3.11 Einflussgröße: Elementarer Kohlenstoff (EC) und organischer Kohlenstoff

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1 3.11 Einflussgröße: Elementarer Kohlenstoff (EC) und organischer Kohlenstoff (OC) im PM10 Eine vollständige Minderung von EC (Ruß) und OC würde eine maximale Reduktion der PM10-Feinstaubkonzentration um 31 % bewirken (Messungen Winter 2006). Das Verhältnis von EC (Ruß) zu OC liegt nach vorhandenen Messungen in Baden- Württemberg zwischen 1,1 und 0,8. Das Verhältnis EC (Ruß) zu OC im Dieselabgas liegt jedoch bei 3. Aus diesem Grund kann der Verkehr nicht allein der Emittent für den organischen Kohlenstoff sein. Verwendete Daten Verlauf der Konzentration von elementarem Kohlenstoff EC (Ruß) und organischem Kohlenstoff (OC) im Feinstaub PM10 an drei unterschiedlichen Stationen während der Feinstaubepisode : Verkehr (Stuttgart-Neckartor), städtischer Hintergrund (Mannheim-Nord), ländlicher Hintergrund (Schwarzwald-Süd) Verhältnis EC zu OC an den drei genannten Standorten während der Feinstaubepisode Ergebnisse aus Baden-Württemberg im Winter 2006 Anteile an der PM10-Konzentration Die gesamte PM10-Massenkonzentration (Abb.31) sowie die Konzentration der beiden Staubinhaltsstoffe EC (Ruß) und OC (Abb. 32 und 33) waren an allen Tagen in Stuttgart-Neckartor am höchsten. An einzelnen Tagen wurden dort bis zu 24 µg/m³ EC und 36 µg/m³ OC im Aerosol gemessen Die Hintergrundmessstation Schwarzwald-Süd hatte die geringste absolute PM10- Konzentration und erreichte maximal 5 µg/m³ EC und 7 µg/m³ OC. Seite 52 von 67

2 A: PM10-Konzentration (gesamt) Abb. 31: Konzentration an PM10 während der Staubepisode an den drei Messstationen B: Elementarer Kohlenstoff (EC = Ruß) Abb. 32: Konzentration an elementarem Kohlenstoff (EC) im PM10 während der Staubepisode an den drei Messstationen Seite 53 von 67

3 C: Organischer Kohlenstoff (OC) organischer Kohlenstoff [µg/m³] Schwarzwald Süd Mannheim-Nord Stuttgart-Neckartor Abb. 33: Konzentration an organischem Kohlenstoff im PM10 während der Staubepisode an den drei Messstationen Der prozentuale Anteil beider Komponenten war an den drei untersuchten Stationen fast gleich (anders als bei den sekundären anorganischen Aerosolen). Der Anteil EC (Ruß) im PM10-Feinstaub gesamt betrug im Mittel während der Staubepisode an den drei Messstationen 13 %, der OC- Anteil 18 % (siehe Tabelle 10). Tab. 10: Mittelwerte des prozentualen Anteils der Konzentrationen von EC (Ruß) und OC am PM10 an den Messstationen Schwarzwald-Süd, Mannheim-Nord und Stuttgart-Neckartor während der Staubepisode Schwarzwald-Süd (Kälbelescheuer) Mannheim-Nord Stuttgart-Neckartor EC-Anteil am PM10 (%) OC-Anteil am PM10 (%) Das heißt, dass insgesamt durch eine vollständige Emissionsminderung von Ruß und OC eine maximale Reduktion der Feinstaubkonzentration um 31 % hätte erzielt werden können. Seite 54 von 67

4 Verhältnis EC zu OC Das Verhältnis EC zu OC gibt Aufschluss über den Anteil sekundärer organischer Aerosole im PM10-Feinstaub. Die Tabelle 11 zeigt, dass in Baden-Württemberg das Verhältnis EC zu OC während der Feinstaubepisode zwischen 1,1 und 0,8 lag. Das Verhältnis wurde aus den realen Konzentrationswerten errechnet, nicht aus den prozentualen Anteilen. Tab. 11: Mittelwert des Verhältnisses EC (Ruß) zu OC während der Episode an den Messstationen Schwarzwald-Süd und Mannheim-Nord sowie Stuttgart-Neckartor Verhältnis EC zu OC im Mittel Schwarzwald-Süd Mannheim-Nord Stuttgart- (Kälbelescheuer) Neckartor 1,1 0,8 0,8 Bei einer Verbrennung von Dieselkraftstoff mit hohem Sauerstoffüberschuss liegt das Verhältnis EC zu OC ca. bei 4,3. Eine unvollständige Verbrennung mit einem Kohlenstoff/Sauerstoffverhältnis von 1 bewirkt einen sehr starken Anstieg der organischen Kohlenstoffkonzentration auf ein Verhältnis EC zu OC von etwa 0,25. Zum Vergleich: Aus Messungen im Abgas von Dieselfahrzeugen an Volkswagen- und Audi-Personenkraftwagen ist bekannt, dass das Verhältnis der EC- Konzentration (Ruß) zur OC- Konzentration bei 3 liegt. Eine erhöhte OC- Konzentration gegenüber dem Ruß deutet zum einen auf eine sauerstoffarme Verbrennung hin und zum anderen auf eine andere Quelle als Diesel-Pkw. Da die Ergebnisse der PM10-Filteranalysen an den untersuchten Stationen in Baden-Württemberg eine wesentlich höhere OC- Konzentration gegenüber EC zeigen, ist dies auch ein Hinweis auf die mögliche zusätzliche Bildung sekundärer organischer Aerosole in der Atmosphäre. Das Verhältnis ist an allen drei Standorten in etwa gleich, jedoch nicht die tatsächliche Masse. Weitere Untersuchungen sind zwingend notwendig, da die Datenlage noch sehr gering ist. Daher muss die Zusammensetzung des PM10-Feinstaubs noch über einen längeren Zeitraum an unterschiedlichen Standorten erhoben werden. Diese Daten sollen Aufschluss geben, ob das Verhältnis OC zu EC über das Jahr hinweg gleich bleibt oder Unterschiede zwischen Winter- und Sommerhalbjahr erkennbar sind. Seite 55 von 67

5 Abschätzung des prozentualen Anteils von PM10, EC (=Ruß) und OC für die städtische Verkehrsstation Stuttgart-Neckartor Die Tabelle 12 veranschaulicht die gemessenen prozentualen Anteile der PM10-Konzentration wie auch der Konzentration an EC (Ruß) und OC an den Messstationen Schwarzwald-Süd und Mannheim-Nord bezogen auf Stuttgart-Neckartor. Im Mittel über die Feinstaubepisode zeigte sich ein Anteil von etwa 20 % aus dem ländlichen Hintergrund (Schwarzwald Süd), sowohl für PM10 als auch für EC und OC. Da in Mannheim-Nord als typische Station für den städtischen Hintergrund etwa 40 % der PM10-Konzentration und der EC und OC Anteile vorliegen, trägt der städtische Hintergrund zusätzlich nochmals 20 % bei. Somit kann grob abgeschätzt werden, dass 60 % der PM10-, EC- und OC- Konzentration während der untersuchten Episode an der Verkehrsmessstation Stuttgart-Neckartor aus lokalen Quellen stammen. Der tägliche Einfluss differiert jedoch. Genauere Aussagen sind nur durch die Bestimmung der Staubinhaltsstoffe von Messstationen in engerer räumlicher Nähe zur innerstädtischen Verkehrsmessstation über einen längeren Zeitraum möglich. Im vorliegenden Beispiel wären dies z.b. Stuttgart-Bad Cannstatt und Welzheimer Wald. Tab. 12: Mittelwert des prozentualen Anteils der Konzentrationen an PM10, EC (Ruß) und OC an den Messstationen Schwarzwald-Süd und Mannheim-Nord, bezogen auf während der Staubepisode PM10 (%) EC (Ruß) (%) OC (%) Schwarzwald-Süd Mannheim-Nord Autorin: Sabina Drechsler Seite 56 von 67

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