Verursacheranalyse in Ballungsräumen mit Ausbreitungsrechnungen: Möglichkeiten und Grenzen

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Christa Gärtner
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1 Verursacheranalyse in Ballungsräumen mit Ausbreitungsrechnungen: Möglichkeiten und Grenzen Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen Dr. Sabine Wurzler LAI-Fachgepräch Holzfeuerung in Ballungsräumen,

2 Aufbau einer Immissionsprognose, Beispiel Luftreinhaltung Beschreibung der örtlichen Verhältnisse - Topografie, Bebauung, Nutzungsstruktur Beschreibung der Emissionsvorgänge Beschreibung der Quellen - Quellort, Quellgeometrie (Höhe, räumliche Ausdehnung), Emissionsparameter,? Abgasfahnenüberhöhung Großteils nicht bekannt für Holzfeuerung Repräsentative meteorologische Daten???

3 Basis für die Modellierung und Ursachenanalyse Emissionskataster Luft im LANUV (von Abteilung 7) Für Industrie, Verkehr (Straße, Schiff, Schiene, Offroad) und Hausbrand & Kleinfeuerung Anteil Holzfeuerung? Regionales Hintergrundniveau Anteil Holzfeuerung? Messungen des LANUV oder Berechnungen (z.b. mit EURAD) Messungen des LANUV (von FBs 42 und 43) Belastungsschwerpunkte Anteil Holzfeuerung? Ausbreitungsmodelle für Luft getragene Schadstoffe Lagrange Modelle (z. B. Lasat, Austal2000) Euler Modelle (z. B. EURAD) Screeningmodelle (z. B. RLUS, IMMIS Luft )

Kaminhöhe: 15 m Keine Gebäudeeffekte Wie realistisch ist das?

4 Beispiel Hausbrand Schwerte Emissionsdaten als 1x1 km² Raster Immission gerechnet mit Lasat auf 250 x 250 m² Problem der Höhen der Kamine Annahmen: Kaminhöhe: 15 m Keine Gebäudeeffekte Wie realistisch ist das? Bild der E-Daten schwerte_huk PM10 (kg/a) < > 4000 Foto: Hans-Peter Eckhardt

5 Beispiel: PM 10 - Immissionsbelastung durch HuK in Schwerte, Jahresmittelwert HuK: PM10 [µg/m³] PM10_HU 20 < 20 < 10 < 7 < 5 < 4 < 3 < 2 < 1 < 0,1

6 Beispiele für PM 10 Verursacheranalysen in NRW Fazit: Hausbrand und Kleinfeuerung (HuK) spielen als lokale Quelle keine signifikante Rolle (< 2%). Holzfeuerung? Das regionale Hintergrundniveau dominiert. Rolle von HuK dort?

7 Beispiele für PM 10 Verursacheranalysen in NRW Berechnungen mit dem Chemietransportmodell EURAD für unterschiedliche Quellgruppen Auflösung Hintergrundniveau RIU, 2008

Beispiele für Verursacheranalysen in NRW Ergebnis für den Jahresmittelwert: Hausbrand liefert ca. 1-7 % der PM 10 -Belastung und ca. 1-12 % der NO x -Belastung. Das entspricht für PM 10 ca.

8 Beispiele für Verursacheranalysen in NRW Ergebnis für den Jahresmittelwert: Hausbrand liefert ca. 1-7 % der PM 10 -Belastung und ca % der NO x -Belastung. Das entspricht für PM 10 ca. 0,5-2 µg/m³ und für NO x ca. 3-9 µg/m³. Beispiel Essen: 2 µg/m³ PM 10, 4 µg/m³ NO x Bei Episoden (z. B. Winter, niedrige Inversion) kann der Beitrag wesentlich höher sein. Offene Frage: Wie hoch ist der Beitrag der Holzfeuerung?

9 Abschätzung Anteil Holzfeuerung aus Immissionsbelastung Hausbrand und Kleinfeuerung Ein wenig Dreisatz... Grob geschätzter Anteil der Holzfeuerung an der HuK-Gesamt-Emission: PM 10 ca. 80 % NO x ca. 5 % Details siehe Vortrag Ilona Grund & Volker Hoffmann Angewendet auf die Ergebnisse: PM 10 : 0,4 1,6 µg/m³, entspricht 1-4 Überschreitungstagen NO x : 0,2 0,6 µg/m³ Gilt eigentlich nur für Essen. Wie realistisch ist das für NRW? Beispiel Essen: 1,6 µg/m³ PM 10, 0,2 µg/m³ NO x

10 Schwerte HuK: Abschätzung PM 10 aus Holzfeuerung, Jahresmittelwert HuK: PM10 [µg/m³] PM10_HU 20 < 20 < 10 < 7 < 5 < 4 < 3 < 2 < 1 < 0,1 Annahme: Gleicher Holzfeuerungsanteil wie in Essen. Realistisch?

11 Abschätzung Anteil Holzfeuerung aus Immissionsbelastung Hausbrand und Kleinfeuerung Modellergebnisse: PM 10 : 0,4 1,6 µg/m³, entspricht 1-4 Überschreitungstagen NO x : 0,2 0,6 µg/m³ Es handelt sich hier um Jahresmittelwerte. Messungen: Ca. 3-4 µg/m³ PM 10 für das Winterhalbjahr, erste vorsichtige Schätzung. Details dazu siehe Vortrag Tanja Schuck Übereinstimmung ist erstaunlich gut, trotz / wegen all der Annahmen und vielen unbekannten Eingangsgrößen.

12 Was haben andere zu diesem Thema gemacht? Es gibt eine Vielzahl von Studien zum Thema biomass burning. Messungen: Viele zielen auf lokale Effekte ab. Teils werden regionale und globale Effekte abgeschätzt. Ausbreitungsrechnungen: Die meisten zielen auf globale, teils auf regionale Effekte ab. Der Großteil der Studien behandelt Asien (Indien, China,...), Afrika und Südamerika, teils Südeuropa (Waldbrände). Sehr wenige betrachten lokale Effekte. Grobe Schätzung der Emissionen.

13 Was haben andere zu diesem Thema gemacht? Ein Beispiel für die Modellierung lokaler Effekte: AEA Energy and Environment, Report to the Scottish Government, 2008 ( Berechnet aus Antragsunterlagen für Biomasse-Heizungen für öffentliche Gebäude (z.b. Schulen) Der Anteil von Einzelöfen ist nicht bekannt. Verwendetes Modell: ADMS4 (Atmospheric Dispersion Modelling System, vermutlich Lagrange Modell). Ergebnisse für den Jahresmittelwert für PM 10 : Dundee < 1 µg/m³ Edinburgh < 0,5 µg/m³

Ausblick Wenn die Emissionsdaten bekannt sind, u.a. inkl. Höhe und Ort der Kamine, Emissionszeiten, Abgastemperatur, Quellstärke lassen sich detailliertere Berechnungen durchführen.

14 Ausblick Wenn die Emissionsdaten bekannt sind, u.a. inkl. Höhe und Ort der Kamine, Emissionszeiten, Abgastemperatur, Quellstärke lassen sich detailliertere Berechnungen durchführen. Da häufig keine freie Anströmung der Kamine gegeben ist, müssten Gebäudeeffekte berücksichtigt werden. Damit wird es komplex und Berechnungen sind nur für relativ kleine Gebiete möglich. Alternativ: Ungenauere Rechnung für größere Gebiete.

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank an Heike Hebbinghaus, Ingo Steckelbach, FB78 und RIU EURAD

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