Herausforderung -Immissionen Gesetzgebung, Luftbelastung, Lösungen Fachtagung am 3. und 4. März 21 in Heidelberg Ergebnisse der Analysen für Baden-Württemberg - 1 - Ursachen und zukünftige Entwicklung der -Belastung Udo Lambrecht, Frank Dünnebeil, Alexander Schacht ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Unter Mitarbeit von Christoph Kessler, AVISO
-Luftbelastung in Baden-Württemberg - 2 - in µg/m³ -Jahresmittelwerte an Verkehrs- und Spotmessstationen in Baden-Württemberg 14 12 1 8 6 4 2 -Grenzwert ab 21 1995 1998 21 24 27 Stuttgart Neckartor (Spotmessung) Freiburg Schwarzwaldstraße Stuttgart-Mitte-Straße Karlsruhe-Straße Mannheim-Straße Stuttgart Siemensstr. (Spotmessung) Stuttgart Hohenheimer Straße (Spotmessung) Ludwigsburg Friedrichstraße (Spotmessung) Schwäbisch Gmünd (Spotmessung) Pleidelsheim (Spotmessung) Zahlreiche straßennahe Messstationen mit Überschreitung des ab 21 geltenden -Jahresgrenzwerts. Sehr unterschiedliche Höhe und Verlauf der -Konzentration in den vergangenen Jahren. Grundlage für f die Ableitung geeigneter Maßnahmen ist die Kenntnis - der Ursachen der - -Belastung - und deren zukünftiger Entwicklung
Ausgewählte Stationen für die Analyse Karlsruhe - Reinhold-Frank-Straße 28: 5 µg/m 3 Stuttgart Am Neckartor 28: 16 µg/m 3-3 - Freiburg Schwarzwaldstraße 28: 69 µg/m 3 => extra Ozon-Messungen Stuttgart - Arnulf-Klett-Platz 28: 74 µg/m 3 => extra Ozon-Messungen
Ursachen der -Belastungen Ozon Zur -Immission tragen bei: Lokaler Verkehr NO-Emission (lokaler Verkehr) -Emission (lokaler Verkehr) andere Quellen Luftchemie Primäre Emission Städtischer Hintergrund Beitrag lokaler Verkehr IFEU 21 Primäre -Emissionen tragen direkt zur -Konzentration bei Zunahme /NO x im Abgas der Diesel-Kfz Zunahme der Diesel-Pkw NO-Emissionen tragen nach Reaktion mit Ozon zur -Konzentration bei NO + O 3 + O 2 photochemisches Gleichgewicht Hintergrundbelastung Emissionen anderer Quellen - 4 -
- 5 - Analyse der aktuellen Immissionsbelastungen
Beitrag lokaler Verkehr und städtischer Hintergrund zur -Konzentration an den untersuchten Stationen - 6 - µg/m³ 12 1 8 6 4 2 -Konzentrationen 28 16 73 74 41 33 33 Stuttgart- Neckartor Stuttgart- Mitte Lokaler Beitrag Städtischer Hintergrund 69 48 5 27 21 23 Freiburg- Karlsruhe- Schwarzwaldstr. R.Frank-Str. IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg
Ozonkonzentrationen im Jahresverlauf Ozon in µg/m³, Temp in C 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Jan Ozonkonzentrationen in Freiburg Ozonkonzentration im städt. Hintergrund Ozonkonzentration Verkehrsstation Globalstrahlung Temperatur Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 25 2 15 1 5 Globalstrahlung in W/m² Jahresverlauf der Ozonkonzentrationen in Stuttgart und Freiburg ähnlich dem Verlauf von Globalstrahlung und Temperatur. Die Ozonkonzentrationen an der Verkehrsstation waren in allen Monaten niedriger als an der Hintergrundstation. Ozonabbau durch lokale NO-Emission. 28 Ozon in µg/m³, Temp in C 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Ozonkonzentrationen in Stuttgart Ozonkonzentration im städt. Hintergrund Ozonkonzentration Verkehrsstation Globalstrahlung Temperatur 25 2 15 1 5 Globalstrahlung in W/m² - 7 - Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul 28 Aug Sep Okt Nov Dez IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg
Hintergrundbelastung, Ozonchemie und -Direktemissionen 16 14 12 Freiburg Schwarzwaldstraße August 28 NO2 Rest (Direktemission) NO2 Ozonchemie NO2 Hintergrund 16 14 12 Stuttgart Mitte August 28 NO2 Rest (Direktemission) NO2 Ozonchemie NO2 Hintergrund in µg/m³ 1 8 in µg/m³ 1 8 6 6 4 4 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24-8 - in µg/m³ 16 14 12 1 8 6 4 2 Dezember 28 Dezember 28 Dezember 28, Montag-Freitag NO2 Rest (Direktemission) NO2 Ozonchemie NO2 Hintergrund 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 in µg/m³ 16 14 12 1 8 6 4 2 NO2 Rest (Direktemission) NO2 Ozonchemie NO2 Hintergrund 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg
- 9 - Ermittlung der NO x - und -Emissionen
Verkehrsdaten Stündliche Verkehrsbelastung (Kfz/h) für das gesamte Jahr 28 für - Stuttgart-Neckartor, - Freiburg-Schwarzwaldstr. differenziert nach Pkw, LNF und Lkw - Karlsruhe R.-Frank-Str. Beispiel Stuttgart-Neckartor Beispiel Freiburg Stuttgart-Mitte: Modellierung Tagesgang auf Basis von Zähldaten für Pkw, Zweiräder und Schwerverkehr (Kfz >3,5t) sowie Fahrplaninformationen zum Linienbusverkehr. - 1 -
Emissionsfaktoren 1,,9,8,7 Emissionsfaktoren Otto- und Diesel-Pkw Beispielsituation => Zuordnung stations- und situationsspezifisch (Straßenfunktion, Geschwindigkeit, Verkehrsfluss, Belastung) NOx (g/km),6,5,4,3,2,1, Euro- Euro-1 Euro-2 Euro-3 Euro-4 Euro-5 Euro-6 Euro- Euro-1 Euro-2 Euro-3 Euro-4 Euro-5 Euro-6 NO x - 11 - Otto-Pkw Diesel-Pkw
Verkehrsaufkommen, NO x - & -Emissionen im Jahr 28 8. 7. 6. 5. Verkehrsaufkommen im Jahr 28 72. 54.4 Bus Lkw LNF Pkw 48.4 4 35 3 25 34 NO x -Emissionen im Jahr 28 35 Bus Lkw LNF Pkw 32 kg/km/d 8 7 6 5 6,5 -Emissionen im Jahr 28 5,6 Bus Lkw LNF Pkw 7,1 Kfz/d 4. kg/km/d 2 4 3. 24.9 15 12 3 2,5 IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg 2. 1 1. 5 Stuttgart-Neckartor Freiburg- Karlsruhe-Reinhold- Stuttgart-Mitte Stuttgart-Neckartor Freiburg- Karlsruhe-Reinhold- Stuttgart-Mitte Schwarzwaldstraße Frank-Straße Schwarzwaldstraße Frank-Straße 2 1 Stuttgart-Neckartor Freiburg- Karlsruhe-Reinhold- Stuttgart-Mitte Schwarzwaldstraße Frank-Straße - 12 -
- 13 - Quellenaufteilung der -Konzentrationen 28
Bestimmung des Anteils primärer -Emissionen und luftchemisch erzeugtem 1.) Anteil von primärem im lokalen NO x -Beitrag anhand /NO x - Emissionsverhältnissen 2.) Zurechnung von primärem und luftchem. zu Kfz-Kategorien 3.) Zusammenfassung der lokalen -Beiträge jeder Kfz- Kategorie lokaler Beitrag städt. HG primär luftchem. städt. HG Lkw primär LNF primär Pkw primär Lkw luftchem. LNF luftchem. Pkw luftchem. städt. HG IFEU 21 Lkw lokaler Beitrag LNF lokaler Beitrag Pkw lokaler Beitrag städt. HG - 14 -
Anteile primäres und Luftchemie an der -Belastung Beiträge zur -Belastung im Jahresmittel Aufteilung der -Belastung im Jahresmittel 12 11 1 9 8 5,3 Lokaler Verkehr Primäres NO2 Luftchem. NO2 Städt. Hintergrund 1% 9% 8% 7% 47% 36% 31% 33% in µg/m³ 7 6 5 4 3 2 1 23,8 33,1 S- Neckartor 25,8 25,7 16,6 14,2 2,2 22,5 FR- Schwarzwaldstr. KA- R.Frank- Str. 25,4 17,4 33,1 S-Mitte 6% 5% 4% 3% 2% 1% % 22% 36% 31% 28% S- Neckartor 27% 23% 42% FR- Schwarzwaldstr. KA- R.Frank- Str. 44% Primäres NO2 Luftchem. NO2 Städt. Hintergrund S-Mitte IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg - 15 -
Zusammensetzung der lokalen -Belastung 28 Beiträge zur -Belastung im Jahresmittel Aufteilung der -Belastung im Jahresmittel in µg/m³ 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 13,4 4,7 56, 33,1 S- Neckartor 1,7 16,7 4,2 3,8 1,9 29,2 27,9 2,2 22,5 Bus lokal Lkw lokal LNF lokal Pkw lokal Städt. Hintergrund FR- Schwarzwaldstr. KA- R.Frank- Str. 11,9 1,9 24,7 33,1 S-Mitte 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % 12% 4% 52% 2% 23% 5% 41% 31% 28% S- Neckartor 4% 52% 42% FR- Schwarzwaldstr. KA- R.Frank- Str. 16% 6% 33% 44% Bus lokal Lkw lokal LNF lokal Pkw lokal Städt. Hintergrund S-Mitte IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg - 16 -
Ergebnisse der Emissionsberechnungen und Datenanalysen 28 Verkehrsaufkommen und Emissionen Verkehrsaufkommen & -zusammensetzung (Lkw-, Bus-Anteil) an den untersuchten Stationen unterscheiden sich stark. Die Höhe der lokalen NO x - und -Emissionen hängt entscheidend von Verkehrsmenge UND Verkehrszusammensetzung ab. Beiträge des lokalen Verkehrs zur -Gesamtimmission Der lokale Verkehr hat an allen untersuchten Stationen einen hohen Anteil an der Immissionsbelastung. Dabei tragen die NO x -Emissionen des Verkehrs sowohl direkt (primäres ) als auch indirekt (luftchemische -Bildung) zur Belastung bei. Der Pkw-Verkehr war an allen Stationen größter Verursacher der lokalen -Zusatzbelastung. Hohe Emissionsbeiträge anderer Kfz-Kategorien (Lkw, Bus) bewirkten auch relevante Beiträge zum lokalen -Beitrag in der -Immission. - 17 -
Ermittlung der zukünftigen -Belastung an den ausgewählten Stationen - 18 -
Modellierung von -Immissionen mit einem Chemie-Boxmodell Modellierung der -Konzentrationen mit dem Chemie-Boxmodell von AVISO wind outflow H - an den vier Messstationen - für 28, 21, 215 und 22 inflow W Stundenfeine Berechnung der -, NO- und Ozonkonzentration street Chemie-Boxmodell (AVISO) AACHENER-VERKEHRS-INGENIEUR-SOZIETÄT - Windgeschwindigkeit und Temperatur - Emissionen von NO,, - RADM2: 59 Substanzen, 161 Reaktionen (21 photolytisch, 14 thermisch) Inputdaten NO- u. -Emissionen des lokalen Verkehrs, Hintergrundkonzentration von NO,, Ozon - 19 -
NO x -Emissionen lokaler Verkehr kg/km/d 4 35 3 25 2 15 1 5 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 Stuttgart- Neckartor -Emissionen lokaler Verkehr Emissionsentwicklung 28-22 -55% -62% -49% -54% Freiburg- Schwarzwaldstraße Bus Lkw LNF Pkw Karlsruhe- Reinhold-Frank-Straße Stuttgart- Mitte kg/km/d 9 8 7 6 5 4 3 2 1-36% -37% -31% -47% 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 Stuttgart- Neckartor Freiburg- Schwarzwaldstraße Bus Lkw LNF Pkw Karlsruhe- Reinhold-Frank-Straße Stuttgart- Mitte - 2 - IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg
- 21 - µg/m³ 16 14 12 1 8 6 4 2 19 19 -Konzentrationen Jahresmittelwerte 28-22 -37% -45% -37% -42% 93 69 73 69 55 4 52 5 42 33 77 74 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 Stuttgart- Neckartor IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg Freiburg- Schwarzwaldstraße Karlsruhe Reinhold-Frank- Straße Beitrag lokaler Verkehr Städtischer Hintergrund -Jahresgrenzwert ab 21 59 Stuttgart- Mitte 45
Beiträge der Kfz-Kategorien zu den -Konzentrationen 28-22 - 22 - µg/m³ 12 1 8 6 4 2 13 12 5 5 58 61 8 5 56 4 3 41 2 2 16 14 4 4 3 3 29 22 33 31 24 21 2 19 13 1 1 8 4 1 5 3 13 12 4 2 4 2 8 12 12 24 23 1 25 26 26 23 1 24 17 23 21 16 14 4 12 17 33 31 24 21 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 28 21 215 22 Stuttgart- Neckartor Freiburg- Schwarzwaldstraße IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg Bus Lkw LNF Pkw Städtischer Hintergrund -Jahresgrenzwert ab 21 Karlsruhe Reinhold-Frank- Straße Stuttgart- Mitte
Wie hoch ist die Belastung bei lokaler Euro-6/VI-Flotte? kg/km/d kg/km/d NO x -Emissionen Stuttgart Neckartor 4 35-55% -41% 3 25 2 15 1 5 28 21 215 22 Euro Pkw+MZR LNF Lkw Bus 6/VI -Emissionen Stuttgart Neckartor 9 8-36 -45% 7 6 5 4 3 2 1 28 21 215 22 Euro Pkw+MZR LNF Lkw Bus 6/VI -Konzentrationen Stuttgart-Neckartor 12 1 8 6 4 2 µg/m³ 13 12 5 5 58 61 33 31 8 5 56 Lkw lokal LNF lokal Pkw lokal Städtischer Hintergrund 4 3 41 -Jahresgrenzwert 25 24 21 21 28 21 215 22 Euro 6/VI IFEU 21 im Auftrag des UM Baden-Württemberg 2 2-23 -
Fazit I Ursachen der -Belastung im Jahr 28 Hintergrundbelastung variiert bei den untersuchten Messstellen zwischen 2 3 µg/m 3. Die Menge der lokalen NO x - und -Emissionen hängt entscheidend von Verkehrsmenge UND Verkehrszusammensetzung ab. Primäres UND luftchemisch gebildetes aus dem lokalen Verkehr trugen an allen Stationen relevant zur -Gesamtimmission bei. Der Pkw-Verkehr war an allen Stationen Hauptverursacher des lokalen Beitrags. Je nach lokaler Verkehrsituation hatten auch Lkw oder Busse einen relevanten Anteil an der -Belastung. - 24 -
Fazit II Zukünftige Entwicklung der -Konzentrationen Die NO x -Emissionen werden bis zum Jahr 22 um über 5% abnehmen. Die Minderungen sind im Schwerverkehr (Lkw, Bus) stärker als bei Pkw. Die -Emissionen nehmen erst nach 21 ab. Starke Minderungen gibt es insbesondere im Pkw-Verkehr erst nach dem Jahr 215. Bis zum Jahr 215 wird im Trendszenario der -Luftqualitätsgrenzwert an der Station Karlsruhe - Reinhold-Frank-Str. nahezu erreicht an den anderen Stationen deutlich überschritten. Im Jahr 22 wird der -Grenzwert im Trendszenario auch in Freiburg erreicht. An den Stuttgarter Stationen wird der Grenzwert auch bis 22 nicht erreicht. Auch unter der Annahme, dass der lokale Kfz-Verkehr vollständig aus Euro 6/VI-Fahrzeugen besteht, liegt bei ansonsten gleichen Bedingungen (Verkehrsaufkommen, Hintergrundbelastung) die -Belastung bei Stuttgart-Neckartor oberhalb des Grenzwertes. - 25 -
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! und vielen Dank an Udo Lambrecht Frank Dünnebeil Alexander Schacht Christoph Kessler udo.lambrecht@ifeu.de frank.duennebeil@ifeu.de alexander.schacht@ifeu.de christoph.kessler@avisogmbh.de - 26 -