V09-Schadstoffe Flashcards
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Spezifische Emissionen PKW
(direkte Emissionen / Verkehrsaufwand): Kohlendioxid, Stickstoffoxide,
Feinstaub, NMVOC, Schwefeldioxid
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Spezifische Emissionen PKW
→ Verbesserung der Energieeffizienz & geringer Anstieg der PKW Verkehrsleistung → CO2
Emissionen sind im letzten Jahrzehnt konstant bzw. rückläufig (CO2 ist kein Schadstoff!)
→ Stickstoffoxid NO2 als Folge der Abgasgesetzgebung rückläufig → dennoch größte
Umweltrelevanz bzgl. Wirkungen von Straßenbauvorhaben auf Vegetation/Ökosysteme: Ozon,
Schwermetalle, Stickoxide → ABER: kein Rückgang bei Stickstoffdioxid Immissionen!
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Emission
Schadstofffreisetzung
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Immission
Schadstoffkonzentration, Arten: inerte Schadstoffe (bereits direkt im motorischen Abgas
enthalten, z. B. CO, NOx), durch chem. Umwandlung in Atmosphäre entstehende Schadst. (z. B. NO2)
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Feinstaub
Erfassung & Bewertung verkehrsbedingter Partikel-und Stickstoffoxidimmissionen
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Partikel
Particulate Matter (PM), menschlicher/ natürlicher Ursprung, Klassifikation mit aerodynam. Durchmesser
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Partikelkategorien
Partikelgröße bestimmt Verweildauer &
Länge der Transportwege in Atmosphäre → Abnahme von Dieselpartikelemissionen durch Einsatz
von Partikelfiltern
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Schadwirkung von Feinstaub
Beeinträchtigung der Atemwege (Gefährdung v. a. durch PM2,5,
Anlagerung schädlicher Substanzen an große spezifische Oberflächen, auch geringe Grundbelastungen schädlich, keine untere Wirkungsschwelle), Trübung der Atmosphäre
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Wirkungen von Luftverunreinigungen
• CO (Kohlenmonoxid): Kopfschmerzen, Übelkeit, geringere Aufmerksamkeit, Bewusstlosigkeit
• NOx (Stickoxide): Lungenentzündung, erhöhter Blattabwurf bei Pflanzen, Korrosion bei
Nickel-Zink Legierungen
• SO2 (Schwefeldioxid): Reizung von Haut & Schleimhäuten, Atemwegserkrankungen,
Absterben & Zwergwuchs von Bäumen, beschleunigte Korrosion von Eisen, Stahl & Zink
Schadstoffbelastungen & ihre Wirkungen
Wirkungen von Luftverunreinigungen
→ direkte Schäden an Pflanzen & Tieren, Veränderung von abiotischen Umweltfaktoren nach
Ablagerung, Verdrängung von bestimmten Arten & Lebensgemeinschaften
Aufkommen und Planungsgrenzwerte
Gesamtbelastung durch Luftschadstoffe = Vorbelastung + Zusatzbelastung [µg/m3
]
→ Vorbelastung aus Tabellen & Erfahrungswerten aus RLuS (Richtlinien zur Ermittlung der Luftqualität an Straßen ohne/mit lockerer Randbebauung), Zusatzbelastung aus Berechnungsmodellen
(RLuS, numerische oder analytische Simulation)
Aufkommen und Planungsgrenzwerte
Beurteilung von Luftschadstoffimmissionen
Immissionsgrenzwerte zum Schutz der menschlichen
Gesundheit & Vegetation nach 39. BImSchV → seit 2002: Einhaltung der Grenzwerte einklagbar
Aufkommen und Planungsgrenzwerte
Anforderungen an Luftschadstoffuntersuchungen (Umfang, Inhalttiefe & Methodik einzelfallabh)
• „unerhebliche Fälle“ (bei relativ geringen Emissionen / größeren Distanzen zwischen Straße
& schutzbedürftigen Orten → Abschätzung mit Hilfe von Tabellenwerten ausreichend)
• „einfache Fälle“ (mit Emissions- & Ausbreitungsmodell des RLuS untersucht) → Anwendungsbed.: Verkehrsstärken >5000 Kfz/d, Geschwindigkeiten >50 km/h, Längsneigung bis 6%
• „schwierige Fälle“ (erhebliche Betroffenheit, komplizierte Ausbreitungsbedingungen
→ erfordern aufwändigere Modelle wie numerisch-analytische Modelle
Aufkommen und Planungsgrenzwerte
Ausbreitungs- und Transportmodelle für Luftschadstoffe
- Analytische Modelle: Gauss-Modell, Box Modell
- Numerische Modelle: Lagrange Modell, Euler Modell
- Empirische Modelle: Screening Modelle
Empirische Modelle – Verfahrensgrundlagen
• Emissionsermittlung nach HBEFA (Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs)
→ Emissionsfaktoren pro km/Verkehrsvorgang in Abhängigkeit von Emissionsarten, Fahrzeugkategorien, Bezugsjahren, Schadstoffkomponenten, Verkehrssituationen, Längsneigung
Empirische Modelle – Verfahrensgrundlagen
- Abklingverhalten der inerten Schadstoffe beruhend auf empirischen Untersuchungen
- Zusatzbelastung proportional zu Emissionen & umgekehrt zum Jahres-∅ der Windgeschw.
• Verschiedene Module des Berechnungsverfahrens: Grundmodell (einzelne Straße),
Tunnelmodell (Tunnelportale), Kreuzungsmodell, Abschirmmodell (an Lärmschirmen)
• Immissionsbestimmung – Inerte Schadstoffe:
Numerische Modelle
Einfluss der Mischungsschichthöhe auf die Schadstoffkonzentration
mit Inversionsschicht sammeln
sich Rauch & Abgase wie unter Glocke, da kalte Luft schwerer als warme ist
Numerische Modelle
Atmosphärische Einflüsse
Vertikale Temperaturprofil → Entstehung von Inversionen (stabile Luftschichtung/Stadtgrenzschicht), Windfeld → Strömungsveränderung durch Bebauung (Turbulenzen)
Numerische Modelle
Lagrange‘sches Partikelmodell
Definition
(numerisches Ausbreitungsmodell, worauf in Technischer Anleitung
zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) verwiesen wird) → Modellierung der Trajektorien von punktförmigen Gas-/Aerosolpartikeln, die unabh. vonein. in turbulenter Strömung transportiert werden
Numerische Modelle
Lagrange‘sches Partikelmodell
Vorteile
turbulente Diffusion, massenerhaltend, komplexe Geometrien, physikalische/chemische
Numerische Modelle
Lagrange‘sches Partikelmodell
Eingangsdaten
mittlere Windkomponenten, Windfluktuation & Diffusionskoeffizienten (mit Hilfe
eines meteorologischen Vorschaltmodells), Geländedaten, Hinderniskataster
Numerische Modelle
Lagrange‘sches Partikelmodell
Ergebnis
zeitliche Folge der räumlichen Verteilung der Konzentration
Numerische Modelle
Lagrange‘sches Partikelmodell
Konzept
Simulationspartikel = Stichprobe der Bestandteile der Spurenstoffwolke, bewegen sich in
Zeitschritten der Länge τ
Numerische Modelle
Lagrange‘sches Partikelmodell
Faktoren für Qualität der Ergebnisse
Qualität der Eingabedaten, Unsicherheit in Eingangsdaten (z. B.
Windrichtung), Varianz der turbulenten Windgeschwindigkeitsfluktuationen, Konzept des Modells,
Festlegung auf math. Prozesse → Vereinfachung, Art der numer. Realisierung, Diskretisierungsfehler
Maßnahmen zur Schadstoffreduktion
planerische Maßnahmen
Verminderung der Fahrleistung (kurze Wege, Umweltzone, Durchfahrverbote für LKWs)
Maßnahmen zur Schadstoffreduktion
Beeinflussung des Verkehrsablaufs
Beseitigung von Engpässen, Verkehrsleitsysteme (LKWRoutenkonzept), Optimierung der Lichtsignalsteuerung, alternative Knotenpunktformen (z.B.
Kreisverkehre), Geschwindigkeitsbeschränkungen
Maßnahmen zur Schadstoffreduktion
Maßnahmen im Ausbreitungsbereich
Abstandvergrößerung, Abkapselung der Straße,
seitlicher Bewuchs
