Die Herkunft von Feinstaub-Immissionen

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1 Institut für Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen Direktor: Prof. Dr. techn. G. Scheffknecht Abteilung Reinhaltung der Luft Prof. Dr.-Ing. G. Baumbach Die Herkunft von Feinstaub-Immissionen Vortrag von Günter Baumbach beim Kamingespräch des Kompetenzzentrums Umwelttechnik - KURS 1 in Stuttgart am 6. Juni 2005

2 Partikeldefinition Partikel kleine Teilchen mit definiertem Volumen und Grenzfläche treten dispers in Erscheinung (z.b. Gas + Partikel = Aerosole) Partikel = Feststoffpartikel oder flüssige Tröpfchen oder Mischformen PM 10 : Aerodynamischer Durchmesser < 10 µm (wie Kugel mit Dichte =1) 2

3 Messstation Neckartor 3

4 Messstation Hohenheimer Straße 4

5 Sequential Samplers for PM 10 /PM 2.5 Measurements 5

6 Messstandorte UMEG-Spotmessstationen und Straßenmessstationen in Stuttgart 6

7 Messpunkte in Baden-Württemberg mit Überschreitung des PM 10 -Immissionsgrenzwertes im Jahr 2004 UMEG, Bericht-Nr.: 4-04/2005 7

8 PM 10 24h-Werte im Jahr 2004 in Stuttgart am Neckartor 160 Überschreitungen von 50µg/m³ 8

9 Mittlere PM10-Konzentrationen in Abhängigkeit der Trockentage nach Regenereignissen Lohmeyer

10 Methoden der Herkunftsanalyse von Partikeln an Immissions-Standorten Vergleich der Konzentration mit verschiedenen Hintergrundkonzentrationen Konzentrationsvergleich + Emissionsabschätzung Aus der Partikelzusammensetzung: Vergleich mit der Zusammensetzung bekannter Quellen Aus der Partikel-Korngrößenverteilung 10

11 Methode zur Bestimmung des lokalen Verkehrsstaubanteils nach Lenschow 11

12 Mittlerer Wochengang der PM10-Belastung an einer verkehrsreichen Straße in Leipzig in 2004 nach Lohmeyer

13 Methoden der Herkunftsanalyse von Partikeln an Immissions-Standorten Vergleich der Konzentration mit verschiedenen Hintergrundkonzentrationen Konzentrationsvergleich + Emissionsabschätzung Aus der Partikelzusammensetzung: Vergleich mit der Zusammensetzung bekannter Quellen Aus der Partikel-Korngrößenverteilung 13

14 Berechnete Verursacher der PM 10 -Immissionsbelastung in 2004 Basis: Gemessene Hintergrundkonzentrationen und Emissionskataster nach UMEG 2005 Arnulf-Klett-Platz in Stuttgart Neckartor in Stuttgart 14

15 Methoden der Herkunftsanalyse von Partikeln an Immissions-Standorten Vergleich der Konzentration mit verschiedenen Hintergrundkonzentrationen Konzentrationsvergleich + Emissionsabschätzung Aus der Partikelzusammensetzung: Vergleich mit der Zusammensetzung bekannter Quellen Aus der Partikel-Korngrößenverteilung 15

16 Filter colors and PM 10 concentrations at different sampling sites in Cyprus without Sahara events Limassol Traffic Concentration : 5 µg/m³ Date : Limassol Residential Concentration : 5 µg/m³ Date : Agia Marina Concentration : 30 µg/m³ Date : Kyrenia Concentration : 24 µg/m³ Date : Nicosia Traffic TCC Concentration 16 : 15 µg/m³ Date : Nicosia Traffic TCC Concentration : 94 µg/m³ Date : Larnaka Residential Concentration : 68 µg/m³ Date :

17 Filter colors and PM 10 concentrations at different sampling sites in Cyprus during Sahara dust events Limassol Residential Concentration: 234 µg/m³ Nicosia Traffic GCC Concentration: 163 µg/m³ Nicosia Traffic TCC Concentration: 154 µg/m³ Pafos Traffic Concentration: 270 µg/m³ 17 Agia Marina Concentration : 684 µg/m³ Larnaka Residential Concentration : 219 µg/m³ Limassol Traffic Concentration : 199 µg/m³

18 Enrichment Factor of PM 10 elements for Agia Marina (Background) and Nicosia (Traffic) Agia Marina Nicosia Traffic Enrichment Factor Soil at station Ref. Montana soil Soil of surroundings Enrichment Factor Soil of surroundings Ref. Montana soil 1 1 0,1 Al Cr Cu K Si Na Mg Mn Fe Pb Ba S Zn Ti Ca 0,1 Al Cr Cu K Si Na Mg Mn Fe Pb Ba S Zn Ti Ca 18

19 Sources of PM 10 in Nicosia (Traffic) by factors in Principal Component Analysis 1,0 1,0 0,95 0,91 0,8 0,78 0,81 0,69 0,81 0,8 Factor 4 0,6 0,4 0,2 0,17 0,14 0,34 0,16 0,11 Factor 5 0,6 0,4 0,2 0,12 0,13 0,13 0,11 0,12 0,22 0,12 0,0 Cr Cu K Si Na Mg Mn Fe Pb S Zn Ti Ca Ni Cd 0,0 Cr Cu K Si Na Mg Mn Fe Pb S Zn Ti Ca Ni Cd -0,2-0,4 19-0,27-0,14-0,18 Oil and Diesel Combustion Traffic, Vehicle abrasion

20 Sources of PM 10 in Agia Marina by factors in Principal Component Analysis Factor 2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,39 0,84 0,75 0,53 0,95 0,23 0,77 0,23 Factor 4 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,45 0,86 0,33 0,57 0,21 0,66 0,15 0,49 0,80 0,0 Al Cr K Si Na Mg Mn Fe S Zn Ti Ca Ni 0,0 Al Cr K Si Na Mg Mn Fe S Zn Ti Ca Ni -0,2-0,2-0,14-0,4-0,31-0,4-0,6-0,47-0,6-0,48 20 Local mineral soil dust Soil from surroundings

21 Identified PM 10 source contribution by Receptor Modeling (without Sahara dust events) Factor 7 Oil and diesel combustion 0.8 µg/m³ Factor 6 Waste burning 1.1 µg/m3 Factor 5 Sea-salt 1.3 µg/m³ Not allocated 2.8 µg/m³ 5% 7% 8% 18% Factor 4 Soil from surroundings 1.7 µg/m³ 19% 11% 16% Factor 1 Secondary pollutants 3 µg/m³ 16% Factor 3 Local mineral soil II 2.5 µg/m³ Factor 7 Unknown 2.4 µg/m³ Factor 6 Gasoline Exhaust 3.6 µg/m³ Factor 2 Local mineral soil I 2.5 µg/m³ Not allocated 6.8 µg/m³ 9% 6% Factor 5 Vehicle abrasion 3.6 µg/m³ 9% 17% 20% 10% Factor 4 Oil and Diesel combustion 4.1 µg/m³ Factor 1 Secondary pollutants and sea-salt 8 µg/m³ 13% 16% Factor 2 Mineral dust (resuspended by traffic) 6.4 µg/m³ Factor 3 Local mineral soil 5.2 µg/m³ Agia Marina Background Source Identification Average PM 10 concentration: 15.8 µg/m³ 21 Nicosia Traffic Source Identification Average PM 10 concentration: 40.1 µg/m³

22 Chemische Zusammensetzung von PM10, PM2,5 und PM1in Stadtluft (Duisburg) nach Quass und Kuhlbusch

23 PM10 und PM2,5-Quellenzuordnung mit Positiver Matrix Faktorisierung (PMF) nach Quass und Kuhlbusch

24 PM10-Zeitreihe der Hauptbestandteile Uni Duisburg nach Quass und Kuhlbusch

25 Methoden der Herkunftsanalyse von Partikeln an Immissions-Standorten Vergleich der Konzentration mit verschiedenen Hintergrundkonzentrationen Konzentrationsvergleich + Emissionsabschätzung Aus der Partikelzusammensetzung: Vergleich mit der Zusammensetzung bekannter Quellen Aus der Partikel-Korngrößenverteilung 25

26 Größenverteilung des atmosphärischen Aerosols Quelle: BUWAL

27 Average size distributions upwind and downwind from the motorway. The plot shows the motorway contribution of particles when the wind is southwesterly dn/dlog(dp) [cm-3] 6,E+04 5,E+04 4,E+04 3,E+04 2,E+04 1,E+04 upwind downwind 0,E Dp [nm] 27

28 Mean PM flue gas grain size distribution Tiled-Sove Heating Insert, Open Fire Stove and Pellet Stove (cascade impactor analyses) mass in % of total PM standard deviation full load operation with log wood, beech and fir pellets 0 < 0,5 0,5-<0,6 0,6-<1,1 1,1-<2,1 2,1-<3,3 3,3-<4,9 4,9-<7,2 7,2-<11,5 >= 11,5 aerodynamic particle diameter in µm 28

29 Size Distribution of the PM Emissions of Industrial Wood Chip Combustion 29

30 Rauchgasfahne einer industriellen Holzfeuerung unter Inversions- Bedingungen viel Feinstaub! 30

31 31

32 Zusammenhang zwischen NOx und Partikelanzahl 32