EMISSIONS- UND IMMISSIONS- PROGNOSE LUFTQUALITÄT FÜR DAS PLANFESTSTELLUNGSVERFAHREN ERSATZFLÄCHE VORFELD-WEST FLUGHAFEN DÜSSELDORF

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1 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Immissionsschutz, Klima, Aerodynamik, Umweltsoftware An der Roßweid 3, D Karlsruhe Telefon: +49 (0) 721 / info.ka@lohmeyer.de URL: Messstelle nach 26, 28 BImSchG EMISSIONS- UND IMMISSIONS- PROGNOSE LUFTQUALITÄT FÜR DAS PLANFESTSTELLUNGSVERFAHREN ERSATZFLÄCHE VORFELD-WEST FLUGHAFEN DÜSSELDORF Auftraggeber: Flughafen Düsseldorf GmbH Postfach Düsseldorf Bearbeiter: Dipl.-Met. A. Rühling Dipl.-Geoökol. C. Sörgel Dr.-Ing. W. Bächlin Februar 2010 Projekt Berichtsumfang 80 Seiten Büro Dresden: Mohrenstraße 14, Radebeul, Tel.: +49 (0) 351 / , info.dd@lohmeyer.de

2 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG I I N H A L T S V E R Z E I C H N I S 1 ZUSAMMENFASSUNG AUFGABENSTELLUNG VORGEHENSWEISE EINGANGSDATEN Rechengebiet Meteorologische Daten Flug- und Vorfeldverkehr Flugverkehrsaufkommen Quellmodellierung EMISSIONEN Flugverkehr Vorfeld Tanklager Sonstige MASSSTÄBE ZUR BEURTEILUNG VON IMMISSIONEN Zusammenfassung der Beurteilungswerte für Luftschadstoffe Bewertungsmaßstab Geruch VORBELASTUNG UND AUSBREITUNGSMODELLIERUNG Vorbelastung Ausbreitungsrechnung ERGEBNISSE UND BEWERTUNG Allgemeines Änderung der Zusatzbelastung Luftschadstoffe Absolute Höhe der Zusatzbelastungen Luftschadstoffe Gerüche...46

3 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG II 9 LITERATUR...51 A1 BEURTEILUNGSWERTE FÜR LUFTSCHADSTOFFKONZENTRATIONEN...55 A2 ERGEBNISDARSTELLUNGEN...58 Hinweise: Die Tabellen und Abbildungen sind kapitelweise durchnummeriert. Literaturstellen sind im Text durch Name und Jahreszahl zitiert. Im Kapitel Literatur findet sich dann die genaue Angabe der Literaturstelle. Es werden Dezimalpunkte (= wissenschaftliche Darstellung) verwendet, keine Dezimalkommas. Eine Abtrennung von Tausendern erfolgt durch Leerzeichen. Kartengrundlagen: Geobasisdaten Land NRW, Bonn, 2096/2008

4 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG III A B B I L D U N G S V E R Z E I C H N I S Abb. 4.1: Abb. 4.2: Abb. 4.3: Ausdehnung des Rechengebiets...9 Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsverteilung im Jahr 2004 an der Station Düsseldorf - Flughafen...12 Im Bereich des Vorfelds Ost entfallende Abstellpositionen...15 Abb. 4.4: Im Bereich des Vorfelds West neu geplante Abstellpositionen und Rollwege..16 Abb. 4.5: Positionsbereiche (rot) und Rollwege (grün) für Referenzszenario (oben) und Prognoseszenario (unten) Abb. 4.6: Steigflugprofile aus LASPORT...19 Abb. 8.1: Änderung der Zusatzbelastung NO 2 in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)...37 Abb. 8.2: Änderung der Zusatzbelastung SO 2 in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)...38 Abb. 8.3: Änderung der Zusatzbelastung PM10 in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)...39 Abb. 8.4: Änderung der Zusatzbelastung CO in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)...40 Abb. 8.5: Änderung der Zusatzbelastung Benzol in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)...41 Abb. 8.6: Änderung der Zusatzbelastung BaP in ng/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)...42 Abb. 8.7: Abb. 8.8: Abb. 8.9: Änderung der Zusatzbelastung Kohlenwasserstoffe in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)...43 Geruchswahrnehmungshäufigkeit in Prozent der Jahresstunden für die Geruchscharakteristik Kerosin im Referenzszenario...49 Geruchswahrnehmungshäufigkeit in Prozent der Jahresstunden für die Geruchscharakteristik Kerosin im Prognoseszenario...50 Abb. A2.1: Referenzszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert NO 2 in µg/m³...59 Abb. A2.2: Referenzszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert SO 2 in µg/m³...60

5 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG IV Abb. A2.3: Referenzszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert PM10 in µg/m³...61 Abb. A2.4: Referenzszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert Benzol in µg/m³...62 Abb. A2.5: Referenzszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert CO in µg/m³...63 Abb. A2.6: Referenzszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert BaP in ng/m³...64 Abb. A2.7: Referenzszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert HC in µg/m³...65 Abb. A2.8: Prognoseszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert NO 2 in µg/m³...66 Abb. A2.9: Prognoseszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert SO 2 in µg/m³...67 Abb. A2.10: Prognoseszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert PM10 in µg/m³...68 Abb. A2.11: Prognoseszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert Benzol in µg/m³...69 Abb. A2.12: Prognoseszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert CO in µg/m³...70 Abb. A2.13: Prognoseszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert BaP in ng/m³...71 Abb. A2.14: Prognoseszenario: Zusatzbelastung Jahresmittelwert HC in µg/m³...72 Abb. A2.15: Referenzszenario: Zusatzbelastung NO 2 Stundenmittelwert mit 18 Überschreitungen in µg/m³...73 Abb. A2.16: Referenzszenario: Zusatzbelastung SO 2 Stundenmittelwert mit 24 Überschreitungen in µg/m³...74 Abb. A2.17: Referenzszenario: Zusatzbelastung SO 2 Tagesmittelwert mit 3 Überschreitungen in µg/m³...75 Abb. A2.18: Referenzszenario: Zusatzbelastung PM10 Tagesmittelwert mit 35 Überschreitungen in µg/m³...76 Abb. A2.19: Prognoseszenario: Zusatzbelastung NO 2 Stundenmittelwert mit 18 Überschreitungen in µg/m³...77 Abb. A2.20: Prognoseszenario: Zusatzbelastung SO 2 Stundenmittelwert mit 24 Überschreitungen in µg/m³...78 Abb. A2.21: Prognoseszenario: Zusatzbelastung SO 2 Tagesmittelwert mit 3 Überschreitungen in µg/m³...79 Abb. A2.22: Prognoseszenario: Zusatzbelastung PM10 Tagesmittelwert mit 35 Überschreitungen in µg/m³...80

6 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG V T A B E L L E N V E R Z E I CH N I S Tab. 1.1: Tab. 4.1: Tab. 4.2: Änderung der Zusatzbelastung der betrachteten Stoffe an den maßgeblichen Immissionsorten sowie Irrelevanzwerte der TA Luft...2 Flugzeuggruppeneinteilung nach LASPORT...13 Anzahl der Flugbewegungen pro Jahr für Referenz- und Prognoseszenario...13 Tab. 4.3: Verteilung der Flugbewegungen (in %, Summe je Flugzeuggruppe = 100%) auf die Start- / Landebahnen für die beiden zu untersuchenden Szenarien (23L / 05R = Hauptbahn, 23R / 05L = Parallelbahn) Tab. 5.1: Emissionsfaktoren für den Triebwerksstart...22 Tab. 5.2: Emissionsfaktoren für die untersuchten Szenarien...23 Tab. 5.3: Emissionsdaten für die APU...24 Tab. 6.1: Beurteilungsmaßstäbe für Luftschadstoffimmissionen nach 22. BImSchV (2007) bzw. TA Luft (2002)...28 Tab. 7.1: Tab. 7.2: Tab. 7.3: Gemessene Jahresmittelwerte in µg/m³ an den LUA Stationen (Mittelwert der Jahre )...32 Gemessene Anzahl der Überschreitungen der Konzentrationen (Mittelwert der Jahre bzw. Maximalwert absolut)...32 Aufgrund der Messungen des LUA angenommene großräumige Vorbelastung Tab. 7.4: Messwerte der DOAS Messungen am Flughafen im Jahr Tab. 8.1: Tab. 8.2: Änderung der Zusatzbelastung der betrachteten Schadstoffe an den maßgeblichen Immissionsorten...44 Maximal berechnete jahresmittlere Zusatzbelastungen (außerhalb des Flughafengeländes im Bereich Wohnen) in µg/m³ (bei BaP in ng/m³) Tab. 8.3: Jahresmittlere Gesamtbelastung im Prognoseszenario...45 Tab. 8.4: Geruchswahrnehmungshäufigkeit in Prozent der Jahresstunden an den beiden Immissionsorten....48

7 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 1 1 ZUSAMMENFASSUNG Am Verkehrsflughafen Düsseldorf International ist die Anzahl der Abstellpositionen für Flugzeuge so bemessen, dass gerade in den Wintermonaten bei zusätzlichen Belegungen für die Flugzeugenteisung keine Reserven vorhanden sind. Im Vorfeld-Ost ist eine Flugzeugwartungshalle gebaut und eine weitere geplant, so dass insgesamt sieben Abstellpositionen vor den Hallen entfallen. Weiterhin ergibt sich aus den Anforderungen der operierenden Luftverkehrsunternehmen eine Zunahme des Bedarfs zur Abfertigung größerer Passagier- und Transportflugzeuge, wie z. B. A340 und A330. Diese Flugzeuge benötigen größere Abstellflächen, sodass durch die Umpositionierung weitere sieben Positionen entfallen. Vor diesem Hintergrund plant die Flughafen Düsseldorf GmbH die Errichtung von Vorfeldersatzflächen im Westteil des Flughafengeländes. Die Realisierung dieses Vorhabens bedarf eines luftrechtlichen Planfeststellungsverfahrens. Zu den für dieses Verfahren zu erstellenden Antragsunterlagen gehört das vorliegende Luftqualitätsgutachten, in dem die Auswirkungen des Vorhabens auf die lufthygienische Situation im Umfeld des Flughafens Düsseldorf ermittelt und bewertet werden. Im vorliegenden Luftqualitätsgutachten werden dazu folgende Szenarien untersucht: Referenzszenario: Prognoseszenario: Flugbetrieb ohne Ausbau der Vorfelder; Flugbetrieb mit Ausbau der Vorfelder. Folgende Ergebnisse wurden ermittelt. Im Wesentlichen ergeben sich im Bereich des Vorfelds Ost Verringerungen der Belastungen und im Bereich des Vorfelds West Erhöhungen. Durch Verschiebungen der Positionen können im Bereich des Vorfelds West auch vereinzelt Verringerungen innerhalb des Flughafengeländes auftreten. Die Werte an den nächstgelegenen Wohnbereichen sind in Tab. 1.1 aufgetragen. Bei den meisten Stoffen liegen die Veränderungen in Größenordnungen, die messtechnisch nicht nachweisbar sind und innerhalb der jährlichen Schwankungen der Messergebnisse aufgrund von meteorologischen Einflüssen liegen.

8 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 2 Zieht man zur Veranschaulichung der Größenordnung der Veränderung die Irrelevanzwerte der TA Luft für Genehmigungsverfahren im Rahmen des BImSchG heran, so liegen die Veränderungen zum Teil erheblich unter diesen Irrelevanzschwellen. Diese Irrelevanzwerte gelten jedoch nicht für das hier vorliegende Planfeststellungsverfahren sowie für die Bewertung von Differenzen zwischen zwei Szenarien. Sie stellen kein Bewertungskriterium dar, sondern werden nur orientierungsweise herangezogen. Stoff Differenz der Zusatzbelastung Prognoseszenario minus Referenzszenario in [µg/m³] Irrelevanzwerte der TA Luft [µg/m³] Wohnen Stockum Wohnen Lohausen NO SO PM CO HC Benzol BaP [ng/m³] Tab. 1.1: Änderung der Zusatzbelastung der betrachteten Stoffe an den maßgeblichen Immissionsorten sowie Irrelevanzwerte der TA Luft Die durch die Verlegung von Vorfeldpositionen an den Immissionsorten induzierte Veränderung der Zusatzbelastung kann als gering eingestuft werden und liegt unterhalb der Irrelevanzwerte der TA Luft. Sowohl im Referenzszenario als auch im Prognoseszenario werden auch unter Zugrundelegung der derzeitigen Vorbelastung die Immissionswerte der 22. BImSchV bzw. TA Luft an den nächstgelegenen Wohnbereichen eingehalten.

9 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 3 Die Kurzzeitwerte liegen bei den geregelten Stoffen NO 2 und SO 2 in der Vorbelastung unterhalb der Beurteilungswerte, d.h. es werden keine Überschreitungen gemessen. Beim PM10 werden 11 Überschreitungen der zulässigen Konzentration von 50 µg/m³ im Tagesmittel gemessen; zulässig sind 35 Überschreitungen. Der Vorbelastungswert wird durch die Zusatzbelastung des Flughafenbetriebs nicht wesentlich verändert. Daher ist auch keine Veränderung bei den Überschreitungshäufigkeiten zu erwarten, die zulässige Anzahl von 35 Überschreitungen wird nicht erreicht. Beim Geruch werden im Prognoseszenario in den Wohnbereichen Stockum bzw. Lohausen 4 bzw. 3 % der Jahresstunden mit Kerosingerüchen berechnet. Dies sind 350 bzw. 263 Geruchsstunden pro Jahr. Der Beurteilungswert der Geruchs-Immissionsrichtlinie (GIRL) von 10 % der Jahresstunden wird nicht erreicht. Die Veränderung der Wahrnehmungshäufigkeit vom Referenzszenario zum Prognoseszenario beläuft sich auf 0.2 % der Jahresstunden. Diese Größenordnung ist durch Begehungen nicht mehr nachweisbar.

10 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 4 2 AUFGABENSTELLUNG Am Verkehrsflughafen Düsseldorf International ist die Anzahl der Abstellpositionen für Flugzeuge so bemessen, dass gerade in den Wintermonaten bei zusätzlichen Belegungen für die Flugzeugenteisung keine Reserven vorhanden sind. Im Vorfeld-Ost ist eine Flugzeugwartungshalle gebaut und eine weitere geplant, so dass insgesamt sieben Abstellpositionen vor den Hallen entfallen. Weiterhin ergibt sich aus den Anforderungen der operierenden Luftverkehrsunternehmen wie Lufthansa und Air Berlin eine überdurchschnittliche Zunahme des Bedarfs zur Abfertigung größerer Passagier- und Transportflugzeuge, wie z. B. A340 und A330. Diese Flugzeuge benötigen größere Abstellflächen, sodass durch die Umpositionierung weitere sieben Positionen entfallen. Vor diesem Hintergrund plant die Flughafen Düsseldorf GmbH die Errichtung von Vorfeldersatzflächen im Westteil des Flughafengeländes. Die Realisierung dieses Vorhabens bedarf eines luftrechtlichen Planfeststellungsverfahrens. Zu den für dieses Verfahren zu erstellenden Antragsunterlagen gehört auch ein Luftqualitätsgutachten, in dem die Auswirkungen des Vorhabens auf die lufthygienische Situation im Umfeld des Flughafens Düsseldorf zu ermitteln und zu bewerten sind. Im vorliegenden Luftqualitätsgutachten werden dazu folgende Szenarien untersucht: Referenzszenario: Prognoseszenario: Flugbetrieb ohne Ausbau der Vorfelder; Flugbetrieb mit Ausbau der Vorfelder. Es werden die flugverkehrsbedingten gasförmigen und partikelgebundenen Emissionen und Immissionen für ein Referenzszenario sowie das Prognoseszenario berechnet. Die beiden Szenarien unterscheiden sich durch die Verlagerung von Verkehrsbewegungen vom östlichen zum westlichen Vorfeld. Die Kapazität ändert sich nicht. Primär soll durch Vergleich der errechneten Immissionen für das Prognose- und das Referenzszenario geprüft werden, wie sich die lufthygienische Situation in der Umgebung des Flughafens verändert. Ergänzend sollen auch Aussagen über das absolute Niveau der Belastungen im Prognoseszenario erarbeitet werden. Es werden die für die Beurteilung der Luftqualität wesentlichen Komponenten Stickstoffdioxid (NO 2 ), Schwefeldioxid (SO 2 ), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC), Benzol, Ben-

11 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 5 zo(a)pyren (BaP) und Partikel (PM10) betrachtet. Diese Stoffe stellen die für den Betrieb des Flughafens wesentlichen Emissionen dar. Als Bewertungsgrundlage werden, da es keine rechtliche Grundlage zur Bewertung der Immissionen des Flugverkehrs gibt (gemäß 2 Abs. 2 BImSchG ( ) gelten die Vorschriften des Bundes-Immissionsschutzgesetzes BImSchG nicht für Flugplätze), soweit vorhanden, die Immissionswerte der TA Luft (2002), welche eine Umsetzung der o.a. EG Richtlinie darstellt, herangezogen. Ergänzend wird der Parameter Geruch betrachtet. Die Vorgehensweise erfolgt in Anlehnung an die Geruchsimmissionsrichtlinie in der aktuellen Version von 2008.

12 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 6 3 VORGEHENSWEISE Bei der Ermittlung der Immissionskenngrößen aus flugverkehrsbedingten Emissionen spielt die zeitliche Korrelation zwischen meteorologischen Größen und den Emissionsdaten eine entscheidende Rolle. So sind beispielsweise die nächtlichen Ausbreitungsbedingungen mit niedrigen oder keinen Flugzeugemissionen verbunden und die Start- und Landerichtung und somit der Ort der flugbedingten Emissionen sind von der Windrichtung abhängig. Insgesamt stellt also die gewünschte Prognose hohe Anforderungen an das Emissions- und Immissionsmodell. Die Auswirkungen des Flugverkehrs auf die Luftqualität in Untersuchungsgebiet werden in diesem Gutachten insbesondere bezüglich der Immissionssituation in Bereichen mit Wohnbebauung betrachtet. Es wurden nach Abstimmung mit dem Auftraggeber folgende Fälle untersucht: Referenzszenario: Prognoseszenario: Berücksichtigung von Flugbewegungen in den 6 verkehrsreichsten Monaten. Vorfeldpositionen wie im derzeitigen Zustand. Berücksichtigung von Flugbewegungen in den 6 verkehrsreichsten Monaten. Zukünftige Vorfeldpositionen wie im Datenerfassungssystem (DES) beschrieben. Diese Szenarien werden mit den aktuellen Abflugrouten betrachtet. Zur Untersuchung der oben beschriebenen Fragestellung kam folgende Vorgehensweise zur Anwendung: Die Berechnungen der Flugzeug- und Vorfeldemissionen basieren auf der Auswertung von Daten, die das Modell LASPORT, welches am Flughafen Düsseldorf im operationellen Betrieb angewendet wird, liefert. Das Programmsystem LASPORT ( LASAT for Airports ) erlaubt die Bestimmung von Emissionen flughafenbezogener Quellsysteme und die Berechnung der atmosphärischen Ausbreitung der freigesetzten Spurenstoffe mit Hilfe des Lagrangeschen Ausbreitungsmodells LASAT. Auf der Grundlage von Erfahrungen mit LASAT-Anwendungen an Flughäfen in Deutschland und der Schweiz wurde LASPORT im Jahr 2002 im Auftrag der ADV (Arbeitsgemeinschaft Deutscher Verkehrsflughäfen) als Standardwerkzeug für routinemäßige Emissions- und Aus-

13 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 7 breitungsrechnungen entwickelt. Seitdem wurde es stetig weiterentwickelt und an die Erfordernisse der Praxis angepasst (siehe Die verwendete Programmversion ist LASPORT Das Modell ist in der Lage, die Flugzeugemissionen in den verschiedenen Start-, Lande- und Rollphasen sowie die Betriebsemissionen anderer Quellen (z.b. auf dem Vorfeld) in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu berechnen. Eine hohe zeitliche Auflösung ist besonders bei der Berechnung von Kurzzeitwerten nötig. Allgemeine Basis für Emissionsbestimmungen der Flugzeugabgase ist die ICAO Engine Exhaust Emissions Data Bank, in der für unterschiedliche Lastzustände die Abgasemissionen der Triebwerke in Abhängigkeit vom Kraftstoffdurchsatz angegeben sind. Ergänzend werden Daten aus der FOI Datenbank (Database for Aircraft Engine Emissions der Swedish Defence Research Agency) und der FAA (Federal Aviation Administration) verwendet. Darüber hinaus wurden die Emissionen bei der Nutzung der Hilfstriebwerke (APU: Auxiliary Power Unit) berücksichtigt. Die Berechnung der Kfz-bedingten Vorfeldemissionen wurde auf der Grundlage des Handbuchs für Emissionsfaktoren Version 2.1 (UBA, 2004) durchgeführt. Für die Ausbreitungsrechnung wurde das Lagrangesche Ausbreitungsmodell LASAT Vers (Richtlinie VDI 3945 Bl.3 und AUSTAL2000) eingesetzt. Das Modell LASAT als Bestandteil von LASPORT eignet sich für die oben beschriebene Fragestellung, da es in der Lage ist, die komplizierte Quellstruktur eines Flughafens realistisch zu erfassen und die zeitliche Korrelation zwischen meteorologischen Daten und Emissionsdaten zu berücksichtigen. LASAT ist aufgrund seiner komplexeren Modellphysik einfachen Gauß-Modellen (z. B. dem Modell der TA Luft, 1986) überlegen. Die mit LASAT berechneten Immissionskenngrößen der Zusatzbelastung werden mit den aus Messdaten abgeleiteten Vorbelastungswerten nach den Verfahren der TA Luft (2002) kombiniert und anhand der dort und in anderen Regelwerken vorgegebenen Immissionswerte bewertet. Beachtet werden muss hierbei, dass die Vorgaben der TA Luft aufgrund der Nichtanwendbarkeit des BImSchG für Flughäfen nur orientierend anzusetzen sind.

14 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 8 4 EINGANGSDATEN Für die Immissionsberechnungen sind als Grundlage die Lage aller relevanten Quellen, die spezifischen Emissionsdaten dieser Quellen und meteorologische Informationen von Bedeutung. Im Folgenden werden die verwendeten Grundlagen erläutert. Es sind verschiedene Quellgruppen zu unterscheiden: - Flugverkehr, unterteilt in die Bewegungsphasen des LTO (Landing-Take-Off)-Zyklus Approach : Landeanflug und Ausrollen auf der Landebahn Idle : Rollbewegungen zwischen Standplätzen und Start-/Landebahnen TakeOff : Startstrecke am Boden auf den Startbahnen ClimbOut : Flugrouten nach dem Abheben im Anschluss an die TakeOff-Phase - Triebwerksstarts - Hilfsaggregate (APU und GPU) auf den Standplätzen - Vorfeldverkehr (Abfertigungsemissionen) - Tankvorgänge (Kerosin) auf den Vorfeldern und am Tanklager - Tankstelle - Heizwerk Wesentliche Eingangsgrößen dabei sind: - Typisierung für Linien- und Volumenquellen (Flugverkehr) - Flächen- und/oder Linienquellen (Vorfeldaktivitäten und Tankvorgänge) - Flugbewegungen und Zusammensetzung der Flugzeugflotte (Flugverkehr) - Verkehrsbelastung und Zusammensetzung der Fahrzeugflotten (Vorfeldverkehr einschl. Geräte) - zeitliche Verteilung des Flugverkehrs (Positionsbelegung) - zeitliche Verteilung der Vorfeldaktivitäten und Tankvorgänge - Emissionsfaktoren

15 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Rechengebiet Die Berechnung der flugverkehrsbedingten Immissionen erfolgt für ein 12 km x 12 km großes Gebiet mit dem Flughafengelände im Zentrum (Abb. 4.1). Die Ausdehnung des Gebietes ist so groß, dass die Emissionen landender Flugzeuge mindestens ab einer Höhe von ft (ca. 450 m) und darunter erfasst werden. Emissionen startender Flugzeuge werden wegen des größeren Steigflugwinkels und der abbiegenden Abflugrouten auch in Höhen oberhalb von ft berücksichtigt. Die Flugbewegungen sowie die hieraus resultierenden Emissionen werden bis zum Rand des Rechengebietes berücksichtigt. Abb. 4.1: Ausdehnung des Rechengebiets

16 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Meteorologische Daten Üblicherweise wird eine Ausbreitungsrechnung mit einer Ausbreitungsklassenstatistik betrieben. Dies setzt aber voraus, dass die Emissionen im wesentlichen zeitunabhängig sind, zumindest aber nicht mit den meteorologischen Bedingungen korreliert sind. Das ist hier nicht der Fall. In den Nachtstunden, wenn stabile atmosphärische Schichtung vorherrscht, die zu höheren Konzentrationen führen kann, ist die Zahl der Flugbewegungen am geringsten. Auf der anderen Seite bewirkt das Starten der Flugzeuge gegen den Wind, dass die Abgase vorwiegend an dem Ende der Startbahn entstehen, von wo aus sie relativ schnell durch den Wind in das Außengelände transportiert werden. Dadurch entstehen in der Umgebung höhere Konzentrationen, als sie eine Rechnung mit mittleren Verhältnissen liefern würde. Aus diesen Gründen wird die Ausbreitungsrechnung mit einer meteorologischen Zeitreihe durchgeführt, bei der jede Stunde des Jahres nacheinander durchgerechnet wird. Im Gegensatz zu einer stationären Rechnung, bei der jede Wettersituation für sich gerechnet wird, wird hier der Transport der Emissionen, die in einer Stunde emittiert werden, auch in den folgenden Stunden weiterverfolgt. Durch die Mittelung über alle Stunden des Jahres (8 760) erhält man den Jahresmittelwert. Aus der Verteilung der Einzelwerte können die Kurzzeitwerte berechnet werden. Vom Deutschen Wetterdienst (DWD) wurde eine Ausbreitungsklassenzeitreihe für ein repräsentatives Jahr anhand folgender Hauptkriterien in einem standardisierten Verfahren ausgewählt: - Häufigkeiten der Windrichtungsverteilung und ihre Abweichung - Monatliche und jährliche mittlere Windgeschwindigkeit - Häufigkeiten der Großwetterlagen nach Hess/Brezowski - Häufigkeiten der Ausbreitungsklassen Anhand dieser Kriterien wurde vom DWD (Aktenzeichen KU11A6/08/A2806) die Jahreszeitreihe der Meteorologie des Jahres 2004 am Standort Düsseldorf-Flughafen als zeitlich repräsentativ vorgegeben. Die Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsverteilung in diesem Jahr ist in Abb. 4.2 dargestellt. Die relative Häufigkeit weist sowohl im langjährigen Mittel als auch im Jahr 2004

17 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 11 zwei Maxima bei südwestlichen und südsüdöstlichen Winden auf. Die südwestlichen Winde repräsentieren die großräumige Anströmung, die in Mitteleuropa hauptsächlich aus südwestlichen bis westlichen Richtungen erfolgt, während der südsüdöstliche Anteil aus der Leitwirkung des Rheintals resultiert. Die mittlere Windgeschwindigkeit im Jahr 2004 betrug 3.8 m/s. Die Verteilung der Häufigkeit der Ausbreitungsklassen sieht folgendermaßen aus: Sehr stabil (Klasse I) 13.0 % Stabil (Klasse II) 15.3 % Neutral (Klasse III/1) 48.1 % Neutral (Klasse III/2) 14.5 % Labil (Klasse IV) 6.1 % Sehr labil (Klasse V) 3.1 %

18 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 12 Abb. 4.2.: Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsverteilung im Jahr 2004 an der Station Düsseldorf - Flughafen

19 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Flug- und Vorfeldverkehr Flugverkehrsaufkommen Die den betrachteten Szenarien (Referenzszenario, Prognoseszenario) zugrundeliegenden Daten (Anzahl der Flugbewegungen in den 6 verkehrsreichsten Monaten, Verteilung auf die Start- und Landebahnen sowie die einzelnen Flugzeuggruppen, Positionsbelegungen) sind im Datenerfassungssystem (DES), welches allen Fachgutachtern als Grundlage dient, zusammengefasst. Die 6 verkehrsreichsten Monate sind hierbei die Monate Mai bis Oktober. Die Anzahl der Flugbewegungen wurde entsprechend Angaben des Auftraggebers mit dem Faktor 1.85 auf ein ganzes Jahr hochgerechnet. Die Zuordnung der Flugzeugtypen zu AzB-Klassen und zu den im Modell LASPORT verwendeten Flugzeuggruppen ist in Tab. 4.1 und die Anzahl der Flugbewegungen je Flugzeuggruppe in Tab. 4.2 dargestellt. Flugzeuggruppe AzB-Klassen Typenbeispiele Gross s7.1, s6.2, s7, s6.3, s3.1, s3.2 B747, A380, A340 Mittel s6.1, s1.3 A300, A310, A330 Klein s5.2, s5.3, s2 MD80, B737, A320, A318 Regional s5.1, s1.0, s1.1, s1.2 CRJ, Do728 Business s1.0 Falcon, Learjet Turboprop p2.1, p2.2 Saab340, Do328, F-27 Propeller p1.0, p1.1, p1.2, p1.3, p1.4 Piper, Cessna --- h1.0, h1.1, h1.2, h2.1 Hubschrauber Tab. 4.1: Flugzeuggruppeneinteilung nach LASPORT Flugzeuggruppe Anzahl Flugbewegungen (1/a) Gross 2235 Mittel 8899 Klein Regional Business 0 Turboprop Propeller 4285 Tab. 4.2: Anzahl der Flugbewegungen pro Jahr für Referenz- und Prognoseszenario

20 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 14 In LASPORT wird den Hubschraubern keine eigene Flugzeuggruppe zugeordnet. Aufgrund der geringen Anzahl von Flugbewegungen spielt diese AzB-Klasse eine vernachlässigbare Rolle für die Luftqualität in der Umgebung des Flughafens. Die Verteilung der einzelnen Flugzeuggruppen auf die Start- /Landebahnen ist in Tab. 4.3 aufgetragen. Anflug Flugzeuggruppe Landebahn 23L 05L 23R 05R Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller Abflug Flugzeuggruppe Startbahn 23L 05L 23R 05R Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller Tab. 4.3: Verteilung der Flugbewegungen (in %, Summe je Flugzeuggruppe = 100%) auf die Start- / Landebahnen für die beiden zu untersuchenden Szenarien (23L / 05R = Hauptbahn, 23R / 05L = Parallelbahn). Die Jahres-, Wochen- und Tagesgänge der Flugbewegungen je Flugzeuggruppe wurden entsprechend den Angaben im DES berücksichtigt. Die Daten stammen aus dem Jahr 2008, wobei der zukünftig vermehrte Einsatz von Großflugzeugen sowie ein Nachtfluganteil von 6 % berücksichtigt wurde.

21 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 15 Die Zeitgänge der anderen Quellgruppen (Tanklager, Heizwerk) wurden auf der Grundlage von Erfahrungswerten (Jahres-, Wochen-, Tagesgang der Flugbewegungen, Energiebedarf über das Jahr) angesetzt. Die Zuordnung der Flugbewegungen zu den Vorfeldpositionen wird im DES vorgegeben. Durch die Planungen werden am Vorfeld Ost die in Abb. 4.3 schwarz markierten Positionen wegfallen. Abb. 4.3: Im Bereich des Vorfelds Ost entfallende Abstellpositionen. Im Bereich des Vorfelds West kommen die in Abb. 4.4 schwarz umrandeten Positionsbereiche neu hinzu.

22 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 16 Abb. 4.4: Im Bereich des Vorfelds West neu geplante Abstellpositionen und Rollwege Quellmodellierung Die Quellmodellierung erfolgt durch das Programmsystem LASPORT Version 1.6.1, welches die Eingangsdaten für die Ausbreitungsrechnung aufbereitet. Als Emissionsquellen werden hier betrachtet: - Flugzeuge auf dem Vorfeld, den Rollwegen und bei Start und Landung - Abfertigungsfahrzeuge und Hilfsaggregate sowie APU auf den Vorfeldern - Tankvorgänge der Flugzeuge auf den Vorfeldern und Befüllung des Tanklagers, Kfz-Tankstelle - Heizwerk

23 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 17 Auf die Start-/Landerichtung 230 (Süd-West) entfallen ca. 77% der Flugbewegungen, der Rest erfolgt in Richtung 50 (Nord-Ost). Diese Verteilung wird auch in der Ausbreitungsrechnung berücksichtigt. Während der Bewegungen am Boden emittieren die Flugzeuge an den Terminals, den Vorfeldpositionen, den beiden Start-/Landebahnen und beim Taxi-Verkehr zwischen diesen Bereichen. Die Rollwege (Taxiways) sind definierte Strecken, die jedes Terminal bzw. Vorfeld mit den jeweiligen Start- bzw. Landepositionen am Anfang oder Ende der Start-/Landebahnen verbinden. Beim Abflug wird immer zum Anfang der Startbahn gerollt. Für die Abrollstrecken nach der Landung werden die Hauptwege genutzt, auf denen die Mehrzahl der Bewegungen stattfinden. Es wird eine einheitliche Rollgeschwindigkeit von 4 m/s angenommen. Dieser Wert ergibt sich aus der Länge des Rollwegs und der hierfür benötigten Zeit, die aus Rollzeitanalysen des Jahrs 2008 stammen. In der Rollzeit sind alle Wartezeiten (Stau, Warten auf Startfreigabe etc.) zwischen off-block und Start sowie zwischen Landung und on-block enthalten. Eine Rollgeschwindigkeit von 4 m/s stellt daher eine sehr konservative Abschätzung der Rollzeiten dar. Jeder Taxiway bildet bei der Ausbreitungsrechnung ein eigenes System von Linienquellen, das im Ausbreitungsmodell als Quellgruppe geführt wird. Die Linienquellen werden als Verbindungslinien von Positionspunkten dargestellt, die auf dem Weg vom Terminal/Vorfeld zur Start-/Landeposition und umgekehrt durchlaufen werden müssen. Jedem Streckenabschnitt wird die mittlere Quellstärke zugeordnet, die dem Verkehr auf diesem Abschnitt entspricht. In Abb. 4.5 sind die Positionsbereiche, die im Modell LASPORT abgebildet wurden, für Referenz- und Prognoseszenario dargestellt. Beim Start werden den Flugzeugklassen charakteristische Werte für Geschwindigkeiten, Steigwinkel etc. zugeordnet. Die startenden Flugzeuge folgen nach dem Abheben verschiedenen Abflugrouten, deren prozentuale Verteilung auf die einzelnen Flugzeuggruppen im DES vorgegeben ist. Die Steigflugprofile der einzelnen Flugzeuggruppen aus LASPORT lehnen sich an die AzB an und sind in Abb. 4.6 dargestellt. Bei der Landung wird für alle Klassen einheitlich angenommen, dass der Gleitwinkel 3 Grad beträgt und das Flugzeug 300 m hinter der Schwelle der Landebahn aufsetzt.

24 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 18 Abb. 4.5: Positionsbereiche (rot) und Rollwege (grün) für Referenzszenario (oben) und Prognoseszenario (unten). Alle Strecken, Taxi wie auch Start und Landung, werden als ausgedehnte Linienquellen angesetzt, das heißt sie haben neben der Länge auch eine Breite und eine Höhe (entsprechend einer Volumenquelle). Als Breite wird einheitlich entsprechend den Ausmaßen eines Flugzeuges 50 m angesetzt, die vertikale Erstreckung beträgt 25 m. Zur Modellierung des Austrittsimpulses der Abgasfahne werden für die Simulationsteilchen Geschwindigkeitsfluktuationen und eine mittlere, horizontale Austrittsgeschwindigkeit festgelegt. Diese Parameter wurden vom Ingenieurbüro Janicke aus dem Vergleich zeitlich hochaufgelöster DOAS- Messungen mit LASAT-Simulationen am Flughafen Düsseldorf ermittelt.

25 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 19 Abb. 4.6: Steigflugprofile aus LASPORT Mit der Vertikalausdehnung wird ansatzweise die thermische Überhöhung und Verwirbelung der Abgase aufgrund der Flugzeugbewegung berücksichtigt. 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 vertikale Versatz nach unten, zur Berücksichtigung der Abwärtsbewegung der Abgasfahne durch die Wirbelschleppen, beträgt sowohl beim Anflug (Approach) als auch beim Abflug (Climb out) 100 Meter,. Im Climb out Modus sollen mit dem vertikalen Versatz zusätzlich auch die schräg nach unten gerichteten Triebwerke während des Steigfluges berücksichtigt werden. Der nicht flugzeuggebundene Kfz-Verkehr auf den Vorfeldern wird als Linienquellen abgebildet, während der flugzeugbezogene Boden- bzw. Abfertigungsverkehr als Flächenquellen auf den Positionsbereichen abgebildet wird. 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 Emissionen

26 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 20 werden (außer bei den Propellerflugzeugen) mit einem vertikalen Wärmeauftrieb versehen. Es wird für alle Flugzeuge mit Strahlantrieb eine mittlere Dauer der APU-Nutzung von 45 Minuten (30 Minuten bei Starts und 15 Minuten bei der Landung) angenommen, obwohl die Flugzeuge an den Terminals mehrheitlich die stationäre Energieversorgung in Anspruch nehmen und somit nur für kurze Zeit beim on-block bzw. off-block und für das Starten der Triebwerke die APU nutzen. Eine stationäre Klimatisierung ist am Flughafen Düsseldorf nicht vorhanden, so dass bei bestimmten Witterungsbedingungen auch die Flugzeuge an den Terminals die APU zur Klimatisierung nutzen. Da diese meteorologischen Bedingungen in Düsseldorf im Jahresverlauf nicht häufig auftreten, ist die Annahme einer Nutzungsdauer von 45 Minuten für alle Flugzeuge eine Überschätzung der tatsächlichen Situation. Die Nutzung der mobilen GPU (ground power unit, dieselbetriebene Generatoren zur mobilen Stromversorgung) für die externe Energieversorgung erfolgt nur an den Außenpositionen und wird je nach Flugzeuggruppe mit einer Dauer von 15 bis 35 Minuten angesetzt. Die Betankungsvorgänge am Flugzeug werden entsprechend der Verteilung der Flugbewegungen aufgeteilt. Die dabei auftretenden Emissionen werden auf die Flächenquellen der Vorfelder verteilt. Zusätzlich wird das Tanklager als Volumenquelle (132 m x 38 m x 5 m) angesetzt. Es wird von einem dreimaligen Umschlag der Jahresmenge an Kerosin ausgegangen, welcher zweimal am Tanklager und einmal auf dem Vorfeld erfolgt. Es kommt keine Gaspendelung zum Einsatz. Das Heizwerk wird als 27 m hohe Flächenquelle (44 m x 15 m) mit einem Abwärmestrom von 48 MW modelliert. Die Tankstelle am Südrand des Flughafengeländes (im Bereich des Vorfelds West) unterteilt sich in einen nichtöffentlichen Teil (z.b. zur Betankung der Vorfeldfahrzeuge) und einen öffentlich zugänglichen Teil. Sie wird als Volumenquelle mit einer Emissionshöhe von 1 bis 2 m modelliert.

27 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 21 5 ABBEMISSIONEN 5.1 Flugverkehr Grundlage für die Bestimmung von Emissionen aus dem Betrieb von Flugzeugen ist die ICAO Exhaust Emissions Data Bank (siehe /index.asp). Diese gibt für eine Vielzahl von Triebwerkstypen den Treibstoffverbrauch sowie Emissionsfaktoren von NO x (Stickoxide), HC (Kohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxid) und die Smoke Number (dimensionslose Zahl als Maß für die Partikelemission) in Abhängigkeit der Lastzustände bei den Flugbewegungsphasen Idle, Approach, ClimbOut und TakeOff an, die den sogenannten LTO-Zyklus (landing and take-off cycle) abdecken. Darüber hinaus können im vorliegenden Fall ergänzend (falls Werte bei der ICAO nicht vorhanden sind) Daten aus der FOI Datenbank (Database for Aircraft Engine Emissions der Swedish Defence Research Agency) und der FAA (Federal Aviation Administration) sowie Standardwerte aus LASPORT verwendet werden. Aus der Verteilung der Flugzeugmuster, der Zuordnung der Triebwerke zu den Mustern sowie der Anzahl der Flugbewegungen je Flugzeugmuster erhält man mittlere flottenbezogene Emissionsfaktoren je Flugzeuggruppe. Diese Emissionsfaktoren entsprechen den aktuellen Zahlen 2008 für Düsseldorf. Die Anpassung der flottenbezogenen Emissionen an die Gegebenheiten des Prognoseszenarios erfolgt über die im DES festgeschriebenen Flugbewegungen. Die Realisierung des Prognoseszenarios soll kurzfristig erfolgen, so dass eine Berücksichtigung des zukünftigen Wegfalls älterer Triebwerkstypen nicht notwendig ist. Für jede Flugzeuggruppe werden die Flugbewegungen auf Segmente von ausgedehnten Linienquellen abgebildet. Die Emission pro Flugzeug auf einem Liniensegment ist das Produkt aus Treibstoffverbrauch, Emissionsfaktor (Masse Schadstoff pro Masse Treibstoff) und der Verweilzeit auf dem Segment. Die Gesamtemission für eine Stunde ergibt sich durch Multiplikation mit der Anzahl von Flugzeugen je Stunde in diesem Segment. Die in der ICAO Datenbank angegebenen Werte für NO x sind die Summe aus NO und NO 2. Emittiert wird jedoch hauptsächlich NO, der Anteil von NO 2 an den NO x Emissionen wurde hier mit 15 % angesetzt. Angegeben sind die NO Emissionen ausgedrückt als NO 2. Die Umwandlung von NO in NO 2 während der Ausbreitung wurde nach den Vorgaben der TA Luft (2002) gemäß Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 modelliert.

28 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 22 Die Emissionsfaktoren für Benzol, Benzo(a)pyren und PM10 wurden auf der Basis der Angaben von AvioPlan (2000), Hüttig et al. (1999), Döpelheuer (1997). Eickhoff (1998) und Spicer et al. (1994) bestimmt bzw. aus den Emissionsfaktoren der ICAO-Datenbank abgeleitet. Der SO 2 Emissionsfaktor ist abhängig vom Schwefelgehalt des Kerosins und wurde auf den von Eurocontrol ermittelten Mittelwert von 0.84 g/kg gesetzt. Für Benzo(a)pyren ergibt sich ein mittlerer Emissionsfaktor von 1.9 µg/kg für TakeOff und ClimbOut sowie 5.4 µg/kg für Approach und 3.6 µg/kg für Idle (Spicer et al. 1994). Die Benzolemission beträgt 3 % der HC-Emission. Der PM10-Emissionsfaktor wurde auf der Basis eines Russemissionsfaktors von 0.04 g/kg bzw g/kg (nur Idle) abgeschätzt. Dabei wurde angenommen, dass der Russgehalt an den im Abgas enthaltenen Partikel 50 % beträgt (Döpelheuer, pers. Mitteilung). Die emittierten Partikel sind zu 100 % kleiner als 10 µm, d.h. PM10 (Petzold et al., 1999). Beim Starten von Triebwerken wird unverbrannter Treibstoff freigesetzt. Dies wird als Emissionsquelle berücksichtigt. Die entsprechenden Kohlenwasserstoffemissionsfaktoren werden aus der LASPORT Datenbank übernommen und sind abhängig von der Flugzeuggruppe. Flugzeuggruppe Einheit HC-Emissionsfaktor Gross kg/flugzeug 1 Mittel kg/flugzeug 0.8 Klein kg/flugzeug 0.5 Regional kg/flugzeug 0.3 Turboprop kg/flugzeug 0.1 Propeller kg/flugzeug 0.05 Tab. 5.1: Emissionsfaktoren für den Triebwerksstart Nachfolgend sind die verwendeten Emissionsfaktoren aufgeführt. Diese wurden sowohl für das Referenz- als auch für das Prognoseszenario verwendet.

29 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 23 Flugzeuggruppe TakeOff ClimbOut Approach Idle FUEL (kg/s) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller NO x (g/kg) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller HC (g/kg) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller CO (g/kg) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller SO 2 (g/kg) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller BAP (µg/kg) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller PM10 (g/kg) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller BZL (g/kg) Gross Mittel Klein Regional Turboprop Propeller Tab. 5.2: Emissionsfaktoren für die untersuchten Szenarien

30 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Vorfeld Auf den Vorfeldern treten Emissionen durch die Nutzung der APU und GPU sowie den flugzeugabfertigungsbezogenen und den allgemeinen Kfz-Verkehr auf. Die Emissionen der Hilfsaggregate (APU) werden auf der Basis einer durch die AzB vorgegebenen mittleren E- missionsdauer von 45 Minuten je Flugzeug ermittelt. Dieser Wert wird für alle Flugzeuge angesetzt, obwohl Flugzeuge, die direkt am Terminal stehen, die zentrale Energieversorgung verwenden können und Außenpositionen überwiegend mit GPU bestückt sind. Der Treibstoffverbrauch der APU und die Emissionsfaktoren wurden dem Modell LASPORT entnommen. Die Daten basieren auf einer Studie des Flughafens Zürich für das Jahr Die PM10 Emissionsfaktoren wurden dem neuen ICAO Manual entnommen. Der Treibstoffverbrauch der APU sowie die Emissionsfaktoren teilen sich für die einzelnen Flugzeuggruppen, die eine APU besitzen, wie folgt auf: Flugzeuggruppe Treibstoffverbr NO x g/kg HC g/kg PM10 g/kg Benzol g/kg CO g/kg SO 2 g/kg BaP µg/kg auch kg/h Gross Mittel Klein Regional Turboprop Tab. 5.3: Emissionsdaten für die APU Für die GPU wurden nach Herstellerangaben folgende Emissionsfaktoren angesetzt (diese entsprechen nicht ganz denjenigen, die in der Emissionsdatenbank von LASPORT hinterlegt sind): Treibstoffverbrauch: 12 kg/h NO x : 100 g/kg HC: 8 g/kg CO: 20 g/kg

31 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 25 SO 2 : 1 g/kg PM10: 2.6 g/kg BaP: 0.45 mg/kg Benzol: 0.16 g/kg. Hierzu addieren sich auf den Vorfeldern die Emissionen, die durch abfertigungsabhängigen und unabhängigen Kraftfahrzeugverkehr entstehen. Hierzu sind für den abfertigungsbezogenen Verkehr die Bewegungen u.a. folgender Fahrzeuge zu zählen: Einweiser u.ä. Treppe Catering Fäkalien/Frischwasser Gepäckförderband Lastkarren Hubbühnen Crew-/Putzkolonnenbus Passagierbus Schlepper Tankwagen (incl. Betankung) Die Emissionen durch das flugzeugbezogene Abfertigungsgeschehen am Flugzeug werden je Flugzeuggruppe aus dem Emissionsfaktor der LASPORT Emissionsdatenbank und der Anzahl der Flugzeuge je Vorfeldposition berechnet. Aus Angaben der Flughafen Düsseldorf GmbH (auf der Grundlage von Stichprobenzählungen) über die mittlere Anzahl der eingesetzten Fahrzeuge je Tag (aufgeteilt in die Fahrzeugklassen PKW, LKW und LNF (leichte Nutzfahrzeuge)) errechnet sich mit den Emissionsfaktoren der LASPORT Emissionsdatenbank (basierend auf dem HBEFA Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (UBA, 2004)) die Emission durch Fahrbewegungen auf dem Flughafengelände. Die verwendeten Emissionsfaktoren gelten im Referenzszenario für das Jahr 2008 und im Prognoseszenario für das Jahr 2010.

32 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Tanklager Als Emissionen bei der Betankung werden hier die Kohlenwasserstoffemissionen betrachtet, die beim Umschlag von Treibstoffen freigesetzt werden. Diese Verdrängungsemissionen entstehen dadurch, dass sich in den Treibstofftanks oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ein gesättigtes Treibstoff-Luftgemisch befindet. Diese mit Kohlenwasserstoffen gesättigte Luft wird beim Befüllen des Tanks an die Umwelt freigesetzt. Die Verdrängungsemissionen hängen hauptsächlich ab vom Dampfdruck des Treibstoffs, der Temperatur in den Tanks, dem umgeschlagenen Treibstoffvolumen und der Anzahl, wie oft der Treibstoff auf dem Weg bis zum Endverbraucher umgefüllt wird. Der Dampfdruck bei 37.8 o C von Kerosin (14 h Pa) ist - verglichen mit den Ottokraftstoffen (700 bis 900 h Pa) - gering, aber vergleichbar mit dem von Dieselkraftstoff (3 h Pa). Die Kohlenwasserstoffemissionen beim Betanken der Flugzeuge auf den Vorfeldpositionen sind bereits in den abfertigungsbezogenen Vorfeldemissionen berücksichtigt. Am Tanklager wurde ein doppelter Umschlag von Treibstoff berücksichtigt (Befüllen der Tanklager und Befüllen der Tankfahrzeuge). Bei einem aktuellen Treibstoffverbrauch von ca m³ pro Jahr und einem auf ein Jahr bezogenen durchschnittlichen Emissionsfaktor von 7.5 g HC/m 3 Kerosin (Avioplan, 2000) errechnet sich am Tanklager eine Emission von ca kg/a HC. Dies wurde für beide Szenarien angesetzt. 5.4 Sonstige Im Bereich des Flughafens finden in der Lärmschutzhalle Prüf- und Standläufe von Flugzeugtriebwerken statt. Eine Emissionsbilanzierung der Probeläufe in der Lärmschutzhalle weist eine Emission aus, die ca. 0.1 % der Emissionen der Flugbewegungen ausmacht. Es wurde daher auf eine getrennte Berücksichtigung dieser Quellen verzichtet. Im Bereich der Tankstelle für Benzin und Diesel werden Verdampfungsemissionen der Stoffe HC (3.08 t/a) und Benzol (30 kg/a) berücksichtigt. Die Beheizung des Flughafenbereichs erfolgt im Wesentlichen durch das Heizwerk 3. Das Hauptheizwerk 3 wird vornehmlich mit Gas gefeuert (alternativ kann auf Heizöl umgestellt werden). Aktuelle Zahlen der Flughafen Düsseldorf GmbH für das Heizwerk 3 weisen folgende Emissionsdaten aus:

33 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 27 NO x HC CO PM10 SO kg/a kg/a kg/a 32.2 kg/a kg/a

34 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 28 6 MASSSTÄBE ZUR BEURTEILUNG VON IMMISSIONEN 6.1 Zusammenfassung der Beurteilungswerte für Luftschadstoffe In Tab. 6.1 werden die in der vorliegenden Studie verwendeten und im Anhang A1 erläuterten Beurteilungswerte für die relevanten Schadstoffkomponenten zusammenfassend dargestellt. Diese Beurteilungswerte sowie die entsprechende Nomenklatur werden im vorliegenden Gutachten durchgängig verwendet. Schadstoff Beurteilungswert Zahlenwert in µg/m³ Jahresmittel Kurzzeit NO 2 Grenzwert zum Schutz der (Stundenmittelwert, maximal menschl. Gesundheit ab 18 Überschreitungen/Jahr) 2010 Benzol Grenzwert zum Schutz der 5 - menschl. Gesundheit ab 2010 PM10 SO 2 CO Grenzwert zum Schutz der menschl. Gesundheit Grenzwert zum Schutz der menschl. Gesundheit ab 2010 Grenzwert zum Schutz der menschl. Gesundheit (Tagesmittelwert, maximal 35 Überschreitungen/Jahr) (Tagesmittelwert, maximal 3 Überschreitungen/Jahr) 350 (Stundenmittelwert, maximal 24 Überschreitungen/Jahr) (maximaler gleitender 8-Stunden Mittelwert) BaP Zielwert Tab. 6.1: Beurteilungsmaßstäbe für Luftschadstoffimmissionen nach 22. BImSchV (2007) bzw. TA Luft (2002) Für HC als Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffe existiert kein Beurteilungswert. Die Beurteilung der Schadstoffimmissionen erfolgt durch den Vergleich relativ zum jeweiligen Grenzwert. Zusätzlich definiert die TA Luft für die Bewertung im Rahmen von Genehmigungsverfahren nach Bundes-Immissionsschutzgesetz BImSchG auch Irrelevanzschwellen für die anlagenbezogene Zusatzbelastung im Falle einer Überschreitung der Immissionswerte in der Vorbelastung. Die Irrelevanzwerte betragen 3 % des Immissionswerts (Jahresmittel) für Stoffe, die

35 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 29 zum Schutz der menschlichen Gesundheit geregelt sind. Die Irrelevanzschwellen für NO 2 und PM10 liegen somit bei 1.2 µg/m³, für SO 2 bei 1.5 µg/m³ und für Benzol bei 0.15 µg/m³. 6.2 Bewertungsmaßstab Geruch Die Beurteilung von Geruchsbelästigungen weist Besonderheiten auf, da ein Nachweis mittels physikalisch-chemischer Messverfahren meist nicht möglich ist und somit der in der Immissionsschutzpraxis übliche Vergleich einer gemessenen Konzentration mit einem festgesetzten Grenzwert nicht durchführbar ist. Hinzu kommt, dass die belästigende Wirkung von Geruchsimmissionen sehr stark von der Sensibilität und der subjektiven Einstellung der Betroffenen abhängt. Dies erfordert, dass viele Kriterien bei der Beurteilung von Geruchsbelästigungen in Betracht zu ziehen sind. Belästigungen durch Gerüche stellen nach 3 Abs. 1 Bundes-Immissionsschutzgesetz eine schädliche Umwelteinwirkung dar, wenn sie als erheblich anzusehen sind. Die Erheblichkeit ist keine absolut festliegende Größe, sie kann z.b. in Sonderfällen nur durch Abwägung der bedeutsamen Umstände festgestellt werden. Dies kann dann der Fall sein, wenn einer bestehenden, emittierenden Anlage Bestandsschutz zukommt. In diesem Fall können unter Umständen Belästigungen hinzunehmen sein, selbst wenn sie bei gleichartigen Immissionen in anderen Situationen als erheblich anzusehen wären. Zur Beurteilung der Erheblichkeit der Geruchseinwirkung werden im allgemeinen Immissionswerte als Häufigkeit der Jahresstunden mit Geruchswahrnehmungen festgelegt. Die Immissionswerte, ab denen bei Gerüchen von einer erheblichen Belästigung gesprochen werden kann, sind bundesweit noch nicht allgemein verbindlich festgelegt. Der Länderausschuss für Immissionsschutz (LAI) hat am die so genannte Geruchsimmissionsrichtlinie zur Feststellung und Beurteilung von Geruchsimmissionen verabschiedet. Der LAI hat darüber hinaus den Ländern empfohlen, die Richtlinie in Verwaltungsvorschriften umzusetzen oder in entsprechender anderer Weise für die Genehmigungs- und Überwachungsbehörden verbindlich zu machen. Zwischenzeitlich wurde diese Richtlinie den neueren Erkenntnissen angepasst (siehe aktuelle Fassung: GIRL, 2008). In Nordrhein- Westfalen ist die Richtlinie zur Anwendung empfohlen. Die Geruchsimmissionsrichtlinie bezieht sich vorwiegend auf anlagenspezifische Gerüche. In dieser Richtlinie sind Immissionswerte, die nicht überschritten werden dürfen, für in der Re-

36 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 30 gel 250 m x 250 m große Beurteilungsflächen aufgeführt. Falls fachliche Gründe vorliegen, dürfen diese Flächen auch verkleinert werden. Eine Geruchsimmission ist in der Regel als erhebliche Belästigung zu werten, wenn sie nach ihrer Herkunft aus Anlagen erkennbar, d.h. abgrenzbar ist gegenüber Gerüchen aus dem Kraftfahrzeugverkehr, dem Hausbrandbereich, der Vegetation oder ähnlichem und der Anteil der Geruchsstunden an den Jahresstunden folgende Werte (Immissionswerte) überschreitet: Wohn-/Mischgebiete Gewerbe-/Industriegebiete/Dorfgebiete 0.10 (10 %) 0.15 (15 %) Sonstige Gebiete, in denen sich Personen nicht nur vorübergehend aufhalten, sind nach den entsprechenden Grundsätzen des Planungsrechts zuzuordnen. Eine Geruchsstunde liegt nach Geruchsimmissionsrichtlinie vor, wenn es in mindestens 10 % der Zeit der Stunde zu Geruchswahrnehmungen kommt. Dies bedeutet, dass bei der Berechnung der Gesamthäufigkeit der Geruchsstunden auch Stunden voll zählen, innerhalb denen es nur in 6 Minuten zu Geruchswahrnehmungen kommt. In der Geruchsimmissionsrichtlinie wird in Nr. 3.3 Erheblichkeit der Immissionsbeiträge ausgeführt: Die Genehmigung für eine Anlage soll auch bei Überschreitung der Immissionswerte der GIRL nicht wegen der Geruchsimmissionen versagt werden, wenn der von der zu beurteilenden Anlage in ihrer Gesamtheit zu erwartende Immissionsbeitrag (Kenngröße der zu erwartenden Zusatzbelastung nach Nr. 4.5) auf keiner Beurteilungsfläche, auf der sich Personen nicht nur vorübergehend aufhalten (vgl. Nr. 3.1) den Wert 0.02 überschreitet. Bei Einhaltung dieses Wertes ist davon auszugehen, dass die Anlage die belästigende Wirkung der vorhandenen Belastung nicht relevant erhöht (Irrelevanz der zu erwartenden Zusatzbelastung - Irrelevanzkriterium). Als Beurteilungsflächen gelten hierbei Bereiche in der Umgebung der Anlage, die nicht nur zum vorübergehenden Aufenthalt von Menschen bestimmt sind (d. h. in Waldgebieten und auf zusammenhängenden landwirtschaftlich oder gartenbaulich genutzten Flächen liegen keine Beurteilungsflächen).

37 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 31 7 VORBELASTUNG UND AUSBREITUNGSMODELLIERUNG 7.1 Vorbelastung Die Bestimmung der Vorbelastung ist zur Beurteilung der Immissionsbelastung notwendig, da die Beurteilungskriterien zur Einhaltung der berücksichtigten Grenzwerte der Gesamtimmissionen (nicht nur durch die Zusatzbelastung) definiert sind. Die Vorbelastung entsteht durch Überlagerung von Immissionen aus Industrie, Hausbrand und Verkehr sowie überregionalem Ferntransport von Luftbeimengungen. Es ist die fiktive Konzentration, die im Untersuchungsgebiet ohne die Emission der in den Immissionsrechnungen berücksichtigten Emissionsquellen vorläge. Im folgenden werden die Vorbelastungen der untersuchten Stoffe abgeschätzt. Dies geschieht durch die Auswertung von Messungen aus der Umgebung des Untersuchungsgebietes. Diese Messungen stellen Gesamtbelastungen (inklusive Einfluss des Flughafens) dar. Praktisch schließen die gemessenen Konzentrationen auch bereits den bestehenden Flugbetrieb mit ein. Daher wird die daraus abgeleitete Vorbelastung (und damit die darauf aufbauende Gesamtbelastung) eher überschätzt. Es ist daher das Ziel einer solchen Betrachtung, eine für das Gebiet repräsentative, von den Quellen im Nahbereich möglichst wenig belastete Station zu finden. Die an dieser Station gemessene Gesamtbelastung, die sich aus der großräumigen Vorbelastung ergibt, kann dann als konservative Abschätzung für die Vorbelastung im Untersuchungsgebiet (ohne Flughafen) dienen. Damit ist als konservative Abschätzung gemeint, dass die Vorbelastung geringer, jedoch nicht größer als die angenommenen Werte sein sollte. Für die Stoffe NO 2, CO, SO 2, PM10, Benzol und Benzo(a)pyren wurden die Werte für die großräumigen Vorbelastungen aus den Messungen des Messnetzes des Landesumweltamtes Nordrhein-Westfalen (LUA) abgeleitet. Hierbei werden vorrangig die nächstgelegenen Messstellen Düsseldorf-Lörick und Ratingen-Tiefenbroich betrachtet. Stark verkehrsbezogene Messpositionen eignen sich nicht zur Abschätzung der Vorbelastung. Die Werte für Benzol und BaP werden aus landesweiten Messungen abgeleitet, da keine Daten an den genannten Stationen vorliegen. Für das Mittel der Jahre 2005 bis 2008 werden die in Tab. 7.1 angegebenen jahresmittleren Belastungen ausgewiesen.

38 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 32 Als Kurzzeitwerte nach EU-Richtlinie bzw. neue TA Luft (2002) werden die Anzahl der Überschreitungen bestimmter Konzentrationen herangezogen. Diese Werte sind in Tab. 7.2 angegeben (soweit vorhanden). Station SO 2 NO 2 CO PM10 Lörick Ratingen Tab. 7.1: Gemessene Jahresmittelwerte in µg/m³ an den LUA Stationen (Mittelwert der Jahre ) Station SO 2 PM10 NO 2 Anzahl Überschreitungen von 350 µg/m³ (1h-Wert) Anzahl Überschreitungen von 125 µg/m³ (Tagesmittelwert) Maximaler Stundenmittelwert in µg/m³ Anzahl Überschreitungen von 50 µg/m³ (Tagesmittelwert) Anzahl Überschreitungen von 200 µg/m³ (1h- Wert) Maximaler Stundenmittelwert in µg/m³ Lörick Ratingen Tab. 7.2: Gemessene Anzahl der Überschreitungen der Konzentrationen (Mittelwert der Jahre bzw. Maximalwert absolut) Somit lassen sich aus den Messungen die in Tab. 7.3 aufgezeigten Vorbelastungen abschätzen. Hierbei ist berücksichtigt, dass es im Umfeld des Flughafens durch den KFZ- Verkehr erhöhte Belastungen geben kann. Stoff Jahresmittel [µg/m 3 ] Anzahl Überschreitungen NO CO Benzol SO PM BaP Tab. 7.3: Aufgrund der Messungen des LUA angenommene großräumige Vorbelastung. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Vorbelastung bzw. zur Überprüfung der o.a. Werte ergibt sich aus den kontinuierlichen DOAS Messungen der Flughafen Düsseldorf

39 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 33 GmbH, welche an den Anfangs- und Endpunkten der beiden Start-/Landebahnen durchgeführt werden (FDG, 2008). Diese Messungen beinhalten aufgrund der Lage der Messeinrichtungen direkt an den Start-/Landebahnen den Einfluss der Emissionsquellen auf dem Flughafengelände und sollten daher höhere Ergebnisse liefern als die o.a. Vorbelastungswerte. Gemessen werden NO 2, Ozon und SO 2. Vergleichbar sind somit die Komponenten NO 2 und SO 2. Zusätzlich wird punktuell PM10 und Benzol gemessen. In der nachfolgenden Tabelle sind die Bandbreiten der an den 4 Messstrecken erhobenen Konzentrationswerte im Jahr 2008 aufgetragen. Stoff Jahresmittel [µg/m 3 ] Kurzzeitbelastung 99.8-Perzentil bzw. Stundenmittel mit 18 und 24 Überschreitungen [µg/m 3 ] NO SO Tab. 7.4: Messwerte der DOAS Messungen am Flughafen im Jahr Für PM10 werden 25 µg/m³ ausgewiesen und für Benzol 1.3 µg/m³ (als Jahresmittelwert). Der Vergleich der Werte aus Tab. 7.3 und Tab. 7.4 zeigt für NO 2 gute Übereinstimmungen sowohl im Jahresmittel, in den Kurzzeitwerten als auch bei den nicht vorhandenen Überschreitungen der Konzentrationswerte der EU-Richtlinien. Die angesetzten Vorbelastungswerte für NO 2 sind daher plausibel. Die gemessenen SO 2 Konzentrationen sind am Flughafen niedriger als an den Stationen des LUA. Diese Abweichungen können ihre Ursache in der Emittentenstruktur in der Umgebung der einzelnen LUA-Messstellen haben, da SO 2 bodennah hauptsächlich aus kleineren Feuerungsanlagen stammt und vor allem im Winter höhere Werte zeigt. Die Wahl der in Tab. 7.3 angenommenen Vorbelastungswerte für SO 2 bedeutet somit, dass im Nahbereich des Flughafens die tatsächlichen Konzentrationen überschätzt werden, jedoch im Bereich der Wohngebiete, die etwas weiter vom Flughafen entfernt sind, realistischere Werte ermittelt werden. Aufgrund der geringen Relevanz von SO 2 bezüglich der flughafenbezogenen Emissionen stellt dies jedoch kein Problem dar.

40 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Ausbreitungsrechnung Das Ausbreitungsmodell LASAT (siehe berechnet die Ausbreitung von Spurenstoffen in der unteren Atmosphäre im lokalen und regionalen Bereich. Es basiert auf einem Lagrangemodell (Teilchensimulationsmodell), bei dem die Dispersion der Stoffteilchen in der Atmosphäre durch einen Zufallsprozess auf dem Computer simuliert wird. Für komplexes Gelände ist im meteorologischen Präprozessor ein diagnostisches Windfeldmodell integriert. Dreidimensionale Wind- und Turbulenzfelder, in denen z. B. der Einfluss von Gebäuden oder Unebenheiten des Geländes berücksichtigt sind, können auch explizit vorgegeben werden. Es können beliebig viele Emissionsquellen als Punkt-, Linien-, Flächen, Raster- oder Volumenquellen definiert werden. Die meisten Parameter der Ausbreitungsrechnung - insbesondere die Quellstärken bezüglich der einzelnen Stoffkomponenten, Quellorte, Umwandlungsraten - können als Zeitreihe vorgegeben werden. Es wird die über fortlaufende Zeitintervalle gemittelte dreidimensionale Konzentrationsverteilung der emittierten Spurenstoffe am Erdboden berechnet. Liegen die meteorologischen Daten als Zeitreihe über ein Jahr oder als Jahresstatistik vor, können auch Jahresmittelwert und Tagesmittelwerte berechnet werden. Das verwendete Modellpaket LASAT entspricht den Anforderungen der Richtlinie VDI 3945 Blatt 3 Partikelmodelle vom September Das Ausbreitungsmodell der neuen TA Luft AUSTAL2000 beruht ebenfalls auf der genannten Richtlinie, so dass die Ausbreitungsrechnungen konform zu den Anforderungen der neuen TA Luft durchgeführt werden. Die Ausbreitungsrechnung erfolgt auf einer Fläche von 12 x 12 km² mit einer Rasterweite von 250 m x 250 m. Die vertikale Erstreckung des Rechengebietes geht bis m ü.gr. eingeteilt in 20 Schichten. Ausgewertet werden die Konzentrationen in Bodennähe als Mittelwert über die untersten 3 Meter. Die Umwandlung von NO zu NO 2 wird entsprechend Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 mit einer stabilitätsabhängigen Umwandlungsrate gerechnet. Die berechneten Konzentrationen sind Mittelwerte über ein Auszählvolumen und eine Zeitperiode von 1 Stunde. Sie besitzen aufgrund der statistischen Natur des Rechenverfahrens eine statistische Unsicherheit, die im vorliegenden Fall durch geeignete Wahl der Teilchenzahl bei weniger als 1 % für den maximalen Jahresmittelwert lag.

41 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 35 Die Ausbreitungsrechnung wird für ebenes Gelände ohne Gebäude durchgeführt. Für die Immissionen von Flughäfen ist in der Regel der Nahbereich außerhalb des Flughafengeländes von Bedeutung. Hier ist das Gelände noch eben und der Einfluss der relativ niedrigen Flughafengebäude ist nicht mehr ausgeprägt, so dass eine Rechnung für ebenes Gelände eine ausreichende Aussagegenauigkeit liefert. Die Eingangsdaten für die Ausbreitungsrechnungen mit LASAT wurden mit dem Programm LASPORT des Ingenieurbüro Dr. Janicke erstellt.

42 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 36 8 ERGEBNISSE UND BEWERTUNG 8.1 Allgemeines Durch die Planungen im Rahmen dieses Verfahrens erfolgt keine Kapazitätserweiterung des Flugbetriebs, sondern nur Verlagerungen von Rollbewegungen und Vorfeldpositionen innerhalb des Flughafengeländes. Daher ist davon auszugehen, dass sich die Zusatzbelastungen außerhalb des Flughafengeländes nur wenig ändern, lediglich räumlich verschieben. Bei der Darstellung der Ergebnisse der Berechnungen wird daher in einem ersten Schritt ermittelt, in welchen Bereichen sich Erhöhungen bzw. Reduktionen der Zusatzbelastung im Prognoseszenario im Vergleich zum Referenzszenario ergeben. Hierzu wird die Differenz der Zusatzbelastung Prognoseszenario minus Referenzszenario gebildet und grafisch dargestellt (Abb. 8.1 bis Abb. 8.7). Nachfolgend werden dann je betrachtetem Szenario für die einzelnen Stoffe NO 2, PM10, CO, SO 2, Benzol, BaP und Kohlenwasserstoffe die Zusatzbelastungen im Jahresmittelwert und als Kurzzeitwert an den maßgeblichen Immissionsorten tabellarisch aufgetragen und in Anhang A2 auch grafisch. Für die Beurteilung relevant sind die Immissionen außerhalb des Flughafengeländes. Der Bereich mit den höchsten Zusatzbelastungen außerhalb des Flughafengeländes befindet sich südlich des Flughafens in dem Wohngebiet südlich der A44 (Eckenerstraße, Goldregenweg, Eichenbruch). Dieser Bereich wird nachfolgend bei der Diskussion der maximalen Konzentrationen außerhalb des Flughafengeländes als Wohnen Stockum bezeichnet. Zusätzlich können Änderungen der Zusatzbelastung durch das neue Vorfeld West auch im Ortsteil Lohausen westlich der B8 (Lilienthalstraße, Spielberger Weg) auftreten. In diesen beiden Bereichen sind die wesentlichen Änderungen der Zusatzbelastung durch die Planungen zu erwarten. 8.2 Änderung der Zusatzbelastung Luftschadstoffe Nachfolgend werden die Veränderungen der Zusatzbelastung, die sich durch die Verlegung der Vorfeldpositionen ergeben, dargestellt. Hierbei sind die Emissionsquellen innerhalb des Flughafengeländes berücksichtigt. Durch die Vorfeldverlegung werden außerhalb des Flug-

43 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 37 hafengeländes keine Verlagerungen von Verkehrsströmen induziert, daher bleiben diese Quellen unberücksichtigt. In den Abb. 8.1 bis Abb. 8.7 ist für jeden Schadstoff die Differenz der Zusatzbelastung zwischen Prognoseszenario und Referenzszenario aufgetragen. Rote und gelbe Farbtöne zeigen Erhöhungen der Zusatzbelastungen, grüne und blaue Farbtöne Verringerungen der Zusatzbelastungen. Abb. 8.1: Änderung der Zusatzbelastung NO 2 in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)

44 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 38 Abb. 8.2: Änderung der Zusatzbelastung SO 2 in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)

45 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 39 Abb. 8.3: Änderung der Zusatzbelastung PM10 in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)

46 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 40 Abb. 8.4: Änderung der Zusatzbelastung CO in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)

47 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 41 Abb. 8.5: Änderung der Zusatzbelastung Benzol in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)

48 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 42 Abb. 8.6: Änderung der Zusatzbelastung BaP in ng/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung)

49 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 43 Abb. 8.7: Änderung der Zusatzbelastung Kohlenwasserstoffe in µg/m³ (blaue und grüne Farbtöne = Reduktion, rote und gelbe Farbtöne = Erhöhung) Im Wesentlichen ergeben sich im Bereich des Vorfelds Ost Verringerungen der Belastungen und im Bereich des Vorfelds West Erhöhungen. Durch Verschiebungen der Positionen können im Bereich des Vorfelds West auch vereinzelt Verringerungen innerhalb des Flughafengeländes auftreten.

50 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 44 In Tab. 8.1 sind die Differenzen zwischen Prognoseszenario und Referenzszenario an den beiden maßgeblichen Immissionsorten dargestellt. Stoff Differenz der Zusatzbelastung Prognoseszenario minus Referenzszenario in [µg/m³] Wohnen Stockum Wohnen Lohausen NO SO PM CO HC Benzol BaP [ng/m³] Tab. 8.1: Änderung der Zusatzbelastung der betrachteten Schadstoffe an den maßgeblichen Immissionsorten An den beiden Immissionsorten Wohnen Stockum und Wohnen Lohausen ergeben sich durch die Planungen im Rahmen der Vorfeldverlegung Erhöhungen der Zusatzbelastungen durch den Flughafenbetrieb. Diese Erhöhungen liegen jedoch deutlich unterhalb der Irrelevanzwerte, die die TA Luft für Genehmigungsverfahren im Rahmen des BImSchG definiert. Diese Irrelevanzwerte gelten nicht für das hier vorliegende Planfeststellungsverfahren (sowie für die Bewertung von Differenzen zwischen zwei Szenarien) und sollen nur zur Einordnung der Größenordnungen dienen. Bei den meisten Stoffen liegen die Veränderungen in Größenordnungen, die messtechnisch nicht nachweisbar sind und innerhalb der jährlichen Schwankungen der Messergebnisse aufgrund von meteorologischen Einflüssen liegen.

51 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Absolute Höhe der Zusatzbelastungen Luftschadstoffe Nachfolgend werden zur Vervollständigung die absoluten Beträge der jahresmittleren Zusatzbelastung durch den Flughafenbetrieb (nur luftseitige Emissionsquellen einschl. Heizwerk, Tankstelle) aufgelistet. Stoff Referenzszenario [µg/m³] Prognoseszenario [µg/m³] Stockum Lohausen Stockum Lohausen NO SO PM CO HC Benzol BaP [ng/m³] Tab. 8.2: Maximal berechnete jahresmittlere Zusatzbelastungen (außerhalb des Flughafengeländes im Bereich Wohnen) in µg/m³ (bei BaP in ng/m³). Unter Zugrundelegung der Vorbelastungsdaten aus Kap. 7.1 ergeben sich folgende Gesamtbelastungen im Prognoseszenario. Stoff Gesamtbelastung Prognoseszenario [µg/m³] Stockum Lohausen Beurteilungswert [µg/m³] NO SO PM CO HC Benzol BaP [ng/m³] Tab. 8.3: Jahresmittlere Gesamtbelastung im Prognoseszenario

52 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 46 Die Beurteilungswerte werden sowohl im Referenz- als auch im Prognoseszenario für alle betrachteten Stoffe unterschritten. Durch die Vorfeldverlegung werden am höchstbetroffenen Ort nur unwesentliche Veränderungen zum Referenzszenario berechnet. Die absolut höchsten Veränderungen ergeben sich beim Schadstoff NO 2, der durch die Planungen um ca. 0.2 µg/m³ in den Bereichen Wohnen Stockum bzw. Lohausen zunehmen kann. Unter Berücksichtigung einer Vorbelastung von 32 µg/m³ und einer Zusatzbelastung von 3.5 µg/m³ hält die rechnerische Gesamtbelastung den Grenzwert von 40 µg/m³ ein. Die Veränderung zum Referenzfall liegt aber nur in einer Größenordnung von 0.2 µg/m³. Bei den anderen Stoffen sind die Veränderungen noch geringer als bei NO 2 und liegen z.t. innerhalb der Rundungsgröße nach Nr. 2.9 der TA Luft. Die Kurzzeitwerte liegen bei den geregelten Stoffen NO 2 und SO 2 in der Vorbelastung unterhalb der Beurteilungswerte, d.h. es werden keine Überschreitungen gemessen. Beim PM10 werden 11 Überschreitungen der zulässigen Konzentration von 50 µg/m³ im Tagesmittel gemessen; zulässig sind 35 Überschreitungen. Der Vorbelastungswert wird durch die Zusatzbelastung des Flughafenbetriebs nicht wesentlich verändert. Daher ist auch keine Veränderung bei den Überschreitungshäufigkeiten zu erwarten, die zulässige Anzahl von 35 Überschreitungen wird nicht erreicht. 8.4 Gerüche Im Rahmen der Bearbeitung dieses Gutachtens sollen auch Aussagen zur Geruchsbelastung durch Kerosingerüche in der Umgebung des Flughafens und die zu erwartende Veränderung durch die Planungen erarbeitet werden. Grundlage der Emissionsermittlung sind Untersuchungen im Rahmen des Genehmigungsverfahrens zum Ausbau des Flughafens Frankfurt/Main. Dort wurden durch argumet (2006) messtechnisch eine Vielzahl von Flugzeugen in situ vermessen und eine Korrelation zwischen den Kohlenwasserstoffemissionen und den Geruchsemissionen für die Triebwerksabgase angegeben.

53 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 47 Die Geruchsemissionen lassen sich anhand des dort olfaktometrisch ermittelten mittleren Geruchsemissionsfaktors von 31 GE/mgC 1 aus den Kohlenwasserstoffemissionen berechnen. Eine Berücksichtigung von triebwerksspezifischen Geruchsemissionen kann aufgrund der Streuung bei den Messungen nicht erfolgen. Der angegebene Geruchsemissionsfaktor wird auch für die Nutzung der APU angesetzt. Zusätzlich wird ein Geruchsemissionsfaktor von 16 GE/mgC für die Verdunstung von Kerosin angegeben. Relevant ist dies für die Anlassvorgänge, bei denen unverbrannte Kohlenwasserstoffe freigesetzt werden, und die Verdunstungsemissionen am Tanklager. Somit können aus den Kohlenwasserstoffemissionen die entsprechenden Geruchsemissionen abgeleitet werden. Die Berechnung der Geruchsimmissionen erfolgt analog der Vorgehensweise bei den Luftschadstoffen. Das Ergebnis der Ausbreitungsrechnung liefert Stundenmittelwerte der Geruchsstoffkonzentration, aus denen dann die Häufigkeit des Überschreitens der Geruchsschwelle von 1 GE/m³ ermittelt wird. Bei der Ermittlung der Überschreitungshäufigkeit der Geruchsschwelle ist die Definition der Geruchsstunde nach GIRL (siehe Kap. 6.2) zu berücksichtigen, sowie das Verhältnis von kurzzeitigem Spitzenwert (Reaktionszeit der Nase) zum Stundenmittelwert (Mittelungszeit im Modell). Für Punktquellen wird dieser Fluktuationsfaktor in der Regel mit 4 angegeben. Untersuchungen am Flughafen Frankfurt/Main (Vergleich Begehung Modellrechnung) durch argumet (2006) zeigen, dass für räumlich ausgedehnte Geruchsquellen dieser Faktor kleiner ist. Es wurde dort ein Faktor 1.3 ermittelt. Dieser Faktor wird auch in diesem Gutachten verwendet. In Abb. 8.8 und Abb. 8.9 sind die Geruchswahrnehmungshäufigkeiten für die Geruchscharakteristik Kerosin im Referenz- und Prognoseszenario dargestellt. Nachfolgend werden die Werte für die beiden Immissionsorte Wohnen Stockum und Wohnen Lohausen ausgewiesen. 1 GE = Geruchseinheit

54 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 48 Stoff Referenzszenario Häufigkeit in % der Jahresstunden Prognoseszenario Häufigkeit in % der Jahresstunden Stockum Lohausen Stockum Lohausen Geruch Tab. 8.4: Geruchswahrnehmungshäufigkeit in Prozent der Jahresstunden an den beiden Immissionsorten. Die Veränderung der Wahrnehmungshäufigkeit vom Referenzszenario zum Prognoseszenario beläuft sich auf 0.2 % der Jahresstunden. Diese Größenordnung ist durch Begehungen nicht mehr nachweisbar, da die Auflösung der Begehungsmethode nach GIRL bei ca. 1 % der Jahresstunden liegt (bei Stichprobenumfang N = 104 nach Nr der GIRL). Im Prognoseszenario werden in den Wohnbereichen 4 bzw. 3 % der Jahresstunden mit Kerosingerüchen berechnet. Dies sind 350 bzw. 263 Geruchsstunden pro Jahr.

55 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 49 Abb. 8.8: Geruchswahrnehmungshäufigkeit in Prozent der Jahresstunden für die Geruchscharakteristik Kerosin im Referenzszenario