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Ableitung spezifischer Schadstoff-Emissionsfaktoren fuer Fahrzeugstroeme anhand von Schadstoffmessungen im Heslacher Tunnel

Grundidee der Forschungsarbeit ist es, die nachvollziehbaren und kontrollierbaren Luftstroemungen in einem Tunnel zu nutzen, um aus der Abgasbeladung der Luft die Emissionen von Fahrzeugkollektiven zu bestimmen. Hauptvorteil dieser Vorgehensweise ist, dass diese Schadstoffbilanzierung weitgehend frei von aeusseren Einfluessen (z. B. Windstaerke, Windrichtung, Sonneneinstrahlung, Schadstoffemissionen anderer Quellgruppen) unter kontrollierbaren Randbedingungen durchgefuehrt werden kann. Die Bilanzierung erfolgt fuer die Komponenten Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide, Kohlenwasserstoffe und Partikel (Russ). Der entscheidende Vorteil dieser Messungen besteht darin, dass das Emissionsverhalten unter Bedingungen, wie sie in der Praxis (hier: staedtische Hauptverkehrsstrassen) auftreten, bestimmt wird und die reale Fahrzeugflotte zu Grunde liegt. Der ausgewaehlte 2,3 km lange Tunnel der B 14 in Stuttgart-Heslach diente damit quasi als Grosslabor. Zur Bestimmung des aktuellen Fahrzeugkollektivs und des jeweiligen Verkehrsablaufs wurden ebenfalls umfangreiche Messungen und Erhebungen durchgefuehrt (z. B. Verkehrsstaerke, Verkehrszusammensetzung, Geschwindigkeit, Antriebsart, Hubraum, Leistung, Alter des Kfz). Die so ermittelten spezifischen Abgas-Emissionsfaktoren fuer Kraftfahrzeugstroeme koennen bei Wirkungsanalysen (z. B. Nutzen-Kosten-Untersuchungen von Strassenbauprojekten), bei Emissionskatastern, zur Kalibrierung von Ausbreitungsmodellen, zur Ableitung typischer Tagesganglinien einzelner Schadstoffe und auch zur Anpassung von Tunnellueftungen verwendet werden.

Ueberwachung der Luftverschmutzung aus der Luft

CO2 Mofetten - Überwachung natürlicher CO2 Emissionen unter Verwendung eines Netzwerks aus low-cost Sensoren

Im beantragten Forschungsvorhaben wird der natürliche Austritt von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus Mofetten im Eyachtal zwischen Horb und Rottenburg untersucht. CO2 kann sich in der bodennahen Atmosphäre ansammeln und in entsprechender Konzentration für Mensch und Tier gefährlich werden. Die im Eyachtal austretenden Mengen wurden bislang nicht zuverlässig quantifiziert. Darüber hinaus ist CO2 ein Treibhausgas und steht im Zusammenhang mit dem weltweiten Klimawandel. Ähnliche und auch größere Quellgebiete existieren an verschiedenen Orten der Welt. Der quantitative Einfluss dieser natürlichen geologischen Gasquellen auf den Gashaushalt der Erde ist unbekannt, da auch die Menge des ausströmenden CO2 nicht bekannt ist.Ziel des Vorhabens ist die Überwachung der natürlichen CO2 Austrittsquellen sowie der umgebenden Atmosphäre im Eyachtal. Die Messdaten dienen der Bilanzierung der Austrittsmengen sowie die Ermittlung der horizontalen und vertikalen Flüsse im Versuchsgebiet. Hierbei wird auch die zeitliche Veränderung dieser Austritte erfasst.Zu diesem Zweck soll ein mikro-meteorologisches Messsystem (Eddy-Covariance Station) in Kombination mit einem verteilten Netzwerk aus vielen kostengünstigen CO2 Sensoren installiert werden. Ein solches Netzwerk kann die inhomogene Verteilung der Austritte sowohl zeitlich als auch räumlich erfassen. Die Verwendung von kostengünstigen Sensoren erlaubt den Betrieb einer größeren Anzahl von Sensoren und damit verbunden eine größere räumliche Abdeckung.In den letzten Jahren hat die Arbeitsgruppe Umweltphysik der Universität Tübingen eine neue Methode entwickelt, CO2 mit günstigen Sensoren in Bodennähe zu messen. Ein Nachteil der kostengünstigen Sensoren liegt in der (im Vergleich zu hochwertigen Sensoren) geringeren absoluten Messgenauigkeit. Die EC Station dient daher als Referenz, um die erreichbare Genauigkeit und Langzeitstabilität des Sensornetzes zu bewerten, die günstigen Sensoren zu kalibrieren und den turbulenten Transport des CO2 zumindest an einer Stelle direkt zu messen. Für ein vollständiges Netzwerk müssen die CO2 Sensoren noch mit geeigneten Feuchte- und Temperatursensoren ergänzt werden. Die entsprechende Hardware muss beschafft und schrittweise aufgebaut werden.Im Projekt soll ein Netzwerk aus z.B. 64 Sensoren aufgebaut werden, das die räumliche und zeitliche Verteilung des CO2 im Untersuchungsgebiet experimentell bestimmt. Die Beschaffung der Geräte ist bereits von der Alfred-Teufel Stiftung finanziert. Die Messungen werden über eine Datenbank mit Internet Schnittstelle auch der wissenschaftlichen Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt.Das Vorhaben gliedert sich in zwei Projektphasen von je drei Jahren Dauer, beantragt wird die erste Phase. In der 2. Phase ist die numerische Simulation der CO2 Ausbreitung und die Übertragung der Methode auf andere Regionen vorgesehen.

Analyse und Ueberwachung von Radionukliden und toxischen Elementspuren in der Umwelt

Entwicklung, Verbesserung, Anpassung und Erprobung von Verfahren zur Bestimmung von Alphastrahlern und anderen Radionukliden in Luft, Wasser, Bewuchs, Boden und Nahrungsmitteln. Ueberwachung von Alpha-Strahlern, insbesondere Transuranen, in Abluft, Primaer- und Abwasser kerntechnischer Anlagen (mit BGA). Messung des natuerlichen Untergrundes einzelner Radionuklide in Luftstaub und Niederschlag (teilweise mit Usaec). Ausscheidungsanalyse von Radionukliden bei Stoffwechseluntersuchungen an Kleinkindern (mit Kinderklinik der Uni Muenchen). Ueberwachung von Elementspuren in Luftstaub durch Atomabsorptions-, Aktivierungs- und Elektroanalyse sowie Ir-Spektroskopie. Bestimmung von Nullpegel- und Intoxikationsgehalten an Pb und cd in Schlachtrindern zur Festlegung von Toleranzwerten (mit Institut fuer Nahrungsmittelkunde der Uni Muenchen) sowie in Zaehnen (mit Zahnklinik der Uni Muenchen). Ueberwachung von PO-210 in verschiedenen Nahrungsmitteln. Abgabe toxischer Elemente aus Gebrauchsgeschirr.

Study on the Monitoring and Measurement of Greenhouse Gas Emissions at Plant Level in the Context of the Kioto Mechanisms

Gewinnung, Aufbereitung und Einsatz von Pflanzenoel zu Biodiesel, Gewinnung, Aufbereitung und Einsatz von Pflanzenoel

In Fortsetzung des diesbezueglichen Vorhabens wurden ein Motoren- und ein Heizungspruefstand installiert, eine umfangreiche Messtechnik zur Erfassung saemtlicher limitierter Schadstoffe im Abgas sowie einige Pruefmotoren fuer verschiedene Kraftstoffe beschafft. Die Automatisierung von Pruefprogrammen nach internationalen Standards ist in Arbeit. Inzwischen wurden auch Altoele/Altfette in die Untersuchungen einbezogen. Ziel ist eine kleintechnische Aufbereitungstechnik fuer dezentrale Anwendung. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde auch das Potential der technischen Nutzung pflanzlicher Oele in Indonesien eingehend untersucht. Seit Mai 97 wird eine Kleinflotte von Fahrzeugen der Telekom mit im Fachgebiet hergestellten Altfettmethylester betrieben.

Ermittlung von Kohlenwasserstoffemissionen aus Schwimmdachtanks/Fortschreibung - Messungen nach 5 Jahren Betriebszeit -

Im Zuge des Genehmigungsverfahrens für das MERO-Tanklager in Vohburg wurde festgelegt, zusätzlich zu den Emissionsberechnungen Emissionsmessungen (Gesamtkohlenwasserstoffe, Benzol) an einem der vier Schwimmdachtanks nach Inbetriebnahme und nach etwa fünf Jahren Betriebszeit durchzuführen. Die Emissionsmessungen und Emissionsberechnungen nach Inbetriebnahme wurden 1996 durchgeführt und im DGMK-Forschungsbericht 515 'Ermittlung der Kohlenwasserstoffemissionen aus Schwimmdachtanks' veröffentlicht. Im September 2001 fanden die Wiederholungsmessungen nach 5 Jahren Betriebszeit statt. Im Vergleich zu den 1996 ermittelten geringen Kohlenwasserstoffgehalten in der den Tank an - und vom Tank wegströmenden Luft wurden in 2001 wiederum nur Gehalte um die Messgerätenachweisgrenze oder geringfügig erhöht (1 ppm) gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei gut gewarteten Schwimmdach-Randabdichtungen sich das Emissionsverhalten im Laufe der Betriebszeit nicht verschlechtert hat. Die messtechnisch ermittelten Emissionen liegen im Bereich der nach der VDI-Richtlinie 3479 errechneten Werte.

Transformation von partikelförmigen Kraftfahrzeugemissionen und deren Vorläufern im Nahfeld der Quelle

Es soll die Verdünnung des Abgases von Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr und besonders die dabei erfolgende Transformation der Aerosolpartikel unter atmosphärischen Bedingungen untersucht werden. Um dieses Ziel zu realisieren, wird ein Kofferanhänger mit den notwendigen Messgeräten ausgestattet und von den zu untersuchenden Fahrzeugen gezogen. Der Aerosoleinlass an diesem Anhänger wird variabel angebracht sein, um Messungen in verschiedenen Abständen vom Auspuffrohr zu ermöglichen. Ziel ist es, gemessene Unterschiede zwischen Immissions- und Emissionsmessungen zu quantifizieren und damit beobachtete Differenzen zwischen Messungen am Motorprüfstand und solchen an einem Standort an der Straße soweit wie möglich zu erklären. Weiterhin soll der Einfluss der äußeren Bedingungen, wie meteorologische Parameter (Temperatur, relative Feuchte, etc.) und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges quantifiziert werden. Ein wichtiger Bestandteil ist dabei auch die Charakterisierung der Mischungs- und Verdünnungsprozesse zwischen Auspuff und Probennahme. Diese soll mit zeitlich hochaufgelösten Messungen von Temperatur, Geschwindigkeit und Feuchte der Luft realisiert werden. Zusätzlich zu diesen experimentellen Arbeiten soll, wenn sinnvoll, im weiteren Verlauf des Projektes die Transformation der Partikel mit einem Modell simuliert werden.

Photochemie von wichtigen reaktiven Stickstoffverbindungen in der Mesosphäre/unteren Thermosphäre und Stratosphäre

Starkes Nachtleuchten tritt in der oberen Mesosphäre und der unteren Thermosphäre (MUT) der oberen Erdatmosphäre auf und enthält eine Emissionsschicht, die von angeregtem Stickstoffdioxid (NO2) hervorgerufen wird. Anregungsmechanismen, die zum angeregten Stickstoffdioxid in der MUT und Stratosphäre beitragen, stehen im Mittelpunkt dieses Projekts, da sie nicht gut verstanden sind. Stickstoffdioxid ist auch in der Stratosphäre wichtig, da es zum Ozonabbau beiträgt. Die Photochemie von reaktiven Stickstoffverbindungen (N, NO, NO2) wird in der MUT und der Stratosphäre auf der Grundlage der jetzt verfügbaren globalen Emissionsmessungen analysiert. Für diese Aufgabe wird das MAC-Modell (Multiple Airglow Chemie) erweitert, um Reaktionen mit reaktiven Sauerstoff- und Wasserstoffverbindungen (O(3P), O(1D), O3 und H, OH, HO2) zu berücksichtigen. Berechnungen mittels der aktuellen MAC Version ermöglichen die Berücksichtigung von reaktiven Sauerstoff- und Wasserstoff-verbindungen. Diese Berechnungen wurden auf der Grundlage von in situ Raketenmessungen in der MUT validiert. In Anbetracht früherer Studien zur Untersuchung der Stickstoffdioxid-emissionen wird die Berechnung der Konzentrationen der wichtigsten Repräsentanten von reaktiven Sauerstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffverbindungen in der Stratosphäre unter Verwendung der erweiterten Version des MAC-Modells auf der Grundlage neuer Messungen durchgeführt. Reaktionen, die in der erweiterten Version des MAC-Modells berücksichtigt werden, können in ein photochemisches Modul eines GCM (general circulation model) übernommen werden.

Mesoskaliges Netzwerk zur Überwachung von Treibhausgas- und Schadstoffemissionen

Aktuelle wissenschaftliche Studien legen nahe, dass die aktuelle Erderwärmung durch Treibhausgasemissionen hervorgerufen wird, die vom Menschen verursacht sind. Um gegen diese Entwicklung geeignete Maßnahmen ergreifen zu können bzw. um zu überprüfen, ob solche Maßnahmen von Erfolg gekrönt sind, ist es notwendig, die Schadstoffkonzentrationen inklusive der zugehörigen Emissionsquellen genau zu kennen. Diese Informationen sind bisher jedoch sehr lückenhaft und beruhen auf sogenannten 'bottom-up' Berechnungen. Da diese Kalkulationen nicht auf direkten Messungen beruhen, weisen sie große Ungenauigkeiten auf und sind außerdem nicht in der Lage, bisher unbekannte Emissionsquellen zu identifizieren. In dem hier vorgestellten Projekt soll ein mesoskaliges Netzwerk für die Überwachung von Luftschadstoffen wie CO2, CH4, CO, NO2 und O3 aufgebaut werden, das auf dem neuartigen Konzept der differentiellen Säulenmessung beruht. Bei diesem Ansatz wird die Differenz zwischen den Luftsäulen luv- und leewärts einer Stadt gebildet. Diese Differenz ist proportional zu den emittierten Schadstoffen und somit eine Maßzahl für die Emissionen, welche in der Stadt generiert werden.Mithilfe dieser Methode wird es in Zukunft möglich sein, städtische Emissionen über lange Zeiträume hinweg zu überwachen. Damit können neue Informationen über die Generierung und Umverteilung von Luftschadstoffen gewonnen werden. Wir werden u.a. folgende zentrale Fragen beantworten: Wie verhält sich der tatsächliche Trend der CO2, CH4 und NO2 Emissionen in München über mehrere Jahre? Wo sind die Emissions-Hotspots? Wie akkurat sind die bisherigen 'bottom-up' Abschätzungen? Wie effektiv sind die Maßnahmen zur Emissionsreduzierung tatsächlich? Sind vor allem für Methan weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen notwendig? Zu diesem Zweck werden wir ein vollautomatisiertes Messnetzwerk aufbauen und passende Methoden zur Modellierung entwickeln, welche u.a. auf STILT (Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport) und CFD (Computational Fluid Dynamics) basieren. Mithilfe der Modellierungsresultate werden wir eine Strategie entwerfen, wie städtische Netzwerke zur Überwachung von Luftschadstoffen aufgebaut werden müssen, um repräsentative Ergebnisse zu erhalten. Außerdem können mit den so gewonnenen städtischen Emissionszahlen z.B. dem Stadtreferat, den Stadtwerken München oder der Bayerischen Staatsregierung Möglichkeiten zur Beurteilung der Effektivität der angewandten Klimaschutzmaßnahmen an die Hand gegeben werden. Das hier vorgestellte Messnetzwerk dient somit als Prototyp, um die grundlegenden Fragen zum Aufbau eines solchen Sensornetzwerks zu klären, damit objektive Aussagen zu städtischen Emissionen möglich werden. Dieses Projekt ist weltweit einmalig und wird zukunftsweisende Ergebnisse liefern.

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