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Measuring and characterizing airborne particulate matter (PM) is an important research area because PM can lead to impacts on health and to visibility reduction, material damage and groundwater pollution. In regard to road dust, suspension and re-suspension and the contribution of non-exhaust PM to total traffic emissions are expected to increase as a result of predicted climate scenarios. European environmental regulations have been enforced to reduce exhaust particle emissions from road traffic, but little attention has been paid to reducing non-exhaust coarse particle emissions due to traffic. Therefore, a monitoring program for coarse PM has been initiated in early 2013 to assess the predicted increase in the abundance of non-exhaust particles. Particle sampling was performed with the passive-sampler technique Sigma-2. The subsequent single-particle analysis allows for characterization of individual particles, determination of PM size distribution, and calculation of PM mass concentrations. Two motorways n ear Cologne (Koeln), Germany were selected as sampling sites, and the experimental setup in the field was realized with a so-called twin-site method. The present study reports single-particle analysis data for samples collected between May 31, 2013 and May 30, 2014. Coarse PM, generated through multi-source mechanisms, consists of, e.g., tire-wear, soot aggregates, and mineral dust. The highest mass concentration occurs at both motorways in spring, and the observed PM mainly contains traffic-abrasion particles. The field measurements show that the minimum PM concentration was found in the 5 to 12-°C temperature range, whereas the maximum concentration was observed in both the "5 to 5-°C and the 12 to 24-°C ranges, in agreement with previous laboratory measurements. Correlation between super-coarse (d p 10"80 μm, geometric equivalent diameter) PM concentration and precipitation displays a significant increase in concentration with decreasing number of precipitation events (dry weather periods).
Umweltgerechte Entwicklung von Verkehr und Infrastruktur - ein verkehrsträgerübergreifender Ansatz
(2016)
Im Expertennetzwerk des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) sind seit 2016 die wissenschaftlichen Fachbehörden und Forschungseinrichtungen der Bundesregierung für den Straßenverkehr, die Binnen- und Seeschifffahrt, den Eisenbahnverkehr, die Luftfahrt und der Deutsche Wetterdienst zusammengeschlossen, um gemeinsam an der Entwicklung sicherer und umweltgerechter Verkehrssysteme zu arbeiten. Für die Zusammenarbeit wurden drei große Bereiche definiert, darunter das Themenfeld "Verkehr und Infrastruktur umweltgerecht gestalten". Hier werden zwischen 2016 und 2019 fünf Forschungsprojekte bearbeitet. Sie sind den Themen (1) Lebensraumvernetzung, (2) Biodiversität und Neobiota, (3) Verkehrslärm sowie (4/5) verkehrs- und infrastrukturbedingte stoffliche Umweltbelastungen gewidmet. Der Beitrag umreisst die mittel- und langfristigen Ziele des Expertennetzwerks im Bereich "Infrastruktur/Umwelt" und die Inhalte und Ziele der fünf Projekte der ersten Etappe der Zusammenarbeit.
Die Verkehrsinfrastruktur ist ein wichtiger Standortfaktor eines Landes. Mit zunehmendem Verkehr ist jedoch eine Reihe negativer Folgen für Mensch und Umwelt verbunden. Daher müssen zukunftsfähige Lösungen entwickelt werden, die unsere Mobilität langfristig sichern, wirtschaftlich tragfähig und sozial ausgewogen sind und gleichzeitig die Umwelt schonen. In den letzten Jahren haben in situ-Messungen im gesamten Bundesgebiet gezeigt, dass einige der europaweit gültigen Grenzwerte, insbesondere an verkehrsnahen Standorten, zum Teil stark überschritten werden. Die Emissionen von Fahrzeugen konnten durch innermotorische Maßnahmen und Abgasnachbehandlung schon deutlich reduziert werden. Dennoch gibt es in Bezug auf die Einhaltung der Grenzwerte bei einigen Schadstoffen weiterhin Handlungsbedarf und es werden Maßnahmen auf dem Gebiet der Verkehrssteuerung diskutiert. Als Eingangsgrößen für solche umweltsensitiven Verkehrssteuerungen bedarf es messtechnisch erhobener Luftschadstoffdaten.
Although many German monitoring sites report declines of NOx concentrations, NO2-concentrations actually stagnate or even increase quite often. Various analyses have identified the altered compositions of nitrogen oxides (NO2/NOx-ratio) emitted by motor vehicles (resulting in an increase of primary NO2-emissions) as well as the chemical environmental conditions (mainly ground level ozone) as the main causes. The chemical conversion of NO to NO2 is often parameterized in dispersion calculations of exhaust emissions. A widely applied conversion model is the so-called Romberg approach from 1996. However, the Romberg approach has to be re-evaluated to accommodate the above-mentioned conditions. This article presents an adjustment to the Romberg approach in accordance with the measured data from 2000 to 2006, taking into consideration substantially higher NO2/NOx-ratios especially for higher NOx-concentrations. Model calculations with OSPM (Operational Street Pollution Model) including its internal chemistry module are able to reproduce very well the trends in the measured annual NO2-concentrations over a 10 year period. The relevant parameters for variations between the years are the NOx-emissions, primary NO2-emissions, ozone concentrations, wind conditions, and background concentrations. A simplified chemistry model based on annual mean NOx- and NO2-concentrations, and background ozone concentrations, as well as primary NO2-emissions is presented as a better method than the updated Romberg approach. This model simulates the annual mean NO2-concentrations much more accurately than the conventional and the updated Romberg approaches.
Luftverunreinigungen durch Partikel tragen zur Trübung der Atmosphäre und somit zu Sichtminderung bei, zeichnen sich aber ebenso durch ihr gesundheitliches Schadenspotenzial aus. Die EU-Richtlinie 1999/30/EG über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft gibt daher seit 01.01.2005 für Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser kleiner 10 Mikrometer (PM10) einen Jahresmittelgrenzwert von 40 Mikrogramm/m3 und einen Tagesmittelgrenzwert von 50 Mikrogramm/m3 vor. Letzterer darf an maximal 35 Tagen pro Jahr überschritten werden. Zu den Partikelquellen, die durch menschliche Aktivitäten hervorgerufen werden, zählen insbesondere industrielle Prozesse wie Verbrennung und mechanische Zerkleinerung, Hausbrand, Landwirtschaft und Verkehr. Partikel können jedoch auch natürliche Ursachen haben wie zum Beispiel Pollen, Pilzsporen, Saharastaub, Vulkanasche oder Seesalzaerosole. Um zu erfahren, wie sich die Schadstoffbelastung durch Partikel an Bundesautobahnen entwickelt, wird durch die Bundesanstalt für Straßenwesen seit mehreren Jahren an zwei Standorten eine kontinuierliche Messwertaufnahme von Partikeln PM10 durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Messungen werden vorgestellt. Um die an den Autobahnstandorten gemessenen Partikelkonzentrationen einordnen zu können, wird ein kurzer Vergleich mit den in zwei Büroräumen aufgezeichneten Innenraumkonzentrationen gegeben. Es zeigt sich, dass die Einhaltung der geforderten Grenzwerte an beiden stark frequentierten BAB-Standorten bisher keine Probleme aufwarf.
Luftqualität an BAB 2007
(2008)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2007 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an der BAB A4 und der BAB A61 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Die Messwerte dienten auch weiteren AP- und FE-Projekten als Datengrundlage. Die aufgenommenen Schadstoffdaten der verkehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stickoxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2007 ausgewertet. Betrachtet man den Verlauf der NO- und NO2-Immissionen der vergangenen 20 Jahre an dem BASt-Messquerschnitt an der A4, zeigt sich für die NO-Komponente auch im Jahr 2007 weiterhin eine stetige Abnahme. Die NO2-Konzentration dagegen nimmt am Mittelstreifen nach einem Abfall in den vergangenen drei Jahren wieder zu, stagniert jedoch an den anderen Messstellen. An den beiden Messquerschnitten der BASt konnte der NO2-Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchV von 40 μg/m-³ an keiner Messstelle eingehalten werden. Auch wenn die Toleranzmarge von 6 μg/m-³ für das Kalenderjahr 2007 mitberücksichtigt wird, konnte diese Anforderung nicht erfüllt werden. Der maximale Stundenmittelwert lag an beiden Messquerschnitten über dem Grenzwert von 200 μg/m-³ (ab 2010) bzw. 230 μg/m-³ (mit Toleranzmarge für das Jahr 2007); lediglich der maximale Stundenmittelwert an der Messstelle in Fahrtrichtung Koblenz (A61) lag unter dem Grenzwert plus Toleranzmarge für 2007. Die Anzahl der Überschreitungen lag an drei Messstellen unter der maximal zulässigen Zahl von 18 pro Kalenderjahr. An der A4 in Fahrtrichtung Olpe konnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden. In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalenderjahr 2007 an der A4 der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 22. BImSchV von 40 μg/m-³ eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert von 50 μg/m-³ wurde an der A4 in beide Richtungen 8 Mal und an der A61 10 bzw. 1 Mal überschritten mit Maximalwerten von 88,5 μg/m-³ (A4) bzw. 91,8 μg/m-³ (A61). Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stundenmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr 2007 an der BAB A4, der BAB A61 und seit Juni 2007 an der BAB A555. Die Anhänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heft beigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Verkehrliche Ereignisse können einen großen Einfluss auf die Stickoxidbelastung nehmen. So erzeugen schon die Schwankungen der Verkehrsmenge im Tagesverlauf durch Berufspendlerverkehr typische Verläufe bei den Stickoxid-Belastungen. Aber auch außergewöhnliche Ereignisse wie Straßenteil- oder -vollsperrungen, Staus und damit einhergehende Änderungen des Verkehrsflusses und der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Arbeitsstellen und in ihrem Zuge geänderte Linienführungen wirken sich zum Teil durch deutliche Zu- bzw. Abnahmen der Stickoxid-Konzentrationen aus. Im Rahmen dieses Projektes wurden Daten der Luftqualitätsmessungen an zwei Standorten der BASt an der A 4 und der A 61 in Bezug auf den Einfluss besonderer verkehrlicher Ereignisse untersucht. Dabei konnten deutliche Effekte in den Stickoxidbelastungen festgestellt werden. So wurden Abnahmen der Luftschadstoffbelastung insbesondere bei Verringerung des Schwerverkehrs festgestellt. Deutliche Zunahmen hingegen wurden beobachtet während Stausituationen und zähflüssigem Verkehr. Das Projekt ist vor dem Hintergrund der Stickoxid-Problematik für die weitere Beobachtung der Entwicklung dieser Luftschadstoffkomponenten in den kommenden Jahren von maßgeblicher Bedeutung. Verkehrsseitig erscheint die sinnvollste Möglichkeit zur Reduzierung von NOx-Luftschadstoffbelastungen die Einführung der Emissionsstandards EURO 5 und EURO 6 zu sein. Jedoch kann eine durch sie hervorgerufene Entlastung erst in vielen Jahren merkbar wirken, wenn sich die Fahrzeugflotte so weit erneuert hat, dass die genannten Standards den Großteil der Fahrzeuge ausmachen. Solange müssen passive Maßnahmen ergriffen werden, die die Luftqualität verbessern helfen. Daher könnten die Ergebnisse der Studie in Bezug auf Stickoxidbelastungen Hinweise auf etwaige Minderungsmöglichkeiten durch Verkehrsverstetigung und Verkehrsverlagerung geben. Jedoch muss bei diesen Betrachtungen immer beachtet werden, dass es durch Verlagerungseffekte an anderen Stellen im Straßennetz zu deutlichen Zunahmen der Verkehrsmenge und damit auch der Luftschadstoffbelastung kommen kann.
Luftschadstoffe an BAB 2006
(2007)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2006 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an der BAB A4 und der BAB A61 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Die Messwerte dienten auch weiteren Projekten als Datengrundlage. Die aufgenommenen Schadstoffdaten der verkehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stickoxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2006 ausgewertet. Betrachtet man den Verlauf der NO- und NO2-Immissionen der vergangenen 20 Jahre an dem BASt-Messquerschnitt an der A4, zeigt sich für die fahrbahnnahen Messstellen in der NO-Komponente nach einem stetigen Abfall in den zurückliegenden Jahren der Messwertaufnahme gegenüber dem Vorjahr eine minimale Zunahme im Jahr 2006. Die NO2-Konzentration dagegen nimmt am Mittelstreifen nach einem steilen Anstieg seit zwei Jahren wieder ab, stagniert jedoch an den anderen Messstellen. An den beiden Messquerschnitten der BASt konnte der Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchV von 40 -µg/m-³ an keiner Messstelle eingehalten werden. Wenn die Toleranzmarge von 8 -µg/m-³ für das Kalenderjahr 2006 mitberücksichtigt wird, wurde diese Anforderung lediglich an einer Messstelle (Richtung Koblenz, A61) erfüllt. Im Gegensatz dazu lag an beiden Messquerschnitten der maximale Stundenmittelwert über dem Grenzwert von 200 -µg/m-³ (ab 2010) beziehungsweise 240 -µg/m-³ (mit Toleranzmarge für das Jahr 2006); die Anzahl der Überschreitungen lag an drei Messstellen unter der maximal zulässigen Zahl von 18 pro Kalenderjahr. An der A4 in Fahrtrichtung Köln konnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden. In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalenderjahr 2006 an der A4 der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 22. BImSchV von 40 -µg/m-³ eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert von 50 -µg/m-³ wurde an der A4 6 beziehungsweise 9 Mal und an der A61 19 beziehungsweise 2 Mal überschritten mit Maximalwerten von 91,0 -µg/m-³ (A4) beziehungsweise 77,7 -µg/m-³ (A61). Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stundenmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr 2006 an der BAB 4 und an der BAB 61. Diese Anhänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heft beigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Luftschadstoffe an BAB 2005
(2006)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2005 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an der BAB A4 und der BAB A61 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A4 einen 2,4 mal so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Die Messwerte dienten auch weiteren Projekten als Datengrundlage. Die aufgenommenen Schadstoffdaten der verkehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stickoxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2005 ausgewertet. In Bezug auf die NO2-Grenzwerte der 22. BImSchV konnten Überschreitungen des Stundenmittelgrenzwertes an beiden Messquerschnitten festgestellt werden, jedoch lagen die Überschreitungshäufigkeiten unter Berücksichtigung der Toleranzmarge für das Kalenderjahr 2005 alle unterhalb der maximal zulässigen Anzahl. Hingegen wurde der NO2-Jahresmittelgrenzwert plus Toleranzmarge für das Jahr 2005 an allen betrachteten Messstellen überschritten. Die seit einigen Jahren beobachtete Stagnation der NO2-Messwerte an BAB deutet darauf hin, dass die ab 2010 geforderten Grenzwerte an diesen Standorten möglicherweise nicht eingehalten werden können. Der Jahresmittelgrenzwert, der seit dem 01.01.2005 für PM10 gefordert wird, wurde im Kalenderjahr 2005 an allen Messstellen eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert hingegen wurde an einigen Tagen überschritten, wobei aber die Überschreitungshäufigkeiten an beiden Standorten nicht über der maximal zulässigen Anzahl von 35 Tagen pro Kalenderjahr lag. Es zeigte sich insbesondere, dass die Konzentrationen aller aufgenommenen Luftschadstoffe von vielen Größen wie Verkehrsstärke, Wochentag, Tageszeit und meteorologischen Parametern abhängen. Die genaue Analyse dieser Zusammenhänge bedarf jedoch einer multivariaten Betrachtung des Problems. Eine solche wird in Bezug auf die Partikel PMX zur Zeit in dem AP-Projekt 05 630 "Einfluss von verkehrlichen und meteorologischen Parametern auf die PMX-Schadstoffbelastung an BAB" durchgeführt, sollte aber vor allem in Hinblick auf die neuen, strengeren Grenzwerte für Stickstoffdioxid NO2 ab dem Jahr 2010 auch für diese Schadstoffkomponente weiter untersucht werden.
Ziel des Projektes war es, die Auswirkungen unterschiedlicher Verkehrsparameter auf die verkehrsbedingte Immissionsbelastung durch Stickoxide und Ozon im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. BImSchV und der neuen 33. BImSchV insbesondere für das Kalenderjahr 2004 zu ermitteln. Es wurden dafür Daten an zwei Messquerschnitten mit unterschiedlich hohen Schwerverkehr-Anteilen am Gesamtverkehr aufgenommen. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu den an der A4 registrierten Werten einen 2,35 mal so hohen Schwerverkehr-Anteil am Gesamtverkehrsaufkommen auf.\r\nBis Mitte 2002 lagen die NO2-Konzentrationen an beiden Messquerschnitten etwa gleich hoch. Jedoch beeinflusste der extreme Sommer des Jahres 2003 die Schadstoffkonzentrationen A61-Messquerschnitts anscheinend stärker als die an den A4-Messstellen aufgenommenen NO2-Konzentrationen. Die Werte an der A61 überstiegen ab dem oben genannten Zeitpunkt bis Mitte 2004 zumeist diejenigen an der A4. Insgesamt lagen die Werte an der A61 im Vergleich zu denen an der A4 für den gesamten betrachteten Zeitraum bei einem Faktor von 0,9 bis 1. Der Vergleich der Ozonbelastung an beiden Messquerschnitten konnte ein ähnliches Verhalten wie bei der NO2-Konzentration aufzeigen. Durchschnittlich lagen die O3-Konzentrationen an der A61 in den Jahren 2002 bis 2004 um einen Faktor von 1,6 über denen an der A4. Die NO2-Jahresmittelwerte liegen an den Messstellen beider Messquerschnitte, die die Anforderungen der 22. BImSchV in Bezug auf Probenahmestellen erfüllen, deutlich über dem ab dem Jahr 2010 einzuhaltenden NO2-Jahresmittelgrenzwert von 40 -µg/m-³. Der ebenfalls ab diesem Zeitpunkt geforderte Stundenmittelgrenzwert von 200 -µg/m-³ konnte insbesondere am Messquerschnitt an der A61 nicht eingehalten werden, wurde aber unter Berücksichtigung der in den jeweiligen Kalenderjahren zusätzlich zu berücksichtigenden Toleranzmargen in keinem der Jahre mehr als die ab 2010 geforderten 18 Mal überschritten. Die Anforderungen an die Anzahl der O3-Zielwertüberschreitungen, die sich ab 2010 aus der 33. BImSchV ergeben, konnten an dem Messquerschnitt an der A61 eingehalten werden. An der A4 wurde der Zielwert zum Gesundheitsschutz an beiden O3-Messstellen mehr als 25 mal überschritten. Mit einer weiteren Senkung der Schadstoffbelastungen an hochfrequentierten Außerortsstraßen können die Anforderungen der 22. und 33. BImSchV ab dem 01.01.2010 in Bezug auf die Jahres- und Stundenmittelwerte des NO2 und der Ziel- und Schwellenwerte des O3 erfüllt werden.\r\n