Hausbrand und Feinstaub

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1 CARBOSOL AQUELLIS AQUELLA Kommission für Reinhaltung der Luft / ÖAW Workshop Kommentare zur thermischen Nutzung von Biomasse Hausbrand und Feinstaub H. Puxbaum Institut für Chemische Technologien und Analytik Technische Universität Wien Wien, 24. November 2011 Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft (BFW) 1130 Wien, Seckendorff-Gudent Weg 8

2 Überblick Feinstaub Hohe Werte in Österreich Wann treten die PM10 Grenzwertüberschreitungen auf? Welches sind die Winterquellen Holzrauchemissionen in Österreich Messergebnisse in Graz und dem Umland Zusammenfassung

3 EURAD MODELL UNI KÖLN RIU

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6 Die Überschreitungen treten in der kalten Jahreszeit auf AQUELLA Steiermark 120 µg/m³ PM10 Grenzwert Bockberg Don Bosco Graz-Süd Wann treten hohe PM10 Werte auf? µg/m³ AQUELLA Salzburg 0 30/12/ /01/ /02/ /03/ /04/ /05/ /06/ /07/ /08/ /09/ /10/ /11/ /12/2004 Anthering Lehen Rudolfsplatz

7 Beobachtungen Überschreitungen des PM10 Kurzzeit- Grenzwertes (TMW 50 µg/m³) treten nur während der kalten Jahreszeit auf. Die verringerte Ventilation wärend der kalten Jahreszeit kann nicht die hohen Sommer - Winter Unterschiede erklären. Gibt es spezifische Winter - Quellen, welche die Überschreitungen des PM10 Grenzwerts verursachen?

8 AQUELLA Steiermark: Graz-Süd µg/m³ µg/m³ 17 µg/m³ 14 µg/m³ Rest Streusalz anorg. sekundär Holzrauch und HULIS Mineralstaub KFZ/Off Road Vergleich PM10 Juli- Jänner 2004 Graz-Süd Bockberg µg/m³ 9 µg/m³ Jänner 3 µg/m³ 1 µg/m³ 5 µg/m³ 4 µg/m³ Juli AQUELLA Steiermark: Bockberg µg/m³ µg/m³ Rest Streusalz anorg. sekundär Holzrauch und HULIS Mineralstaub KFZ/Off Road µg/m³ 1 µg/m³ 3 µg/m³ µg/m³ Jänner 3 µg/m³ 2 µg/m³ 2 µg/m³ µg/m³ Juli

9 Winter Quellen Primär (Emissionskataster): Holz (Biomasse) Rauch f(t) Sekundär (aus Gasen SO 2, NO 2, NH 3 ): Ammonium Nitrat GÜLLE DIESEL-KFZ Ursprung : Dicht besiedelter ländlicher Raum

10 PM2.5 Feinstaubemission in Österreich 2006 Landwirtschaft 5% Sonstige 2% Energieversorgung 5% Verkehr 25% Kleinverbrauch 44% Davon 90% durch Biomasseverbrennung: Industrie 19% Holz Hackschnitzel Pellets Quelle: Umweltbundesamt 2008, BUNDESLÄNDER LUFTSCHADSTOFFINVENTUR ; Rep 176

11 Energie für Raumwärme Zahl der Haushalte in Österreich nach Energieträgern Energie für Raumwärme PM2.5 Feinstaubemissionen der Haushalte in Österreich nach Energieträgern Fernwärme Erdgas Kohle 7% Fernwärme 0% Heizöl, Flüssiggas 0% Strom 0% Erdgas 0% Strom; Kohle Holz, Hackschnitzel, Pellets; Heizöl, Flüssiggas Holz, Hackschnitzel, Pellets 93%

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13 Prüfstand TUW VT / On line Gasmessung

14 Versuch Laubverbrennung

15 Emissionsfaktoren Kleinanlagen PM2,5 Brennstoff mg/mj Erdgas 0,05 Heizöl EL 0,5 Holz - Pellets 5-30 Holz - Hackschnitzel Holz Scheitholz Modern Holz Scheitholz Alt Diesel PKW Euro 5 2 Messtechnik: Alt heisse Probenahme im Kamin (VDI) Neu mit Verdünnungseinrichtung (Norwegen) Mit der neuen Technik liegen die Holzrauchemissionen um das 3 5 fache höher, da organische Dämpfe mit erfasst werden

16 % Holzrauchanteil an PM10 im Winterhalbjahr (Okt-Mrz) Vergleich der Emissionen von Holzrauch mit Immissionsdaten EMI Holzrauch: Brennholzstatistik; EMI Haushalte: Länderangaben, IMMI Holzrauch: AQUELLA Hintergrundmessstellen, Primäranteil % Wien NÖ BGLD OÖ STMK KTN SBG VBG EMI Holzrauch EMI Haushalte IMMI Holzrauch pr Diplomarbeit Veronica Grabner 2007 (TU Wien/Uni Wien)

17 ZUSAMMENFASSUNG Erhöhte PM10-Werte an Überschreitungstagen treten vorzugsweise infolge spezifischer Winterquellen auf: MIN HR AN Nicht zugeordnet Kfz Abgas Mineralstaub Holzrauch Holzrauch Ammonium-Sulfat-Nitrat Aus dem ländlichen Raum tragen erhöhte PM10- Werte durch Holzrauch (Einzelfeuerung) und Ammoniumnitrat (aus NH 3 und NO x / Landwirtschaft und pyrogene NO x -Quellen) wesentlich bei; Aus den Ballungsräumen stammt eine erhöhte Mineralstaubbelastung durch verunreinigte Straßen (Winterdienst, Staubanreicherung durch trockene Wetterbedingungen). Bei Partikel PM2.5 wird Holzrauch im Winter zur stärksten primären Feinstaubquelle in Mitteleuropa. Holzrauch verursacht Überschreitungen des IG-L Grenzwerts von BaP

18 PAH ng/mg Reten BaP

19 PAH PAH in Holzrauch Gerät B [ng/mg] Gerät C [ng/mg] Weißbuche Buche Esche Esche Eiche Briketts Buche Erle Kiefer Mittel Reten <NWG Benzo[e]pyren Benzo[a]pyren Coronen Daraus ergeben sich für 10 µg/m³ Holzrauch 1,4 ng/m³ Benz(a)pyren 20 µg/m³ Holzrauch 2,8 ng/m³ Benz(a)pyren IG-L Grenzwert 1 ng/m³ Benz(a)pyren

20 Quellenanteile Wien/Salzburg Klagenfurt/Graz an Überschreitungstagen ( /05) Typische Werte für Fein- und Grobanteile Wien / Salzburg Klagenfurt / Graz "Stadt" "Hintergrund" "Stadt" "Hintergrund" % % % % "FEIN" < 2,5 µm Diesel Abgas / 14 3 / 8 Holzrauch+Hulis Ammonium/Sulfat/Nitrat "GROB" 2,5-10 µm Mineralstaub+Abrieb

21 Graz Stadt Winter* 2004 Feinstaub PM10 Quellenanalyse GRAZ STADT PM10 AN ÜBERSCHREITUNGSTAGEN Regionalanteil und Stadtanteil Stadtanteil Nicht zugeordnet Kfz Abgas Mineralstaub Mech. Abrieb % Holzrauch Regionalanteil Holzrauch Ammonium-Sulfat-Nitrat 0 * Belastungstage >50 µg/m³ % AQUELLA TU Wien

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23 Feinstaubemissionen Steiermark 2008 UBA BLI PM 2,5 PM 2, Verkehr % 40 Industrie Landwirtschaft 30 Verkehr 20 Hausbrand 10 Industrie 0 Energie "Fein" % "Grob" %

24 WOODSMOKE IMPACT AT URBAN TRAFFIC EXPOSED SITES AQUELLA City Intercomparison Exceeding Days Städtevergleich VIENNA Überschreitungstage GRAZ SALZBURG Wien Graz - LINZ Salzburg Linz PM10 [µg/m³] Rest PM10 Karbonat Silikat Streusalz Sulfat Nitrat Ammonium Pflanzendebris HULIS Holzrauch FZ/Off Road Abrieb KFZ/Off Road Abgas 10 0 Wien Graz Salzburg Linz * Rinnböckstraße Don Bosco Rudolfsplatz Römerberg

25 Steiermark Winterhalbjahr 2008 UBA BLI/+Split Landwirtschaft 5% Verkehr 19% Sonstige 1% Energieversorgung 4% Kleinverbrauch 46% Graz Winterhalbjahr 2010 ASLR Industrie 25% Landwirtschaft 1% Gewerbe 5% Infrastruktur 11% Verkehr 48% Kleinverbrauch 31% Industrie 4%

26 CARBOSOL and AQUELLA SITES AZO Azores 50 m Pt AVE Aveiro 40 m Pt PDD Puy de Dome 1405 m F SIL Schauinsland 1205 m D SBO Sonnblick 3106 m A KPZ K-Pustza 136 m H Vie Vienna S Salzburg AZO 1 AVE 2 PDD 3 SIL S 4 * 5 SBO Vie * KPZ 6 Levoglucosan-derived Biomass Smoke-OM in OM (%) at the CARBOSOL sampling sites Puxbaum et al. (2007) JGR 112, D23S05 Biomass Smoke OM/ OM (%) AZO Azores Portugal AVE Aveiro Portugal PDD Puy de Dome France SIL Schauinsland Germany SBO Sonnblick Austria KPZ K-Puszta Hungary 50 m 40 m 1405 m 1205 m 3106 m 136 m Summer JJA Winter DJF AVE Emission Factor 4 Other Sites 7.1 OC/LG

27 Holzrauch in den Emissionsinventuren Schaap et al., 2004; Europäische Emissionsinventur: Hausbrand Primäranteil Staub ~ 24 % des PM2.5 (Jahresmittel) Hausbrand Winterhalbjahr : ~ 45 % des PM2.5 Beitrag des Hausbrands zu PM2.5 Immission im Winterhalbjahr (unter Berücksichtigung von sekundären PM Anteilen): ~ 20-30% des PM2.5

28 WURDE DAS HOLZRAUCH- PROBLEM IN EUROPA ÜBERSEHEN? JA: 1. Alle Anstrengungen zur Reduktion der PM10 Belastung konzentrieren sich auf Städte 2. Der Einfluss der Ländlichen Quellen wurde übersehen 3. Gründe für hohe ländliche PM10 Belastungen: - Hohe Bevölkerungsdichten außerhalb der Städte - Leichter Zugang zu Brennholz / Brennholzstatistiken enthalten nicht private Holzbeschaffung

29 Realemission Dilution sampling (Schmidl et al., 2011) ÖNORM