Signal der Lambda-Sonde. fett. mager

Transkript

1 Lambda Sonde

2 Signal der Lambda-Sonde fett mager

3 Lambda Sonde

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5 Experimente in Golden (Colorado): V. Gessner/C. Daeschlein/ D. Stedman (2005)

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7 Absorbance (offset) NO SO NH 3 Wavelength (nm)

8 27, , , ,5 10 7,5 5 2,5 0 average exhaust composition CO HC NO SO2 NH3 NO2 pollutant NO HC pollutant NH3 < /1996 g pollutant /kg of fuel 1997/ / / / / model year NH3 SO2 HC NO2 NO CO

9 NH3 NO > mileage NH3 SO2 HC NO2 NO CO pollutant g pollutant/ kg of fuel

10 NO CO HC NO2 SO2 NH3 pollutant Cat Cummins Detroit Volvo g pollutant/ kg of fuel 0 type of engine NH3 SO2 HC NO2 NO CO

11 Abgasgrenzwerte für Otto-Motoren in mg/km

12 Abgasgrenzwerte für Diesel-Motoren in mg/km

13 Abgasgrenzwerte für Motorräder ab 150 cm 3 in mg/km Abgasgrenzwerte für Kleinkrafträder in mg/km

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18 Otto-Motor

19 Diesel

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22 PKW-Grenzwerte in der EU

23 EU-Testzyklus zur Messung von Emissionen (Prüfstand; Länge 11 km; Dauer: 20 Minuten) Ab EURO 4: Keine Aufwärmphase (Bis EURO-2: 40 s Aufwärmen) NEDC (New European Driving Cycle)

24 Testzyklus in den USA: Bestimmung von Verbrauch und Emission von PKW

25 Vergleich der NO x- Grenzwerte für PKW: Bezug auf die jeweiligen Testzyklen (begrenzte Vergleichbarkeit) Californien

26 Nutzfahrzeuge: Grenzwerte für NO x und Partikel NO x Partikel Beachte: unterschiedliche Messverfahren erschweren den direkten Vergleich

27 Diesel-PKW

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29 Vermeidbare Quellen von Feinstaub

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32 Rußfilter für Diesel: Rückhalt von 95% der Partikel im Bereich 10 nm-1 m Wabenkörper aus SiC oder Cordierit Kanaldicke: 400 m ( cpsi)

33 Sintermetall-Partikelfilter: konzentrische Sinterflächen bilden keilförmige Filtetaschen Regeneration ca. alle 500 km (Dauer: min) Produkt: CO 2 bei T> 600 C. Geringere Temperatur bei Nutzung von NO 2 als Oxidationsmittel mit CRT-System (continuous regenerating trap). Vorteil des Sintermetalls gegen Keramik aufgrund höherer Wärmeleitung: Bessere Regenerierung

34 Die Regeneration des Filters erfolgt durch Nacheinspritzung. Dadurch wird die Abgastemperatur soweit erhöht, dass ein vollständiger Abbrand des auf dem Filter aufliegenden Rußes erfolgt. Durch die Verwendung eines katalytisch beschichteten Filters kann die Rußabbrandtemperatur und damit die Menge des eingespritzten Kraftstoffes nochmals reduziert werden.

35 Wie sieht die Zukunft aus? Quelle:UBA

36 Was ist Feinstaub? Feinst verteilte flüssige oder feste Materie in der Luft (Aerosole) Typischer Größenbereich: 0, m Erscheinungsformen in der Umwelt: fest: Rauch, Staub, Ruß flüssig: Hintergrundaerosol, Nebel, Wolken

37 Feinstaub (PM10) bezeichnet die Masse aller im Gesamtstaub enthaltenen Partikel, deren aerodynamischer Durchmesser kleiner als 10 µm ist. Er kann natürlichen Ursprungs sein (beispielsweise als Folge von Bodenerosion) oder durch menschliches Handeln hervorgerufen werden. Feinstaub entsteht aus Energieversorgungs- und Industrieanlagen, bei der Metall- und Stahlerzeugung oder auch beim Umschlagen von Schüttgütern. In Ballungsgebieten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Erkrankungsgefahr Untersuchungen der Weltgesundheitsorganisation haben das verstärkte Auftreten von Atemwegs- und Herzkreislauferkrankungen bei hoher Feinstaubkonzentration nachgewiesen. Personen mit bereits bestehenden Erkrankungen sind besonders anfällig. Studien ergaben eine messbare Verringerung der Lebenserwartung. Grenzwerte und Messverfahren Zum Schutz der menschlichen Gesundheit sind zum neue Grenzwerte für Feinstaub (PM10) in Kraft getreten. Der Tagesgrenzwert beträgt 50 µg/m3 und darf nicht öfter als 35mal im Jahr überschritten werden. Der zulässige Jahresmittelwert liegt bei 40 µg/m3. Über auftretende Feinstaubbelastungen und Überschreitungen soll die Öffentlichkeit möglichst schnell informiert werden. Daher wird ein kontinuierliches Messverfahren angewandt, dessen Ergebnisse Grundlage der Datendarstellung sind.

38 Feinstaub in Deutschland (PM10) Umweltbundesamt

39 Feinstaub und Silvester

40 Einleitung und Motivation Was ist Feinstaub? Warum müssen wir uns um Feinstaub kümmern? Aerosole in der Umwelt und deren Bedeutung Aerosolquellen, Größenverteilungen, Messverfahren Bedeutung von Partikeln in Wissenschaft und Technik Umweltforschung Nanoscience Wissenschaft mit Feinstaub Herstellung von Nanopartikeln Charakterisierung von Nanopartikeln Nanopartikel in der Umweltforschung und in den Materialwissenschaften

41 Feinstaub in der Atmosphäre - Ursache: Aktivität von Menschen Quelle: Quelle:

42 Andere Arten von feinen Partikeln in der Atmosphäre Dunst Wolken Nebel

43 Smog = smoke + fog London Smog (Winter smog) Los Angeles Smog (Photosmog)

44 London Smog

45 Beiträge zum Feinstaub Umrechnungsfaktoren: 1 m=1/1000 mm 1 nm=1/1000 m

46 Wir unterscheiden: Einteilung gemäß ihrer Größe: Ultrafeine Partikel: Feine Partikel: Grobe Partikel: Größe unterhalb von 100 nm 100 nm 2,5 m (früher: bis 10 m) 2,5 m 10 m

47 Lebensdauer von feinen Partikeln in der Atmosphäre

48 Auswirkungen von Veränderungen des atmosphärischen Aerosols auf die globale Temperatur (Treibhauseffekt) Erhöhte Reflexion an Partikeln Aerosole und Wolken Erwärmung Erde Abkühlung

49 Ozonverluste in der antarktischen Stratosphäre Polare Stratosphärenwolken (PSC) Dobson-Einheiten

50 Quellen von Feinstaub in der Umwelt Partikel Seesalz Mineralstaub Vulkane Waldbrände Biologisches Material Gas-Partikel-Umwandlung Stäube (anthropogen) Gas-Partikel-Umwandlung (anthropogen) Quellstärke [10 6 t/a] Typ. Massenkonzentration über Kontinenten: g/m 3

51 Jet-Tröpfchen

52 Anthropogene Partikelquellen in Deutschland (209 kt im Jahr 2002) 1. Primäre Quellen Verbrennungsanlagen (einschließlich Verkehr) 2. Sekundäre Quellen: Gas-Partikel-Umwandlung 100% 11%

53 Wie sehen Feinstaub-Partikel aus? Pollen Ruß Asbest

54 Partikelgrößenbestimmung: Nicht jedes Teilchen hat dieselbe Form und Dichte Wie lässt sich die Größe von Partikeln vergleichen? Sedimentation von Partikeln wird gemessen -> aerodynamischer Durchmesser d ae -> Korrektur der auf dieselbe Dichte (1g/cm 3 ) Äquivalentdurchmesser d ae d ae = 18 luft v s g C c Luft : dynamische Viskosität der Luft v s : Sedimentationsgeschwindigkeit g: Schwerebeschleunigung C c : Cunningham-Korrektur

55 Feinstaub im Sinn der Umweltgesetzgebung Feinstaub (PM 10 ) [PM = Particulate Matter ] bezeichnet die Masse aller im Gesamtstaub enthaltenen Partikel, deren aerodynamischer Durchmesser kleiner als 10 µm ist. Er kann natürlichen Ursprungs sein (beispielsweise als Folge von Bodenerosion) oder durch menschliches Handeln hervorgerufen werden. Feinstaub entsteht aus Energieversorgungs- und Industrieanlagen, bei der Metall- und Stahlerzeugung oder auch beim Umschlagen von Schüttgütern. In Ballungsgebieten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Amtliche Definition des PM 10 : Teilchen, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen Aerodynamischen Durchmesser von 10 m eine Abscheidewirksamkeit von 50% hat. Grundlage: EU Richtlinie 1999/30/EG Festlegung der Grenzwerte von PM 10 Teilchen für die Luftqualität Probenahmesysteme: EN 12341

56 Feinstaub und Gesundheit Erkrankungsgefahr Untersuchungen der Weltgesundheitsorganisation haben das verstärkte Auftreten von Atemwegs- und Herzkreislauferkrankungen bei hoher Feinstaubkonzentration nachgewiesen. Personen mit bereits bestehenden Erkrankungen sind besonders anfällig. Studien ergaben eine messbare Verringerung der Lebenserwartung.

57 Vordringen von Partikeln in den Atemtrakt Quelle:

58 Abscheidung von Stäuben im menschlichen Atemtrakt

59 Feinstaub und Gesundheit Feine und feinste Partikel können tief bis in die Lunge vordringen und erreichen dort die Lungenbläschen (Alveolen). Gesundheitsgefahren durch Feinstaub: Kleinkinder: Erhöhung des Atemtodrisikos (Verschlimmerung von Asthma, Husten und Bronchitis) PM 2,5 : Anstieg von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Atemwegs- Erkrankungen (Lungenkrebs und erhöhte Todesraten) Kurzfristige Gesundheitsfolgen (bei Anstieg von PM 10 um 10 g/m 3 ): Mortalität (allgemein) 0,6% Mortalität durch Atemwegserkrankungen: 1,3% Mortalität durch Herz-Kreislauferkrankungen: 0,9% Krankenhausaufnahmen bei Menschen >65 Jahre: 0,7% Quelle: Weltgesundheitsorganisation (2005)

60 Quelle:

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64 Größenbestimmung von Feinstaub

65 Filterproben

66 Typische Werte in Deutschland: g/m 3 Werte der Partikelkonzentration in Deutschland (7.6. und )

67 Jahresmittelwerte und Anzahl der Tage oberhalb des Grenzwertes Hohe Feinstaubbelastungen treten episodenhaft auf Sie sind mit meteorologischen Bedingungen erklärbar

68 Feinstaub in Berlin 2005 und 2006