Ermittlung und Analyse der Emissionen und Potenziale zur Minderung primärer anthropogener Feinstäube in Deutschland

Abstract

Aufgrund von neuen Erkenntnissen der Wirkungsforschung seit Mitte der 90er Jahre sind anthropogene Feinstäube wieder verstärkt ein Thema der Luftreinhaltung, nachdem die bisher ergriffenen Maßnahmen zur Minderung der Gefahren und Beeinträchtigungen durch Staubemissionen in den 80er Jahren und der ersten Hälfte der 90er Jahre ausreichend erschienen. Aufgrund dieser Maßnahmen gingen die atmosphärischen Gesamtstaubkonzentrationen in den letzten Jahren und Jahrzehnten stark zurück. Nun werden auch den derzeit in Deutschland gemessenen, im Vergleich zu früher deutlich niedrigeren Staubkonzentrationen in der Außenluft beträchtliche gesundheitliche Wirkungen zugesprochen. Für diese Wirkungen sollen vor allem feine lungengängige Partikel und ihre Bestandteile verantwortlich sein. Um eine wirksame Strategie für weitere Minderungsmaßnahmen entwickeln zu können, sind zunächst die wesentlichen Emissionsquellen dieser Partikel zu identifizieren. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten stehen nun die Feinstaubfraktionen PM10 und PM2,5 im Mittelpunkt, so dass die jeweilige Partikelgrößenverteilung der Emissionen zu betrachten ist und einen großen Einfluss auf die lufthygienische Bewertung einer Quellgruppe hat. Ausgehend von einem detaillierten Quelleninventar können die Wirksamkeit und die Potenziale von technischen Möglichkeiten zur Emissionsminderung quantifiziert und analysiert werden. Die vorliegende Arbeit hatte die Zielsetzung, eine umfassende Datengrundlage für eine solche Analyse zu schaffen. Die Kenntnislücken bei der Quantifizierung von primären anthropogenen Partikelemissionen und der Charakterisierung hinsichtlich Partikelgröße und ausgewählten Inhaltsstoffen konnten durch die Zusammenstellung und Anwendung des derzeitigen Stands des Wissens verkleinert werden. Dadurch konnte eine möglichst vollständige Emissionsdatenbasis für Deutschland für die Partikelfraktionen PM10 und PM2,5 entwickelt und über zeitliche Projektionen ein Trendszenario der zu erwartenden Emissionen im Jahr 2010 erstellt werden. Die Ergebnisse zeigen als relevante Quellen für die Entstehung von Feinstäuben vor allem den Betrieb von Dieselmotoren im Verkehr, die Verfeuerung der festen Brennstoffe Kohle und Holz und einige Prozesse in der Primärindustrie. Eine ausführliche Betrachtung und Bewertung möglicher technischer Optionen und ihrer spezifischen Wirksamkeit zur Minderung von Feinstaubemissionen stellte eine weitere Grundlage der Arbeit dar. Als wirksame technische Maßnahmen, die sich auch für die Minderung der feinen und ultrafeinen Partikel eignen, sind insbesondere Dieselpartikelfilter und Erdgasfahrzeuge im Verkehr und optimierte Filteranlagen, emissionsarme Holzfeuerungen und Brennstoffsubstitutionen bei den stationären Anlagen zu nennen. Ausgehend von diesen Grundlagen wurden die Minderungspotenziale bei relevanten Quellgruppen abgeschätzt und Schlussfolgerungen für eine zukünftige Minderungsstrategie abgeleitet.

Fine particulate matter in ambient air once again became an important issue of clean air policy caused by recent findings from epidemiological studies since the beginning of the 1990s. Technical measures implemented during the 1980s and 1990s appeared to be sufficient to abate health and other effects of particulate matter emissions. Atmospheric particle mass concentrations significantly decreased during the last decades. Now, however, currently measured concentrations that are relatively low in comparison to the former situation in Germany are also associated with considerable health risks. Comprehensive understanding of emission sources is required to be able to develop an effective strategy for a further emission reduction. In contrast to former studies, the particle mass fractions PM10 and PM2.5 are in the focus of interest and the particle size distribution of emissions has an important influence on the assessment of the environmental relevance of source groups. A detailed source inventory is the basis for quantifying and analysing the effectiveness and abatement potential of additional measures in the future. The main objective of the study presented here was the development of an extensive data basis for such an analysis. Knowledge gaps were closed concerning the quantification of primary anthropogenic emissions and their characterisation with regard to particle size and selected component substances. The current state of knowledge was reviewed and applied for the development of an emission data base for PM10 and PM2.5 including all relevant source groups in Germany in the year 2000. Diesel engines, combustion of coal and wood and several processes in primary industries have been found to be the major sources of fine particles in Germany. A trend scenario for future emissions in 2010 was developed using source specific temporal projections. Another essential basis for the study was a detailed analysis of possible technical abatement measures and their effectiveness regarding fine particle emissions. Effective options that are able to reduce emissions of fine as well as ultrafine particles are diesel particulate filters, natural gas engines, improved dust filters for stationary plants, low-emission combustion of wood and the substitution of solid fuels. Finally, future abatement potentials were estimated for major emission sources and recommendations were derived for a future abatement strategy based on the data model developed.