Feinstaub- Eigenschaften, Herkunft und gesundheitliche Relevanz Maßnahmen zur Feinstaub- Emissionsminderung

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1 Augsburg Fakultät für Angewandte Informatik Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Prof. Dr. Jucundus Jacobeit Feinstaub- Eigenschaften, Herkunft und gesundheitliche Relevanz Maßnahmen zur Feinstaub- Emissionsminderung Projektseminar Wetterlagen und Feinstaub Leitung: Dr. Beck Referat von Claudia Weitnauer, Irena Ott, Carolin von Groote, Marion Früchtl

2 Inhaltsverzeichnis 1. Eigenschaften 1.1Allgemeine Einführung 1.2Bestandteile des Staubs 1.3Größenklassifizierung 2. Herkunft 3. Gesundheitliche Relevanz 4. Maßnahmen zur Emissions- Minderung

3 Eigenschaften des Feinstaubs 1.1 Allgemeine Einführung Staub natürlicher Bestandteil der Luft je nach Größe spricht man von Schwebstaub, Feinstaub, ultrafeinem Staub Schwebstaub= alle festen und flüssigen Teilchen in der Außenluft, die nicht sofort zu Boden sinken, sondern eine gewisse Zeit in der Atmosphäre verweilen Atmosphärisches Aerosol = Particulate Matter (PM) Aerosol =Gemisch bestehend aus Luft sowie festen und flüssigen Schwebeteilchen Partikel können wie andere Luftschadstoffe, z.b. Stickstoffoxide (NO x ), Schwefeldioxid (SO 2 ), Ozon (O 3 ), schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit haben

4 1.2 Bestandteile einzelnen Partikel unterscheiden sich stark hinsichtlich: ihrer Größe, Form, Farbe, chemischen Zusammensetzung (z. B. Löslichkeit, Inhaltsstoffe), physikalischen Eigenschaften (z. B. Größe, Masse, Oberfläche,Struktur) sowie ihrer Herkunft und Entstehung

5 1.2 Bestandteile Wichtige Bestandteile: Salze wie Sulfate, Nitrate, Chloride oder Ammoniumverbindungen u. a. elementarer Kohlenstoff als Ruß aus unvollständigen Verbrennungsprozessen Kohlenwasserstoff-Verbindungen (u. a. PAK = polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) Metalle wie Arsen, Blei, Cadmium, Natrium, Magnesium, Eisen u. a. verschiedene Mineralien. auch können an den Teilchen Pollen, Pilzsporen, Bakterien oder Viren angelagert sein

6 1.2 Bestandteile Abbildung 1: Zusammensetzung des Feinstaubs

7 1.3 Größenklassifizierung Partikelgröße des Feinstaubs bestimmt dessen Verweildauer in der Atmosphäre Durchmesser reicht von einigen Nanometern (nm) bis zu 100 Mikrometer ( μm) Durchmesser größer 0,1 μm können durch ihren aerodynamischen Durchmesser bezeichnet werden d ae d ae eines Teilchens beliebiger Form, chemischer Zusammensetzung und Dichte ist gleich dem Durchmesser einer Kugel mit der Dichte ein Gramm pro Kubikzentimeter (1 g/cm3), welche in ruhender oder wirbelfrei strömender Luft dieselbe Sinkgeschwindigkeit hat wie das Teilchen -6 1 Mikrometer = 1 μm = 0, m = 10 m -9 1 Nanometer = 1 nm = 0,001 μm = 10 m

8 1.3 Größenklassifizierung Staubpartikel lassen sich nach der Größe in folgende Fraktionen einteilen: 2. Ultrafeine Partikel: Teilchen kleiner als 100 nm 3. Feine Partikel: Teilchen kleiner als 2,5 μm 4. Grobe Partikel: Teilchen größer als 2,5 μm 5. PM10: Teilchen, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 10 μm eine Abscheide Wirksamkeit von 50 % hat (amtl. Definition aus EU- Richtlinie)

9 Abbildung 2: Größen und Bezeichnungen für Schwebstaub

10 1.3 Größenklassifizierung PM10 hat Durchmesser d ae von 10 m; EU hat für diese μ Teilchen strenge Grenzwerte für die Luftqualität festgelegt Teilchengröße bestimmt Verweildauer in der Atmosphäre, ebenso mögliche Transportwege der Teilchen, z.b. können kleine Teilchen innerhalb weniger Tage eine Distanz von einigen tausend Kilometern zurücklegen z.b. Saharastaub Ultrafeine Partikel haben nur geringe Massenanteile am PM, weisen jedoch wegen ihrer großen Zahl (bis zu 90 %) eine erhebliche Teilchenoberfläche auf Anlagerung von schädlichen Stoffen z.b. Schwermetalle oder organische Stoffe

11 Abbildung 2: Saharastaub über dem Mittelmeer

12 HERKUNFT

13 Feinstaub Quellen anthropogen natürlich primär sekundär primär sekundär Staubteilchen entstehen unmittelbar an diesen Quellen und werden dort freigesetzt stationär mobil Freisetzung reaktionsfähiger Gase, die sich über komplexe chem. Reaktionen in Staubteilchen verwandeln Verbrennungsanlagen zur Energieerzeugung Abfallverbrennungsanlagen Hausbrand (Gas, Öl, Kohle, feste Brennstoffe) Industrieprozesse (Metall-, Stahlerzeugung, Sinteranlagen) Schüttgutumschlag Straßenverkehr (Rußpartikel, Abrieb von Kupplung, Bremsen und Reifen) Schienen-, Schiffs-, Luftverkehr Verbrennungsanlagen (Schwefeloxide und Stickstoffoxide) Landwirtschaft (Ammoniak) Lösemitteleinsatz (chemische Industrie, Petrochemie: flüssige Nichtmethankohlenwasserstoffe) Vulkane Meere (Meersalzaerosole) Bodenerosion (Mineralstäube durch Verwitterung von Gesteinen und Mineralien) Wald- und Buschfeuer Pollen, Sporen, Mikroorganismen (Viren, Bakterien, Pilze) Methan aus Feuchtgebieten Distickstoffoxid aus biolog. Aktivitäten in Böden Gase aus Vulkanen (SO2, H2S, NH3) Sulfat aus Meeren: Dimethylsulfat und Schwefelwasserstoff e Eigene Darstellung nach UBA ( 2005) Nitrat aus Böden und Gewässern

14 Quelle Größe in Mikrometern künstliche Quellen Heizung, Energieerzeugung 0,005-2,5 Verkehr 0,005-2,5 industrielle Prozesse 0,005-2,5 Verhüttung 0,1-30 Schüttgutumschlag Zigarettenrauch 0,02-10 natürliche Quellen Sandstürme, Erosion Vulkane 0, Salzwasserschwebeteilchen 1-20 Waldbrände 0, Pollen, Schimmelpilze 2-50 Ultrafeine Partikel Feine Partikel Grobe Partikel < 100nm < 2,5 μm > 2,5 μm Focus online 2008

15 Quelle Größe in Mikrometern künstliche Quellen Heizung, Energieerzeugung 0,005-2,5 Verkehr 0,005-2,5 industrielle Prozesse 0,005-2,5 Verhüttung 0,1-30 Schüttgutumschlag Zigarettenrauch 0,02-10 natürliche Quellen Sandstürme, Erosion Vulkane 0, Salzwasserschwebeteilchen 1-20 Waldbrände 0, Pollen, Schimmelpilze 2-50 Ultrafeine Partikel Feine Partikel Grobe Partikel < 100nm < 2,5 μm > 2,5 μm Focus online 2008

16 Quelle Größe in Mikrometern künstliche Quellen Heizung, Energieerzeugung 0,005-2,5 Verkehr 0,005-2,5 industrielle Prozesse 0,005-2,5 Verhüttung 0,1-30 Schüttgutumschlag Zigarettenrauch 0,02-10 natürliche Quellen Sandstürme, Erosion Vulkane 0, Salzwasserschwebeteilchen 1-20 Waldbrände 0, Pollen, Schimmelpilze 2-50 Ultrafeine Partikel Feine Partikel Grobe Partikel < 100nm < 2,5 μm > 2,5 μm Focus online 2008

17 Eigene Darstellung nach UBA (2005)

18 UBA 2007

19 Anteil der Feinstaubquellen an der Gesamtbelastung Hauptquelle sind verschiedene Abgase, wobei Verkehr die größte Quelle darstellt. hinsichtlich anderer Quellen (Reifenabrieb, aufgewirbelter Straßenstaub, Baumaßnahmen, Verladung von Gütern, Verwehungen von Feldern) räumliche und zeitliche Variabilität Beispiele: - ländliche Region: hohe Konzentration durch Landwirtschaft - Winter: hohe Feinstaubkonzentration durch Abgase und Hausbrand - Sommer: geringerer Schadstoffausstoß, Filterwirkung der Vegetation

20 Gesundheitliche Konsequenzen

21 Größenabhängig Keine Schwellwerte für Schwebstaub, unter denen keine schädigende Wirkung auftritt lediglich Schädigung vermindert Vorrübergehende Beeinträchtigung der Atemwege bis zu einer erhöhten Mortalität aufgrund von Atemwegserkrankungen Fremdkörper verursachen Entzündungen

22

23 Nicht nur eine hohe Konzentration sondern auch eine niedrige aber andauernde Konzentrationen sind schädlich Gesundheitliche Konsequenz abhängig von dem Partikel

24 Maßnahmen zu Feinstaub- Emissionsminderung

25 Wer muss sich beteiligen? Mitwirkung aller, das heißt der EU, des Bundes, der Länder, der Städte und Landkreise und nicht zuletzt der Bevölkerung notwendig In Bayern: zahlreiche Luftreinhalte- /Aktionspläne mit Maßnahmen zur Emissionsminderung

26 Da die Verhältnisse und spezifischen Feinstaubursachen von Ort zu Ort unterschiedlich sind, kommt es darauf an, eine für das betroffene Gebiet jeweils maßgeschneiderte Lösung zu entwickeln

27 Emissionsminderungsmaßnahmen für Industrie- und Feuerungsanlagen Neue Anforderungen für Feinstaub aus stationären Anlagen enthält die im Jahr 2002 neu gefasste Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) Nach einer Novellierung auf PM 10 ausgeweitet Aber besonders zu beachten: diffuse Quellen

28 Diffuse Quellen Charakteristisch für sie ist die Freisetzung der Emissionen nicht über den Schornsteinen, sondern in niedriger Höhe In der Metallindustrie: mittlerweile circa 80 % aus Dachöffnungen, Hallentoren oder Fenstern Vorbeugende Maßnahmen: Reinigung von Hallen, Wegen und Straßen, Einsatz emissionsarmer Umschlaggeräte

29 Emissionsminderungsmaßnahmen im Straßenverkehr Folgende kurz- und längerfristige Maßnahmen kommen in Betracht: Nasse Straßenreinigung gegen Aufwirbelungen Tempo 30 auf Hauptstraßen mit Grenzwertüberschreitungen Nutzervorteile für saubere Fahrzeuge (Gasfahrzeuge, Partikelfilter, KAT) Befristete Verkehrsverbote für LKW ohne Partikelfilter

30 Reduzierung der Parkmöglichkeiten, d.h. weniger Individualverkehr Zufahrt nur noch für Diesel-PKW und LKW mit Partikelfilter (auch Nachrüstung bei PKW) Busse, Müllfahrzeuge und andere kommunale Versorgungsfahrzeuge auf Erdgas und Partikelfilter umstellen Kleinlaster, die im Ladeverkehr in Innenstädten eingesetzt werden, auf Erdgas und Partikelfilter umstellen Im Einzelfall gegen hohe punktuelle Überschreitungen Bau von Umgehungsstraßen

31 Dieselrußemissionen lassen sich technisch durch eine Verbesserung der motorischen Verbrennung, Abgasnachbehandlung mit Dieselrußfiltern und durch die Umstellung auf andere Kraftstoffe, wie Erdgas, reduzieren Partikel aus Abrieb und Aufwirbelung entstehen durch das Rollen, Beschleunigen und Bremsen der Fahrzeuge gebietsbezogene Verkehrsverbote und -beschränkungen, Erneuerung des Straßenbelages (Ersatz von Pflaster durch Asphalt), Geschwindigkeitsbegrenzungen für einen stetigeren Verkehrsfluss,...

32 Emissionsminderungsmaßnahmen in der Landwirtschaft vor allem Ammoniak Spezielles Emissionsminderungsprogramm der Bundesregierung: jährliche Ammoniakemissionen von derzeit 567 Kilotonnen pro Jahr auf 400 kt/jahr ab dem Jahr 2010 senken Maßnahmen in der Betriebsführung wichtig!!

33 verbesserte Fütterungs-, Entsorgungs- und Lüftungsstrategien angefeuchtetes Futter Verbesserung der Futterqualität geschlossene Lagerung des Wirtschaftsdüngers Optimierung der Einstreumaßnahmen Trockenheit und Sauberkeit im Stall Anpassung des Stallklimas (Lüftungsraten, Stalltemperaturen) ganzjährige Bodenbedeckung Von einer offenen Verbrennung biogener Abfallstoffe und Stroh ist abzusehen

34 Quellen Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (2006): Daten + Fakten + Ziele - Feinstaub. Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (2006): Das Lufthygienische Landesüberwachungssystem Bayern (LÜB). Internet: Abbildung 1: Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (2006): Daten + Fakten + Ziele - Feinstaub., S.5 Abb. 2: Abbildung 3: Bündnis90/Die Grünen (2005) Focus online (2008) UBA (2005): Hintergrundpapier zum Thema Staub/Feinstaub (PM), Berlin. 23 S. UBA (2007): Emissionen und Maßnahmenanalyse Feinstaub , Berlin. 67 S. (