obwohl aufgrund der Klappenstellung der landenden Flugzeuge hier die Wirbelschleppen stärker ausgeprägt sind als beim Starten. Im Climb out Modus sollen mit dem vertikalen Versatz zusätzlich auch die schräg nach unten gerichteten Triebwerke während des Steigfluges berücksichtigt werden. Mit der Austrittsgeschwindigkeit und den dreidimensionalen Geschwindigkeitsfluktuationen können Impuls und Eigenturbulenz der austretenden Abgase berücksichtigt werden. Die Standardparameter wurden durch Vergleiche von Ausbreitungsrechnungen mit DOAS-Messungen am Flughafen Düsseldorf festgelegt. Die Anfangsgeschwindigkeit und die Fluktuation sind abhängig vom Betriebszustand und fallen exponentiell mit einer vorgebbaren Zeitkonstanten ab. (Für Hubschrauberbewegungen liegen keine Werte vor). Beim Anflug wird von einer geradlinigen Bahn mit dem vorgegebenen Neigungswinkel von 3 ausgegangen (Hubschrauber 6 ). Der Aufsetzpunkt liegt 300 m hinter der Landeschwelle, die sich bei der Nord- und der Südbahn jeweils 300 m vom Bahnende entfernt befindet. Die Ausrollzeit auf der Landebahn ist die Zeit, die benötigt wird, um mit der halben Anfluggeschwindigkeit vom Aufsetzpunkt bis zum ersten Punkt des Rollweges zu gelangen. Sie wird von den Zeiten der Verkehrsdaten herausgerechnet. Auf den Rollwegen sind die Zeiten durch die mittlere Rollgeschwindigkeit und den räumlichen Abstand der Stützpunkte gegeben. Die Rollgeschwindigkeit ergibt sich aus der Länge des Rollweges und der benötigten Zeit. Beim Abflug wird die Flugbahn vom Startrollbeginn ausgehend, in Abhängigkeit von der Flugroute (s. Abb. 2) berechnet, wobei unterschiedliche Steigflugprofile auf Basis der Steigflugprofile gemäß der Anleitung zur Berechnung von Lärmschutzbereichen nach Fluglärmgesetz (AzB) verwendet werden (Abb. 3) (Ausnahme Hubschrauber s.o.). Die verschiedenen einzelnen Vorfeldpositionen der Flugzeuge wurden zu 20 Positionsbereichen zusammengefasst. Der Rollweg wird entsprechend der Angabe über Parkposition bzw. Vorfeldposition und benutzter Start-/Landebahn herausgesucht. 17

18 pink: Vorfeldpositionen grün: Rollwege rot: Heizwerke, Tanklager blau: Vorfeldstraßen Die von den Triebwerken emittierten Stickoxide bestehen hauptsächlich aus Stickstoffmonoxid (NO). Standardmäßig werden aber die Emissionen der Stickoxide als NOx (Summe aus NO2 und NO) vorgegeben, wobei angenommen wird, dass der primäre NO2-Anteil im NOx 15% ist. Zur Berechnung der NO und NO2 Immissionen wird die chemische Umsetzung von NO nach NO2 gemäß Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 als Umsetzung erster Ordnung mit empirisch ermittelten mittleren Lebensdauern von NO modelliert. Die Lebensdauern wurden aus Kraftwerksfahnen-Messungen bestimmt und hängen von der atmosphärischen Schichtungsstabilität ab. Abbauprozesse der Spurengase, wie trockene oder nasse Deposition werden nicht berücksichtigt. Die Rauhigkeitslänge bei den Ausbreitungsrechnungen wird mit 0,3 m vorgegeben. In Abhängigkeit der gemessenen Monin-Obukhof-Länge (s.o.) und der Rauhigkeitslänge wird die Mischungsschichthöhe ermittelt. Da hauptsächlich die Immissionssituation in Bodennähe interessiert, werden standardmäßig nur die Immissionen in der untersten vertikalen Schicht, d.h. von 0-3 m Höhe berechnet (s.o.) APU, GPU, Abfertigung, vorfeldseitiger Verkehr Die Flugzeug-Hilfsaggregate (auxiliary power units, APU) auf den Standplätzen werden als Volumenquellen mit einer horizontalen Ausdehnung entsprechend den Standflächen und einer vertikalen Ausdehnung von 5 m (von 3 m bis 8 m über Grund) definiert. Die APU Emissionen werden mit einem vertikalen Wärmeauftrieb versehen. Die Abfertigungspositionen sind anhand der Verkehrsdaten vorgegeben, die Laufzeit der APUs in Abhängigkeit der Flugzeuggröße ist oben beschrieben. An den Außenpositionen (Ramps) wird zusätzlich die Nutzung der mobilen GPUs (s.o.) berücksichtigt. Hierzu addieren sich auf den Vorfeldern die Emissionen, die durch den abfertigungsabhängigen und - unabhängigen Geräte- und Kraftfahrzeugverkehr entstehen. Zum abfertigungsbezogenen Verkehr zählen z.b. die Bewegungen der Lastkarren, Hubbühnen, Busse etc. Diese Emissionen werden als flugbewegungsabhängige Emissionen behandelt und auf die einzelnen Flugzeuge an den Abfertigungspositionen verteilt. Hier werden auch die Betankungsemissionen der Flugzeuge berücksichtigt (s.o.). Die vertikale Ausdehnung der GPUs und der Abfertigungsemissionen beträgt 0-5 m. 18

19 2.13 Probeläufe, Enteisung Die Emissionen der Probeläufe in der Lärmschutzhalle werden über die Dachöffnung oberhalb der Prallwand emittiert. Deshalb wird die Lärmschutzhalle als Flächenquelle in 20m Höhe berücksichtigt. Die Emissionen der Idleläufe werden als Volumenquelle gleichmäßig auf die Vorfeldbereiche West und Ost verteilt und besitzen eine vertikale Ausdehnung von 3 11 m über Grund. Auch die Enteisungsflächen sind Volumenquellen mit einer vertikalen Ausdehnung von 0-10 m. Enteisungsemissionen finden nur in den Monaten Januar bis März und Dezember statt Tanklager, Tankstelle Die Betankungsemissionen am Tanklager werden entsprechend dem Jahres-, Wochen- und Tagesgang des Flugverkehrs verteilt angenommen. Das Tanklager wird als Flächenquelle mit einer Freisetzungshöhe von 5 m angesetzt. Die Tankstelle wird als Volumenquelle mit einer vertikalen Ausdehnung von 0-1m angesetzt landseitiger Kfz-Verkehr, Parken Bei den Straßen handelt es sich um Linienquellen von 20m Breite. Parkhäuser sind entsprechend Ihrer Grundfläche als Volumenflächen mit einer Höhe von 10 m berücksichtigt. Tiefgaragen werden über die Belüftungsgitter mit einer vertikalen Ausdehnung von 0-1m angesetzt. Diese vertikale Ausdehnung entspricht auch den Parkplatzemissionen Heizwerk, BHKW Die Emissionen des Heizwerkes und des BHKWs wurden als Punktquelle in 26 m Höhe berücksichtigt. Für beide Quellen wird ein vertikaler Wärmeauftrieb berücksichtigt. Die Jahresgänge der Emissionen des Kfz-Verkehrs (vorfeldseitig und landseitig), der Idleläufe, der Lärmschutzhalle und der Parkvorgänge orientieren sich am Jahresgang des Flugverkehrs für 2014 (da die Daten für 2015 erst Ende des Jahres vorliegen). Das gleiche gilt für die Wochengänge (hier auch für die Enteisungsvorgänge). Die Emissionszeitreihen für das Tanklager und das BHKW und die Tankstelle wurden gleichmäßig verteilt. Der Tagesgang des Vorfeldverkehrs basiert auf den aktuellen Zählungen 2013 und der Tagesgang des landseitigen Verkehrs bzw. der Parkemissionen auf dem Verkehrsgutachten von Muveda. Die Berücksichtigung der zeitlichen Variabilität der Emissionsvorgänge hat aber nur geringfügige Auswirkungen auf die Immissionen 2.2 Ergebnisse Bei der Immissionssimulation der flughafenbedingten Quellen am Flughafen Düsseldorf mit dem Programm LASPORT (Janicke) wurden für das Jahr 2015 für die verschiedenen Abgaskomponenten die Jahresmittelwerte und die Kurzzeitwerte, für die Bewertungskriterien vorliegen, berechnet. Neu ist für Feinstäube (PM2,5) ein Grenzwert von 25 µg/m3, der ab 2015 einzuhalten ist. Die Vorgaben der TA-Luft sind nur orientierend anzusetzen, da diese nicht für Flughäfen gelten (s. 2 Abs. 2 BImSchG), sondern nur für genehmigungspflichtige Anlagen. 19

20 Beurteilungswerte 39. BImSchV Komponente Mittelungszeit Grenzwert Zulässige Anzahl von Überschreitungen Grenzwert einzuhalten ab Schwefeldioxid SO2 1h 350 µg/m 3 24-mal pro Jahr h 125 µg/m 3 3 mal pro Jahr Stickstoffdioxid NO2 1h 200 µg/m 3 18-mal pro Jahr Jahr 40 µg/m Feinstaub PM10 24 h 50 µg/m mal pro Jahr Jahr 40 µg/m Feinstaub PM2,5 1 Jahr 25 µg/m Benzol C6H6 1 Jahr 5 µg/m Die TA-Luft enthält für Schwefeldioxid auch einen Jahresimmissionswert von 50 µg/m 3. Für krebserregende Stoffe gibt es Bewertungsmaßstäbe vom LAI (Länderausschuss für Immissionsschutz). Diese Zielwerte basieren auf einem Gesamtrisiko durch die Einwirkung dieser Stoffe von 1: 2500 bei 70jähriger Exposition. LAI-Bewertungsmaßstäbe Bezugszeitraum Benzol 2,5 µg/m 3 Zielwert Jahr Die Beurteilungswerte gelten außerhalb des Flughafengeländes zum Schutz der Allgemeinbevölkerung. Auf dem Flughafengelände gelten spezielle Arbeitsplatzgrenzwerte, die bedeutend höher liegen. Die folgenden Bilder 2.1 bis 2.11 der Immissionsbelastungen stellen die Konzentrationen, verursacht durch alle oben beschriebenen flughafenbedingten Quellen, dar. Um die Beiträge der unterschiedlichen Quellen näher zu beleuchten, wurden zusätzlich zu den Abbildungen der Gesamtbelastung auch die entsprechenden Bilder der Immissionsbelastung, verursacht nur durch den eigentlichen Flugverkehr während des LTO Zyklus (jeweils Bild a) und verursacht durch die Emissionen des Flughafens (d.h. Flugverkehr, Vorfeldverkehr, APU, Abfertigung, GPU, Heizwerk etc. aber ohne landseitigen Straßenverkehr) (jeweils Bild b), dargestellt. Alle Berechnungen basieren auf monatlichen Monitorrechnungen, die dann für ein Jahr zusammengefasst bzw. gemittelt werden. In den vorherigen Jahren wurde die Gesamtdarstellung aller flughafenbedingter Quellen mittels einer Szenariorechnung ermittelt. Dabei werden die Verkehrsdaten vorher statistisch ausgewertet und verschiedene Guppenmittelungen vorgenommen, so dass dieses Jahr die entsprechenden Ergebnisse leicht höher liegen können. Bei Ausbreitungsrechnungen handelt es sich um Abschätzungen. Teilchensimulationen sind immer mit einem Stichprobenfehler behaftet. Die statistische Unsicherheit ist umso größer, je kleiner das zeitliche Mittelungsintervall ist. Tagesmittel haben eine größere Unsicherheit als Jahresmittel, Stundenmittel sind unsicherer als Tagesmittel. Die höchsten berechneten Konzentrationen außerhalb des Flughafengeländes werden gekennzeichnet und liegen hauptsächlich an der südlichen und südöstlichen Grenze des Flughafenbereiches. Hier dominieren aufgrund des landseitigen Zubringerverkehrs mit den Autobahnen die Straßenverkehrsemissionen. Die höchsten Stickstoffdioxidkonzentrationen (NO2) beim Jahresmittel liegen südlich bei ca. 9,4 µg/m3 (Bild 2.1). Dieser Maximalwert beträgt ca. 23,5 % des Jahresimmissionswertes von 40 µg/m3 (s.o.). Der Flugverkehr an sich hat einen wesentlich geringeren Beitrag (Bild 2.1a) als die restlichen Quellen. Das höchste NO2 Stundenmittel mit 18 zulässigen Überschreitungen (Bild 2.2) liegt südlich unmittelbar an der Flughafengrenze bei 140 µg/m 3. Der Kurzzeitbeurteilungswert liegt bei 200 µg/m 3. 20

21 Der maximale Anteil des Flugverkehrs liegt bei ca. 58 µg/m 3 (Bild 2.2a) und tritt aber an anderer Stelle an der östlichen Grenze auf. Südlich des Flughafengeländes tragen die sonstigen flughafenbedingten Quellen wie die Abfertigung zu einem größeren Umfang bei (Bild 2.2b). Die höchsten Kohlenmonoxid Jahresmittelwertimmissionen treten östlich und südlich in Flughafengrenznähe auf. Sie liegen im Bereich zwischen 37 und 41 µg/m3 (Bild 2.3) und sind niedrig. Die Konzentrationen in östlicher Verlängerung der Bahnen werden hauptsächlich durch den Flugverkehr verursacht (Bild 2.3a). Die Kohlenwasserstoffkonzentrationen sind niedrig, wobei hier die Vorfeldemissionen und die Tanklageremissionen (Bild 2.4b) dominieren. Ersteres liegt an den Kohlenwasserstoffemissionen bei den Triebwerksstarts und der APUs. Der höchste Jahresmittelwert außerhalb des Flughafengeländes liegt bei 11,3 µg/m3 (Bild 2.4). Für Gesamtkohlenwasserstoffe existiert kein aktueller Immissionswert, der zur Beurteilung herangezogen werden könnte. Der maximale Konzentrationswert für Benzol (Jahresmittel) wird zu 0,44 µg/m3 (Bild 2.5) errechnet und wird hauptsächlich durch den landseitigen Verkehr verursacht. Dieser Wert unterschreitet den Grenzwert von 5 µg/m3 deutlich. Auch die Schwefeldioxidkonzentrationen sind sehr niedrig. Als Jahresmittelwert, bei Betrachtung aller Verursacher, wird ein Immissionswert von höchstens 1,2 µg/m3 errechnet (Bild 2.6). In Bezug mit dem Jahresimmissionswert von 50 µg/m3 ist das Konzentrationsniveau sehr gering. Auch die Kurzzeitwerte von 5,5 µg/m3 (24h) (Bild 2.7) und 23,3 µg/m3 (1h) (Bild 2.8) sind sehr gering. Bei SO2 spielt der Kfz- Verkehr kaum eine Rolle. Der Beurteilungswert für das Tagesmittel mit höchstens 3 Überschreitungen beträgt 125 µg/m3, das Stundenmittel mit höchstens 24 Überschreitungen liegt bei 350 µg/m3. Das Jahresmittel von PM10 beträgt höchstens 3,5 µg/m3 (Bild 2.9) und der Kurzzeitwert 6,5 µg/m3 (Bild 2.10). Erstmalig wurde hier beim Kfz-Verkehr auch Aufwirbelung und Abrieb berücksichtigt (s.o.). Der Jahregrenzwert wird zu ca. 9 % erreicht, beim Kurzzeitgrenzwert sind es 13%. Hauptverursacher ist der Kfz-Verkehr. Der Beitrag des Flugverkehrs ist äußerst gering. Der PM2,5 Jahresmittelwert liegt bei maximal 1,5 µg/m3 und beträgt somit ca. 6% des Jahresmittelgrenzwertes von 25 µg/m3. Bei der Berechnung wurde davon ausgegangen, dass alle PM10 Emissionen des Flugverkehrs auch in die Kategorie PM2,5 fallen (beim Straßenverkehr sind die PM2,5 Emissionen aber geringer als die PM10 Emissionen s.o.). Die vorliegenden Bewertungskriterien werden somit alle deutlich eingehalten. Vergleicht man die berechneten Ausbreitungsimmissionen mit den gemessenen Luftqualitätsergebnissen der DOAS-Systeme (s. Abbildung S. 40), so ist zu beachten, dass bei den gemessenen Werten alle Luftverunreinigungen der umgebenden Quellen (Kfz-Verkehr, Industrie, Haushalte) miterfasst werden. Bei den angegebenen errechneten Werten handelt es sich um Durchschnittswerte, da die Messwege jeweils mehrere Ausbreitungskästchen überstreichen, deren Immissionswerte zum Teil sehr stark schwanken. So ist es schwierig einen bestimmten berechneten Immissionswert pro Messstrecke festzulegen. Es können die Komponenten Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid, Benzol und PM10 (bzw. PM2,5) verglichen werden. Benzol, PM10 und PM2,5 werden nicht vom DOAS-System erfasst, sondern Benzol von einem Gaschromatographen am östlichen Ende des Flughafengeländes und PM10 bzw. PM2,5 von einem Hybridpartikelmonitor am westlichen Ende. Bei dem Gaschromatographen und den Hybridpartikelmonitoren handelt es sich um Punktmessgeräte. Aus der folgenden Tabelle ist zu ersehen, dass der Anteil des flugverkehrsbedingten Stickstoffdioxids an den gemessenen Jahresmittelwerten der vier Messwege ca % ausmachen. Aufgrund der vorherrschenden meteorologischen Verhältnisse und den damit verbundenen Starts in Richtung Westen (23) werden die Messwege des östlichen Luftqualitätsmesssystems (DOAS 2) bedeutend mehr von den Abgasen der Flugzeuge und den Vorfeldfahrzeugen beeinflusst. 21

22 Der zweite Messweg des westlichen Systems (DOAS 1) wird entsprechend der Ausbreitungsberechnungen am wenigsten vom Flugverkehr beeinflusst. Trotzdem liegt hier der gemessene NO2 Wert in der gleichen Größenordnung, wie bei den anderen Messwegen. Dies zeigt, dass andere Quellen als der Flugverkehr und der Flughafen eine dominierende Rolle spielen. Die kurzzeitigen Spitzenkonzentrationen werden im Osten oft durch den Flugverkehr verursacht. Im westlichen Bereich (DOAS 1) machen sich die Emissionen des Kfz-Verkehrs der nahegelegenen Straßen bemerkbar. Hier werden vom DOAS-System die höchsten kurzfristigen NO2 Konzentrationen gemessen, diese sind nicht dem Flugverkehr zuzuordnen. NO2 Jahresmittelwerte (µg/m 3 ) NO2 LASPORT NO2 DOAS Errechnet Gemessen DOAS1/Messweg1 1,7 (5,2%) 32,6 DOAS1/Messweg2 1,2 (3,7%) 32,6 DOAS2/Messweg1 5,1 (18,3%) 27,8 DOAS2/Messweg2 4,1 (15,2%) 27,0 99,8 Perzentil (µg/m 3 ) bzw. Stundenmittelwert mit 18 Überschreitungen NO2 LASPORT NO2 DOAS Errechnet Gemessen DOAS1/Messweg1 32,9 (27%) 122,0 DOAS1/Messweg2 30,5 (26,5%) 115,2 DOAS2/Messweg1 97,8 (100,5%) 97,3 DOAS2/Messweg2 70,4 (75,8%) 92,9 Schwefeldioxid zeigt ein ähnliches Bild wie Stickstoffdioxid, wobei das Konzentrationsniveau aber bedeutend geringer ist. SO2 wird nur zu einem geringen Teil vom Verkehr emittiert. Der Anteil der Flughafenquellen im Jahresmittel an der niedrigen Gesamtbelastung im Bereich der Messwege liegt zwischen 7 und 56 %, bei den Kurzfristwerten sind es 28 bis 112 %. Hier überschätzt Lasport etwas. SO2 Jahresmittelwerte (µg/m 3 ) SO2 LASPORT SO2 DOAS Errechnet Gemessen DOAS1/Messweg1 0,3 (10,3%) 2,9 DOAS1/Messweg2 0,2 (6,9%) 2,9 DOAS2/Messweg1 1,4 (56%) 2,5 DOAS2/Messweg2 1,1 (44%) 2,5 99,73 Perzentil (µg/m 3 ) bzw. Stundenmittelwert mit 24 Überschreitungen SO2 LASPORT SO2 DOAS Errechnet Gemessen DOAS1/Messweg1 9,8 (36,6%) 26,8 DOAS1/Messweg2 7,2 (28,3%) 25,4 DOAS2/Messweg1 26,5 (112,3%) 23,6 DOAS2/Messweg2 16,0 (67,8%) 23,6 22

23 Der Vergleich mit den Punktmessgeräten zeigt, dass der Anteil des Flughafens an der Feinstaubbelastung (PM10) sehr niedrig ist. Bei Benzol liegt er bei 8 % an der Gesamtbelastung. PM10 Jahresmittelwerte (µg/m 3 ) PM10 PM10 LASPORT Hybridpartikelmonitor Errechnet Gemessen 0,26 (1,5%) 17,8 PM2,5 Jahresmittelwerte (µg/m 3 ) PM2,5 (=PM10) PM2,5 LASPORT Hybridpartikelmonitor Errechnet Gemessen 0,12 (1,0%) 12,2 90,4 Perzentil (µg/m 3 ) bzw. Tagesmittelwert mit 35 Überschreitungen PM10 PM10 LASPORT Betameter Errechnet Gemessen 0,6 (2,0%) 29,5 Benzol Jahresmittelwerte (µg/m 3 ) Benzol Benzol LASPORT Gaschromatograph Errechnet Gemessen 0,11 (7,8%) 1,4 Quellen: (1) MUVEDA 2015, Flughafen Düsseldorf Planfeststellungsverfahren zur Kapazitätserweiterung: Verkehrsprognose 2027 mit Ausweisung des flughafenbezogenen Verkehrs für den Flughafen Düsseldorf. (2) LASPORT2.2, Dezember 2014, Programm Manual, Janicke Consulting (3) ICAO (2011), Airport Air Quality Guidance Manual, first edition 2011, document (4) AvioPlan (2000): Quantifizierung der Reduktionspotentiale von Luftschadstoffen an und im Umkreis von Flugplätzen. Forschungsbericht , Umweltbundesamt. (5) Fleuti (2006), Aircraft ground handling emissions at Zürich Airport; methodology and emission factors. Unique (Flughafen Zürich AG). (6) Infras 2014: HBEFA Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs, Version 3.2 (7) Unique (2004), Aircraft Ground Handling Emissions at Zürich Airport. (8) Unique (2005) Aircraft APU Emissions at Zürich Airport. (9) Müller-BBM GmbH(2007), Lufthygienische Untersuchung Teil A Betriebsphase, Planfeststellungsverfahren 3. Start- und Landebahn Flughafen München (10) Eurocontrol (2001), Forecasting Civil Aviation Fuel Burn and Emissions in Europe, EEC Note N 8/2001 (11) Airsight (2009): Erstellung der Datenerfassungssysteme zur Ermittlung der flugbetriebsbedingten Lärmbelastung für das Planfeststellungsverfahren Ersatzfläche Vorfeld West, Flughafen Düsseldorf. (12) Lohmeyer (2011), Einbindung des HBEFA 3.1 in das FIS Umwelt und Verkehr sowie Neufassung der Emissionsfaktoren für Aufwirbelung und Abrieb des Strassenverkehrs. 23

24 Abb. 2a Sichtflugrouten Abb. 2b Hubschrauberrouten Abb. 2 Ausbreitungsgebiet und Abflugrouten 23 24

25 S1.0 S1.1 S1.2 S1.3 S2 S3.1a S3.1b S3.2a S3.2b S4 S5.1 S5.2 S5.3 S6.1 S6.2a S6.2b S6.3 P2.1 P2.2 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 S7a S7b S8a S8b Hubschrauber 1800 Abb 3: Steigprofile (der verschiedenen Flugzeuge Lasport 2.0 nach AzB) Höhe (m) Entfernung (m)