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DR. WERNER SCHOLZ
REFERAT 33 – LUFTQUALITÄT, LÄRMSCHUTZ
Immissions- und Emissionsentwicklung
bei Stickstoffoxiden
Folie 2, 15.10.2008
- NOx = NO + NO2 (Stickstoffmonoxid + Stickstoffdioxid)
- entstehen bei Verbrennungsprozessen mit hohen Temperaturen
- Hauptemittent Straßenverkehr (Verkehrsanteil in BW 2006: 47%)
- "Motorabgas enthält 95% NO und 5% NO2" (Standardannahme)
- NO instabil, reagiert mit Ozon, toxikologisch wenig relevant
- NO2 toxikologisch von Bedeutung, Reizstoff für die Atemwege –
daher EU-weite Immissionsgrenzwerte für NO2, gültig ab 2010
- NOx sind Ausgangsstoff für zahlreiche atmosphärenchemische Prozesse
(sekundäre Aerosole, Ozonbildung, Versauerung, Überdüngung)
Stickstoffoxide (NOx)
Grenzwerte der 22. BImSchV = Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft vom 11. September 2002 :
Stickstoffdioxid (NO2) und Stickstoffoxide (NOx)
Schutzgut Mittelungs-zeitraum
Grenzwert Zulässige Überschreitungen
Zeitpunkt, bis zu dem der Grenzwert zu erreichen ist
Menschliche Gesundheit
1 Stunde 200 µg/m³ für NO2Darf nicht öfter als 18-mal im Kalenderjahr überschritten werden
1. Januar 2010
Menschliche Gesundheit
Kalenderjahr 40 µg/m³ für NO21. Januar 2010
Schutz der Vegetation
Kalenderjahr 30 µg/m³ für NOx 19. Juli 2001
* Toleranzmarge 40 µg/m³. Verminderung vom 1.1.2007 bis 1.1.2010 um 10 µg/m³ jährlich.** Toleranzmarge 8 µg/m³. Verminderung vom 1.1.2007 bis 1.1.2010 um 2 µg/m³ jährlich.
Immissionsgrenzwerte für NO2 und NOx
Folie 3, 15.10.2008
Grenzwerteinhaltung NO2 in B.-W. ?
Jahr 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007Anzahl Stationen mit NO2-JMW > 40 µg/m³ 11 7 6 6 6 5 6 4 6 6 5
Überschreitungen Jahresgrenzwert 40 µg/m³1997 - 2007 Spotmessstationen
Anzahl Überschreitungen Jahresgrenzwert im Luftmessnetz (ohne Spot)
I
Folie 4, 15.10.2008
Grenzwerteinhaltung NO2 in B.-W. ?
Jahr 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007Anzahl Stationen mit mehr als 18 NO2-1 h-Werten > 200 µg/m³ 9 0 0 0 0 0 2 0 0 1 0
Anzahl der Überschreitungen der 1-Std.-Werte > 200 µg/m³
1997 - 2007
Anzahl Überschreitungen Kurzzeitgrenzwert im Luftmessnetz (ohne Spot)
Spotmessstationen
Anz
ahl S
tund
en
II
Folie 5, 15.10.2008
Gesamtemission155 986 t/a
nach Quellengruppen:
Straßenverkehr64 750 t/a
nach Fahrzeugarten:
Industrie undGewerbe 20 %(Kraftwerke)
Sonstige TechnischeEinrichtungen 24 %(Geräte, Maschinen)
Verkehr 47 %(Straßenverkehr)
Kleine und MittlereFeuerungsanlagen 9 %
32%
1%
3%
64%Pkw SNfz
LNfz
Krad
NOx-Emissionen in Baden-Württemberg 2006
Emissionskataster Baden-Württemberg 2006Folie 6, 15.10.2008
Entwicklung der EU-Abgasgrenzwerte für Pkwund leichte Nutzfahrzeuge
0%
20%
40%
60%
80%
100%
CO NOx+HC CO NOx+HC Partikel
Benzin Diesel
Euro 1Euro 2Euro 3Euro 4Euro 5Euro 6
gültig ab Benzin Diesel
CO NOx HC CO NOx HC+NOx Partikelin g/km
Euro 1 1992 3,16 HC+NOx 1,13 3,16 1,13 0,18Euro 2 1996 2,2 HC+NOx 0,5 1,0 0,7 0,08Euro 3 2000 2,3 0,15 0,2 0,64 0,5 0,56 0,05Euro 4 2005 1,0 0,08 0,1 0,5 0,25 0,3 0,025Euro 5 2009 1,0 0,06 0,1 0,5 0,18 0,23 0,005Euro 6 2014 1,0 0,06 0,1 0,5 0,08 0,17 0,005 Folie 7, 15.10.2008
Zeitraum 1992 – 2014
Minderungen von 68 – 97%
Derzeit gültig: Euro 4
0%
20%
40%
60%
80%
100%
CO NOx HC Partikel
Euro 0 (1988/90)
Euro 1 (1992/93)
Euro 2 (1995/96)
Euro 3 (2000)
Euro 4 (2005)
Euro 5 (2008)
Entwicklung der EU-Abgasgrenzwerte für Lkw und BusseSchwere Nutzfahrzeuge > 3,5 t
gültig ab CO NOx HC Partikelin g/kWh
Euro 0 1988/90 12,3 15,8 2,6 -Euro 1 1992/93 4,9 9 1,23 0,4Euro 2 1995/96 4 7 1,1 0,15Euro 3 2000 2,1 5 0,66 0,1Euro 4 2005 1,5 3,5 0,46 0,02Euro 5 2008 1,5 2 0,46 0,02
Folie 8, 15.10.2008
0,340,510,680,710,69
0,030,060,14
0,470,43
1,17
Euro 4Euro 3Euro 2
vor Euro 2konventionell
Euro 4Euro 3Euro 2Euro 1
Gkat vor Euro1konventionell
PKW
Die
sel
PKW
Ben
zin
8,4510,01
12,039,67
14,01
2,173,06
3,973,39
4,70
0,340,580,760,850,87
Euro 4Euro 3Euro 2Euro 1
80er Jahre
Euro 4Euro 3Euro 2Euro 1
80er Jahre
Euro 4Euro 3Euro 2Euro 1
konventionell
SNFz
>7,
5SN
Fz <
7,5t
LNFz
Die
sel
Emis
sion
skon
zept
e de
r Kfz
7,5710,37
12,4211,02
16,78
0 5 10 15 20
Euro 4Euro 3Euro 2Euro 1
80er Jahre
LBus
Emissionsfaktoren für NOx in g/km
Quelle: Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenver-kehrs (HBEFA) Vers. 2.1, gewichtete Verkehrssituatio-nen innerorts, Bezugsjahr 2005
Grafik aus: "Emissions-minderndeMaßnahmen im Straßenverkehr", LfU 2005
Faktor 11 !
Pkw Benzin
Pkw Diesel
Leichte Nutz-fahrzeuge Diesel
Schwere Nutz-fahrzeuge <7,5t
Schwere Nutz-fahrzeuge >7,5t
Busse
Kfz-EmissionsfaktorenEmissionsfaktoren für Stickstoffoxide (NOx) in g/km nach Emissionskonzept
Folie 9, 15.10.2008
NOx-Emissionsentwicklungin Baden-Württemberg 1994 - 2006
Emissionskataster Baden-Württemberg 2006
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
NOx-
Em
issi
on in
t/a
Kleine u. mittlereFeuerungsanlagen
Industrie undGewerbe
Sonst. technischeEinrichtungen
Verkehr
Gesamt NOx 1994 – 2006: - 35%Verkehr NOx 1994 – 2006: - 50%
Folie 10, 15.10.2008
Jahresmittelwerte von 33 Stationen, 1990 - 2007
Entwicklung der Stickstoffoxid (NOx)-Immissionen
NOx-Immissionen in Baden-Württemberg
0
50
100
150
200
250
1990 1995 2000 2005 2010
NO
x al
s N
O2 (
µg/m
³) Verkehrsstationen (4)
Städt. Verkehrseinfluss (7)
Städt. Hintergrund (18)
Ländl. Hintergrund (4)
Folie 11, 15.10.2008
Stickstoffmonoxid (NO)
Entwicklung der NO- und NO2-ImmissionenNOx = NO + NO2
Stickstoffdioxid (NO2)
Verkehrsstationen (4) Städt. Verkehrseinfluss (7) Städt. Hintergrund (18) Ländl. Hintergrund (4)
NO2-Immissionen in Baden-Württemberg
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1990 1995 2000 2005 2010
NO
2 (µg
/m³)
NO2-Grenzwert ab 2010
NO-Immissionen in Baden-Württemberg
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1990 1995 2000 2005 2010
NO
als
NO
2 (µg
/m³)
Folie 12, 15.10.2008
Entwicklung der NO- und NO2-Immissionen
Stgt-Straße
KA-Straße
MA-Straße
FR-Straße
NO-Entwicklung an Straßenstationen
0
40
80
120
160
200
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
NO
als
NO
2 (µg
/m³)
NO
NO2-Entwicklung an Straßenstationen
0
20
40
60
80
100
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
NO
2 in
µg/
m³
NO2-Grenzwert ab 2010
Folie 13, 15.10.2008
NO2
an Straßenstationen in Baden-Württemberg 1994-2007
NO2-Immissionsentwicklungan Straßen- und Spotmessstationen in Baden-Württemberg
0
20
40
60
80
100
120
140
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
NO
2 in
µg/
m³
Stgt-Straße
KA-Straße
MA-Straße
FR-Friedrichring
FR-Schw arzw aldstr.
Stgt-Neckartor
Stgt-Siemensstr.
Stgt-Hohenheimer Str.
Ludw igsburg Friedrichsstr.WestPleidelsheim Beihinger Str.
Leonberg Grabenstr.
Mannheim Luisenring
Schw äbisch Gmünd,Lorcher Str.
Folie 14, 15.10.2008
Stgt-Neckartor
Stgt-Siemensstr.Stgt-Hohenheimer Str.
Stgt-Straße
Montag - Freitag
Berechnung des NO2 /NOx-Anteils der Kfz-Emission aus Immissionsdaten von Verkehrs- vs. Hintergrundstationen
Methode von Carslaw und Beevers (2005)
Quelle: AVISO GmbH im Auftrag der LUBW, 2007 Folie 15, 15.10.2008
0
5
10
15
20
25
30
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
NO
2/N
Ox
[%]
KAS KANSTS STBSTS STZ
Stuttgart und Karlsruhe (Stationspaare)
Abgasgesetzgebungsstufen Euro 1 – 6 für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge
0%
20%
40%
60%
80%
100%
CO NOx+HC CO NOx+HC Partikel
Benzin Diesel
Euro 1Euro 2Euro 3Euro 4Euro 5Euro 6
gültig ab Benzin Diesel
CO NOx HC CO NOx HC+NOx Partikelin g/km
Euro 1 1992 3,16 HC+NOx 1,13 3,16 1,13 0,18Euro 2 1996 2,2 HC+NOx 0,5 1,0 0,7 0,08Euro 3 2000 2,3 0,15 0,2 0,64 0,5 0,56 0,05Euro 4 2005 1,0 0,08 0,1 0,5 0,25 0,3 0,025Euro 5 2009 1,0 0,06 0,1 0,5 0,18 0,23 0,005Euro 6 2014 1,0 0,06 0,1 0,5 0,08 0,17 0,005
Euro 5-Norm (2009):Hauptziel: Rußminderungbei Dieselfahrzeugen. Partikelgrenzwert von 25 5 mg/km (-80%)
generelle Einführung des Partikelfilters (Diesel)
Euro 6-Norm (2014):Hauptziel: NOx-Minderung bei Dieselfahrzeugen.NOx-Grenzwert von180 80 mg/km (Diesel)
Folie 16, 15.10.2008
Folie 17, 15.10.2008
Daten: LUBW, Luftmessnetz und SpotmessstationenAktualisierte Romberg-Ansätze 2004 und 2008: Bösinger / Bächlin, Ing.-Büro Lohmeyer
"Romberg-Beziehung", Auftragung NO2 gegen NOxAnwendung bei Immissionsprognosen zur Berechnung von NO2 aus NOx
NO2 in Abh. von NOx
33 Stationen aus Baden-WürttembergJMW 1990 - 2007
+ Spotmessstationen 2005 - 2007
Stgt-Verkehr
KA-VerkehrMA-Verkehr
FR-Friedrichring
0
20
40
60
80
100
120
140
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450NOx in µg/m³
NO
2 in
µg/m
³ Stationen BW 1990-2003Stationen BW 2004-2007Stgt-VerkehrKA-VerkehrMA-VerkehrFR-FriedrichringFreiburg Schwarzwaldstr.Stgt NeckartorStgt Hohenheimer StrStgt Siemensstr.Schwäbisch GmündMannheim LuisenringLudwigsburg Friedrichstr.Leonberg Grabenstr.PleidelsheimRomberg-Ansatz 2004Romberg-Ansatz 2008
2007
1995
1994
1995
Stgt-Neckartor
Stgt-Siemensstr.Stgt-Hohenheimer Str.
Romberg 2004
Romberg 2008
Tour de France am Freitag, 8.7.2005
NO: Abnahme des Tagesmittelwerts um etwa 70% (44 13 µg/m³)
Effekt der Tour de France an der Verkehrsstation Karlsruhe>> 12-stündige Straßensperrung (7:30 – 19:30) am 8.7.2005 <<
0
10
20
30
40
50
60
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
NO
(µg
/m³)
NO-Mittelwerte 1.6.-31.8.2005 (ohne 4.-10.7.) NO-Tageswerte 4.-10.7.05
Blau : Mittlere NO-Tageswerte pro Wochentag im SommerquartalRot: NO-Tageswerte in der Tour-Woche (4.-10.7.05)
Folie 18, 15.10.2008
0
10
20
30
40
50
60
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
NO
(µg
/m³)
NO-Mittelwerte 1.6.-31.8.2005 (ohne 4.-10.7.) NO-Tageswerte 4.-10.7.05
NO- 70%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
NO
2 (µ
g/m
³)
NO2-Mittelwerte 1.6.-31.8.2005 (ohne 4.-10.7.) NO2-Tageswerte 4.-10.7.05
NO2- 45%
Effekt der Tour de France an der Verkehrsstation Karlsruhe Ergebnisse für NO und NO2 – Tagesmittelwerte
Folie 19, 15.10.2008
Effekt der Tour de France an der Verkehrsstation Karlsruhe Ergebnisse für PM10, Ruß und CO – Tagesmittelwerte
0
5
10
15
20
25
30
35
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
PM10
(µg
/m³)
PM10-Mittelwerte 1.6.-31.8.2005 (ohne 4.-10.7.)PM10-Tageswerte 4.-10.7.05
PM10- 25%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
Ruß
(µg
/m³)
Ruß-Mittelwerte 1.6.-31.8.2005 (ohne 4.-10.7.)Ruß-Tageswerte 4.-10.7.05
Ruß- 52%
Karlsruhe-Straße
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Samstag Sonntag
CO
(mg/
m³)
CO-Mittelwerte 1.6.-31.8.2005 (ohne 4.-10.7.)CO-Tageswerte 4.-10.7.05
CO- 65%
Folie 20, 15.10.2008
Stickstoffdioxid – Zusammenfassung
Bei Jahres- und Stundenmittelwerten derzeit hohe NO2-Belastungen
Diskrepanz zwischen deutlichem Rückgang der NOx-Emissionen und nur schwachem Rückgang, teils sogar Zunahme der NO2-Immissionen
Seit 2000 zeigt sich ein deutlicher Anstieg des NO2-Anteils der Kfz-Emissionen im Straßenraum
Ursache: Erhöhte NO2-Anteile im Abgas moderner Diesel-Fahrzeuge
Die für Immissionsprognosen verwendete Romberg-Beziehung hat bei hohen NOx-Konzentrationen erhebliche Unsicherheiten
Maßnahmen im Bereich Verkehr haben einen direkteren Einfluss auf die NO2-Belastung als dies bei PM10 der Fall ist
2010 sind NO2-Grenzwertüberschreitungen an innerstädtischen stark verkehrsbelasteten Straßen zu erwarten
Erforderlich: Weitere deutliche Minderung der NOx-Emissionender Kfz, um die NO2-Emissionen zu senken
Folie 21, 15.10.2008