Auswirkungen von Verkehrsemissionen auf die innerstädtische Luftqualität Peter Sturm AUniv.-Prof. DI. Dr.-techn.

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1 Auswirkungen von Verkehrsemissionen auf die innerstädtische Luftqualität AUniv.-Prof. DI. Dr.-techn.

2 Inhalt Einleitung Luftschadstoffe und ihre Quellen, Wirkungen Luftgüte im städtischen Bereich Maßnahmen zur Verbesserung der Luftgüte Steyr November

3 Einleitung Umweltprobleme aufgrund emittierter Luftschadstoffe durch menschliche (antropogene) und natürliche (biogene) Aktivitäten Globale Erwärmung/Klimawechsel Probleme mit der lokalen Luftgüte und Anstieg des troposphärischen (bodennahen) Ozons Schädigung des Ökosystems Ozonabbau in der Stratosphäre Saurer Regen Schädigung am kulturellen Erbe Steyr November

4 Begriffe Luftschadstoff Luftschadstoffe im Sinne des Immissionsschutzgesetzes Luft (IG-L) sind Stoffe, die Veränderungen der natürlichen Zusammensetzung der Luft durch Partikel, Gase oder Aerosole bewirken Emission Ein von einer Quelle an die Atmosphäre abgegebener Luftschadstoff Immission Die auf Schutzgüter einwirkenden Luftschadstoffe Schutzgüter nach IG-L Menschen, Tier- und Pflanzenbestand, Lebensräume sowie Kultur- und Sachgüter, Luft und Klima (IG-L) Steyr November

5 Quelle: UBA Wien Steyr November

6 Luftschadstoffe Verbrennung (Verkehr, Hausbrand, Industrie) Kohlendioxid (CO2), ist in erster Linie ein Treibhausgas und für die Klimaerwärmung verantwortlich Kohlenmonoxid (CO), entsteht bei schlechter Verbrennung, daher heute hauptsächlich aus dem Hausbrand Stickstoffoxide (NOx), entstehen bei Verbrennungsprozessen mit sehr hoher Temperatur (sehr gute Verbrennung, hoher Wirkungsgrad). Hauptsächlich aus dem Verkehr und bei industriellen Anlagen Schwefeldioxid (SO2), entsteht aus dem im Brennstoff enthaltenen Schwefel, in erster Linie Hausbrand (Kohle und Heizöl) Steyr November

7 Luftschadstoffe Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Verbrennung (Verkehr, Hausbrand, Industrie) Kohlenwasserstoffe aus unvollständiger Verbrennung fossiler flüssiger Brenn- bzw. Kraftstoffe - Benzol Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) mit B(a)P als Leitsubstanz, Hauptquelle bei Verbrennung von Holz Ruß bei schlechter Verbrennung (Dieselfahrzeuge und Hausbrand) Staubemissionen (Produktion, Verkehr, Natur) Produktionsbedingte Staubemissionen (mineralischer Staub, Metalle usw.) Abrieb von Straßenbelag, Reifen, Bremsen und Aufwirbelung von Straßenstaub Steyr November

8 Feinstaub/Partikel Konglomerat aus festen, flüssigen oder gemischt vorkommenden Stoffen unterschiedlicher Größe und chemischer Zusammensetzung Humanmedizinische Relevanz in der Größe (Kleinheit) der Partikel und als Trägersubstanz für schädliche Stoffe (Schwermetalle, PAH, Dioxin etc.) Wirkung: Reizung chronische Beschwerden im Atemtrakt Karzinogene Effekte z.b. bei Ruß, Schwermetallen, Dioxin, Steyr November

9 Feinstaub PM10; PM2.5 Feinstaub PM10, PM2.5 Partikeldurchmesser < =10 µm (aerodynamischer Durchmesser) PM 2.5 Partikeldurchmesser <= 2.5 µm Größe: Haardurchmesser ca. 0,1 mm PM10 <=10 µm = 0,01 mm (1/10 des Durchmessers, 1/100 der Fläche) Haar Feinstaub (PM10) Steyr November

10 Feinstaub PM10 (Lungengängigkeit) Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Stäube > 10 µm Pollen, Krustenmaterial (Sand, Erde, Schotter, usw), Splitt Stäube 1-10 µm Stäube < 1µm Kohlenstaub, Zementstaub, Flugasche, Insektizide Tabakrauch, Ruß, Hausbrand, Schweißen, Ölrauch, Meersalz Steyr November

11 Luftschadstoffe Kohlenmonoxid (CO) Bindet den Sauerstofftransport im Blut Ermüdung, Erstickung Stickstoffdioxid (NO2) Reizgas für Atemtrakt und Augen (Schleimhäute) Schwefeldioxid (SO2) Reizgas für Atemtrakt und Augen (Schleimhäute) Steyr November

12 Emittentenzuordnung Österreich Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik NOx PM10 PM2.5 Steyr November

13 Anteil des Verkehrs an den Emissionsmengen und der Luftgütesituation NOx: Verkehrsanteil dominierend emissionsseitige Maßnahmen bei Fahrzeugen für langfristige Reduktion lokale zusätzliche Maßnahmen zur Reduktion der Aktivität (= Anzahl der gefahrenen km) Hohe Wirksamkeit von lokalen Maßnahmen aus dem Sektor Verkehr zu erwarten Steyr November

14 Anteil des Verkehrs an den Emissionsmengen und der Luftgütesituation PM10/PM2.5: Verkehrsanteil 20 bis 25% emissionsseitige Maßnahmen bei Fahrzeugen für langfristige Reduktion vor allem der kleinen Partikel (<1 µm) lokale zusätzliche Maßnahmen zur Reduktion der Aktivität (= Anzahl der gefahrenen km) Bezogen auf PM10 und PM2.5 eher geringe(re) Wirksamkeit zu erwarten Steyr November

15 Fahrzeugemissionen Emissionsgesetzgebung Summe HC + NOx [g/km] Emissionsgrenzwerte HC+NOx-Otto % -90% -90% 0g/km Verbesserte Verbrennung ECUs + Abgasnachbehandlung +Systemoptimierungen Steyr November

16 NOx Emissionsgrenzwerte Diesel NOx PKW NOx SNF g/kwh NFZ-Test: ECE R49 ESC ESC+ETC WHTC Steyr November

17 Fahrzeugemissionen Emissionsgesetzgebung Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Geschwindigkeit [km/h] Zeit [s] Steyr November

18 Fahrzeugemissionen Emissionsgesetzgebung NEDC Real World 100 km/h Time [s] Real World = CADC (Common ARTEMIS Driving Cycle) Steyr November

19 HC Emissionen PKW Otto im NEDC und in einem realen Fahrzyklus (CADC) HC PKW-Otto NEDC CADC 1/3-Mix [g/km] PreEURO 1 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 EURO 5 Steyr November

20 NOx Emissionen SNF/LKW im realen Betrieb (Bsp. 40t Lastzug, 50% beladen) NOx [g/km] NO NO2 EURO 0 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 AGR EURO 4 SCR EURO 5 AGR EURO 5 SCR EURO 6 Steyr November

21 NO x von 154 Diesel-PKW im NEDC und im CADC real world Zyklus NOx [g/km] NEDC CADC 1/3-Mix PreEURO 1 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 EURO 5 Steyr November NO 2 NO 2

22 NOx Emissionen des Verkehrs in Österreich 120 NOx [1000t/Jahr] Summe Off-Road Motorräder Mofas Summe SNF LNF PKW Diesel PKW Otto ohne Kat PKW Otto mit Kat Steyr November Jahr

23 Ausbreitung von Luftschadstoffen Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Verdünnung der Luftschadstoffe Windgeschwindigkeit und atmosphärische Turbulenzen sind ausschlaggebend für die Höhe der Verdünnung Je mehr Wind desto besser ist der Luftaustausch Nachteilig für Luftqualität: Wenig Wind Hohe Inversionshäufigkeit im Winter Wenig Niederschlag (Regen oder Schnee) Steyr November

24 Ausbreitung von Luftschadstoffen Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Bodeninversion Quelle: Stmk. LR Steyr November

25 Ausbreitung von Luftschadstoffen Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Steyr November

26 Luftgütegrenzwerte Luftgütegrenzwerte sind in der EU Tochterrichtlinie vorgegeben und im IG-L für Österreich umgesetzt. Stickstoffdioxid (NO2) 1g =1, µg EU ( EG) IG-L Jahresmittelwert 40 µg/m³ 30 µg/m³ (ab ) 35 µg/m³ ( )* Kurzzeitmittelwert 200 µg/m³ (1h-Mittelwert) 18 Überschreitungen zulässig 200 µg/m³ (0,5 h Mittelwert) Keine Überschreitung zulässig * IG-L Novelle 2010 * Evaluierung der Toleranzmarge von 5 µg/m³ im Jahr 2012 Steyr November

27 Luftgütegrenzwerte Luftgütegrenzwerte sind in der EU Tochterrichtlinie vorgegeben und im IG-L für Österreich umgesetzt. Feinstaub (PM10) 1g =1, µg EU ( EG) IG-L Jahresmittelwert 40 µg/m³ 40 µg/m³ Kurzzeitmittelwert 50 µg/m³ (Tagesmittelwert) 35 Überschreitungen zulässig 50 µg/m³ (Tagesmittelwert) 25 Überschreitungen zulässig Steyr November

28 Feinstaubbelastung PM10 Grenzwert Steyr November

29 Feinstaubbelastung PM10 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Grenzwert 67 Messstellen durchgehend betrieben Steyr November

30 Quelle: Jahresbericht Amt der OÖ LR Steyr November

31 Quelle: Amt der OÖ LR Steyr November

32 Feinstaubbelastung PM10 Steyr November

33 Steyr November

34 Stickstoffdioxid Steyr November

35 Stickstoffdioxid NO2 Jahresmittelwert Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik 78 Messstellen Steyr November

36 Stickstoffdioxid NO2 Steyr November

37 Stickstoffdioxid NO2 Steyr November

38 Stickstoffdioxid NO2 Jahresmittelwert Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Quelle: UBA Berlin Steyr November

39 Folgen von Grenzwertüberschreitungen Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Statuserhebung notwendig wer ist dafür verantwortlich Festlegung von Sanierungsgebieten wo muss sich was ändern Definition von Maßnahmenplänen was muss getan werden Verantwortlich ist der jeweilige Landeshauptmann bzw. der zuständige Landesrat Steyr November

40 Übliche Maßnahmen Sektor Verkehr Fahrverbote für sehr alte Fahrzeuge Geschwindigkeitsbeschränkungen Generelle Fahrverbote Umweltzonen Sektor Hausbrand Forcierung des Ausbaus von Fernwärme Förderung von Fernwärmeanschlüssen Förderung von Tausch von Heizungsanlagen hohe Wirkung für NOx geringe Wirkung für PM10 hohe Wirkung für PM10 Steyr November

41 JMW NO2 Wien berechnet 2005 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Steyr November

42 JMW NO2 Wien berechnet 2020 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Steyr November

43 JMW NO2 Wien berechnet 2020, 0% Diesel PKW Steyr November

44 Maßnahmenwirksamkeit Umweltzonen Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Bringen in erster Linie eine Flottenerneuerung und somit ein Vorziehen von sowieso ablaufenden Vorgängen Geschwindigkeitsreduktionen im übergeordneten Straßennetz (A/S) Hohe Wirkung bei NOx und Verbrauch (CO2) Geringe Wirkung bei PM10 Fahrverbote Reduktion der Fahrleistung wirkt unmittelbar Wenn Umwegverkehr produziert wird, dann kontraproduktiv Steyr November

45 Maßnahmenwirksamkeit Andere Antriebssysteme Hybridfahrzeuge: helfen, wenn der e-betrieb dominiert und auch elektrisch geladen wird. Wenn e- Energie nur aus VKM kommt, dann negativ. E-Mobilität: Frage der Erzeugung der Elektrizität, PM Emissionen aus Abrieb (Reifen, Bremsen, Straßenbelag) und Aufwirbelung bleiben. Wasserstoff als Treibstoff: NOx Problem bleibt, PM wie oben, Problem der Verfügbarkeit des Brennstoffes (H 2 ) Brennstoffzelle: Problem der Verfügbarkeit des Brennstoffes (H 2 ) Steyr November

46 Luftgüte in urbanen Gebieten: Neue Probleme? London Smog 1953 Schlagartiger Anstieg der SO2 Konzentrationen um das 2,5 fache (über 1 Monat) Anstieg der Sterblichkeit in London auf das 3-fache während des ersten Monats und das 2-fache für zwei weitere Monate Steyr November

47 Neue Probleme? eigentlich nicht, Schadstoffe sind nun andere Müll und Pferdemist 18/19.Jhdt, SO2 (London 1953), CO, NO2 (Los Angeles Smog 70 er Jahre), Ozon (90 er Jahre) Derzeit global - Klimaerwärmung Derzeit lokal - Feinstaub (städtisch und ländliche Gebiete) - B(a)P in Gebieten mit intensiver Holznutzung zum Heizen - Stickstoffdioxid (NO2) in stark befahrenen Gebieten (Städte und Nähe Autobahn) Steyr November

48 Schlussfolgerung Technische Maßnahmen zur Verbesserung der lokalen Luftgüte sind in den meisten Fällen kontraproduktiv zu den Klimazielen Reduktion der Aktivität notwendig (weniger Fahren, bessere Nutzung von Verkehrsmittel) Energieeffizienz steigern (z.b. Wärmedämmung, reduziert Energieverbrauch und Emissionen) Steyr November

49 1200 Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Effektive Verbesserungsmaßnahme PM10 PM10 Graz Süd [µg/m³] /04 04/05 05/06 06/07 07/08 08/09 09/10 10/ : Datum 00:00 00:00 00:00 Steyr November :00 Zeit 00:00 00:00 00:00 00:00

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