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Empfehlung für Stickstoffoxid-Messungen bei Abgasuntersuchungen

<p> <p>Die Abgasnachbehandlungstechnik von modernen Pkws wird bei der Abgasuntersuchung (AU) unzureichend geprüft. Das ist ein Grund, warum die Luftbelastung durch Stickstoffoxide (NOx) hoch bleibt. Im Rahmen eines UBA-Projekts wurden zwei praxisnahe NOx-Messverfahren für die AU verifiziert und ein Revisionsvorschlag für die Richtlinie zur regelmäßigen technischen Überwachung von Kfz vorgelegt.</p> </p><p>Die Abgasnachbehandlungstechnik von modernen Pkws wird bei der Abgasuntersuchung (AU) unzureichend geprüft. Das ist ein Grund, warum die Luftbelastung durch Stickstoffoxide (NOx) hoch bleibt. Im Rahmen eines UBA-Projekts wurden zwei praxisnahe NOx-Messverfahren für die AU verifiziert und ein Revisionsvorschlag für die Richtlinie zur regelmäßigen technischen Überwachung von Kfz vorgelegt.</p><p> <p>Die periodische Abgasuntersuchung (AU) von Kraftfahrzeugen (Kfz) soll unter anderem sicherstellen, dass die Fahrzeuge die gesetzlichen Grenzwerte für Schadstoffemissionen einhalten. Bisher werden hier jedoch nur die Abgase Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Partikel gemessen. Die für die Umwelt und Gesundheit schädlichen Stickstoffdioxid (NO2) und Stickstoffmonoxid (NO) – zusammengefasst sogenannte NOx-Emissionen – werden bei den derzeit eingesetzten Abgasuntersuchungsmethoden noch nicht überprüft.</p> <p>Im vom <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/uba">UBA</a> beauftragten Forschungsvorhaben "Fortentwicklung der Abgasuntersuchung" wurden hierzu bereits im Jahr 2020 zwei Messverfahren zu dem Zweck entwickelt, das Fahrzeug durch eine gewisse Anzahl von Aufwärm-Zyklen in einer kurzen Zeit so zu konditionieren, dass die Überprüfbarkeit der NOx-Systeme ab der erforderlichen Temperatur von mindestens 180 °C möglich wird: das ASM 20 (Acceleration Simulation Mode, max. Geschwindigkeit 20 km/h)-Verfahren und die Kurzfahrt mit Beschleunigung auf 20 km/h. Das Ziel und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/111301">Ergebnis des nun abgeschlossenen Forschungsvorhabens</a> ist der Nachweis, dass diese dynamischen NOx-Messverfahren statistisch validiert sind und in der Praxis bei den Kfz-Prüfstellen im Rahmen der AU angewendet werden können.</p> <p>Um das Abgasnachbehandlungssystem zuverlässig und unter standardisierten Messbedingungen überprüfen zu können, stand vor allem eine realistische und für die Werkstätten umsetzbare Fahrzeugkonditionierung im Vordergrund, die eine Messtemperatur von mindestens 180 °C im Abgasstrang gewährleistet. Dabei wurde die wissenschaftliche Validität der dynamischen Messverfahren an 33 Fahrzeugen (Pkw und leichte Nutzfahrzeuge; M1/N1) nachgewiesen und bestätigt, dass die beiden Konditionierungsmethoden grundsätzlich geeignet sind, die Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems nachzuweisen.</p> <p>Im Vorhaben wurde daraus ein Revisionsvorschlag für die <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=CELEX:32014L0045">Richtlinie 2014/45/EU</a> über die regelmäßige technische Überwachung von Kraftfahrzeugen abgeleitet. Gemäß Erwägungsgrund 9 der Richtlinie besteht die Notwendigkeit neuer Prüfmethoden zur genauen Messung von NOx-Emissionen aufgrund von unzureichenden Verbesserungen der Luftqualität trotz verschärfter Emissionsnormen. Die konkrete Empfehlung zu umfassenderen Prüfzyklen liegt hiermit vor und dient als Arbeitsgrundlage für die europäische Kommission.</p> </p><p>Informationen für...</p>

Geräte zur Stickoxidmessung

Eine Übersicht, aus der hervor geht, welche der aktuell betriebenen Geräte an den Messstationen der Stadt seit wann zur Messung von NO, NOx und NO2 eingesetzt werden. Falls möglich, würde ich mich über eine Aufstellung in der folgenden Form freuen: 1. Gerätehersteller 2. Typenbezeichnung 3. Typennummer 4. Standort 5. Betriebsaufnahme

Messungen von Stickoxiden

Wenn das Ministerium mit im Kieler Stadtgebiet zusätzlich zu den Messtationen, die veröffentlicht würden Stickoxide mit Passivsammlern sammelt, würde ich gerne die Daten in elektronischer Form veröffentlicht sehen, falls diese noch nicht veröffentlicht wurden. Gibt es zentrale Erkenntnisse aus den Messungen, die Sie zusammenfassen können?

Fortentwicklung der Abgasuntersuchung

Die periodische Abgasuntersuchung (AU) leistet einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Luftqualität. Durch die AU können hoch emittierende Fahrzeuge detektiert und eine Reparatur bzw. Stilllegung angeordnet werden. Aufgrund neuartiger Abgasreinigungssysteme muss die AU allerdings an den aktuellen Stand der Technik angepasst werden, um ihre Qualität und Aussagekraft zu optimieren. In diesem Bericht wird untersucht, welche Messverfahren geeignet sind, um defekte und/oder manipulierte stickstoffoxidemissionsmindernde Bauteile und Systeme im Rahmen einer AU an Dieselfahrzeugen erkennen zu können. Stickstoffoxide (NOx) entstehen im Dieselmotor insbesondere unter Last. Daher können NOx-mindernde Systeme am aussagekräftigsten unter Aufbringung einer externen Last überprüft werden. Es werden die beiden Messmethoden Rollenprüfstand und Straßenfahrt näher untersucht. Für eine transparente und reproduzierbare NOx-Messung ist die Einhaltung von Umgebungsparametern wie z.B. einer definierten Temperatur der Abgasnachbehandlungssysteme elementar. Eine sichere Aussage über die Funktion dieser Systeme ist nur möglich, wenn diese bei der Prüfung in Ihrem Arbeitsbereich betrieben werden. Um diese Parameter zu überprüfen ist ein Zugang zu erweiterten OBD-Informationen erforderlich. Es wird eine Nutzen-Kosten-Analyse (NKA) zur ökonomischen Bewertung einer AU mit neuem Messverfahren durchgeführt. Auch wenn verschiedene Parameter aufgrund noch nicht vorhandener Daten abgeschätzt werden mussten, spricht das Ergebnis der NKA ökonomisch für die Einführung eines neuen Messverfahrens im Rahmen der AU. Quelle: Forschungsbericht

Teilvorhaben 2: Treibhausgasmessungen, Teilvorhaben 5: Durchführung von Routinemessungen von reaktiven Stickstoff mit dem IAGOS-CARIBIC-Container

Ziel des Projektes ist die Fortsetzung von Qualitäts-Routinemessungen von reaktiven Stickstoffverbindungen im Rahmen von CARIBIC als Teil der IAGOS-Infrastruktur. Die Messungen beinhalten NOx und NOy (Summe der reaktiven Stickstoffverbindungen). Dazu gehören die regelmäßige Qualitätssicherung der Messungen und der fortlaufende Erhalt der Messinstrumente. Eine Reduzierung von Gewicht und Platzbedarf des Instrumentes wird geplant, vorbereitet und soll in den kommenden Jahren umgesetzt werden. Damit soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Unterbringung neuer Instrumente im CARIBIC-Container zu erleichtern. Die Daten werden qualitätsgeprüft und dienen unter anderem zur Erstellung einer Stickoxidklimatologie für die Tropopausen Region. Innerhalb von IAGOS-D werden die Messungen von NOx und NOy fortgesetzt. Die Qualität der Messungen wird durch Kalibrierungen und Wartung des Instruments aufrechterhalten. Die Messungen werden qualitätsgesichert ausgewertet und die Daten werden zur Verfügung gestellt. Eine Optimierung des NOxy-Instrumentes bezüglich Gewicht und Größe wird vorbereitet und durchgeführt.

Immissionsmessungen

Als Betreiber des Luftmessnetzes in Baden-Württemberg verfügen wir über langjährige Erfahrungen bei der Probenahme und Analyse von Luftschadstoffen. Der Einsatz von Äquivalenz- und Basisverfahren zur Bestimmung von PM10, PM2.5, Schwermetallen, Ruß, PAK, Dioxinen, Staubinhaltsstoffen und leicht-flüchtigen aromatischen Kohlenwasserstoffen (wie z. B. Benzol) ist selbstverständlich. Daneben bieten wir Ihnen aber auch flexible und preiswerte Messungen von Stickoxiden, Ammoniak und weiteren Schadgasen in Außenluft und Innenräumen mittels Passivsammlern an. Hier finden Sie die Verfahrensliste der nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierten Verfahren (pdf; 7,9 MB).

Luft/Luftqualität/Luftmessnetz: Messtechnik

<p>Die Messung der&nbsp;<a href="https://www.hlnug.de/themen/luft/luftqualitaet/luftschadstoffe">Luftschadstoffe</a>&nbsp;im kontinuierlichen Verfahren erfolgt in den Messstationen mit automatisierten Analysatoren. Die Messplatzanforderung für diese Geräte macht es in der Regel erforderlich, eine Luftmessstation als begehbaren thermostatisierten Laborraum auszulegen. Zusätzlich werden meteorologische Größen gemessen, um die für die Entstehung und die Ausbreitung von Luftverunreinigungen bedeutsamen meteorologischen Bedingungen beurteilen zu können.</p><p>Allgemeine Informationen über die Messung von Luftschadstoffen und das Luftmessnetz haben wir <a href="https://www.hlnug.de/themen/luft/luftqualitaet/luftmessnetz">hier</a> für Sie zusammengefasst.</p><p>Hier erläutern wir die im hessischen Luftmessnetz verwendeten Verfahren zur Messung der Luftschadstoffe sowie der meteorologischen Größen.</p><p> © HLNUG </p><p> © HLNUG </p><p> © HLNUG </p><p>Messprinzip: Chemilumineszenz</p><p>Gerätetyp: APNA 370</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Zur Messung von Stickoxiden wird das <strong>Chemilumineszenz</strong>-Verfahren herangezogen. Chemilumineszenz bezeichnet die Emission von Licht bei einer chemischen Reaktion.</p><p>Zur Bestimmung des Gehalts an <strong>Stickstoffmonoxid (NO)</strong> wird die Luft in eine Reaktionskammer geleitet, in der sie mit Ozon im Überschuss gemischt wird. Bei der Reaktion des NO mit dem Ozon entsteht ein angeregtes NO2-Molekül, welches beim Übergang in seinen Grundzustand messbare Lichtenergie abgibt (Chemilumineszenz). Diese Strahlung wird detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Sie ist proportional zur NO-Konzentration.</p><p>Auch <strong>Stickstoffdioxid (NO2)</strong> kann mit diesem Verfahren ermittelt werden. Das NO2 muss dazu vor der Chemilumineszenz-Reaktion zu NO reduziert werden. Dies geschieht in einem Konverter durch Reduktion an geeigneten heißen Metalloberflächen. Die Anordnung und Steuerung der Magnetventile im Gerät gewährleistet die erforderliche parallele Messung der Gesamtstickstoffoxid-Konzentration (NOx = NO + NO2) und der NO-Konzentration. Durch Subtraktion wird daraus die NO2-Konzentration ermittelt.</p><p>Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als <strong>Referenzmethode</strong> zur Messung von Stickstoffdioxid und Stickstoffoxiden. Sie ist in der<strong> DIN EN 14211:2012</strong> „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid mit Chemilumineszenz“ beschrieben.</p><p>Das HLNUG verwendet den Gerätetyp <strong>APNA-370</strong> der Firma <strong>Horiba</strong>.</p><p>Messprinzip: Adsorption von NO2-Molekülen an ein Medium (Triethanolamin). Anschließend quantitativ-chemische Laboranalyse.</p><p>Gerätetyp: Palmes tube</p><p>Hersteller: Passam</p><p>Passivsammler stellen im Vergleich zu den in der Messstation betriebenen Analysatoren eine kostengünstige und flexible Alternative zur Messung von Stickstoffdioxid dar. Sie benötigen keinen Stromanschluss, sind klein und können lediglich in einem Wetterschutzgehäuse beispielsweise an Laternenmasten angebracht werden.</p><p>Das Messprinzip der Passivsammler unterscheidet sich vom Messprinzip der Analysatoren. Ein Passivsammler besteht aus einem Polypropylen Röhrchen, das ein Adsorbens (Triethanolamin) enthält. Die NO2-Moleküle in der Luft diffundieren in das Röhrchen und werden vom Triethanolamin adsorbiert. Im Gegensatz zu einer Absorption findet bei einer <strong>Adsorption </strong>nur eine <strong>Anhaftung der Moleküle an der Oberfläche des Adsorbens&nbsp;</strong>statt. Die Moleküle werden also nicht vollständig von dieser Substanz aufgenommen und können somit einfacher wieder desorbiert werden.</p><p>Nach einer Probenahmezeit (i.d.R. ein Monat) wird das adsorbierte Material als Nitrit im Labor<strong> aus dem Röhrchen extrahiert </strong>und seine Masse photo-spektrometrisch über das Saltzman-Verfahren bestimmt. Unter Kenntnis der Probenahmezeit und der Aufnahmerate des Sammlers wird daraus die mittlere NO2-Konzentration über diese Probenahmezeit berechnet.</p><p>Die Aufnahmerate des Sammlers entspricht dabei der Rate, mit der der Sammler das NO2 aus der Atmosphäre aufnimmt. Sie wird in Hessen jedes Jahr neu kalibriert, indem die Passivsammlerwerte mit dem <strong>Referenzmessverfahren</strong> verglichen werden. Durch die Kalibrierung der Aufnahmerate, wird das Passivsammlerverfahren an das Referenzmessverfahren angepasst. Die Messwerte der Passivsammler und die Werte der Analysatoren in den Messstationen sind somit als gleichwertig zu betrachten.</p><p>Für die Kalibrierung der Aufnahmerate wird an einigen Messstationen in Hessen die NO2-Konzentration parallel mit einem Passivsammler und dem Referenzmessverfahren, also dem in der Station betriebenen Analysator, gemessen. Die aus diesem Vergleich bestimmte mittlere Aufnahmerate wird für alle in Hessen betriebenen Passivsammler verwendet.</p><p>Während des laufenden Kalenderjahres erfolgt monatsweise eine Anpassung an das Referenzverfahren aller bis dahin ermittelten Messergebnisse für das Jahr. Nach Abschluss des Kalenderjahres erfolgt eine abschließenden Kalibrierung und Endprüfung der Werte mit einer neu bestimmten Aufnahmerate. Mit der neu bestimmten Aufnahmerate erfolgt eine Neuberechnung der Analysenergebnisse des gesamten Jahres. Aus den ursprünglich bestimmten Nitritwerten wird dann die NO2-Konzentration auf Grundlage des Fick’schen Diffusionsgesetzes neu berechnet und der Jahresmittelwert gebildet.</p><p>Durch diesen Schritt ist eine viel präzisere Übereinstimmung mit den Messwerten der Analysatoren möglich. Die Abweichung zwischen Passivsammlern und Analysatoren beträgt ohne Angleichung im Mittel ca. 6 Prozent und mit der Angleichung im Mittel ca. 2 Prozent.</p><p>Die Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid mittels Passivsammler erfolgt im HLNUG entsprechend der <strong>DIN EN 16339</strong>. Die Analyse der Passivsammler ist dabei fremdvergeben.</p><p>Messprinzip:&nbsp; UV-Absorption</p><p>Gerätetyp: APOA 370</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Zur Messung der Ozon-Konzentration wird das Verfahren der <strong>UV-Absorption</strong> herangezogen, d.h., die Abschwächung von ultraviolettem Licht (UV-Strahlung) durch den Luftschadstoff O3. Es handelt sich um ein Absorptionsmessverfahren, das nach dem Lambert-Beer-Gesetz beschrieben wird. Das Messgas wird durch eine Küvette geleitet und mit einer UV-Strahlung im Bereich von 254 nm Wellenlänge durchstrahlt. Die Absorption der UV-Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des Ozons in einem Gemisch von Gasen. Die UV-Strahlung wird von einer Photodiode erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt.</p><p>Bei dem hier verwendeten Messgerät werden zweimal in der Sekunde abwechselnd Messgas und Referenzgas (O3-freie Probe) in die Messküvette eingeleitet. Das Referenzgas wird aus dem vorhandenen Messgas generiert, in dem das Messgas durch einen beheizten „Scrubber“ aus Silberwolle geleitet und das Ozon dabei selektiv entfernt wird. Die O3-Konzentration im Messgas ist proportional zum Verhältnis der absorbierten UV-Strahlung mit und ohne O3-Gas.</p><p>Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als <strong>Referenzmethode</strong> zur Messung von Ozon. Sie ist in der <strong>DIN EN 14625:2012</strong> „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Ozon mit Ultraviolett-Photometrie“ beschrieben.&nbsp;<br>Die Angabe der Ozonkonzentration ab 1.1.2025 erfolgt unter Berücksichtigung des Ozonabsorptionsquerschnitts „CCQM.O3.2019“. Weitere Informationen:<br><a href="https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/luftmessnetz/Aktuelles/Aenderung_Ozonabsorptionsquerschnitt.pdf">Änderungen bei der Ermittlung der Ozonkonzentration (September 2025) PDF</a>.</p><p>Das HLNUG verwendet den Gerätetyp <strong>APOA-370</strong> der Firma Horiba.</p><p>Messprinzip:&nbsp;Gravimetrie</p><p>Gerätetyp: DHA-80</p><p>Hersteller: Digitel</p><p>Gerätetyp: SEQ 47/50</p><p>Hersteller: Leckel</p><p>Messprinzip: Streulichtverfahren</p><p>Gerätetyp: APDA 372</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Zur Bestimmung der Feinstaubkonzentration bzw. PM (eng. particulate matter) in der Außenluft verwendet das HLNUG verschiedene Verfahren.</p><p>Beim gravimetrischen Verfahren wird die Außenluft mit einem bekannten, konstanten Volumenstrom durch einen größenselektiven Probeneinlass geführt. Die betreffende PM-Fraktion (PM10 oder PM2,5)&nbsp;<strong></strong>wird für eine Dauer von 24 Stunden auf einem Filter gesammelt. Die Masse der abgeschiedenen Partikel wird durch Wägung des Filters vor und nach der Sammlung des Staubes bestimmt. Mittels Division dieser Masse durch das Probenahmevolumen wird die Massenkonzentration der PM-Fraktion in Mikrogramm pro Kubikmeter berechnet. Das hier beschriebene Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von PM10 und PM2,5. Sie ist in der DIN EN 12341:2023 „Außenluft – Gravimetrisches Standardmessverfahren für die Bestimmung der PM10 oder PM2,5 Massenkonzentration des Schwebstaubes“ beschrieben.</p><p>Das gravimetrische Verfahren liefert als höchste zeitlich Auflösung Tagesmittelwerte der PM-Konzentration. Außerdem bedeutet die Wägung der Filter einen hohen personellen Aufwand. Zusätzlich zum Referenzmessverfahren betreibt das HLNUG deshalb auch Messgeräte, die die PM-Konzentration automatisiert und in einer höheren zeitlichen Auflösung messen. Diese Messgeräte sind eignungsgeprüft. Eine Gleichwertigkeit der Messdaten dieser Geräte zum Referenzverfahren wird regelmäßig durch Vergleichsmessungen überprüft.</p><p>Bei den automatisiert durchgeführten Messungen wird die Staubkonzentration mit einem Streulichtverfahren ermittelt. Die Außenluft wird über einen Probenahmekopf angesaugt und zum Messsensor geleitet. Aus der Anzahl und der Höhe der Streulichtsignale, die die Partikel in einem bestimmten Luftvolumen erzeugen, wird zunächst die Anzahlgrößenverteilung der Partikel bestimmt. Über eine Annahme zu Form und Dichte der Partikel kann dann die Massenkonzentration in verschiedenen Größenfraktionen berechnet werden. Die PM10- oder PM2.5-Konzentration kann somit gleichzeitig gemessen werden.&nbsp;</p><p><a href="https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/sonstige_berichte/Bericht_HLUG_PM10_Endversion_2010_12_23_.pdf">Bericht zur Überprüfung der Trenngrade zweier PM10-Vorabscheider für 2,3 m3/h mittels Messung mit polydispersem Aerosol PDF</a></p><p><a href="https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/sonstige_berichte/PM2.5_Abscheidecharakteristik_Bericht_IUTA.pdf">Bericht zur Überprüfung des Trenngrades eines PM2,5-Vorabscheiders für 2,3 m3/h mittels Messung mit polydispersem Aerosol PDF</a></p><p>Komponente: <strong>Staubniederschlag</strong></p><p>Messprinzip:&nbsp;Gravimetrie</p><p>Gerätetyp: Bergerhoff (Glas)</p><p>Hersteller: Weck / Lock&amp;Lock</p><p>Messprinzip: Gaschromatograph</p><p>Gerätetyp: GC 866</p><p>Hersteller: Chromatotec</p><p>Messprinzip: IR-Absorption</p><p>Gerätetyp: APMA 370</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Zur Messung der <strong>Kohlenmonoxid</strong>-Konzentration wird das Verfahren der nicht-dispersiven <strong>Infrarot-Spektrometrie</strong> (NDIR) herangezogen, d.h., die Abschwächung von infrarotem Licht (IR- Licht, Wärmestrahlung) durch den Luftschadstoff CO. Es handelt sich um ein Absorptionsmessverfahren, das nach dem Lambert-Beer-Gesetz beschrieben wird. Das Messgas wird durch eine Küvette geleitet und mit einer IR-Strahlung im Bereich von 4,6 μm Wellenlänge durchstrahlt. Die Absorption der IR-Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des CO-Gases in einem Gemisch von Gasen. Die Infrarot-Strahlung wird von einem Membrankondensator erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt.</p><p>Bei dem hier verwendeten Messgerät werden im 1-Sekunden-Takt abwechselnd Referenzgas (Nullgas, ohne CO) und Messgas in die Messküvette eingeleitet. Die CO-Konzentration im Messgas ist proportional zum Verhältnis der absorbierten Infrarot-Strahlung mit und ohne CO-Gas.</p><p>Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als <strong>Referenzmethode</strong> zur Messung von Kohlenmonoxid. Sie ist in der <strong>DIN EN 14626:2012</strong> „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Kohlenmonoxid mit nicht-dispersiver Infrarot-Photometrie“ beschrieben.</p><p>Das HLNUG verwendet den Gerätetyp <strong>APMA-370</strong> der Firma Horiba.</p><p>Messprinzip: Gasfilterkorrelation</p><p>Gerätetyp: TE 41</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Messprinzip: GC-FID</p><p>Gerätetyp: APHA 370</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Messprinzip: Chemilumineszenz</p><p>Gerätetyp: APNA 370 in Verbindung mit einem NH3-Koverter</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Für die Messung von <strong>Ammoniak</strong> (NH3) wird wie bei den Stickoxiden das <strong>Chemilumineszenz</strong>-Verfahren herangezogen. Der Ammoniak-Analysator ist grundsätzlich identisch zum NOx-Analysator APNA370, nur dass hier ein Ammoniak-Konverter verbaut ist. Zusätzlich zur Bestimmung von NO und NO2 wird die NOy-Konzentration, die in erster Näherung aus NO, NO2 und NH3 besteht, bestimmt. Alle Komponenten werden dafür in einem Konverter zu NO reduziert bzw. oxidiert (NH3 -&gt; NO), allerdings bei sehr viel höheren Temperaturen als beim Stickoxidgerät. Das dadurch entstandene NO reagiert mit Ozon in der Reaktionskammer, es entsteht elektromagnetische Strahlung, die detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das proportional zur NO-Konzentration ist. Die Anordnung und Steuerung der Magnetventile im Gerät gewährleistet die erforderliche parallele Messung der NOy-Konzentration (= NO + NO2 + NH3), der NOx-Konzentration (= NO + NO2) und der NO-Konzentration. Durch Subtraktion wird daraus die NH3-Konzentration ermittelt.</p><p>Das HLNUG verwendet den Gerätetyp <strong>APNA-370 in Verbindung mit einem NH3-Koverter</strong> der Firma Horiba.</p><p>Messprinzip: UV-Fluoreszenz&nbsp;</p><p>Gerätetyp: APSA 370</p><p>Hersteller: Horiba</p><p>Zur Messung von <strong>Schwefeldioxid</strong> (SO2) wird das <strong>UV-Fluoreszenz</strong>-Verfahren herangezogen. Die zu messenden Moleküle werden durch UV-Strahlung energetisch angeregt, wodurch die Moleküle Licht abgeben (fluoreszieren). Die Intensität der entstehenden Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des zu messenden Gases in einem Gemisch von Gasen. Die entstehende Strahlung wird von einer Photodiode detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt.</p><p>Zur Anregung der SO2-Moleküle wird eine UV-Strahlungsquelle im Bereich von 200 – 220 nm benötigt. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung ist proportional zur Anzahl der SO2-Moleküle im Gasgemisch.</p><p>Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als <strong>Referenzmethode</strong> zur Messung von Schwefeldioxid. Sie ist in der <strong>DIN EN 14212:2012</strong> „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Schwefeldioxid mit Ultraviolett-Fluoreszenz“ beschrieben.</p><p>Das HLNUG verwendet den <strong>Gerätetyp APSA-370</strong> der Firma Horiba.</p><p>Messprinzip: Haarharfe / Pt 100-Widerstandsthermometer</p><p>Gerätetyp: Hygro-Thermogeber</p><p>Hersteller: Thies</p><p>Ein <strong>Hygro-Thermogeber </strong>dient zur Messung von Luftfeuchte und Temperatur. Dabei sind beide Messelemente, die auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren, in einem Gehäuse verbaut.</p><p>Beim Haarhygrometer wird das Prinzip der Längenausdehnung von Haaren bei zunehmender Luftfeuchtigkeit ausgenutzt. Als Messelement dient eine <strong>Haarharfe</strong>, deren Ausdehnung über ein Hebelwerk umgesetzt und auf einer Skala angezeigt wird.</p><p>Beim <strong>Pt 100-Widerstandthermometer</strong> wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands (Platin) genutzt. Im meteorologischen Messbereich von –50 °C bis 50 °C ist eine weitgehend lineare Temperaturabhängigkeit gegeben. Typischerweise werden Platin-Widerstandsthermometer mit einem Nennwiderstand von <em>R </em>(0 °C) = 100 Ohm (Pt100) eingesetzt. Der Widerstand wird von einem konstanten Strom durchflossen. Die Spannung, die proportional zum Widerstand ist, kann leicht gemessen und in eine Temperatur umgerechnet werden.</p><p>Die hier beschriebenen und vom HLNUG verwendeten Verfahren sind in der <strong>VDI 3786 Blatt 4</strong> (2013): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Luftfeuchte“ sowie in der <strong>VDI 3786 Blatt 3</strong> (2012): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Lufttemperatur“ beschrieben.</p><p>Messprinzip: Ultraschallmessstrecken</p><p>Gerätetyp: Ultrasonic-Anemometer 2D</p><p>Hersteller: Thies</p><p>Das <strong>Ultrasonic-Anemometer</strong> erfasst Windgeschwindigkeit und Windrichtung in zwei räumlichen Dimensionen.</p><p><strong>Ultraschallwellen</strong> werden von der Luft mitgeführt, sodass die Laufzeit von Signalen über eine Messstrecke mit fester Länge von der Luftzirkulation abhängt. Eine Messstrecke wird durch ein Paar von Ultraschallwandlern gebildet, die sowohl als Sender als auch als Empfänger dienen können. Aus der <strong>Differenz der Laufzeiten</strong> für verschiedene Richtungen kann sowohl die Windgeschwindigkeit als auch die Windrichtung bestimmt werden.</p><p>Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der <strong>VDI 3786 Blatt 2</strong> (2018): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Wind“ beschrieben.</p><p>Weitere Hinweise zu Messverfahren und insbesondere zur Belastbarkeit der NO2-Passivsammler finden Sie&nbsp;hier:&nbsp;<a href="https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/sonstige_berichte/Stellungnahme_Beurteilung_der_Luftqualitaet.pdf">Stellungnahme Beurteilung der Luftqualität PDF</a></p><p>Fachbericht des <a href="https://www.lanuv.nrw.de/">LANUV</a> zum <a href="https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/luftqualitaet/LANUV-Fachbericht_128.pdf">PM-Ringversuch auf dem Gelände des HLNUG PDF</a></p><p>Es gibt eine neue Untersuchung zur <a href="https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/sonstige_berichte/PM2.5_Abscheidecharakteristik_Bericht_IUTA.pdf">Abscheidecharakteristik von PM2,5-Vorabscheidern PDF</a>, die die <a href="https://www.hlnug.de/fileadmin/dokumente/luft/sonstige_berichte/Bericht_HLUG_PM10_Endversion_2010_12_23_.pdf">Untersuchung zur Abscheidecharakteristik von PM10-Vorabscheidern PDF</a> von 2010 ergänzt</p>

Schaffung eines biodieselbasierten Kraftstoffs mit geringem NO2-Ausstoss und hoher Oxidationsstabilität

Arbeitshypothese des Projekts war, dass Hydrazide in den Bildungsmechanismus von Stickoxiden während der Verbrennung eingreifen und so Stickoxidemissionen verringern sowie dass Hydrazide einen positiven Einfluss auf die Oxidationsstabilität von Kraftstoffen haben. Krahl et al. (2010) konnten zeigen, dass durch Stearinsäurehydrazid Stickoxidemissionen bei Verwendung von Biodiesel in Brennkammerversuchen (AFIDA-Brennkammer der Firma ASG - Analytik Service Gesellschaft) um bis zu 45 % reduziert werden können. Das Additiv konnte jedoch nur mittels großer Massen an Lösungsvermittlern (2 % (m/m) in Kraftstoffen gelöst werden. Ebenso war in der Folge bei Bär und Krahl (2013) eine Reduktion der Stickoxide in einer AFIDA-Brennkammer festzustellen. Die Hydrazid/Kraftstoff-Kompositionen wurden in der vorliegenden Arbeit so modifiziert, dass die Löslichkeit der Hydrazide ohne Lösungsvermittler möglich ist. Die Stickoxidmessungen mittels der AFIDA-Brennkammer erwiesen sich als schwierig, da während des Projektzeitraums Modifikationen vorgenommen werden mussten, um einen Drift der Messungen zu beseitigen. Die von Bär und Krahl (2013) festgestellten Stickoxidreduktionen konnten nicht reproduziert werden. Durch ein Tensiometer konnte der Einfluss von Hydraziden auf die Oberflächenspannung getestet werden, welche eine maßgebliche Größe für das Einspritzverhalten und die Emissionen von Kraftstoff ist. Es wurde gezeigt, dass die Additivierung mit Hydraziden in Konzentrationen von bis zu 86,87 mmol/kg keinen Einfluss auf die Oberflächenspannung hat, sodass die postulierten Stickoxidreduktionen nicht hierauf zurückzuführen sind. Die an einem Einzylinder-Dieselversuchsmotor (Typ 18 W; Farymann Diesel) durchgeführten Kraftstofftests (Rapsölmethylester - RME) mit Benzoesäurehydrazid, Pivalinsäurehydrazid bzw. Butylhydroxytoluol (BHT) (jeweils 0,1% (m/m)) konnten im Rahmen der Messgenauigkeit keinen Einfluss auf die Stickoxidemissionen belegen. Die Messungen der Oxidationsstabilität zeigten, dass bis auf Maleinsäurehydrazid alle 17 untersuchten Hydrazide in B100 (RME) einen positiven Einfluss im Rancimat- und PetroOxy-Test haben. Zusätzlich konnte ein synergistischer Effekt zwischen natürlichen Antioxidantien und Hydraziden nachgewiesen werden. In Diesel R33 zeigten die Hydrazide ebenfalls einen positiven Einfluss. Insgesamt wurde während des Projektverlaufs die stickoxidreduzierende Wirkung der Hydrazide nicht reproduziert. Die oxidationsstabilisierende Wirkung der Hydrazide konnte für verschiedenste Kraftstoffe und Kraftstoffkombinationen zweifelsfrei dargelegt werden.

Repräsentative, mittelfristige Beobachtungen von Spurengasen und Aerosolen in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (OT/US) mit CARIBIC

In CARIBIC wird ein ziviles Passagierflugzeug auf Langstreckenflügen für regelmäßige Messungen einer Reihe von chemischen Substanzen und physikalischer Parameter in der Atmosphäre eingesetzt. Die operative Phase des CARIBIC Projekts begann im November 1997. Während der Laufzeit von AFO 2000 wird der bewährte automatisch arbeitende Messcontainer mit weiteren Geräten ausgestattet (z.B. für die Messung von Stickoxiden und Wasserdampf), um dann auf intercontinentalen Flügen eingesetzt zu werden ( 300 Flugstunden im Jahr sind geplant). Ein elektronisch getriggerter schneller Luftprobensammler mit 30 Behältern wird konstruiert und eingebaut, sowie verbesserte Ozonsensoren und Aerosoldetektoren. Durch diese bedeutenden Verbesserungs- bzw. Ausbaumaßnahmen wird eine noch umfangreichere Ausbeute an chemischen Messdaten erzielt werden. Insgesamt über 60 Spurengase und Aerosolparameter werden gemessen. Parallel zu dieser Entwicklung wird der Übergang von der z. Zt. Genutzten Boeing 767 auf einen Airbus A340-600 vonstatten gehen, wodurch eine langfristige Laufzeit dieser einzigartigen Vorrichtung gewährleistet wird. Unter Zuhilfenahme der CARIBIC Datenbank werden verschiedene wichtige wissenschaftliche Aufgabenstellungen angegangen werden: (a) Eine bessere quantitative Eingrenzung der Budgets von ungefähr 50 Spurengasen in der oberen Troposphäre/ unteren Stratosphäre (UT/LS), mit besonderem Augenmerk auf die Haupttreibhausgase, wie H2O, CO2, CH4, N2O, O3, halogenierte Kohlenwasserstoffe usw. (b) Umfassende Multitracerdatensätze als Basis für die Modellierer bei der Weiterentwicklung von Parametrisierungen u. a. tropopausendurchdringender Transportvorgänge bereitzustellen. In diesem Zusammenhang eignet sich 14CO aus CARIBIC Messreihen als spezieller Tracer von Luftmassen stratosphärischen Ursprungs. Vergleiche mit Modellresultaten, z.B. FLEXTRAM-FLEXPART werden unternommen. (c) Vergleiche der Messergebnisse mit Satellitenbeobachtungen, insbesondere SCIAMACHY, sind vorgesehen. (d) Die Luftströmungen in der unteren Stratosphäre wird hauptsächlich mit Hilfe von Tracer zu Tracer Korrelationstechniken (z.B. O3mit/gegen CO). (e) Variationen in der CO-Belastung der oberen Troposphäre in mittleren Breiten werden registriert und den Veränderungen am Erdboden zugeordnet. (f) Vertikale Transportereignisse (auf die die kürzerlebigen Spurengase und Aerosolbildung hinweisen), deren Verteilung und auch Veränderungen werden untersucht und zahlenmäßig erfasst. So wird beispielsweise untersucht, inwiefern sich die Prozesse unterscheiden, welche von Konvektionsereignissen über Land und über dem Ozean ausgelöst werden, und zwar durch Vergleich von Partikelbildung und chemischer Luftzusammensetzung.(g) Der elektronisch gesteuerte schnelle Luftprobensammler wird eine präzisere Zuordnung der beteiligten Luftmassen ermöglichen. usw.

Foerderschwerpunkt: Troposphaerenforschung - Leitprojekt 2B - Teilvorhaben: Messungen von Emissionen aus Stadtgebieten und Evaluierung von Emissionsmodellen

Im Rahmen des Verbundvorhabens 'Evaluierung berechneter Emissionsdaten am Beispiel eines Stadtgebietes' werden Emissionen aus einem Stadtgebiet experimentell bestimmt und mit Ergebnissen aus Emissionssimulationen verglichen. Die Emissionen fuer NOx, CO und einzelne fluechtige organische Verbindungen (VOC) werden aus der Flussdivergenz in Luv und Lee einer Stadt sowie mit Hilfe von Tracerversuchen bestimmt. Zusaetzlich werden relative Emissionsraten dieser Schadstoffe ermittelt. Das IFU uebernimmt dabei folgende Aufgaben: a) Messungen von NOx, CO und C2-C8 NMKW sowie meteorologischen Groessen vom Flugzeug aus; b) Messungen von CO, NO, NO2, NOy, C2-C8 NMKW, C2-C5 Carbonylverbindungen, C1-C2 Alkoholen und meteorologischen Groessen vom Messwagen aus; c) Analysen der Luftproben von anderen Probenahmestellen (CO und C2-C8 NMKW in Kanisterproben; C1-C4 Carbonylverbindungen) und d) Datenauswertung. Die aus Messdaten berechneten absoluten und relativen Emissionsraten werden mit den Werten aus Emissionsmodellen verglichen.

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