BERECHNUNG KFZ-BEDINGTER SCHADSTOFFEMISSIONEN UND IMMISSIONEN IN HAMBURG PROGNOSE 2015

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1 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Immissionsschutz, Klima, Aerodynamik, Umweltsoftware Mohrenstraße 14, D Radebeul Telefon: +49 (0) 351 / info.dd@lohmeyer.de URL: BERECHNUNG KFZ-BEDINGTER SCHADSTOFFEMISSIONEN UND IMMISSIONEN IN HAMBURG PROGNOSE 2015 Auftraggeber: Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Immissionsschutz und Betriebe, Luftreinhaltung Stadthausbrücke Hamburg Dipl.-Ing. H. Lorentz Dipl.-Ing. W. Schmidt Dr. rer. nat. I. Düring August 2011 Projekt _Null15_neu Berichtsumfang 74 Seiten Büro Karlsruhe: An der Roßweid 3, Karlsruhe, Tel.: +49 (0) 721 / , info.ka@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 Verkehrsdaten Bebauungsdaten Hintergrundbelastung Meteorologische Daten EMISSIONEN Methode zur Bestimmung der Emissionsfaktoren Motorbedingte Emissionsfaktoren Verwendete Fahrzeugflotten Nicht motorbedingte Emissionsfaktoren Emissionen des untersuchten Straßennetzes Emissionsbilanzen IMMISSIONEN Luftschadstoffkonzentrationen an Straßenabschnitten mit Messstationen Luftschadstoffkonzentrationen am Hauptstraßennetz Hamburg Betroffenheiten Betroffenheiten nach Einwohnerzahlen und Straßenlänge Betroffenheiten nach Gebäudenutzung LITERATUR...48 A N H A N G A1: BEURTEILUNGSWERTE FÜR LUFTSCHADSTOFFKONZENTRATIONEN AN KFZ-STRASSEN...50 A N H A N G A2: BERECHNUNGSVERFAHREN PROKAS...54 A N H A N G A3: EMISSIONSFAKTOREN...63 A N H A N G A4: ERGEBNISABBILDUNGEN IMMISSIONEN...65

3 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG II ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abb. 4.1: Verkehrsreduzierung für die gegenüber Abb. 5.1: LNF-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH Abb. 5.2: PKW-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH Abb. 5.3: SNF-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH Abb. 5.4: Emissionsverteilung Stickstoffoxide (NOX) Nullfall Abb. 5.5: Emissionsverteilung NO 2 Direktremissionen Nullfall Abb. 5.6: Emissionsverteilung PM10 Nullfall Abb. 5.7: Emissionsverteilung PM2.5 Nullfall Abb. 5.8: Vergleich NO x - und NO 2 -Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Fahrzeugarten...33 Abb. 5.9: Vergleich PM10- und PM2.5-Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Fahrzeugarten...34 Abb. 5.10: Vergleich NO x - und NO 2 -Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Straßenlage...35 Abb. 5.11: Vergleich PM10- und PM2.5-Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Straßenlage...36 Abb. A2.1: Vergleich der mit PROKAS (und bei Bebauung anhand typisierter Bebauungsstrukturen mit MISKAM) berechneten NO 2 -Immissionen mit den Messungen in Karlsruhe, Stuttgart, Dresden und an der A Abb. A2.2: Abhängigkeit der mit verschiedenen Ansätzen modellierten NO 2 - von den NO x - Jahresmittelwerten. Erläuterung siehe Text...62 Abb. A4.1: Immissionen Nullfall 2015 NO Abb. A4.2: Differenz der Gesamtbelastung Immissionen Nullfall 2015 minus Nullfall 2011 NO Abb. A4.3: Relative Minderung der Gesamtbelastung Immissionen Nullfall 2015 minus Nullfall 2011 NO Abb. A4.4: Immissionen Nullfall 2015 PM

4 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG III Abb. A4.5: Differenz der Gesamtbelastung Immissionen Nullfall 2015 minus Nullfall 2011 PM Abb. A4.6: Relative Minderung der Gesamtbelastung Immissionen Nullfall 2015 minus Nullfall 2011 PM Abb. A4.7: Immissionen Nullfall 2015 PM Abb. A4.8: Differenz der Gesamtbelastung Immissionen Nullfall 2015 minus Nullfall 2011 PM Abb. A4.9: Relative Minderung der Gesamtbelastung Immissionen Nullfall 2015 minus Nullfall 2011 PM

5 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG IV TABELLENVERZEICHNIS Tab. 4.1: Verwendete Hintergrundbelastungen für die Bezugsjahre 2009 und 2011 sowie Tab. 5.1: Bestandsentwicklung PKW, LNF, SNF 2010 / 2015 nach HBEFA...20 Tab. 5.2: Fahrleistungsfaktoren Innerorts HBEFA3.1 / Tab. 5.3: Linienbus-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH Tab. 5.4: Jährliche Fahrleistungsanteile des Hamburger Hauptverkehrsstraßennetzes nach Fahrzeugarten für die Bezugsjahre 2011 und Tab. 5.5: Gebietsbezogene Auswertung der jährlichen Fahrleistungsanteile des Hamburger Hauptverkehrsstraßennetzes, der Autobahnen und dem restlichen Stadtgebiet für die Bezugsjahre 2011 und Tab. 5.6: Emissionsbilanz der unterschiedlichen Szenarien für das gesamte betrachtete Hauptverkehrsstraßennetz (für den Istzustand 2009 auch inklusive Nebenstraßennetz) inklusive der Anteile der Verkehrsgruppen PKW (PKW, Leichte Nutzfahrzeuge und Motorräder), LKW (LKW und Reisebusse) sowie Linienbusse...31 Tab. 6.1: Berechnete Jahresmittelwerte an den verkehrsbeeinflussten Messstellen des Hamburger Messnetzes für NO 2 und PM10 für den Istzustand und die Nullfälle 2011/ Tab. 6.2: Auf Basis der modellierten Minderungen und Messwerten 2009 abgeschätzte Jahresmittelwerte an den verkehrsbeeinflussten Messstellen des Hamburger Messnetzes für NO 2 und PM10 für die Nullfälle 2011/ Tab. 6.3: Abschnittsbezogene statistische Auswertung der berechneten Jahresmittelwerte auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz...39 Tab. 6.4: Berechnete jahresmittlere Konzentrationen für NO 2, PM10 und PM2.5 im Istzustand, Nullfall 2011 und Nullfall 2015 sowie Minderungen im Prognosejahr 2015 ohne Maßnahmen im Vergleich zum Nullfall 2011 JMW = Jahresmittelwert [µg/m³] KW = Kurzzeitwert (NO 2 : der 18. höchste berechnete Wert im Jahr, PM10: jährliche Überschreitungen von 50 µg/m³ im Tagesmittel)...43 Tab. 6.5: Von Grenzwertüberschreitungen und Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerten betroffene Einwohner und Summe der Straßenabschnittslängen bezogen auf das gesamte Hamburger Hauptverkehrstraßennetz. JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert44

6 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG V Tab. 6.6: Tab. 6.7: Tab. 6.8: Reduzierung der von Grenzwertüberschreitungen bzw. Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerten betroffenen Anwohnerzahlen im Nullfall 2015 im Vergleich zum Istzustand Anzahl der von Grenzwertüberschreitungen und Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerte betroffenen Gebäude getrennt nach Nutzung JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert. Unschärfe der Auswertung siehe Text Berechnete Reduktion der Anzahl von betroffenen Gebäuden getrennt nach Nutzung. JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert. Unschärfe der Auswertung siehe Text...47 Tab. A1.1: Immissionsgrenzwerte nach 39. BImSchV (2010) für ausgewählte (verkehrsrelevante) Schadstoffe...52 Tab. A3.1: Emissionsfaktoren Nullfall

7 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 6 ERLÄUTERUNG VON FACHAUSDRÜCKEN Emission / Immission Als Emission bezeichnet man die von einem Fahrzeug ausgestoßene Luftschadstoffmenge in Milligramm Schadstoff pro Kilometer oder bei anderen Emittenten in Gramm pro Stunde. Die in die Atmosphäre emittierten Schadstoffe werden vom Wind verfrachtet und führen im umgebenden Gelände zu Luftschadstoffkonzentrationen, den so genannten Immissionen. Diese Immissionen stellen Luftverunreinigungen dar, die sich auf Menschen, Tiere, Pflanzen und andere Schutzgüter überwiegend nachteilig auswirken. Die Maßeinheit der Immissionen am Untersuchungspunkt ist µg (oder mg) Schadstoff pro m³ Luft (µg/m³ oder mg/m³). Hintergrundbelastung / Zusatzbelastung / Gesamtbelastung Als Hintergrundbelastung werden im Folgenden die Immissionen bezeichnet, die bereits ohne die Emissionen des Straßenverkehrs auf den betrachteten Straßen an den Untersuchungspunkten vorliegen. Die Zusatzbelastung ist diejenige Immission, die ausschließlich vom Verkehr auf dem zu untersuchenden Straßennetz oder der zu untersuchenden Straße hervorgerufen wird. Die Gesamtbelastung ist die Summe aus Hintergrundbelastung und Zusatzbelastung und wird in µg/m³ oder mg/m³ angegeben. Grenzwerte / Vorsorgewerte Grenzwerte sind zum Schutz der menschlichen Gesundheit vom Gesetzgeber vorgeschriebene Beurteilungswerte für Luftschadstoffkonzentrationen, die nicht überschritten werden dürfen, siehe z. B. Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes. Vorsorgewerte stellen zusätzliche Beurteilungsmaßstäbe dar, die zahlenmäßig niedriger als Grenzwerte sind und somit im Konzentrationsbereich unterhalb der Grenzwerte eine differenzierte Beurteilung der Luftqualität ermöglichen. Jahresmittelwert / Kurzzeitwert (Äquivalentwert) An den betrachteten Untersuchungspunkten unterliegen die Konzentrationen der Luftschadstoffe in Abhängigkeit von Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Verkehrsaufkommen etc. ständigen Schwankungen. Die Immissionskenngrößen Jahresmittelwert und Kurzzeitwerte charakterisieren diese Konzentrationen. Der Jahresmittelwert stellt den über das Jahr gemittelten Konzentrationswert dar. Eine Einschränkung hinsichtlich Beurteilung der Luftqualität mit Hilfe des Jahresmittelwertes besteht darin, dass er nichts über Zeiträume mit hohen Konzentrationen aussagt. Eine das ganze Jahr über konstante Konzentration kann zum gleichen Jahresmittelwert führen wie eine zum Beispiel tagsüber sehr hohe und nachts sehr niedrige Konzentration.

8 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 7 Die Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (39. BImSchV) fordert deshalb die Einhaltung weiterer Kurzzeitwerte in Form des Stundenmittelwertes der NO 2 -Konzentrationen von 200 µg/m³, der nicht mehr als 18 Stunden pro Jahr überschritten werden darf, und des Tagesmittelwertes der PM10-Konzentration von 50 µg/m³, der maximal an 35 Tagen überschritten werden darf. Da diese Werte derzeit nicht direkt berechnet werden können, erfolgt die Beurteilung hilfsweise anhand von abgeleiteten Äquivalentwerten auf Basis der Jahresmittelwerte. Diese Äquivalentwerte sind aus Messungen abgeleitete Kennwerte, bei deren Unterschreitung auch eine Unterschreitung der Kurzzeitwerte erwartet wird. Verkehrssituation Emissionen und Kraftstoffverbrauch der Kraftfahrzeuge (Kfz) hängen in hohem Maße vom Fahrverhalten ab, das durch unterschiedliche Betriebszustände wie Leerlauf im Stand, Beschleunigung, Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit, Bremsverzögerung etc. charakterisiert ist. Das typische Fahrverhalten kann zu so genannten Verkehrssituationen zusammengefasst werden. Verkehrssituationen sind durch die Merkmale eines Straßenabschnitts wie Geschwindigkeitsbeschränkung, Ausbaugrad, Vorfahrtregelung etc. charakterisiert. In der vom Umweltbundesamt herausgegebenen Datenbank Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs HBEFA sind für verschiedene Verkehrssituationen Angaben über Schadstoffemissionen angegeben. Feinstaub / PM10 / PM2.5 Mit Feinstaub/PM10/PM2.5 werden alle Partikel bezeichnet, die einen größenselektierenden den Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Partikeldurchmesser von 10 µm bzw. 2.5 µm eine Abscheidewirksamkeit von 50 % aufweist. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind organische Verbindungen, die sich aus mindestens zwei miteinander verbundenen aromatischen Ringen zusammensetzen, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Benzo(a)pyren (BaP) wird bei lufthygienischen Betrachtungen üblicherweise als Leitsubstanz für die Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffe betrachtet.

9 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 8 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS BaP Benzo(a)pyren BImSchV Bundesimmissionsschutzverordnung CO Kohlenmonoxid CO 2 Kohlendioxid DTV Durchschnittlich täglicher Verkehr DWD Deutschen Wetterdienst FHH Freie und Hansestadt Hamburg HaLm Hamburger Luftmessnetz HBEFA Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs JMW Jahresmittelwert KBA Kraftfahrtbundesamt Kfz Kraftfahrzeug KGW Kurzzeitgrenzwert LBus Linienbus LKW Lastkraftwagen LNF leichte Nutzfahrzeuge NO Stickstoffmonoxid NO 2 Stickstoffdioxid NOx Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid PAK polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PKW Personenkraftwagen SO 2 Schwefeldioxid UFP ultrafeine Partikel

10 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 9 1 ZUSAMMENFASSUNG Das Hamburger Luftmessnetz (HaLm) erfasst kontinuierlich an ortsfesten Messstationen Daten zur Überwachung der Luftqualität. In Hamburg werden Überschreitungen der Grenzwerte für NO 2 -Immisionen nach 39. BImSchV festgestellt und sind für Feinstaub-PM10 nach Überschreitungen in den Jahren 2005 und 2006 auch weiterhin nicht auszuschließen. Aufgrund der NO 2 -Überschreitungen ist die Freie und Hansestadt Hamburg (FHH) verpflichtet, einen Luftreinhalteplan aufzustellen, der die Minderung der NO 2 -Immissionen zum Ziel hat. Zur Ursachenermittlung der hohen Schadstoffkonzentrationen und zur Prüfung geeigneter Minderungsmaßnahmen sollen Emissions- und Ausbreitungsrechnungen für das gesamte Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz durchgeführt werden. Folgende Szenarien wurden bereits in einer vorangegangenen Untersuchung (Lohmeyer, 2010) betrachtet: - Istzustand mit Bezugsjahr Nullfall mit Bezugsjahr 2011, Prognose ohne Maßnahmen - Umweltzone (nur Grüne Plakette) im Bezugsjahr PKW-Verkehrsreduzierung im Bereich der Umweltzone um 20 % im Bezugsjahr Zusätzlich soll für das Bezugsjahr 2015 eine Prognose ohne jegliche Maßnahmen für die Schadstoffe NO 2, PM10 und PM2.5 betrachtet werden. Für die Emissionsberechnung soll der Straßenverkehr auf dem gesamten Hauptstraßennetz Hamburg berücksichtigt werden. Die Immissionsberechnungen werden für die Straßenabschnitte mit dichter Randbebauung durchgeführt. Die Vorgehensweise entspricht der Methodik, die in der vorangegangenen Untersuchung (Lohmeyer, 2010) beschrieben und angewendet wurde. In vorliegendem Bericht sind nur die Eingangsparameter und Ergebnisse, die sich zur Vorgängeruntersuchung unterscheiden erläutet. Luftschadstoffkonzentrationen an Straßenabschnitten mit Messstationen In folgender Tabelle sind die berechneten Jahresmittelwerte für NO 2 und PM10 an den verkehrsbeeinflussten Messstellen des Hamburger Messnetzes aufgeführt. Im Nullfall 2015 sinken die NO 2 -Jahresmittelwerte um 10 bis 11 % gegenüber dem Istzustand Der NO 2 -Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ wird an vielen Straßenabschnitten überschritten.

11 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 10 Istzustand 2009 Nullfall 2011 Minderung zum Istzustand Nullfall 2015 Minderung zum Istzustand 2009 [µg/m³] [µg/m³] [µg/m³] Kieler Straße % % NO 2 -Jahresmittelwert Max-Brauer-Allee II* 71 (60) 70 (59) 2 % % Stresemannstraße % % Habichtstraße % % Kieler Straße % 27 7 % PM10-Jahresmittelwert Max-Brauer-Allee II* 26 (30) 25 (29) 3 % 24 7 % Stresemannstraße % 33 3 % Habichtstraße % 30 6 % * Hinweis: An der Messstelle Max-Brauer-Allee II ist beim NO 2 tendenziell eine Unterschätzung der Modellrechnungen im Vergleich zur Messung zu beobachten. Hier steht die Messstelle auf dem Mittelstreifen der Straße, das eingesetzte Screeningmodell weist die an der Gebäudefassade zu erwartende Konzentration aus. Mess- und Rechenwert sind damit nicht direkt vergleichbar. Um dennoch die Änderungen des Nullfalls 2015 abschätzen zu können wurden die berechneten absoluten Änderungen auf die Messwerte angesetzt. Im Istzustand ist der Messwert und in Klammern der Rechenwert angegeben. Berechnete Jahresmittelwerte an den verkehrsbeeinflussten Messstellen des Hamburger Messnetzes für NO 2 und PM10 für den Istzustand und die Nullfälle 2011/2015. Der PM10-Jahresmittelwert reduziert sich an den Messstationen der Max-Brauer-Allee II, Stresemannstraße und Habichtsstraße im Betrachtungsfall Nullfall 2015 zum Istzustand 2009 um 3-7 %. Mit berechneten PM10-Jahresmittelwerten unter 31 µg/m³ werden im Szenario Nullfall 2015 keine Überschreitungen des PM10-Jahresgrenzwertes und auch nicht des PM10-Tagesgrenzwertes erwartet. In der Stresemannstraße sind allerdings in meteorologisch ungünstigen Jahren Überschreitungen des PM10-Tagesgrenzwertes möglich. Luftschadstoffkonzentrationen am Hauptstraßennetz Hamburg In folgender Tabelle sind die jahresmittleren Gesamtbelastungen, statistisch für das gesamte Hamburger Hauptstraßennetz ausgewertet, aufgeführt.

12 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 11 Die berechneten Konzentrationen für die Schadstoffe NO 2, PM10 und PM2.5 und die im Prognosejahr 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 berechnete Minderung absolut und prozentual sind graphisch im Anhang A4 streckenfein dargestellt. NO 2 PM10 PM2.5 Jahresmittlere Gesamtbelastung [µg/m³] Nullfall 2011 Min Max Nullfall 2015 Min Max Minderung Nullfall 2015 zum Nullfall 2011 absolut [µg/m³] Max Min Durchschnitt (abschnittsbezogen) Minderung > 1.2 µg/m³ (Abschnitte) 523 Minderung Nullfall 2015 zum Nullfall 2011 relativ [%] Max Min Durchschnitt (abschnittsbezogen) Abschnittsbezogene statistische Auswertung der berechneten Jahresmittelwerte auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz Stickstoffdioxid NO 2 Der NO 2 -Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ wird in weiten Teilen der Innenstadt von Hamburg in allen betrachteten Szenarien überschritten. Dies gilt auch für den Kurzzeitgrenzwert für NO 2 bei dem der Stundenmittelwert von 200 µg/m³ nicht öfter als 18-mal im Jahr überschritten werden darf. Die berechneten Konzentrationen für den NO 2 -Jahresmittelwert liegen im Nullfall 2015 zwischen 17 und 83 µg/m³ auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz. Die Minderungen, die im Nullfall 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 zu erwarten sind, liegen für die jahresmittlere NO 2 -Gesamtbelastung maximal bei 35 %. PM10 Der PM10-Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ wird in wenigen Straßenabschnitten in der Innenstadt von Hamburg in allen betrachteten Szenarien überschritten. Der Kurzzeitgrenzwert für PM10, bei dem der Tagesmittelwert von 50 µg/m³ nicht öfter als 35 mal im Jahr

13 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 12 überschritten werden darf, wird an stark befahrenen Straßenabschnitten der Innenstadt in allen Szenarien überschritten. Die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Tageskurzzeitgrenzwert überschritten wird liegt bei ca. 50 %, wenn ein PM10-Jahresmittelwert von 31 µg/m³ erreicht ist. Die berechneten Konzentrationen für den PM10-Jahresmittelwert liegen im Nullfall 2015 zwischen 21 und 44 µg/m³ auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz. Die Minderungen, die im Nullfall 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 zu erwarten sind, liegen für die jahresmittlere PM10-Gesamtbelastung maximal bei 19 %. PM2.5 Der ab 2015 einzuhaltende PM2.5-Jahresmittelgrenzwert von 25 µg/m³ kann auch im Nullfall 2015 nicht in allen Bereichen des betrachteten Hamburger Straßennetzes eingehalten werden. Ein Jahresmittelwert von 20 µg/m³ (= zukünftiger Zielwert) wird in weiten Teilen des Innenstadtbereiches überschritten. Die berechneten Konzentrationen für den PM2.5-Jahresmittelwert liegen im Nullfall 2015 zwischen 16 und 27 µg/m³ auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz. Die Minderungen, die im Nullfall 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 zu erwarten sind, liegen für die jahresmittlere PM2.5-Gesamtbelastung maximal bei 16 %. Betroffenheiten Zusätzlich wurde eine Betroffenheitsanalyse durchgeführt, bei der die von Grenzwertüberschreitungen und Überschreitungen von ausgewählten Schwellenwerten betroffenen Straßenabschnitte, Einwohnerzahlen sowie Gebäudenutzungen ausgewertet wurden. Die Betroffenheiten des Nullfalls 11 wurden denen der im Nullfall 2015 betroffenen Einwohner und Gebäuden gegenübergestellt. Es kann aufgezeigt werden, dass im Nullfall 2015 eine Minderung der Anzahl der von Grenzwertüberschreitungen betroffenen Einwohnern und Gebäuden zu erwarten ist. Diese sind in folgenden Tabellen aufgeführt.

14 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 13 Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Abfrage Anwohner Länge [km] Anwohner Länge [km] Anwohner Länge [km] NO 2 JMW > 40 µg/m³ NO 2 JMW > 60 µg/m³ NO 2 KGW > 200 µg/m³ PM10 JMW > 31 µg/m³ PM10 JMW > 40 µg/m³ PM2.5 JMW > 20 µg/m³ PM2.5 JMW > 25 µg/m³ Gesamtlänge des betrachteten Hauptverkehrsstraßenetz Hamburg: km Von Grenzwertüberschreitungen und Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerten betroffene Einwohner und Summe der Straßenabschnittslängen bezogen auf das gesamte Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz. JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert. Wohnen Soziale Einrichtungen Kindergärten Schulen Sport Minderung im Nullfall 2015 im Vergleich zum Istzustand 2009 NO 2 JMW > 40 µg/m³ NO 2 JMW > 60 µg/m³ NO 2 KGW > 200 µg/m³ PM10 JMW > 31 µg/m³ PM10 JMW > 40 µg/m³ PM2.5 JMW > 20 µg/m³ PM2.5 JMW > 25 µg/m³ Berechnete Reduktion der Anzahl von betroffenen Gebäuden getrennt nach Nutzung. JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert. Fazit Der seit 2010 geltende NO 2 -Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ kann auch im Nullfall 2015 in weiten Bereichen des Hamburger Straßennetzes nicht eingehalten werden. Auch der PM10-Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ und der Kurzzeitgrenzwert für PM10 können im Ergebnis der Immissionsberechnungen auch im Nullfall 2015 in einigen Bereichen des Hamburger Straßennetzes nicht eingehalten werden.

15 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 14 Der ab 2015 einzuhaltende PM2.5-Jahresmittelgrenzwert von 25 µg/m³ kann auch im Nullfall 2015 nicht in allen Bereichen des betrachteten Hamburger Straßennetzes eingehalten werden. Hinweis: Die hier aufgeführten Ergebnisse basieren auf Screeningberechnungen, was konservative Ergebnisse liefert. Für eine Verfeinerung der Ergebnisse mit besserer räumlicher Differenzierung könnten mikroskalige Detailuntersuchungen (z. B. mit MISKAM) durchgeführt werden.

16 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 15 2 AUFGABENSTELLUNG Das Hamburger Luftmessnetz (HaLm) erfasst kontinuierlich an ortsfesten Messstationen Daten zur Überwachung der Luftqualität. In Hamburg werden Überschreitungen der Grenzwerte für NO 2 -Immisionen nach 39. BImSchV festgestellt und sind für Feinstaub-PM10 nach Überschreitungen in den Jahren 2005 und 2006 auch weiterhin nicht auszuschließen. Aufgrund der NO 2 -Überschreitungen ist die Freie und Hansestadt Hamburg (FHH) verpflichtet, einen Luftreinhalteplan aufzustellen, der die Minderung der NO 2 -Immissionen zum Ziel hat. Zur Ursachenermittlung der hohen Schadstoffkonzentrationen und zur Prüfung geeigneter Minderungsmaßnahmen sollen Emissions- und Ausbreitungsrechnungen für das gesamte Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz durchgeführt werden. Folgende Szenarien wurden bereits in einer vorangegangenen Untersuchung (Lohmeyer, 2010) betrachtet: - Istzustand mit Bezugsjahr Nullfall mit Bezugsjahr 2011, Prognose ohne Maßnahmen - Umweltzone (nur Grüne Plakette) im Bezugsjahr PKW-Verkehrsreduzierung im Bereich der Umweltzone um 20 % im Bezugsjahr Zusätzlich soll für das Bezugsjahr 2015 eine Prognose ohne jegliche Maßnahmen für die Schadstoffe NO 2, PM10 und PM2.5 betrachtet werden. Für die Emissionsberechnung soll der Straßenverkehr auf dem gesamten Hauptstraßennetz Hamburg berücksichtigt werden. Die Immissionsberechnungen werden für die Straßenabschnitte mit dichter Randbebauung durchgeführt. Die Vorgehensweise entspricht der Methodik, die in der vorangegangenen Untersuchung (Lohmeyer, 2010) beschrieben und angewendet wurde. In vorliegendem Bericht sind nur die Eingangsparameter und Ergebnisse, die sich zur Vorgängeruntersuchung unterscheiden erläutet.

17 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 16 3 VORGEHENSWEISE Siehe Lohmeyer (2010).

18 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 17 4 EINGANGSDATEN 4.1 Verkehrsdaten Die der Emissionsberechnung zugrunde liegenden Verkehrsbelastungen, inklusiver der Busbelegungen und der Annahmen zu Leichtverkehr wurden aus der Vorgängeruntersuchung übernommen und entsprechend der Vorgaben des Auftraggebers modifiziert. Die für 2009 repräsentativen gesamten Verkehrsbelegungen wurden dabei für die Autobahnen um 4 % erhöht, für das Stadtzentrum um 7 % und für alle anderen Straßen um 4 % reduziert (siehe Abb. 4.1). Abb. 4.1: Verkehrsreduzierung für die gegenüber 2009.

19 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Bebauungsdaten Siehe Lohmeyer (2010). 4.3 Hintergrundbelastung Für die Prognose der Hintergrundbelastung dienten die Werte aus der Vorgängeruntersuchung für 2009/2011. Mit Hilfe von technischen Maßnahmen und politischen Vorgaben wird angestrebt, die Emissionen der o. a. Schadstoffe in den kommenden Jahren in Deutschland zu reduzieren. Deshalb wird erwartet, dass auch die großräumig vorliegenden Luftschadstoffbelastungen im Mittel im Gebiet von Deutschland absinken. Für die zu erwartenden Reduktionen bis zum Jahr 2015 wurden vom Auftraggeber Reduktionen angegeben, die auf Modellrechnungen innerhalb des Forschungsprojektes des Umweltbundesamtes "Strategien zur Verminderung der Feinstaubbelastung" (PAREST 2011) basieren. Die Reduktionen und die sich daraus ergebenen Hintergrundbelastungswerte für 2015 sind in Tab. 4.1 aufgeführt. 2009/11 [µg/m³] Reduktion [µg/m³] 2015 [µg/m³] NO 2 Interpolation -1.1 Interpolation PM PM Tab. 4.1: Verwendete Hintergrundbelastungen für die Bezugsjahre 2009 und 2011 sowie Meteorologische Daten Siehe Lohmeyer (2010).

20 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 19 5 EMISSIONEN 5.1 Methode zur Bestimmung der Emissionsfaktoren Zur Berechnung der Emissionsfaktoren wurde die in Lohmeyer (2010) beschriebene Methode angewandt. Aus diesem Grunde wird an dieser Stelle lediglich auf die zur Berechnung des Emissionsszenarios 2015 verwendeten Fahrzeugflotten eingegangen. Die Ausführungen zur Berechnung der motor- und nicht motorbedingten Emissionsfaktoren sowie zur prinzipiellen Methodik der Berechnung der Flottenzusammensetzung ist in Lohmeyer (2010) nachzulesen Motorbedingte Emissionsfaktoren Siehe Lohmeyer (2010) Verwendete Fahrzeugflotten Analog dem Vorgehen in Lohmeyer (2010) wurde für die Flottenzusammensetzung im Hamburger Untersuchungsgebiet auf Autobahnstrecken ein Mix aus 50 % HBEFA-Flotte und 50 % Hamburg-spezifischer Flotte, auf Innerortsstraßen aus 33 % HBEFA-Flotte und 67 % Hamburg-spezifischer Flotte angenommen. Die Berechnung der Hamburger Flotte für das Jahr 2015 erfolgte auf der Basis der Statistik des Kraftfahrtbundesamtes (KBA) aus dem Jahre 2010 (KBA, 2010). Diese Flotte wurde im Rahmen eines separaten Teilprojektes 1 ermittelt. Darin wurde für Hamburg eine Flottenzusammensetzung des Fahrzeugbestandes (statische Flotte) für das Jahr 2010 nach den verschiedenen Zuordnungen der Abgasschlüsselnummern entsprechend KBA, HBEFA und 35. BImSchV (2006) berechnet. Da die Berechnung der motorbedingten Emissionen auf HBEFA basiert, wurde für die Flottenprognose für das Jahr 2015 die statische Hamburger Flotte 2010 entsprechend der HBEFA-Zuordnungssystematik verwendet. 1 Berechnung Kfz-bedingter Schadstoffemissionen und Immissionen in Hamburg / Aufbereitung und Auswertung der KBA-Fahrzeugbestandsdaten 2010 / April 2011

21 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 20 Zur Hochrechnung des Fahrzeugbestands von 2010 auf 2015 wurde analog dem Vorgehen in Lohmeyer (2010) die Bestandsentwicklung der Fahrzeugkonzepte nach HBEFA3.1 verwendet (siehe Tab. 5.1). Fzg.-Kat Kraftstoff EURO-Norm Bestandsanteil HBEFA Entwicklung / 2010 LNF Benzin EURO0 1.9% 0.7% 0.40 LNF Benzin EURO1 0.6% 0.2% 0.40 LNF Benzin EURO2 2.1% 1.0% 0.49 LNF Benzin EURO3 1.2% 0.7% 0.60 LNF Benzin EURO4 1.7% 1.3% 0.78 LNF Benzin EURO5 0.0% 1.2% LNF Benzin EURO6 0.0% 0.1% 0.00 LNF Diesel EURO0 7.5% 3.7% 0.49 LNF Diesel EURO1 13.8% 6.5% 0.47 LNF Diesel EURO2 19.2% 10.9% 0.57 LNF Diesel EURO3 31.5% 20.0% 0.64 LNF Diesel EURO4 20.3% 22.7% 1.12 LNF Diesel EURO5 0.1% 29.3% LNF Diesel EURO6 0.0% 1.4% 0.00 PKW Benzin EURO0 2.8% 1.6% 0.57 PKW Benzin EURO1 7.4% 2.2% 0.30 PKW Benzin EURO2 7.8% 2.8% 0.35 PKW Benzin EURO3 12.8% 6.0% 0.47 PKW Benzin EURO4 39.4% 31.1% 0.79 PKW Benzin EURO5 2.9% 17.9% 6.08 PKW Benzin EURO6 0.0% 4.9% 0.00 PKW Diesel EURO0 0.2% 0.4% 2.03 PKW Diesel EURO1 1.0% 0.5% 0.48 PKW Diesel EURO2 3.1% 1.2% 0.41 PKW Diesel EURO3 7.2% 4.0% 0.56 PKW Diesel EURO4 13.0% 9.6% 0.74 PKW Diesel EURO5 2.5% 13.8% 5.55 PKW Diesel EURO6 0.0% 4.0% 0.00 SNF Diesel EURO0 9.3% 3.3% 0.36 SNF Diesel EURO1 3.6% 1.3% 0.37 SNF Diesel EURO2 14.8% 6.1% 0.41 SNF Diesel EURO3 29.5% 13.8% 0.47 SNF Diesel EURO4 12.5% 7.4% 0.59 SNF Diesel EURO5 30.3% 47.8% 1.58 SNF Diesel EURO6 0.0% 20.2% 0.00 Tab. 5.1: Bestandsentwicklung PKW, LNF, SNF 2010 / 2015 nach HBEFA

22 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 21 Wie in Tab. 5.1 zu sehen, werden für EURO6-Fahrzeuge für das 2010 in HBEFA keine Bestandsanteile ausgewiesen. Die Auswertung der Hamburger KBA-Daten 2010 bestätigten diese Angaben im Wesentlichen. Lediglich bei Diesel-PKW sind in diesem Bezugsjahr in Hamburg insgesamt 85 EURO6-Fahrzeuge zugelassen (0.013 % an Gesamt-PKW-Bestand). Für die Bestandsanteile der EURO6-Fahrzeuge wurden deshalb für die Hamburger Flotte 2015 die mittleren bundesdeutschen Anteile für das Bezugsjahr 2015 aus HBEFA3.1 übernommen. Fzg.-Kat Kraftstof f EURO- Norm Bestand HBEFA 2015 Innerortsfahrleistung HBEFA 2015 Fahrleistungs- Faktor LNF Benzin EURO0 0.7% 0.3% 0.36 LNF Benzin EURO1 0.2% 0.1% 0.44 LNF Benzin EURO2 1.0% 0.5% 0.51 LNF Benzin EURO3 0.7% 0.5% 0.69 LNF Benzin EURO4 1.3% 1.2% 0.90 LNF Benzin EURO5 1.2% 1.5% 1.30 LNF Benzin EURO6 0.1% 0.2% 1.34 LNF Diesel EURO0 3.7% 1.3% 0.34 LNF Diesel EURO1 6.5% 3.6% 0.55 LNF Diesel EURO2 10.9% 7.5% 0.69 LNF Diesel EURO3 20.0% 15.9% 0.79 LNF Diesel EURO4 22.7% 23.9% 1.05 LNF Diesel EURO5 29.3% 41.7% 1.42 LNF Diesel EURO6 1.4% 1.9% 1.37 PKW Benzin EURO0 1.6% 0.7% 0.43 PKW Benzin EURO1 2.2% 1.1% 0.50 PKW Benzin EURO2 2.8% 1.6% 0.57 PKW Benzin EURO3 6.0% 3.8% 0.64 PKW Benzin EURO4 31.1% 23.6% 0.76 PKW Benzin EURO5 17.9% 15.8% 0.88 PKW Benzin EURO6 4.9% 4.4% 0.89 PKW Diesel EURO0 0.4% 0.2% 0.39 PKW Diesel EURO1 0.5% 0.3% 0.66 PKW Diesel EURO2 1.2% 1.2% 0.98 PKW Diesel EURO3 4.0% 4.2% 1.03 PKW Diesel EURO4 9.6% 12.2% 1.27 PKW Diesel EURO5 13.8% 23.4% 1.69 PKW Diesel EURO6 4.0% 7.6% 1.91 SNF Diesel EURO0 3.3% 1.3% 0.40 SNF Diesel EURO1 1.3% 0.6% 0.47 SNF Diesel EURO2 6.1% 3.4% 0.56 SNF Diesel EURO3 13.8% 9.3% 0.68

23 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 22 Fzg.-Kat Kraftstof f EURO- Norm Bestand HBEFA 2015 Innerortsfahrleistung HBEFA 2015 Fahrleistungs- Faktor SNF Diesel EURO4 7.4% 5.9% 0.80 SNF Diesel EURO5 47.8% 51.2% 1.07 SNF Diesel EURO6 20.2% 28.2% 1.39 Tab. 5.2: Fahrleistungsfaktoren Innerorts HBEFA3.1 / 2015 Zur Emissionsberechnung ist jedoch nicht der Bestandsanteil, sondern vielmehr der Fahrleistungsanteil der Fahrzeuge relevant. Zur Berechnung des Fahrleistungsanteils wurden die Fahrleistungsfaktoren für Innerortsstraßen, d. h. das Verhältnis aus Innerortsfahrleistungsund Bestandsanteil für das Jahr 2015 nach HBEFA3.1 verwendet (siehe Tab. 5.2). Auf der Basis der somit berechneten Fahrleistungsanteile der Hamburger Flotte des Jahres 2015 sowie der unter den eingangs beschriebenen Flottenanteilen HBEFA/Hamburg wurden die Flottenzusammensetzungen für die Emissionsberechnungen ermittelt. Die Abb. 5.1 bis Abb. 5.3 zeigen die Hamburger statische Flottenzusammensetzung der Jahre 2010 und 2015 ( 2010 bzw statisch HH ), sowie die Fahrleistungsanteile auf Autobahnen und Innerortsstraßen nach HBEFA ( 2015 AB bzw. IO HBEFA ), der Hamburger Flotte ( 2015 AB bzw. IO HH ) und der sich auf Basis der eingangs beschriebenen Zusammensetzung - HBEFA-Flotte / Hamburger Flotte ergebenden Fahrzeugflotten für die Berechnung der Emissionsszenarien auf Innerortsstraßen und Autobahnen ( AB bzw. IO Emiszenario 2015 ).

24 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 23 Abb. 5.1: LNF-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH 2015

25 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 24 Abb. 5.2: PKW-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH 2015 Für die Linienbusse wurden vom AG die für 2015 prognostizierten Fahrzeugbestände der VHH PVG sowie der HHA zur Verfügung gestellt. Mit der angenommenen Fahrleistungsgewichtung von 1/3 VHH PVG und 2/3 HHA ergeben sich die in Tab. 5.3 dargestellte Hamburger Linienbusflotte für das Bezugsjahr Fzg.-Kat Antrieb / EURO-Norm Fahrleistungsanteil HH 2015 Linienbus Diesel-EURO1 0.0% Linienbus Diesel-EURO2 0.0% Linienbus Diesel-EURO3 (mit CRT) 29.2% Linienbus Diesel-EURO4 (mit CRT) 0.8% Linienbus Diesel-EURO5 60.6% Linienbus Diesel-EURO6 6.4% Linienbus Dieselhybrid 1.5% Linienbus Brennstoffzelle 1.5% Tab. 5.3: Linienbus-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH 2015

26 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 25 Abb. 5.3: SNF-Flottenzusammensetzung für Emissionsberechnung HH 2015 Analog dem Vorgehen in Lohmeyer (2010) wurden die Hamburger Regionalspezifika der Zweirad- und Reisebus-Fahrzeugflotten als irrelevant erachtet. Deshalb wurde für diese Fahrzeugkategorien die mittlere bundesdeutsche Flotte aus HBEFA3.1 für das Bezugsjahr 2015 verwendet Nicht motorbedingte Emissionsfaktoren Siehe Lohmeyer (2010). 5.2 Emissionen des untersuchten Straßennetzes In Anhang A3 sind die Emissionsfaktoren für die betrachteten Schadstoffe getrennt nach der jeweils zugrunde liegenden Flottenzusammensetzung (siehe Abschnitt 5.1.2) aufgeführt.

27 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 26 Die Emissionen der betrachteten Schadstoffe werden für jeden der betrachteten Straßenabschnitte ermittelt. Dabei wirken sich sowohl die verschiedenen Verkehrsaufkommen, LKWund Linienbus-Anteile als auch die unterschiedlichen Verkehrssituationen aus. In den Abb. 5.4 bis Abb. 5.7 sind Beispiele der räumlichen Verteilungen der Emissionen für das Emissionsszenario 2015 dargestellt. 5.3 Emissionsbilanzen Für die Emissionsbilanzen wurden die streckenbezogen berechneten Emissionen auf den Hauptverkehrsstraßen summiert. Dafür wurde das lagegenaue Straßennetz und die streckenbezogenen Verkehrsbelastungen verwendet, die vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt wurden. Das gesamte Hauptverkehrsstraßennetz weist für die Szenarien 2011 eine jährliche Fahrleistung von 8.9 Mrd. Kfzkm/a auf. Entsprechend der in Abschnitt 4.1 beschriebenen Annahmen zur Verkehrsstärkeänderung ergibt sich für das Jahr 2015 mit 8.7 Mrd. Kfzkm/a eine leichte Reduzierung der Gesamtfahrleistung. Die Aufschlüsselung der jährlichen Fahrleistung auf die Fahrzeugarten PKW, LKW und Linienbusse ist aus Tab. 5.4 zu entnehmen. In Tab. 5.5 ist die Gliederung der Gesamtfahrleistung getrennt nach Autobahn- und Innerortsfahrleistung dargestellt. jährliche Fahrleistung [Mio. km/a] Fahrzeugart Gesamtnetz 2011 Gesamtnetz 2015 Gesamt % % PKW % % Linienbusse % % LKW % % Tab. 5.4: Jährliche Fahrleistungsanteile des Hamburger Hauptverkehrsstraßennetzes nach Fahrzeugarten für die Bezugsjahre 2011 und 2015.

28 Emission NO x Emissionsverteilung Stickstoffoxide Nullfall 2015 NOx [mg/(m*s)] < 0.1 > > > > > 1.5 Auftragnehmer: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Immissionsschutz und Betriebe, Referat Luftreinhaltung Stadthausbrücke Hamburg Berechnung KFZ-bedingter Schadstoffemissionen und -immissionen in Hamburg Projekt Abb. 5.4 Datum Zeichen gezeichnet LB geprüft HL Kilometer

29 Emission NO 2 direkt Emissionsverteilung NO 2 direkt Nullfall 2015 NO2 direkt [mg/(m*s)] 0.01 > > > > > 0.10 Auftragnehmer: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Immissionsschutz und Betriebe, Referat Luftreinhaltung Stadthausbrücke Hamburg Berechnung KFZ-bedingter Schadstoffemissionen und -immissionen in Hamburg Projekt Abb. 5.5 Datum Zeichen gezeichnet MK geprüft HL Kilometer

30 Emission PM10 Emissionsverteilung PM10 Istzustand 2009 PM10 [mg/(m*s)] < 0.01 > > > > > 0.10 Auftragnehmer: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Immissionsschutz und Betriebe, Referat Luftreinhaltung Stadthausbrücke Hamburg Berechnung KFZ-bedingter Schadstoffemissionen und -immissionen in Hamburg Projekt Abb. 5.6 Datum Zeichen gezeichnet MK geprüft HL Kilometer

31 Emissionen PM2.5 Emissionsverteilung PM2.5 Nullfall 2015 PM2.5 [mg/(m*s)] > > > > > 0.05 Auftragnehmer: Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Mohrenstraße 14, Radebeul Telefon 0351/ Auftraggeber: Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Immissionsschutz und Betriebe, Luftreinhaltung Stadthausbrücke Hamburg Berechnung Kfz-bedingter Schadstoffemissionen und -immissionen in Hamburg Projekt Abb. 5.7 Datum Zeichen gezeichnet VS geprüft HL Kilometer

32 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 31 jährliche Fahrleistung [Mio. km/a] Bezugsgebiet Gesamtnetz % % Autobahnen % % restliches Stadtgebiet % % Tab. 5.5: Gebietsbezogene Auswertung der jährlichen Fahrleistungsanteile des Hamburger Hauptverkehrsstraßennetzes, der Autobahnen und dem restlichen Stadtgebiet für die Bezugsjahre 2011 und Der Vergleich der Emissionsbilanzen des gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz für die Berechnungsszenarien 2011 und 2015 ist in Tab. 5.6 dargestellt. Schadstoff Fahrzeugart Nullfall 2011 Nullfall 2015 Minderung zum Nullfall 2011 * Gesamt % NO x PKW % [t/a] LKW % LBus % Gesamt % direktes PKW % NO 2 [t/a] LKW % LBus % Gesamt % Motor Ges % PM10 [t/a] PKW % LKW % LBus % Gesamt % PM2.5 PKW % [t/a] LKW % LBus % * Minderungen wurden mit ungerundeten Emissionswerten berechnet. Tab. 5.6: Emissionsbilanz der unterschiedlichen Szenarien für das gesamte betrachtete Hauptverkehrsstraßennetz (für den Istzustand 2009 auch inklusive Nebenstraßennetz) inklusive der Anteile der Verkehrsgruppen PKW (PKW, Leichte Nutzfahrzeuge und Motorräder), LKW (LKW und Reisebusse) sowie Linienbusse

33 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 32 In den Tab. 5.6 sind die Anteile der Verkehrsarten PKW (PKW, Leichte Nutzfahrzeuge und Motorräder), LKW (SNF und Reisebusse) sowie Linienbusse an der Emissionsgesamtbilanz aufgeführt. Danach betragen beispielsweise die NO x -Gesamtemissionen im Nullfall t/a. Der Anteil der PKW beträgt dabei 48 %, der LKW 44 % sowie der Linienbusse 8 %. Im Szenario 2015 gehen die NO x -Gesamtemissionen um über 22 % zurück; größten Anteil haben daran die LKW mit einer Reduzierung von ca. 33 %. Wie in Lohmeyer (2010) bereits beschrieben, nimmt die Höhe der Gesamtemissionen aller hier betrachteten Schadstoffe von 2009 bis 2015 ab (siehe Abb. 5.8). Einen wesentlichen Anteil haben dabei bei den Stickoxiden die schweren Nutzfahrzeuge, bei denen durch die Flottenmodernisierung eine relativ starke Reduzierung des Flottenemissionsfaktors zu verzeichnen ist. Bei den betrachteten Partikelemissionen ist dieser Rückgang weniger ausgeprägt (siehe Abb. 5.9). Die geringere Reduktion ist dabei auf den relativ hohen Anteil der nicht motorbedingten Emissionen zurückzuführen, die, im Gegensatz zu den motorbedingten Partikeln, unabhängig von der Flottenmodernisierung und damit unabhängig vom Bezugsjahr sind. Die Betrachtung der Emissionen nach Straßenlage in den Abb und Abb zeigt, dass die Stickoxidemissionen im Nullfall 2015 auf den Autobahnstrecken nur geringfügig reduziert werden. Dort wird der geringere Emissionsfaktor durch die in Abschnitt 4.1 beschriebene Verkehrszunahme teilweise kompensiert. Im Innerortsbereich hingegen wirken sich die geringeren Emissionsfaktoren aller Fahrzeugkategorien sowie die angenommene Verkehrsabnahme gleichermaßen emissionsmindernd aus.

34 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 33 NO x - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Fahrzeugart 8000 Lbus LKW PKW t/a Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario NO 2 - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Fahrzeugart Lbus LKW PKW t/a Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario Abb. 5.8: Vergleich NO x - und NO 2 -Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Fahrzeugarten

35 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 34 PM10 - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Fahrzeugart Lbus LKW PKW t/a Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario PM2.5 - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Fahrzeugart 450 Lbus LKW PKW t/a Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario Abb. 5.9: Vergleich PM10- und PM2.5-Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Fahrzeugarten

36 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 35 NO x - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Straßenlage Innerorts Autobahn t/a Istzustand Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario NO 2 - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Straßenlage 1200 Innerorts Autobahn t/a Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario Abb. 5.10: Vergleich NO x - und NO 2 -Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Straßenlage

37 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 36 PM10 - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Straßenlage Innerorts Autobahn 600 t/a Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario PM2.5 - Emissionen (t/a) verschiedener Emissionsszenarien nach Straßenlage Innerorts Autobahn 300 t/a Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Szenario Abb. 5.11: Vergleich PM10- und PM2.5-Emissionen verschieden Emissionsszenarien nach Straßenlage

38 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 37 6 IMMISSIONEN 6.1 Luftschadstoffkonzentrationen an Straßenabschnitten mit Messstationen In Tab. 6.1 sind die berechneten Jahresmittelwerte für NO 2 und PM10 an den verkehrsbeeinflussten Messstellen des Hamburger Messnetzes aufgeführt. Im Nullfall 2015 sinken die NO 2 -Jahresmittelwerte um 10 % bis 11 % gegenüber den für den Istzustand 2009 berechneten Werten. Im Nullfall 2015 wird der NO 2 -Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ weiterhin überschritten. Außer an der Messstelle in der Max-Brauer-Allee II liegt der berechnete NO 2 -Jahresmittelwert unter 60 µg/m³. Istzustand 2009 Nullfall 2011 Minderung zum Istzustand Nullfall 2015 Minderung zum Istzustand 2009 [µg/m³] [µg/m³] [µg/m³] Kieler Straße % 55 10% NO 2 -Jahresmittelwert Max-Brauer-Allee II* 71 (60) 70 (59) 2% 65 10% Stresemannstraße % 59 11% Habichtstraße % 59 11% Kieler Straße % 27 7% PM10-Jahresmittelwert Max-Brauer-Allee II* 26 (30) 25 (29) 3% 24 7% Stresemannstraße % 33 3% Habichtstraße % 30 6% * Hinweis: An der Messstelle Max-Brauer-Allee II ist beim NO 2 tendenziell eine Unterschätzung der Modellrechnungen im Vergleich zur Messung zu beobachten. Hier steht die Messstelle auf dem Mittelstreifen der Straße, das eingesetzte Screeningmodell weist die an der Gebäudefassade zu erwartende Konzentration aus. Mess- und Rechenwert sind damit nicht direkt vergleichbar. Um dennoch die Änderungen des Nullfalls 2015 abschätzen zu können wurden die berechneten absoluten Änderungen auf die Messwerte angesetzt. Im Istzustand ist der Messwert und in Klammern der Rechenwert angegeben. Tab. 6.1: Berechnete Jahresmittelwerte an den verkehrsbeeinflussten Messstellen des Hamburger Messnetzes für NO 2 und PM10 für den Istzustand und die Nullfälle 2011/2015. Der PM10-Jahresmittelwert reduziert sich an den Messstationen der Max-Brauer-Allee II, Stresemannstraße und Habichtsstraße im Betrachtungsfall Nullfall 2015 zu den für den

39 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 38 Istzustand 2009 berechneten Werten um 3-7 %. Mit berechneten PM10-Jahresmittelwerten unter 31 µg/m³ werden im Szenario Nullfall 2015 keine Überschreitungen des PM10-Jahresgrenzwertes und auch nicht des PM10-Tagesgrenzwertes erwartet. In der Stresemannstraße sind allerdings in meteorologisch ungünstigen Jahren Überschreitungen des PM10-Tagesgrenzwertes möglich. Die Messwerte im Istzustand 2009 unterscheiden sich von den modellierten Werten für NO 2 von -15 % bis + 13 % und für PM10 von 3 bis 48 % (Lohmeyer 2010). Wegen der Teils starken Abweichung zwischen Mess- und Rechenwert wurden die berechneten absoluten Änderungen des Nullfall 2015 zu den Rechenwerten 2009 auf die Messwerte 2009 angesetzt (siehe Tab. 6.2). Messwerte 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 [µg/m³] [µg/m³] [µg/m³] Kieler Straße NO 2 -Jahresmittelwert Max-Brauer-Allee II Stresemannstraße Habichtstraße Max-Brauer-Allee II PM10-Jahresmittelwert Stresemannstraße Habichtstraße Tab. 6.2: Auf Basis der modellierten Minderungen und Messwerten 2009 abgeschätzte Jahresmittelwerte an den verkehrsbeeinflussten Messstellen des Hamburger Messnetzes für NO 2 und PM10 für die Nullfälle 2011/ Luftschadstoffkonzentrationen am Hauptstraßennetz Hamburg In Tab. 6.3 sind die jahresmittleren Gesamtbelastungen, statistisch für das gesamte Hamburger Hauptstraßennetz ausgewertet, aufgeführt.

40 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 39 Die berechneten Konzentrationen für die Schadstoffe NO 2, PM10 und PM2.5 und die im Prognosejahr 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 berechnete Minderung absolut und prozentual sind graphisch im Anhang A4 in Abb. A4.1 bis Abb. A4.9. streckenfein dargestellt. NO 2 PM10 PM2.5 Jahresmittlere Gesamtbelastung [µg/m³] Nullfall 2011 Min Max Nullfall 2015 Min Max Minderung Nullfall 2015 zum Nullfall 2011 absolut [µg/m³] Max Min Durchschnitt (abschnittsbezogen) Minderung > 1.2 µg/m³ (Abschnitte) Minderung Nullfall 2015 zum Nullfall 2011 relativ [%] Max Min Durchschnitt (abschnittsbezogen) Tab. 6.3: Abschnittsbezogene statistische Auswertung der berechneten Jahresmittelwerte auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz Zusätzlich wurden für 25 Straßenabschnitte die berechneten Konzentrationen für NO 2, PM10 und PM2.5 im Istzustand, Nullfall 2011 und Nullfall 2015 sowie Minderungen im Nullfall 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 in Tab. 6.4 aufgeführt. Stickstoffdioxid NO 2 Der NO 2 -Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ wird in weiten Teilen der Innenstadt von Hamburg in allen betrachteten Szenarien überschritten (siehe Abb. A4.1). Dies gilt auch für den Kurzzeitgrenzwert für NO 2 bei dem der Stundenmittelwert von 200 µg/m³ nicht öfter als 18- mal im Jahr überschritten werden darf. Die berechneten Konzentrationen für den NO 2 -Jahresmittelwert liegen im Nullfall 2015 zwischen 17 und 83 µg/m³ auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz (siehe Tab. 6.3). Die Minderungen, die im Nullfall 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 zu erwarten sind, liegen für die jahresmittlere NO 2 -Gesamtbelastung maximal bei 35 %.

41 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 40 PM10 Der PM10-Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ wird in wenigen Straßenabschnitten in der Innenstadt von Hamburg in allen betrachteten Szenarien überschritten (Abb. A4.2). Der Kurzzeitgrenzwert für PM10, bei dem der Tagesmittelwert von 50 µg/m³ nicht öfter als 35 mal im Jahr überschritten werden darf, wird an stark befahrenen Straßenabschnitten der Innenstadt in allen Szenarien überschritten. Die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Tageskurzzeitgrenzwert überschritten wird liegt bei ca. 50 %, wenn ein PM10-Jahresmittelwert von 31 µg/m³ erreicht ist. Die berechneten Konzentrationen für den PM10-Jahresmittelwert liegen im Nullfall 2015 zwischen 21 und 44 µg/m³ auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz (siehe Tab. 6.3). Die Minderungen, die im Nullfall 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 zu erwarten sind, liegen für die jahresmittlere PM10-Gesamtbelastung maximal bei 19 %. PM2.5 Der ab 2015 einzuhaltende PM2.5-Jahresmittelgrenzwert von 25 µg/m³ kann auch im Nullfall 2015 nicht in allen Bereichen des betrachteten Hamburger Straßennetzes eingehalten werden (Abb. A4.2). Ein Jahresmittelwert von 20 µg/m³ (= zukünftiger Zielwert) wird in weiten Teilen des Innenstadtbereiches überschritten. Die berechneten Konzentrationen für den PM2.5-Jahresmittelwert liegen im Nullfall 2015 zwischen 16 und 27 µg/m³ auf dem gesamten Hamburger Hauptverkehrsstraßennetz (siehe Tab. 6.3). Die Minderungen, die im Nullfall 2015 im Vergleich zum Nullfall 2011 zu erwarten sind, liegen für die jahresmittlere PM2.5-Gesamtbelastung maximal bei 16 %.

42 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 41 Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Minderung Null 2011 zu Null 2015 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 PM10 PM2.5 Straßenname JMW KW JMW KW JMW JMW KW JMW KW JMW JMW KW JMW KW JMW JMW JMW JMW Julius-Vosseler- Straße % % % Braamkamp % % % B 5 Gärtnerstraße % % % Max-Brauer-Allee, Messst. Stresemannstraße, Messst. Kieler Straße, Messst. Habichtstraße, Messst. Schröderstiftstraße, Nähe Spielplatz An der Verbindungsbahn Simon-von-Utrecht- Straße, neue Messst % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %

43 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 42 Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Minderung Null 2011 zu Null 2015 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 PM10 PM2.5 Straßenname JMW KW JMW KW JMW JMW KW JMW KW JMW JMW KW JMW KW JMW JMW JMW JMW Bahrenfelder Steindamm % % % Hofweg % % % B % % % B 4 Willy-Brandt- Straße % % % Holstenstraße % % % An der Alster % % % Spaldingstraße % % % Weidendamm % % % Doormannsweg % % % Lange Reihe % % % Sievekingsalllee % % % B 75 Wandsbeker Chaussee B 75 Winterhuder Weg % % % % % %

44 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 43 Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Minderung Null 2011 zu Null 2015 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 NO 2 PM10 PM10 PM2.5 NO 2 PM10 PM2.5 Straßenname JMW KW JMW KW JMW JMW KW JMW KW JMW JMW KW JMW KW JMW JMW JMW JMW Maria-Louisen- Straße Rothenbaumchaussee % % % % % % Tab. 6.4: Berechnete jahresmittlere Konzentrationen für NO 2, PM10 und PM2.5 im Istzustand, Nullfall 2011 und Nullfall 2015 sowie Minderungen im Prognosejahr 2015 ohne Maßnahmen im Vergleich zum Nullfall 2011 JMW = Jahresmittelwert [µg/m³] KW = Kurzzeitwert (NO 2 : der 18. höchste berechnete Wert im Jahr, PM10: jährliche Überschreitungen von 50 µg/m³ im Tagesmittel)

45 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG Betroffenheiten Es wurde eine Betroffenheitsanalyse durchgeführt, bei der die von Überschreitungen von Grenzwerten und ausgewählten Schwellenwerten betroffenen Straßenabschnitte, Einwohnerzahlen sowie Gebäudenutzung ausgewertet wurden. Grundlage für die Auswertungen sind die streckenbezogen berechneten Konzentrationen für die einzelnen Betrachtungsfälle und die vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Gebäudeinformationen über Lage, Einwohner pro Gebäude und die jeweilige Nutzung. Die Gebäudeinformationen und die streckenbezogenen Konzentrationen wurden geographisch zugeordnet und einer statistischen Auswertung unterzogen. Diese Auswertemethode birgt Unschärfen in sich, da in den Gebäudeinformationen nicht enthalten ist, ob die Bewohner zur belasteten Straße hin oder in den weniger belasteten oberen Etagen bzw. der Straße abgewandten Seite wohnen Betroffenheiten nach Einwohnerzahlen und Straßenlänge In Tab. 6.5 sind für das gesamte betrachtete Hamburger Hauptverkehrsstraßenetz die von Überschreitungen von Grenzwerten und ausgewählten Schwellenwerten betroffenen Längen der Straßenabschnitte und die an diesen Straßenabschnitten betroffenen Einwohnerzahlen gegenübergestellt. Istzustand 2009 Nullfall 2011 Nullfall 2015 Abfrage Anwohner Länge [km] Anwohner Länge [km] Anwohner Länge [km] NO 2 JMW > 40 µg/m³ NO 2 JMW > 60 µg/m³ NO 2 KGW > 200 µg/m³ PM10 JMW > 31 µg/m³ PM10 JMW > 40 µg/m³ PM2.5 JMW > 20 µg/m³ PM2.5 JMW > 25 µg/m³ Gesamtlänge des betrachteten Hauptverkehrsstraßenetz Hamburg: km Tab. 6.5: Von Grenzwertüberschreitungen und Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerten betroffene Einwohner und Summe der Straßenabschnittslängen bezogen auf das gesamte Hamburger Hauptverkehrstraßennetz. JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert

46 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 45 Für die Bewertung des Nullfalls 2015 ist der Vergleich zum Istzustand 2009 von Bedeutung. Die Reduzierungen der betroffenen Anwohnerzahlen und Streckenlängen sind in Tab. 6.6 aufgeführt. Im Vergleich zum Istzustand 2009 reduzieren sich die Betroffenheiten von Überschreitungen des NO 2 -Jahresmittelgrenzwertes von 40 µg/m³ im Nullfall 2015 um Anwohner (-18 %) bzw. ca km Streckenlänge (-24 %). Die Betroffenheiten von Grenzwertüberschreitungen des PM10-Jahremittelgrenzwertes sinken im Vergleich zum Istzustand 2009 im Nullfall 2015 um 933 Anwohner (-74 %) und 0.9 km (-61 %). Die Betroffenheiten von Grenzwertüberschreitungen des PM10-Kurzzeitgrenzwertes sinken im Vergleich zum Istzustand 2009 im Nullfall 2015 um Anwohner (-30 %) und 13.5 km (-55 %). Der zukünftige PM2.5-Grenzwert von 25 µg/m³ wird im Nullfall 2015 auf 2.1 km weniger Straßennetz überschritten. Davon sind Anwohner (-84 %) weniger betroffen. Reduzierung im Nullfall 2015 im Vergleich zum Istzustand 2009 Anwohner Länge - Reduzierung [km] Reduzierung NO 2 JMW > 40 µg/m³ % % NO 2 JMW > 60 µg/m³ % % NO 2 KGW > 200 µg/m³ % % PM10 JMW > 31 µg/m³ % % PM10 JMW > 40 µg/m³ % % PM2.5 JMW > 20 µg/m³ % % PM2.5 JMW > 25 µg/m³ % % Tab. 6.6: Reduzierung der von Grenzwertüberschreitungen bzw. Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerten betroffenen Anwohnerzahlen im Nullfall 2015 im Vergleich zum Istzustand Betroffenheiten nach Gebäudenutzung Bei der Auswertung der von Grenzwertüberschreitungen betroffenen Gebäuden wurden speziell empfindliche Nutzungen wie Wohngebäude, sozialen Einrichtungen (z. B. Krankenhäuser), Kindergärten, Schulen und Sportstätten (Sportplätze und Sporthallen) betrachtet. In Tab. 6.7 ist die Anzahl der von Überschreitungen von Grenz- bzw. Schwellenwerten betroffe-

47 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 46 nen Gebäuden getrennt nach Nutzungsart aufgeführt. Im Nullfall 2015 sind Wohnhäuser, 82 Soziale Einrichtungen, 33 Kindergärten, 83 Schulen und 37 Sportstädten von Grenzwertüberschreitungen des NO 2 -Jahresmittelwertes von 40 µg/m³ betroffen. Wohnen Soziale Einrichtungen Kindergärten Schulen Sport Istzustand 2009 NO 2 JMW > 40 µg/m³ NO 2 JMW > 60 µg/m³ NO 2 KGW > 200 µg/m³ PM10 JMW > 31 µg/m³ PM10 JMW > 40 µg/m³ PM2.5 JMW > 20 µg/m³ PM2.5 JMW > 25 µg/m³ Nullfall 2011 NO 2 JMW > 40 µg/m³ NO 2 JMW > 60 µg/m³ NO 2 KGW > 200 µg/m³ PM10 JMW > 31 µg/m³ PM10 JMW > 40 µg/m³ PM2.5 JMW > 20 µg/m³ PM2.5 JMW > 25 µg/m³ Nullfall 2015 NO 2 JMW > 40 µg/m³ NO 2 JMW > 60 µg/m³ NO 2 KGW > 200 µg/m³ PM10 JMW > 31 µg/m³ PM10 JMW > 40 µg/m³ PM2.5 JMW > 20 µg/m³ PM2.5 JMW > 25 µg/m³ Tab. 6.7: Anzahl der von Grenzwertüberschreitungen und Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerte betroffenen Gebäude getrennt nach Nutzung JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert. Unschärfe der Auswertung siehe Text. Die im Nullfall 2015 berechneten Minderungen zum Istzustand 2009 der betroffenen Gebäudezahlen getrennt nach Nutzung sind in Tab. 6.8 aufgeführt. Während die von Grenzwertüberschreitungen des NO 2 -Jahresmittelwertes betroffenen Gebäudezahlen im Nullfall 2015 um ca. 23 % bis 100 % abnehmen, liegt die Abnahme bei Ge-

48 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 47 bäuden mit 55 % bis 100 % etwas höher, die von einer Überschreitung des PM10-Kurzzeitgrenzwertes (Überschreitung des Jahresmittelwertes von 31 µg/m³) betroffen sind. Wohnen Soziale Einrichtungen Kindergärten Schulen Sport Minderung im Nullfall 2015 im Vergleich zum Istzustand 2009 NO 2 JMW > 40 µg/m³ NO 2 JMW > 60 µg/m³ NO 2 KGW > 200 µg/m³ PM10 JMW > 31 µg/m³ PM10 JMW > 40 µg/m³ PM2.5 JMW > 20 µg/m³ PM2.5 JMW > 25 µg/m³ Tab. 6.8: Berechnete Reduktion der Anzahl von betroffenen Gebäuden getrennt nach Nutzung. JMW = Jahresmittelwert; KGW = Kurzzeitgrenzwert. Unschärfe der Auswertung siehe Text Fazit Der seit 2010 geltende NO 2 -Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ kann auch im Nullfall 2015 in weiten Bereichen des Hamburger Straßennetzes nicht eingehalten werden. Auch der PM10-Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m³ und der Kurzzeitgrenzwert für PM10 können im Ergebnis der Immissionsberechnungen auch im Nullfall 2015 in einigen Bereichen des Hamburger Straßennetzes nicht eingehalten werden. Der ab 2015 einzuhaltende PM2.5-Jahresmittelgrenzwert von 25 µg/m³ kann auch im Nullfall 2015 nicht in allen Bereichen des betrachteten Hamburger Straßennetzes eingehalten werden. Hinweis: Die hier aufgeführten Ergebnisse basieren auf Screeningberechnungen, was konservative Ergebnisse liefert. Für eine Verfeinerung der Ergebnisse mit besserer räumlicher Differenzierung könnten mikroskalige Detailuntersuchungen (z. B. mit MISKAM) durchgeführt werden.

49 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 48 7 LITERATUR 22. BImSchV (2007): Zweiundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft 22. BImSchV), Neufassung vom 4. Juni In: BGBl Jahrgang 2007 Teil I Nr. 25, ausgegeben zu Bonn am (mit Erscheinen der 39. BImSchV zurückgezogen). 23. BImSchV (1996): Dreiundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über die Festlegung von Konzentrationswerten BImSchV). In: BGBl. I, Nr. 66, S (mit Erscheinen der 33. BImSchV zurückgezogen). 33. BImSchV (2004): Dreiunddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung zur Verminderung von Sommersmog, Versauerung und Nährstoffeinträgen BImSchV). BGBl I, Nr. 36, S vom (mit Erscheinen der 39. BImSchV zurückgezogen). 39. BImSchV (2010): Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen BImSchV). BGBl I, Nr. 40, S vom Bächlin et al. (2008): Untersuchungen zu Stickstoffdioxid-Konzentrationen, Los 1 Überprüfung der Rombergformel. Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, Karlsruhe. Projekt Gutachten im Auftrag von: Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen, Recklinghausen. Berkowicz, R. (2000): OSPM - A parameterised street pollution model. Environmental Monitoring and Assessment, Volume 65, Issue 1/2, pp EG-Richtlinie 2008/50/EG (2008): Richtlinie des Europäischen Parlaments und des Rates vom über Luftqualität und saubere Luft für Europa. Amtsblatt der Europäischen Union vom , Nr. L152. KBA (2010): methodische erlaueterungen pdf,templateid=raw,property=publicationfile.pdf/fz_methodische_erlaueterungen_201003_pdf.pdf

50 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 49 Lohmeyer (2010): Berechnung Kfz-bedingter Schadstoffemissionen und Immissionen in Hamburg. Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG, Radebeul. Projekt , Dezember Gutachten im Auftrag von: Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Amt für Immissionsschutz und Betriebe, Luftreinhaltung. Rabl, P., Dirr, R., Reif, D. und Kottermair, W. (1989): Immissionsmessungen innerhalb und außerhalb von Wohngebäuden an einer stark befahrenen Autobahn. Schriftenreihe Heft 90, Bayerisches Landesamt für Umweltschutz, München. Palmgren, F., Berkowicz, R., Ketzel, M. and Winther, M. (2007): Elevated NO 2 Pollution in Copenhagen due to Direct Emission of NO 2 from Road Traffic. 2nd ACCENT Symposium, Urbino, Italy, July, 23-27, PAREST 2011: Forschungs- und Entwicklungsvorhaben Nr /01 des Umweltforschungsplans des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, vergeben durch das Umweltbundesamt "Strategien zur Verminderung der Feinstaubbelastung". Romberg, E., Bösinger, R., Lohmeyer, A., Ruhnke, R. und Röth R. (1996): NO-NO 2 -Umwandlung für die Anwendung bei Immissionsprognosen für Kfz-Abgase. In: Staub- Reinhaltung der Luft, Vol. 56, Nr. 6, p TA Luft (1986): Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft - TA Luft) vom 27. Februar 1986 (GMBI., 37. J., Nr. 7, S ). VDI 3782 Blatt 1 (2009): Gauß`sches Fahnenmodell zum Bestimmen von Immissionskenngrößen. Düsseldorf, Verein Deutscher Ingenieure, August 2009.

51 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 50 A N H A N G A1: BEURTEILUNGSWERTE FÜR LUFTSCHADSTOFFKONZENTRATIONEN AN KFZ-STRASSEN

52 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 51 A1 BEURTEILUNGSWERTE FÜR LUFTSCHADSTOFFKONZENTRATIONEN AN KFZ-STRASSEN A1.1 Grenzwerte Durch den Betrieb von Kraftfahrzeugen entstehen eine Vielzahl von Schadstoffen, welche die menschliche Gesundheit gefährden können, z. B. Stickoxide [NO x als Summe von Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO 2 )], Kohlenmonoxid (CO), Schwefeldioxid (SO 2 ), Benzol, Partikel, etc. Im vorliegenden Gutachten werden Konzentrationen bzw. Immissionen von Luftschadstoffen ermittelt. Deren Angabe allein vermittelt jedoch weder Informationen darüber, welche Schadstoffe die wichtigsten sind, noch einen Eindruck vom Ausmaß der Luftverunreinigung im Einflussbereich einer Straße. Erst ein Vergleich der Schadstoffkonzentrationen mit schadstoffspezifischen Beurteilungswerten, z. B. Grenz- oder Vorsorgewerten lässt Rückschlüsse auf die Luftqualität zu. Darauf wird im Folgenden eingegangen. Grenzwerte sind rechtlich verbindliche Beurteilungswerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit, der Vegetation oder des Bodens, die einzuhalten sind und nicht überschritten werden dürfen. Die in Deutschland für den Einflussbereich von Straßen maßgebenden Grenzwerte sind in der 39. BImSchV (2010) benannt, dort als Immissionsgrenzwert bezeichnet. Bezüglich verkehrsbedingter Luftschadstoffe sind derzeit NO 2, PM10 und PM2.5 von Bedeutung, gelegentlich werden zusätzlich noch die Schadstoffe Benzol und Kohlenmonoxid betrachtet. Ruß wird nicht betrachtet, weil es nach Erscheinen der 33. BImSchV (2004) und dem damit erfolgten Zurückziehen der 23. BImSchV (1996) dafür keinen gesetzlichen Beurteilungswert mehr gibt. Ruß ist Bestandteil von PM10 und wird damit indirekt erfasst. Die Grenzwerte der 39. BImSchV sind in Tab. A1.1 angegeben. Ergänzend zu diesen Grenzwerten nennt die 39. BImSchV Toleranzmargen; das sind in jährlichen Stufen abnehmende Werte, um die der jeweilige Grenzwert innerhalb festgesetzter Fristen überschritten werden darf, ohne die Erstellung von Luftreinhalteplänen zu bedingen. Diese Werte werden als Übergangsbeurteilungswerte bezeichnet, sofern sie aufgrund der zeitlichen Zusammenhänge in den Betrachtungen der Planungen Berücksichtigung finden. Zusätzliche Luftschadstoffe zu den genannten werden meist nicht betrachtet, da deren Immissionen in Deutschland typischerweise weit unterhalb der geltenden Grenzwerte liegen. In der 39. BImSchV (2010) werden neben einem Grenzwert für Blei auch Zielwerte für PM2.5, Arsen, Kadmium, Nickel und Benzo(a)pyren (BaP) in der Luft als Gesamtgehalt in der PM10-

53 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 52 Fraktion über ein Kalenderjahr gemittelt festgesetzt. Ein Zielwert ist die nach Möglichkeit in einem bestimmten Zeitraum zu erreichende Immissionskonzentration, um schädliche Einflüsse auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt insgesamt zu vermeiden, zu verhindern oder zu verringern. Die verkehrsbedingten Zusatzbelastungen dieser genannten Schadstoffe liegen selbst an stark befahrenen Hauptverkehrsstraßen meist deutlich unterhalb der Hintergrundbelastung und werden deshalb ebenfalls nicht mitbetrachtet. Stoff Mittelungszeit Grenzwert Geltungszeitpunkt NO 2 Stundenmittelwert 200 µg/m 3 maximal 18 Überschreitungen / Jahr seit 2010 NO 2 Jahresmittelwert 40 µg/m 3 seit 2010 Partikel (PM10) Tagesmittelwert 50 µg/m 3 maximal 35 Überschreitungen / Jahr seit 2005 Partikel (PM10) Jahresmittelwert 40 µg/m 3 seit 2005 Partikel (PM2.5) Jahresmittelwert 25 µg/m³ ab 2015 Benzol Jahresmittelwert 5 µg/m 3 seit 2010 Kohlenmonoxid (CO) 8 h gleitender Wert 10 mg/m 3 seit 2005 Tab. A1.1: Immissionsgrenzwerte nach 39. BImSchV (2010) für ausgewählte (verkehrsrelevante) Schadstoffe Der Inhalt der am 11. Juni 2008 in Kraft getretenen EU-Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG ist mit der 39. BImSchV in nationales Recht umgesetzt. Die Inhalte der 22. BImSchV und 33. BImSchV werden u. a. in der 39. BImSchV zusammengefasst, sodass diese beiden BImSchV aufgehoben werden. Ein neues Element der 39. BImSchV ist die Einführung eines Immissionsgrenzwertes für die Feinstaubfraktion PM2.5 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 2.5 µm), der ab dem 1. Januar 2015 einzuhalten ist. Für davor liegende Jahre werden Toleranzmargen genannt, die hier im Abschnitt A1.2 beschrieben werden. A1.2 Vorsorgewerte Da der Vergleich von Luftschadstoffkonzentrationen mit Grenzwerten allein noch nicht ausreichend ist, um eine Luftschadstoffkonzentration zu charakterisieren, gibt es zusätzlich zu

54 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 53 den Grenzwerten so genannte Vorsorgewerte bzw. Zielwerte zur langfristigen Verbesserung der Luftqualität. Die 39. BImSchV weist als Zielwert einen PM2.5-Jahresmittelwert von 25 µg/m³ aus, der bereits heute eingehalten werden sollte. Um die Einhaltung des Immissionsgrenzwertes für PM2.5 von 25 µg/m³ ab dem Jahr 2015 zu gewährleisten, wird eine die Toleranzmarge von 5 µg/m³ erlassen, die sich ab dem 1. Januar 2009 jährlich um ein Siebentel (ca. 0.7 µg/m³) vermindert. In der 39. BImSchV wird als nationales Ziel gefordert, ab dem Jahr 2015 den Indikator für die durchschnittliche PM2.5-Exposition von 20 µg/m³ im Jahresmittel einzuhalten. Die durchschnittliche PM2.5-Exposition für das Referenzjahr 2010 ist vom UBA festzustellen und basiert auf dem gleitenden Jahresmittelwert der Messstationen im städtischen und regionalen Hintergrund für die Jahre 2008 bis Ab dem Jahr 2020 soll als Zielwert eine reduzierte durchschnittliche PM2.5-Exposition eingehalten werden. Das Reduktionsziel beträgt in Abhängigkeit vom Ausgangswert im Referenzjahr 2010 bis zu 20%, mindestens jedoch soll das Ziel von 18 µg/m³ erreicht werden. A1.3 Europäische Richtlinien zur Bewertung von Luftschadstoffen Die EU-Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG ist mit ihrer Veröffentlichung im Amtsblatt der Europäischen Union am 11. Juni 2008 in Kraft getreten. Mit der 39. BImSchV hat die Bundesregierung die EU-Richtlinie weitgehend in nationales Recht umsetzt. Im Unterschied zur 39. BImSchV soll nach der EU-Luftqualitätsrichtlinie ab dem Jahr 2020 ein PM2.5-Richtgrenzwert von 20 µg/m 3 im Jahresmittel (Stufe 2 im Anhang XIV) zum Grenzwert werden. Im Jahr 2013 wird dieser Richtgrenzwert von der EU-Kommission anhand zusätzlicher Informationen über die Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt, die technische Durchführbarkeit und die Erfahrungen mit dem Zielwert in den Mitgliedstaaten überprüft.

55 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 54 A N H A N G A2: BERECHNUNGSVERFAHREN PROKAS

56 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 55 A2 BERECHNUNGSVERFAHREN PROKAS A2.1 PROKAS - Berechnungsverfahren zur Bestimmung verkehrserzeugter Schadstoffbelastungen Für die Berechnung der Immission an einem Untersuchungspunkt wird das mathematische Modell PROKAS verwendet, welches den Einfluss des umgebenden Straßennetzes bis in eine Entfernung von mehreren Kilometern vom Untersuchungspunkt berücksichtigt. Damit werden zum Beispiel die NO2-Konzentrationen als Folge des Betriebs des Netzes errechnet. Schadstoffbelastungen durch Ferntransport und andere Quellen (zum Beispiel Industrie) werden in der Vorbelastung berücksichtigt. Das Straßennetz besteht aus einer Vielzahl von "Emissionsbändern", so genannten "Linienquellen", welche die Schadstoffe emittieren. Die Ausbreitung wird mit einem Gaußfahnenmodell oder dem Lagrange'schen Partikelmodell LASAT simuliert. Für die Berechnung der Immissionen in Straßen mit dichter Randbebauung wird ein integriertes Bebauungsmodul eingesetzt (siehe Abschnitt A4.3), in das Ergebnisse einfließen, die auf Berechnungen mit dem mikroskaligen Ausbreitungsmodell MISKAM sowie Ergebnissen aus Windkanalversuchen und Feldexperimenten basieren. Der Gaußansatz entspricht dem Gauß`schen Fahnenmodell zum Bestimmen von Immissionskenngrößen, Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 (2009). Die Luftschadstoffe in der Abgasfahne werden mit einer repräsentativen Geschwindigkeit ut transportiert, die sich durch die gewichtete Mittelung des Windprofils u(z) über die Konzentrationsverteilung in der Abgasfahne ergibt. Da sich das vertikale Konzentrationsprofil mit der Entfernung zur Quelle ändert, wird auch ut eine Funktion des Quellabstandes. Dadurch ist gewährleistet, dass die Kontinuitätsgleichung für die Schadstoffmasse in jeder betrachteten Entfernung von der Straße eingehalten wird. Für die Rechnung wird das gesamte Straßennetz in kurze Linienquellen zerlegt und die Emission jeder der Linienquellen auf mehrere Punktquellen verteilt. Der Abstand zwischen den zu einer Linienquelle gehörenden Punktquellen beträgt maximal 1/5 der Entfernung der Punktquelle zum Untersuchungspunkt. Insgesamt wird somit ein Straßennetz je nach seiner Dichte durch einige Punktquellen angenähert. Sensitivitätsuntersuchungen haben gezeigt, dass das Rechenergebnis bei einer weiteren Verkürzung der Abstände zwischen den Punktquellen unbeeinflusst bleibt. Mit diesem Aufteilen in Einzelquellen ist zum Beispiel auch

57 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 56 der Fall berücksichtigbar, wenn sich die Emissionen im Verlauf einer Straße ändern, zum Beispiel bei Geschwindigkeitsbeschränkung auf einem Teil einer Straße. Dann emittieren die Punktquellen, die dieses Straßenstück repräsentieren, mit einer anderen Quellstärke als die Quellen auf dem Straßenstück ohne Geschwindigkeitsbegrenzung. Mit Hilfe der oben aufgeführten Vorgehensweise ist gewährleistet, dass jeder der Straßenzüge gleichzeitig emittieren kann, das heißt, dass jeweils das gesamte Straßennetz emittiert. Damit können auch die Verhältnisse im Nahbereich von Kreuzungen realistisch nachgebildet werden, wo es Aufpunkte gibt, die bei einigen Windrichtungen gleichzeitig von Schadstoffen von mehreren Straßen beaufschlagt werden. Bei der Bestimmung der 98-Perzentilwerte (= Konzentrationen, die in 98 % der Zeit erreicht oder unterschritten werden) ist es in solchen Fällen nicht korrekt, den Einfluss jedes Straßenzuges einzeln zu berechnen und dann später zusammenzufassen. Auch der Einfluss von Lärmschutzmaßnahmen endlicher Länge kann so berücksichtigt werden. Der Einfluss von Lärmschutzmaßnahmen wird den Arbeiten von Romberg et al. (1986) für die Bundesanstalt für Straßenwesen entnommen. Die Wirkung der Lärmschutzwand wird als Anfangsverdünnung interpretiert, indem dem vertikalen Ausbreitungsparameter σ z ein Wert σ zo als additiver Term zugeschlagen wird. Das Ausbreitungsmodell ist in der Lage, für jede der Linienquellen einen eigenen Wert für σ zo zu berücksichtigen. Die Ausbreitungsparameter σ y und σ z der Richtlinie VDI 3782 Blatt 1 entsprechen denen der TA Luft 86. Für eine korrekte Bestimmung des 98-Perzentilwertes ist es wichtig, die mit der Tageszeit veränderliche Verkehrsstärke zu berücksichtigen. Dabei kommt es auch auf die korrekte Erfassung der Verkehrs- und damit Emissionsspitzen an. Das Modell berücksichtigt deshalb die Eingabe von 5 verschiedenen Emissionsniveaus und deren Auftretenshäufigkeit. Bezüglich der Meteorologie wird mit 36 verschiedenen Windrichtungsklassen, 9 verschiedenen Windgeschwindigkeitsklassen und 6 verschiedenen Ausbreitungsklassen gerechnet. Die Ausbreitungsklassen berücksichtigen, dass die Verdünnung der Abgase für eine gegebene Windrichtung und Windgeschwindigkeit auch noch von der Stabilität der Atmosphäre abhängt. So ist z. B. die Verdünnung bei "Inversionswetterlagen" schlechter als bei sonnigen "Normalwetterlagen". Insgesamt werden also = Wetterlagen mit den jeweiligen Häufigkeiten berücksichtigt.

58 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 57 Wie oben erwähnt, werden bei der Berechnung der Konzentrationen am Aufpunkt Wetterlagen und 5 Emissionsklassen berücksichtigt. Als Rechenergebnis erhält man somit für jeden betrachteten Punkt = unterschiedliche Konzentrationswerte mit der zugehörigen Häufigkeit, also der Angabe darüber, wie häufig die jeweiligen Konzentrationen pro Jahr auftreten. Aus diesen Ergebnissen wird dann eine Häufigkeitsverteilung hergestellt und es wird derjenige Wert bestimmt, der in 98 % der Zeit unterschritten wird. Dies ist der gesuchte 98-Perzentilwert der Zusatzbelastung. Die Ermittlung der Immissionskenngrößen für die Gesamtbelastung aus den Kenngrößen für die Vorbelastung (Grundbelastung) und die Zusatzbelastung (infolge Verkehrsemissionen auf der betrachteten Straße) erfolgt nach dem in der TA Luft 86 in Anhang D angegebenen Verfahren. Das Straßennetz und die zu betrachtenden Aufpunkte werden über ein geografisches Informationssystem in den Rechner eingelesen oder aus Verkehrsflussmodellen oder Schallberechnungsprogrammen übertragen. Zur Kontrolle der korrekten Eingabe gibt das Programm anschließend eine maßstabsgetreue Grafik mit dem Straßennetz und der Lage der Untersuchungspunkte aus sowie zur genaueren Kontrolle eine Liste mit den (vom Programm errechneten) Abständen der Aufpunkte zu jeder Linienquelle und zusätzlich die Quellstärke, Anzahl der Punktquellen und Länge jeder Linienquelle. Die Ergebnisse der Immissionsberechnungen (Jahresmittelwerte und 98-Perzentilwerte für NO2 und Jahresmittelwerte für zwei inerte Schadstoffe, zum Beispiel Benzol und PM10) werden als Datei tabellarisch für jeden Untersuchungspunkt abgespeichert. Die grafische Darstellung ist sowohl in Form von Zahlenwerten an den jeweiligen Untersuchungspunkten möglich als auch mit farbigen Symbolen, wobei die Farbe entsprechend den Konzentrationen gesetzt wird. Zur Überprüfung der Plausibilität der Ergebnisse wurden die Abgaskonzentrationen an Dauermessstellen in Karlsruhe sowie Messungen in Dresden, an den Autobahnen A 8 (Stuttgart, Fasanenhof), A 4 [bei der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)] und A 9 bei Garching (Rabl et al., 1989) mit den jeweiligen Berechnungen nach PROKAS verglichen. Die Übereinstimmung kann als gut bezeichnet werden (siehe z. B. Abb. A2.1 ).

59 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 58 Abb. A2.1: Vergleich der mit PROKAS (und bei Bebauung anhand typisierter Bebauungsstrukturen mit MISKAM) berechneten NO 2 -Immissionen mit den Messungen in Karlsruhe, Stuttgart, Dresden und an der A4

60 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 59 A2.2 Stickoxid-Konversion Von den Fahrzeugen werden die Stickoxide meistens hauptsächlich als NO und zu geringeren Teilen als NO2 abgegeben. Auf dem Ausbreitungspfad wandelt sich das NO zu NO 2 um. Die Umwandlungsrate ist zeitabhängig und von verschiedenen Einflüssen abhängig. Für die Berechnung dieser Konversion werden derzeit im Allgemeinen einfache statistische Modelle, z. B. nach Romberg et. al (1996) oder deren Aktualisierung nach Bächlin et. al (2008), angewendet. Realistischere Konversionsraten können mittels nachgeschalteter Chemiemodelle gewonnen werden. Häufig wird dazu eine vereinfachte Beziehung für die Beschreibung der chemischen Umwandlung im Gleichgewicht der Stoffe NO 2, NO und Ozon verwendet. Die Annahmen, die zu den Vereinfachungen führen sind: - ein Gleichgewicht im System NO 2 -NO-O 3 stellt sich schnell ein - Umsetzung mit OGD (organische Gase und Dämpfe) werden nicht betrachtet - Mischungsprozesse und Senken (also Advektion, turbulente Diffusion, Einfluss der Randbedingungen, Deposition) werden über eine Mischungszeit τ parametrisiert - Der Beitrag der Verkehrsemissionen wird aus der Differenz des gemessenen NO x - Konzentrationen zweier Luftmessstationen geschätzt - Der Windrichtungseinfluss wird nicht betrachtet Die betrachteten Reaktionen sind NO + O 3 NO 2 + O 2 (k) (1) NO 2 + O 2 NO + O 3 (J) (2) J ist die Photolysefrequenz des NO 2, k ist die Reaktionsgeschwindigkeit. In der Atmosphäre findet rasch eine Gleichgewichtseinstellung zwischen den drei Stoffen statt. Das photochemische Gleichgewicht bezeichnet den Zustand, bei dem die drei Differentialquotienten (s. u.) identisch Null ergeben, das heißt Aufbau und Abbau eines Stoffes sind gleich groß und die Summe ist Null. Die Differentialausdrücke, die den Abbau von NO 2, NO und O 3 bei alleiniger Betrachtung dieser Reaktion beschreiben, sind:

61 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 60 [ NO ] [ NO ] - [ ] d[ NO2 ] 2 VV 2 NO B 2 = k [ NO] [ O3] - J [ NO2] + + (3) dt τ τ [ NO] [ NO] [ NO] d[ NO] B = k [ NO] [ O3] + J [ NO2] + + (4) dt τ τ VV - [ O ] - [ ] d ] 3 3 = - k [ NO] [ O3] + J [ NO2] + (5) dt τ [ O3 B O Die ersten beiden Terme auf der rechten Seite beschreiben die chemische Umwandlung durch thermische und photochemische Reaktion. Der nächste Term in den Gl. 1, 2 beschreibt die Wirkung der Emission (Index VV). Der letzte Term beschreibt die Mischung in Abhängigkeit des Konzentrationsunterschiedes zwischen Hintergrundstation (Index B) und dem Aufpunkt, an dem die Konzentration berechnet werden soll, hier die Verkehrsstation (im weiteren Index V): ist die Konzentration am Aufpunkt höher als die des Hintergrundes, ist dieser Term negativ und die Konzentration vermindert sich durch Einmischung von Luft mit geringerer Konzentration in das gedachte Volumen. Die Konzentrationen [NO] VV und [NO 2 ] VV sind der Beitrag, der durch Verkehrsemissionen als Erhöhung der Konzentration über die Hintergrundkonzentration erzeugt worden ist. [NO x ] ist die gemessenen Konzentration der Verkehrsstation, [NO] B und [NO 2 ] B sind die gemessenen Hintergrundkonzentrationen. [NO 2 ] VV wird berechnet aus der NO x -Differenz zwischen den Messungen der Verkehrsstation und der Hintergrundstation als [ NO ] p( [ NO ] - [ NO ] ) 2 = (6) VV x V x B Mit p = NO 2 /NO x (vorgegeben) und [NO x ] V als der Konzentration, die an der Verkehrsstation gemessen wird. Die unbekannten Größe sind [NO], [NO 2 ], [O 3 ]. Mit der Annahme, dass sich das Gleichgewicht rasch einstellt, werden aus den drei Differentialgleichungen (Gl. 3 bis 5) drei algebraische Bestimmungsgleichungen. Ihre Lösung ergibt die analytische Formel für die Konzentration: ( x 2 / ) 2 [ NO ] =.5 B - B - 4( [ NO ] [ NO ] [ NO ] kτ ) V O 2 n (7) Mit den Größen [ NO2 ] n = [ NO2 ] VV + [ NO2 ] B

62 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 61 B = [ NO2 ] O = [ NO2 ] n + [ O3 ] B 1 k 1 τ [ NO ] + [ NO ] + + x V 2 J O Diese Gleichung wird im Ausbreitungsmodell OSPM zur Berechnung der NO 2 -Bildung verwendet (Palmgren et al., 2007; Berkowicz, 2000), wobei dort der Parameter τ aus meteorologischen Werten (z. B. Windgeschwindigkeit und Turbulenz) sowie der Straßengeometrie berechnet wird. Diese Gleichungen sind streng genommen nur anwendbar in Zeitreihenrechnungen, da z. B. die Parameter J und k von meteorologischen Parametern abhängig sind. Auf Grundlage von Anpassungen in verschiedenen Forschungsprojekten für die BASt sowie das Landesumweltamt Brandenburg werden diese unter Verwendung von Jahresmittelwerten angewendet (vereinfachtes Chemiemodell). Die Parameter wurden einheitlich wie folgt festgelegt: J = pro Sekunde k = (ppb s) -1 τ = 100 Sekunden Die Eingabegrößen sind: NO x -JM an Verkehrsstation (im Modell = Rechenwert) NO x -JM an Hintergrundstation NO 2 -JM an Hintergrundstation sowie Ozon-JM an Hintergrundstation p = Anteil primärer NO 2 -Emissionen an NO x -Emission. Entsprechend der Ergebnisse eines Forschungsprojektes für das Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Brandenburg 2 sowie der derzeitigen Diskussion in der VDI-Arbeitsgruppe 3783, Blatt 19 wurde in der vorliegenden Untersuchung das oben vorgestellte vereinfachte Chemiemodell angewendet. 2

63 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 62 Die Ursache für die bessere Reproduktion des Trends der Umwandlungsraten mit dem vereinfachten Chemiemodell gegenüber den statistischen Modellen liegt insbesondere an der expliziten Einbeziehung des Anteils primärer NO 2 -Emissionen am NO x im Abgas. Dies veranschaulicht die Abb. A2.2. Dort sind die NO 2 -Jahresmittelwerte in Abhängigkeit von den NO x -Jahresmittelwerten dargestellt und zwar für das vereinfachte Chemiemodell bei 6 %, 16 % und 25 % primärem NO 2 -Anteil an NO x sowie im Vergleich dazu die Parametrisierungen nach Romberg et al. (1996) und Bächlin (2008). Es zeigt sich, dass bei p =6 % die Romberg-Parametrisierung wiedergegeben werden kann. Das war zu erwarten, da diese an Messdaten vor 1996 angepasst war und damals p bei ca. 5 % bis 10 % lag. Mit einem p von 16 % kann die Parametrisierung nach Bächlin (2008) reproduziert werden. Diese wurde an Messdaten zwischen 2003 und 2006 angepasst. Der mittlere NO 2 -Emissionsanteil liegt hier zwischen 12 % und 17 %. In den nächsten Jahren ist mit weiter steigenden NO 2 -Anteilen zu rechnen. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Umwandlungsrate (siehe Beispiel p = 25 % in Abb. A2.2). Im Umkehrschluss bedeutet dies folgendes: Je höher der Anteil primärer NO 2 -Emissionen ist umso stärker muss die NO x -Emission gesenkt werden, um den NO 2 -Grenzwert von 40 µg/m³ einzuhalten. Abb. A2.2: Abhängigkeit der mit verschiedenen Ansätzen modellierten NO 2 - von den NO x - Jahresmittelwerten. Erläuterung siehe Text.

64 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 63 A N H A N G A3: EMISSIONSFAKTOREN A3 Emissionsfaktoren

65 Ingenieurbüro Lohmeyer GmbH & Co. KG 64 Tab. A3.1: Emissionsfaktoren Nullfall 2015