Urban air quality and human health are among the key aspects of future urban planning. In order to address pollutants such as ozone and particulate matter, efforts need to be made to quantify and reduce their concentrations. One important aspect in understanding urban air quality is the influence of urban vegetation which may act as both emitter and sink for trace gases and aerosol particles. In this context, the "Berlin Air quality and Ecosystem Research: Local and long-range Impact of anthropogenic and Natural hydrocarbons 2014" (BAERLIN2014) campaign was conducted between 2 June and 29 August in the metropolitan area of Berlin and Brandenburg, Germany. The predominant goals of the campaign were (1) the characterization of urban gaseous and particulate pollution and its attribution to anthropogenic and natural sources in the region of interest, especially considering the connection between biogenic volatile organic compounds and particulates and ozone; (2) the quantification of the impact of urban vegetation on organic trace gas levels and the presence of oxidants such as ozone; and (3) to explain the local heterogeneity of pollutants by defining the distribution of sources and sinks relevant for the interpretation of model simulations. In order to do so, the campaign included stationary measurements at urban background station and mobile observations carried out from bicycle, van and airborne platforms. This paper provides an overview of the mobile measurements (Mobile BAERLIN2014) and general conclusions drawn from the analysis. Bicycle measurements showed micro-scale variations of temperature and particulate matter, displaying a substantial reduction of mean temperatures and particulate levels in the proximity of vegetated areas compared to typical urban residential area (background) measurements. Van measurements extended the area covered by bicycle observations and included continuous measurements of O3, NOx, CO, CO2 and point-wise measurement of volatile organic compounds (VOCs) at representative sites for traffic- and vegetation-affected sites. The quantification displayed notable horizontal heterogeneity of the short-lived gases and particle number concentrations. For example, baseline concentrations of the traffic-related chemical species CO and NO varied on average by up to ş22.2 and ş63.5 %, respectively, on the scale of 100m around any measurement location. Airborne observations revealed the dominant source of elevated urban particulate number and mass concentrations being local, i.e., not being caused by long-range transport. Surface-based observations related these two parameters predominantly to traffic sources. Vegetated areas lowered the pollutant concentrations substantially with ozone being reduced most by coniferous forests, which is most likely caused by their reactive biogenic VOC emissions. With respect to the overall potential to reduce air pollutant levels, forests were found to result in the largest decrease, followed by parks and facilities for sports and leisure. Surface temperature was generally 0.6-2.1 ˚C lower in vegetated regions, which in turn will have an impact on tropospheric chemical processes. Based on our findings, effective future mitigation activities to provide a more sustainable and healthier urban environment should focus predominantly on reducing fossilfuel emissions from traffic as well as on increasing vegetated areas. © Author(s) 2016.
The chromium (Cr) limit values are currently tightened to 25 (micro)g L-1 (EU), 5 (micro)g L-1 (Germany), and possibly 10 (micro)g L-1 Cr(VI) (California). The combined process of chemical reduction, coagulation, and biotic filtration (RCbF) efficiently removes Cr(VI) in drinking water. In this study, redox-active substances (O2, NO3-, Fe2+, MnO2) were investigated concerning their effect on the RCbF process. The experiments were performed at two-stage pilot waterworks for biological iron and manganese removal. O2 or NO3- as oxidants affected the RCbF process, neither by consumption of the reductant Fe(II) nor by re-oxidation of already formed Cr(III) in the supernatant of the filter bed. However, the oxidation of Cr(III) by O2 to Cr(VI) with MnO2 as a mediator was identified as potential risk for Cr breakthrough. Up to one third of the initial Cr(III) concentration was oxidized to Cr(VI) in the second filter bed within a contact time of only 5 min. The kinetically relevant mechanism seemed to be the formation of Cr(III)Fe(III)-hydroxides and not the reduction of Cr(VI) by Fe(II). Further, the mixing of Cr(VI) containing raw water with Fe(II) containing groundwater was determined as a chemical-free alternative for the RCbF process, depending on the resulting Fe(II) concentration after mixing. © 2023 by the authors
Ausgangslage Zur Beurteilung der verkehrsbedingten Luftverschmutzung stellen die aus dem Kfz-Verkehr stammenden bodennahen Emissionen die wichtigste Einflussgröße dar. Ursachen und Wirkungen werden daher in zwei thematisch eng verwandten Karten dargestellt: Verkehrsbedingte Emissionen (Umweltatlas 03.11.1) und Verkehrsbedingte Luftbelastung (Umweltatlas 03.11.2). Die Beschreibung der Ausgangslage ist für beide Karten identisch, daher wird an dieser Stelle auf das entsprechende Unterkapitel der Karte 03.11.2 verwiesen. Wirkungen Stickoxide sind Säurebildner. Sie sind schädlich für die menschliche Gesundheit, bewirken Schäden an Pflanzen, Bauwerken und Denkmälern und sind wesentlich an der übermäßigen Bildung von bodennahem Ozon und anderen gesundheitsschädlichen Oxidantien während sommerlicher Hitzeperioden beteiligt. Bei Menschen und Tieren führen Stickoxide und insbesondere Stickstoffdioxid zu Reizungen der Schleimhäute im Atemtrakt und können das Infektionsrisiko erhöhen (vgl. Kühling 1986). Auch Zellveränderungen wurden beobachtet (BMUNR 1987). Verschiedene epidemiologische Untersuchungen haben einen Zusammenhang zwischen Verschlechterungen der Lungenfunktion, Atemwegssymptomen und erhöhter Stickstoffdioxidkonzentration gezeigt (vgl. Nowak et al. 1994). Dieselruß ist ein wesentlicher Bestandteil von Feinstaub (PM 10 ) in den Abgasen der Kraftfahrzeuge und birgt zum einen als Trägerstoff für polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) ein Krebsrisiko, gilt aber auch für sich gesehen als mögliche Ursache für Lungen- und Blasenkarzinome (vgl. Kalker 1993). Außerdem stehen ultrafeine Partikel wie Dieselrußpartikel, die kleiner als 0,1 µm sind, im Verdacht, das Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen zu erhöhen. Gesetzliche Regelungen und Grenzwerte Die Beurteilung der Luftbelastung durch den Kraftfahrzeugverkehr ist für die Immissionsschutzbehörden erst ab 1985 konkretisierbar geworden, nachdem die Europäische Gemeinschaft in der “Richtlinie des Rates vom 7. März 1985 über Luftqualitätsnormen für Stickstoffdioxid” (Richtlinie 85/203/EWG) Grenz- und Leitwerte für diesen Schadstoff festgelegt hat, außerdem schrieb sie vor, dass die Konzentration in Straßenschluchten und an Verkehrsbrennpunkten gemessen werden soll. Aufgrund einer Vielzahl neuer Erkenntnisse zu diesem und den anderen Luftschadstoffen entstand die 1996 in Kraft getretene “Richtlinie 96/62/EG über die Beurteilung und Kontrolle der Luftqualität“ (die so genannte “Rahmenrichtlinie”). In dieser Richtlinie wird die Kommission aufgefordert, innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens so genannte “Tochterrichtlinien” vorzulegen, in denen Grenzwerte und Details zu Mess- und Beurteilungsvorschriften für eine vorgegebene Liste von Komponenten festgelegt werden. Inzwischen sind vier Tochterrichtlinien in Kraft getreten: am 19. Juli 1999 die Richtlinie 99/30/EG mit Grenzwerten für Schwefeldioxid, Feinstaub(PM 10 ), Stickstoffdioxid und Blei am 13. Dezember 2000 die Richtlinie 2000/69/EG mit Grenzwerten für Benzol und Kohlenmonoxid am 9. Februar 2002 die Richtlinie 2002/3/EG über bodennahes Ozon zur Anzahl und Höhe der Überschreitung der Grenzwerte am 15. Dezember 2004 die Richtlinie 2004/107/EC mit Grenzwerten für Arsen, Kadmium, Quecksilber, Nickel und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Zur Überführung der ersten beiden Tochterrichtlinien in deutsches Recht blieben jeweils zwei Jahre Zeit, die mit der 7. Novelle zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) vom September 2002, bezüglich der 1. Tochterrichtlinie deutlich überschritten wurde. Die Ozonrichtlinie ist mit der 33. Verordnung zum BImSchG in deutsches Recht übernommen worden. Kernstück der Luftqualitätsrichtlinien sind die Immissionsgrenzwerte, die “innerhalb eines bestimmten Zeitraumes erreicht werden müssen und danach nicht überschritten werden” dürfen. Die einzuhaltenden Schadstoffkonzentrationen und der Zeitpunkt, bis zu dem die Grenzwerte eingehalten werden müssen, sind in den Tochterrichtlinien bzw. in der 22. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz festgelegt. Tabelle 1 zeigt die entsprechenden Werte für die Luftschadstoffe mit dem größten Problempotential für Berlin, PM 2,5 , PM 10 und Stickstoffdioxid. Auf europäischer Ebene regelt die EU-Richtlinie 2008/50 die Beurteilung der Luftqualität anhand festgelegter Grenz- und Zielwerte für alle relevanten Schadstoffe einschließlich der Bestimmung einheitlicher Methoden und Kriterien. Erstmals werden Luftqualitätswerte für die besonders gesundheitsschädlichen kleinen Feinstäube (Durchmesser kleiner als 2,5 Mikrometer; PM2.5) festgesetzt. National dient die 39. BImSchV – Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen – der Umsetzung der EU-Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG. Gleichzeitig wurden die Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft (22. BImSchV) und die Verordnung zur Verminderung von Sommersmog, Versauerung und Nährstoffeinträgen (33. BImSchV) durch die 39. BImSchV aufgehoben. Berlin gilt nach § 11 der 39. BImSchV als Ballungsraum, für den die Luftqualität jährlich beurteilt und gegebenenfalls Maßnahmen zur Einhaltung der Grenzwerte ergriffen werden müssen. Als Plangebiet für die mögliche Aufstellung eines Luftreinhalteplanes wurde das ganze Stadtgebiet festgelegt. Grenzwertüberschreitungen treten im Stadtgebiet überall, insbesondere an Hauptverkehrsstraßen auf. Daher macht eine Beschränkung des Plangebietes auf Teile des Stadtgebietes oder die Aufteilung in mehrere Plangebiete keinen Sinn. Umsetzungsprobleme der Richtlinie 99/33/EG und der 39. BImSchV am Beispiel der PM10-Belastung in der Stadt In der Nähe hoher Schadstoffemissionen, wie z.B. in verkehrsreichen Straßenschluchten, treten auch hohe Immissionskonzentrationen auf. Anders als in den meisten Industriegebieten sind in verkehrsreichen Straßen viele Menschen – ob als Anwohner, Kunden oder Beschäftigte – einer erhöhten Schadstoffbelastung ausgesetzt. Um der Vorgabe der Europäischen Richtlinien nach Einhaltung der Grenzwerte am Ort der höchsten Exposition Rechnung zu tragen, ist eine möglichst lückenlose Quantifizierung der Schadstoffbelastung notwendig. Dazu wurden in Berlin die im letzten Abschnitt beschriebenen Messungen mit Modellrechnungen in allen verkehrsreichen Straßen, in denen Grenzwerte potentiell überschritten werden, ergänzt. Allerdings spielt selbst in einer verkehrsbelasteten Straßenschlucht der Anteil der durch die übrigen Quellen in der Stadt oder durch Ferntransport von Schadstoffen erzeugten Vorbelastung eine wichtige Rolle. Deshalb wurde für die Planung von Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität in Berlin ein System von Modellen angewandt, das über die Ebenen Straßenschlucht städtische und regionale Hintergrundbelastung sowohl den großräumigen Einfluss weit entfernter Quellen als auch den Beitrag aller Emittenten im Stadtgebiet bis hinein in verkehrsreiche Straßenschluchten berechnen kann. Aus den oben genannten Untersuchungen zur Herkunft der Feinstaubbelastung in Berlin entstand das wiedergegebene vereinfachte Schema in Abbildung 1, das die räumliche Verteilung der PM 10 -Konzentration in Berlin und Umgebung verdeutlichen soll. Es existiert ein großräumig verteilter Hintergrundpegel (grüne Fläche), der anhand von Messungen an mehreren ländlichen Stationen in Brandenburg im Jahr 2016 knapp 16 µg/m³ beträgt. Dieser als regionale Hintergrundbelastung bezeichnete Anteil ist, wie die großräumigen Modellergebnisse zeigen, außerhalb der Städte relativ gleichmäßig verteilt. Darauf addiert sich der hausgemachte, durch Berliner Schadstoffquellen verursachte Teil der PM 10 -Belastung. Er lässt sich unterteilen: in den Beitrag, der durch Überlagerung der Emissionen aller Berliner Quellen (Verkehr, Kraftwerke, Industrie, Wohnungsheizung) zustande kommt (blaue Fläche). Zusammen mit dem regionalen Hintergrund entspricht dies der Feinstaubkonzentration, die in innerstädtischen Wohngebieten fernab von Straßenverkehr und Industrie gemessen wird; in den zusätzlichen Beitrag, den lokale Emittenten, wie z.B. der Autoverkehr in der Frankfurter Allee, in der unmittelbaren Umgebung der Quelle verursachen (rote Spitzen). In der Summe zeigt sich für Berlin, dass über die Hälfte der PM10-Belastung an verkehrsnahen Messstellen in der Innenstadt aus dem regionalen Hintergrund und der übrige (hausgemachte) Anteil der Feinstaubbelastung jeweils zur Hälfte durch einen Beitrag des lokalen Verkehrs und die Schadstoffquellen im übrigen Stadtgebiet verursacht wird. Nur dieser Anteil kann durch lokale Maßnahmen in Berlin beeinflusst werden.
Ausgangslage In der Vergangenheit stand die Senkung von Industrie- und Hausbrandemissionen im Zentrum der Luftreinhalteplanung. In diesen Bereichen konnten bedingt durch umfangreiche Sanierungserfolge und Stilllegungen große Minderungen der emittierten Luftschadstoffe erreicht werden. Verbesserungen wurden auch im Verkehrsbereich erzielt. Dessen ungeachtet ist – nicht nur in Berlin – der Verkehr die größte Einzelquelle für die aktuelle und zukünftige Luftschadstoffbelastung und damit das entscheidende Handlungsfeld der Luftreinhalteplanung. Die Raum- und Siedlungsstruktur in Berlin-Brandenburg ist infolge der historischen Entwicklungsbedingungen noch “verkehrssparsam” organisiert. Keine andere Region Deutschlands erreicht auch nur annähernd so günstige Voraussetzungen. Besondere Merkmale in Berlin sind die ausgeprägte polyzentrale Struktur, hohe Nutzungsdichten in der inneren Stadt und in Zentren der äußeren Stadt mit intensiver groß- und kleinräumiger Nutzungsmischung sowie eine im Großstadtvergleich sehr geringe Suburbanisierung; nur 20 % der Bevölkerung wohnen im Umland. Große Teile der peripherie-typischen Stadtstruktur liegen allerdings seit Bildung der Einheitsgemeinde “Groß-Berlin” im Jahre 1920 innerhalb der verwaltungsmäßigen Stadtgrenzen von Berlin. Seit 1990 erleben die Stadt und ihr engerer Verflechtungsraum mit Brandenburg erhebliche Veränderungen ihrer räumlichen Strukturen: Die Verteilungen von Bevölkerung, Betrieben und Arbeitsplätzen, wichtigen Orten des Einkaufs und der Freizeitaktivitäten bildeten sich, insbesondere im Ostteil der Stadt und im Umland neu heraus. Die Veränderungsdynamik hält unter Abschwächung an. Die Stadt Berlin ist seit der Vereinigung mit einer erheblichen Zunahme des Verkehrs konfrontiert. Die Zahl der in Berlin zugelassenen Kraftfahrzeuge nahm von 1989 bis 2002, als mit 1 440 000 ein Höchststand erreicht wurde, um 23 % zu. Seitdem nimmt diese Zahl kontinuierlich ab und beträgt nunmehr 1 291 000 Kraftfahrzeuge (Stand 30.06.2008). Die Fahrleistung auf dem Berliner Straßennetz hat jedoch nicht abgenommen, da die Zahl der Pendler aus dem Berliner Umland und die pro Fahrzeug zurückgelegten Strecken zugenommen haben. Auch in Zukunft ist ein Verkehrswachstum, insbesondere beim belastungsintensiven Straßen-Güterverkehr zu erwarten. Diese weitreichenden Veränderungen sind noch nicht abgeschlossen. Die Zunahme des Verkehrs wird u.a. durch den kontinuierlichen Ausbau des gemeinsamen Lebens- und Wirtschaftsraumes Berlin-Brandenburg bestimmt, durch die Intensivierung der internationalen Wirtschaftsverflechtungen und in Berlin besonders durch die sich weiter verstärkenden Verflechtungen mit Ost-Europa. Beitrag des Kraftfahrzeugverkehrs zu den Luftschadstoffkonzentrationen, Verursacher und Trends In Berlin ist der Kraftfahrzeugverkehr seit einigen Jahren in wesentlichen Problembereichen ein erheblicher Verursacher nicht nur der Lärmimmissionen (siehe auch Karten 07.05.1 und 2 Strategische Lärmkarten Straßenverkehr (Ausgabe 2008)), sondern auch der Luftverschmutzung , insbesondere seit die anderen Verursachergruppen in ihrem Beitrag zur Luftverschmutzung in Berlin wesentlich reduziert wurden. Tabelle 1 fasst die Emissionen aller Berliner Verursachergruppen für die Hauptschadstoffe seit 1989 zusammen. Seit dem Fall der Berliner Mauer im Jahre 1989 sind viele Industriebetriebe saniert oder stillgelegt worden und die Braunkohle als Brennstoff für die Öfen zur Beheizung der Berliner Wohnungen ist durch Heizöl-, Erdgas- oder Fernwärmeheizungen verdrängt worden (vgl. Karte 08.02.1 überwiegende Heizungsarten (Ausgabe 2009, in Vorbereitung)). Während im Jahre 1989 noch der Hausbrand und die Industrie bedeutende Quellgruppen für die Schwefeldioxid- und Feinstaubbelastung waren, sind deren Emissionen stark vermindert worden. Zwischen 2000 und 2005 sind die Gesamtemissionen von Stickoxiden um fast 30 % und beim Feinstaub um über 20 % zurückgegangen. Auch die Feinstaubemissionen aus dem Auspuff der Kraftfahrzeuge sind von 1989 bis 2005 um mehr als 80 % vermindert worden. Dies stimmt sehr gut mit den Messungen des in den Straßenschluchten gemessenen Dieselruß – dem Hauptbestandteil der Partikelemission aus dem Auspuff – überein: die gemessene Ruß-Konzentration ist in der Frankfurter Allee im Berliner Bezirk Friedrichshain an der Messstelle 174 des Berliner Luftgütemessnetzes BLUME innerhalb der letzten 6 Jahre um fast 40 % gesunken. Aber da sich die Feinstaubemission durch Abrieb und Aufwirbelung des Straßenverkehrs in dieser Zeit kaum vermindert hat, ist der Straßenverkehr nach den sonstigen Quellen der Hauptverursacher von Feinstaub (PM10) in Berlin. Der Straßenverkehr hat einen Anteil von 34 % an den Feinstaubemissionen in Berlin, während die sonstigen Quellen 40% verursachen. Bei den Stickoxiden hat zu Beginn der 90er Jahre der Straßenverkehr die Industrieanlagen als Hauptverursacher bei den Berliner Quellen abgelöst. Der Straßenverkehr hat 2005 einen Anteil von 53 % an den Stickoxidemissionen in Berlin, während die Industrieanlagen 30 % der Gesamtmenge emittieren. Vergleichsweise besonders hoch sind die vom Kraftfahrzeugverkehr verursachten Belastungen in der Innenstadt, wo auf etwa 100 km² Fläche über 1 Mio. Menschen leben. Gerade hier würden unter gleichbleibenden (Trend-) Bedingungen Flächenbedarf und Flächenkonkurrenz eines wachsenden Kfz-Verkehrs zunehmen. Gerade der Straßengüterverkehr wird hier (unter gleichbleibenden Bedingungen) auf zunehmende Kapazitätsengpässe im Straßenraum stoßen. Um auf diese zum Teil stadtunverträglichen und gesundheitsrelevanten Entwicklungen Einfluss zu nehmen, wurden für Berlin zwei Planungsstrategien erarbeitet, die sich gegenseitig ergänzen: Stadtentwicklungsplan Verkehr Luftreinhalte- und Aktionsplan Berlin 2005-2010 . Mit dem Stadtentwicklungsplan Verkehr hat der Berliner Senat (mit Beschluss vom 8. Juli 2003) ein Handlungskonzept vorgelegt, das die möglichen und notwendigen Schritte zur weiteren Entwicklung der Berliner Verkehrssysteme für die nächsten Jahre mit einer langfristigen strategischen Orientierung verbindet. Kern des Handlungskonzeptes bildet ein Katalog von Maßnahmen, die zuvor in ihrer Wirksamkeit, Akzeptanz und Finanzierbarkeit umfassend untersucht und abgestimmt wurden. Die Untersuchungen zum Luftreinhalteplan Berlin stützen sich, soweit dies die zukünftige Entwicklung des Verkehrs in Berlin und dem Umland betrifft, auf dieses langfristige Handlungskonzept. Eine der zentralen Teilstrategien des Stadtentwicklungsplans Verkehr „Gesundheit und Sicherheit“ berücksichtigt bereits eine Reihe von wichtigen Maßnahmen zur Begrenzung des Kfz-Verkehrszuwachses und der damit verbundenen Wirkungen bezüglich der Senkung der Luftschadstoff- und Lärmbelastung im Hauptverkehrsstraßennetz. Die Umsetzung der Maßnahmen des Stadtentwicklungsplans Verkehr ist bis 2015 vorgesehen. Der von der EU geforderte, standardisierte Luftreinhalteplan wurde vom Berliner Senat im August 2005 beschlossen. Entsprechend den europaweiten Vorgaben müssen im Luftreinhalteplan Angaben zu den Schadstoffmessungen, zu den Ursachen für hohe Luftschadstoffbelastungen, zur Anzahl und Höhe der Überschreitung der Grenzwerte, zu den Schadstoffemissionen und dem Anteil der verschiedenen Verursacher (z.B. Industrie, Gewerbe, Hausheizung, Verkehr) an der Immission, zu den Maßnahmen und einem Zeitplan zur Umsetzung, sowie eine Prognose der damit erzielbaren Verbesserung gemacht werden. Der vorliegende Luftreinhalteplan gibt Aufschluss über die rechtlichen Rahmenbedingungen, informiert über die vorherrschende Situation und beschreibt die Ursachen der Luftbelastung. Die Maßnahmen leiten sich an der künftigen Entwicklung der Luftsituation bis 2010 ab. Schwerpunkt ist die Darlegung der Bandbreite möglicher Maßnahmen und deren Bewertung. Anhand der Wirkung dieser Maßnahmen wird eine Strategie für die Berliner Luftreinhalteplanung abgeleitet. Der Luftreinhalteplan dokumentiert, dass Berlin – wie viele andere deutsche und europäische Großstädte auch – bezüglich der Einhaltung der neuen EU-Grenzwerte vor einer Herausforderung steht. Die wesentlichen Ergebnisse lassen sich so zusammenfassen, dass der hausgemachte, nur durch Berliner Maßnahmen reduzierbare Teil der Belastung etwa die Hälfte der Feinstaubbelastung an einer Hauptverkehrsstraße ausmacht und sich aus dem urbanen Hintergrund und den lokalen Quellen zusammensetzt. Die urbane Hintergrundbelastung wird vorwiegend durch den Straßenverkehr (16% der Gesamtbelastung von PM10) verursacht. Der Rest (11%) stammt zu etwa gleichen Teilen aus der Berliner Wohnungsheizung, Industrie/Kraftwerken, Bautätigkeit und sonstigen Quellen in der Stadt. Die Ergebnisse der Messungen der vergangenen Jahre und die für das Jahr 2005 durchgeführten Modellrechnungen lassen u.a. folgende Schlussfolgerungen zu: Der mehrjährige Trend der Feinstaub- und Stickstoffdioxidbelastung zeigt kaum nach unten. Die hohen PM10-Werte in 2005 und 2006 sowie der Rückgang in 2007 und 2008 sind vorwiegend wetterbedingt. Überschreitungen der Grenzwerte für Feinstaub (24h-Wert) und Stickstoffdioxid (Jahreswert) traten 2005 und 2006 an allen verkehrsnahen Messorten auf. Die Rechnungen für 2005 zeigen verbreitet Überschreitungen im gesamten Hauptstraßennetz, insbesondere in der Innenstadt. Aus diesen Arbeiten kann abgeleitet werden, dass in Berlin die beiden problematischsten Schadstoffe NO 2 und PM10 sind. Wegen ihrer gesundheitlichen Wirkung müssen für diese Stoffe in der Europäischen Union und in Deutschland strenge Grenzwerte eingehalten werden. Wirkungen Stickoxide sind Säurebildner. Sie sind schädlich für die menschliche Gesundheit, bewirken Schäden an Pflanzen, Bauwerken und Denkmälern und sind wesentlich an der übermäßigen Bildung von bodennahem Ozon und anderen gesundheitsschädlichen Oxidantien während sommerlicher Hitzeperioden beteiligt. Bei Menschen und Tieren führen Stickoxide und insbesondere Stickstoffdioxid zu Reizungen der Schleimhäute im Atemtrakt und können das Infektionsrisiko erhöhen (vgl. Kühling 1986). Auch Zellveränderungen wurden beobachtet (BMUNR 1987). Verschiedene epidemiologische Untersuchungen haben einen Zusammenhang zwischen Verschlechterungen der Lungenfunktion, Atemwegssymptomen und erhöhter Stickstoffdioxidkonzentration gezeigt (vgl. Nowak et al. 1994). Dieselruß ist ein wesentlicher Bestandteil von Feinstaub (PM10) in den Abgasen der Kraftfahrzeuge und birgt zum einen als Trägerstoff für polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) ein Krebsrisiko, gilt aber auch für sich gesehen als mögliche Ursache für Lungen- und Blasenkarzinome (vgl. Kalker 1993). Außerdem stehen ultrafeine Partikel wie Dieselrußpartikel, die kleiner als 0,1 µm sind, im Verdacht, das Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen zu erhöhen. Gesetzliche Regelungen und Grenzwerte Die Beurteilung der Luftbelastung durch den Kraftfahrzeugverkehr ist für die Immissionsschutzbehörden erst ab 1985 konkretisierbar geworden, nachdem die Europäische Gemeinschaft in der “Richtlinie des Rates vom 7. März 1985 über Luftqualitätsnormen für Stickstoffdioxid” (Richtlinie 85/203/EWG) Grenz- und Leitwerte für diesen Schadstoff festgelegt hat, außerdem schrieb sie vor, dass die Konzentration in Straßenschluchten und an Verkehrsbrennpunkten gemessen werden soll. Aufgrund einer Vielzahl neuer Erkenntnisse zu diesem und den anderen Luftschadstoffen entstand die 1996 in Kraft getretene “Richtlinie 96/62/EG über die Beurteilung und Kontrolle der Luftqualität (die so genannte “Rahmenrichtlinie”). In dieser Richtlinie wird die Kommission aufgefordert, innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens so genannte “Tochterrichtlinien” vorzulegen, in denen Grenzwerte und Details zu Mess- und Beurteilungsvorschriften für eine vorgegebene Liste von Komponenten festgelegt werden. Inzwischen sind vier Tochterrichtlinien in Kraft getreten: am 19. Juli 1999 die Richtlinie 99/30/EG mit Grenzwerten für Schwefeldioxid, Feinstaub (PM10), Stickstoffdioxid und Blei am 13. Dezember 2000 die Richtlinie 2000/69/EG mit Grenzwerten für Benzol und Kohlenmonoxid am 9. Februar 2002 die Richtlinie 2002/3/EG über bodennahes Ozon zur Anzahl und Höhe der Überschreitung der Grenzwerte am 15. Dezember 2004 die Richtlinie 2004/107/EC mit Grenzwerten für Arsen, Kadmium, Quecksilber, Nickel und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Zur Überführung der ersten beiden Tochterrichtlinien in deutsches Recht blieben jeweils zwei Jahre Zeit, die mit der 7. Novelle zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) vom September 2002, bezüglich der 1. Tochterrichtlinie deutlich überschritten wurde. Die neue Ozonrichtlinie ist inzwischen mit der neuen 33. Verordnung zum BImSchG in deutsches Recht übernommen worden. Kernstück der Luftqualitätsrichtlinien sind die Immissionsgrenzwerte, die “innerhalb eines bestimmten Zeitraumes erreicht werden müssen und danach nicht überschritten werden” dürfen. Die einzuhaltenden Schadstoffkonzentrationen und der Zeitpunkt, bis zu dem die Grenzwerte eingehalten werden müssen, sind in den Tochterrichtlinien bzw. in der 22. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetzes festgelegt. In einer neuen EU-Richtlinie 2008/50 werden neue Grenz- und Richtwerte für sehr feinen Feinstaub PM2,5 (mit Partikeldurchmesser unter 2,5µm) festgelegt und die Einhaltungsfrist für die NO 2 - und PM10-Grenzwerte unter bestimmten Voraussetzungen um bis zu 5 Jahre verlängert. Berlin gilt nach § 1 der 22. BImSchV als Ballungsraum, für den die Luftqualität jährlich beurteilt und gegebenenfalls Maßnahmen zur Einhaltung der Grenzwerte ergriffen werden müssen. Als Plangebiet für die mögliche Aufstellung eines Luftreinhalteplanes wurde das ganze Stadtgebiet festgelegt. Grenzwertüberschreitungen treten im Stadtgebiet überall, insbesondere an Hauptverkehrsstraßen auf. Daher macht eine Beschränkung des Plangebietes auf Teile des Stadtgebietes oder die Aufteilung in mehrere Plangebiete keinen Sinn. Umsetzungsprobleme der Richtlinie 99/33/EG und der 22. BImSchV am Beispiel der PM10-Belastung in der Stadt In der Nähe hoher Schadstoffemissionen, wie z.B. in verkehrsreichen Straßenschluchten, treten auch hohe Immissionskonzentrationen auf. Anders als in den meisten Industriegebieten sind in verkehrsreichen Straßen viele Menschen – ob als Anwohner, Kunden oder Beschäftigte – einer erhöhten Schadstoffbelastung ausgesetzt. Um der Vorgabe der Europäischen Richtlinien nach Einhaltung der Grenzwerte am Ort der höchsten Exposition Rechnung zu tragen, ist eine möglichst lückenlose Quantifizierung der Schadstoffbelastung notwendig. Dazu wurden in Berlin die im letzten Abschnitt beschriebenen Messungen mit Modellrechnungen in allen verkehrsreichen Straßen, in denen Grenzwerte potentiell überschritten werden, ergänzt. Allerdings spielt selbst in einer verkehrsbelasteten Straßenschlucht der Anteil der durch die übrigen Quellen in der Stadt oder durch Ferntransport von Schadstoffen erzeugten Vorbelastung eine wichtige Rolle. Deshalb wurde für die Planung von Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität in Berlin ein System von Modellen angewandt, das über die Ebenen Straßenschlucht städtische und regionale Hintergrundbelastung sowohl den großräumigen Einfluss weit entfernter Quellen als auch den Beitrag aller Emittenten im Stadtgebiet bis hinein in verkehrsreiche Straßenschluchten berechnen kann. Aus den oben genannten Untersuchungen zur Herkunft der Feinstaubbelastung in Berlin entstand das wiedergegebene vereinfachte Schema in Abbildung 1, das die räumliche Verteilung der PM10-Konzentration in Berlin und Umgebung verdeutlichen soll. Es existiert ein großräumig verteilter Hintergrundpegel (grüne Fläche), der anhand von Messungen an mehreren ländlichen Stationen in Brandenburg im Jahr 2002 knapp 20 µg/m³ beträgt. Dieser als regionale Hintergrundbelastung bezeichnete Anteil ist, wie die großräumigen Modellergebnisse zeigen, außerhalb der Städte relativ gleichmäßig verteilt. Darauf addiert sich der hausgemachte, durch Berliner Schadstoffquellen verursachte Teil der PM10-Belastung. Er lässt sich unterteilen: in den Beitrag, der durch Überlagerung der Emissionen aller Berliner Quellen (Verkehr, Kraftwerke, Industrie, Wohnungsheizung) zustande kommt (blaue Fläche). Zusammen mit dem regionalen Hintergrund entspricht dies der Feinstaubkonzentration, die in innerstädtischen Wohngebieten fernab vom Straßenverkehr und Industrie gemessen wird; in den zusätzlichen Beitrag, den lokale Emittenten, wie z.B. der Autoverkehr in der Frankfurter Allee, in der unmittelbaren Umgebung der Quelle verursachen (rote Spitzen). In der Summe zeigt sich für Berlin, dass knapp die Hälfte der PM10-Belastung an verkehrsnahen Messstellen in der Innenstadt aus dem regionalen Hintergrund und der übrige (hausgemachte) Anteil der Feinstaubbelastung jeweils zur Hälfte durch einen Beitrag des lokalen Verkehrs und die Schadstoffquellen im übrigen Stadtgebiet verursacht wird. Nur dieser Anteil kann durch lokale Maßnahmen in Berlin beeinflusst werden.
Ausgangslage In der Vergangenheit stand die Senkung von Industrie- und Hausbrandemissionen im Zentrum der Luftreinhalteplanung. In diesen Bereichen konnten bedingt durch umfangreiche Sanierungserfolge und Stilllegungen große Minderungen der emittierten Luftschadstoffe erreicht werden. Verbesserungen wurden auch im Verkehrsbereich erzielt. Dessen ungeachtet ist – nicht nur in Berlin – der Verkehr die größte Einzelquelle für die aktuelle und zukünftige Luftschadstoffbelastung und damit das entscheidende Handlungsfeld der Luftreinhalteplanung. Die Raum- und Siedlungsstruktur in Berlin-Brandenburg ist infolge der historischen Entwicklungsbedingungen noch “verkehrssparsam” organisiert. Keine andere Region Deutschlands erreicht auch nur annähernd so günstige Voraussetzungen. Besondere Merkmale in Berlin sind die ausgeprägte polyzentrale Struktur, hohe Nutzungsdichten in der inneren Stadt und in Zentren der äußeren Stadt mit intensiver groß- und kleinräumiger Nutzungsmischung sowie eine im Großstadtvergleich sehr geringe Suburbanisierung; nur 20 % der Bevölkerung wohnen im Umland. Große Teile der peripherie-typischen Stadtstruktur liegen allerdings seit Bildung der Einheitsgemeinde “Groß-Berlin” im Jahre 1920 innerhalb der verwaltungsmäßigen Stadtgrenzen von Berlin. Seit 1990 erleben die Stadt und ihr engerer Verflechtungsraum mit Brandenburg erhebliche Veränderungen ihrer räumlichen Strukturen: Die Verteilungen von Bevölkerung, Betrieben und Arbeitsplätzen, wichtigen Orten des Einkaufs und der Freizeitaktivitäten bildeten sich, insbesondere im Ostteil der Stadt und im Umland neu heraus. Die Veränderungsdynamik hält unter Abschwächung an. Die Stadt Berlin ist seit der Vereinigung mit einer erheblichen Zunahme des Verkehrs konfrontiert. So hat alleine die Zahl der in Berlin zugelassenen Kraftfahrzeuge seit 1989 um 45 % auf nunmehr 1.534.530 Kraftfahrzeuge zugenommen (alle angemeldeten Kraftfahrzeuge nach Landesamt für Bürger- und Ordnungsangelegenheiten (LABO) zum 31.12.2004, KFZ im Verkehr ohne Anhänger und stillgelegte KFZ und Anhänger 1.263.203). Auch für die Zukunft wird ein weiteres Verkehrswachstum, insbesondere beim belastungsintensiven Straßen-Güterverkehr erwartet. Diese weitreichenden Veränderungen sind noch nicht abgeschlossen. Die Zunahme des Verkehrs wird u.a. durch den kontinuierlichen Ausbau des gemeinsamen Lebens- und Wirtschaftsraumes Berlin-Brandenburg bestimmt, durch die Intensivierung der internationalen Wirtschaftsverflechtungen und in Berlin besonders durch die sich weiter verstärkenden Verflechtungen mit Ost-Europa. Beitrag des Kraftfahrzeugverkehrs zu den Luftschadstoffkonzentrationen, Verursacher und Trends In Berlin ist der Kraftfahrzeugverkehr seit einigen Jahren in wesentlichen Problembereichen ein erheblicher Verursacher nicht nur der Lärmimmissionen (siehe auch Karte 07.02 Straßenverkehrslärm (Ausgabe 2005)), sondern auch der Luftverschmutzung , insbesondere seit die anderen Verursachergruppen in ihrem Beitrag zur Luftverschmutzung in Berlin wesentlich reduziert wurden. Tabelle 1 fasst die Emissionen aller Berliner Verursachergruppen für die Hauptschadstoffe seit 1989 zusammen. Seit dem Fall der Berliner Mauer im Jahre 1989 sind viele Industriebetriebe saniert oder stillgelegt worden und die Braunkohle als Brennstoff für die Öfen zur Beheizung der Berliner Wohnungen ist durch Heizöl-, Erdgas- oder Fernwärmeheizungen verdrängt worden. Während im Jahre 1989 noch der Hausbrand und die Industrie bedeutende Quellgruppen für die Schwefeldioxid- und Feinstaubbelastung waren, sind deren Emissionen stark vermindert worden. Auch zwischen 2000 und 2002 sind die Gesamtemissionen von Stickoxiden um fast 25 % und beim Feinstaub um über 10 % zurückgegangen. Auch die Feinstaubemissionen aus dem Auspuff der Kraftfahrzeuge sind von 1989 bis 2002 um mehr als 80 % vermindert worden. Dies stimmt sehr gut mit den Messungen des in den Straßenschluchten gemessenen Dieselruß – dem Hauptbestandteil der Partikelemission aus dem Auspuff – überein: die gemessene Ruß-Konzentration ist in der Frankfurter Allee im Berliner Bezirk Friedrichshain an der Messstelle 174 des Berliner Luftgütemessnetzes BLUME innerhalb der letzten 6 Jahre um fast 40 % gesunken. Aber da sich die Feinstaubemission durch Abrieb und Aufwirbelung des Straßenverkehrs in dieser Zeit kaum vermindert hat, ist der Straßenverkehr nach den sonstigen Quellen der Hauptverursacher von Feinstaub in Berlin. Der Straßenverkehr hat einen Anteil von 34 % an den Feinstaubemissionen in Berlin, während die sonstigen Quellen 40% verursachen. Bei den Stickoxiden hat zu Beginn der 90-er Jahre der Straßenverkehr die Industrieanlagen als Hauptverursacher bei den Berliner Quellen abgelöst. Der Straßenverkehr hat 2002 einen Anteil von 47 % an den Stickoxidemissionen in Berlin, während die Industrieanlagen 29 % der Gesamtmenge emittieren. Vergleichsweise besonders hoch sind die vom Kraftfahrzeugverkehr verursachten Belastungen in der Innenstadt, wo auf etwa 100 km² Fläche über 1 Mio. Menschen leben. Gerade hier würden unter gleichbleibenden (Trend-) Bedingungen Flächenbedarf und Flächenkonkurrenz eines wachsenden Kfz-Verkehrs zunehmen. Gerade der Straßengüterverkehr wird hier (unter gleich bleibenden Bedingungen) auf zunehmende Kapazitätsengpässe im Straßenraum stoßen. Um auf diese zum Teil stadtunverträglichen und gesundheitsrelevanten Entwicklungen Einfluss zu nehmen, wurden für Berlin zwei Planungsstrategien erarbeitet, die sich gegenseitig ergänzen: Stadtentwicklungsplan Verkehr Luftreinhalte- und Aktionsplan Berlin 2005-2010 . Mit dem Stadtentwicklungsplan Verkehr hat der Berliner Senat (mit Beschluss vom 8. Juli 2003) ein Handlungskonzept vorgelegt, das die möglichen und notwendigen Schritte zur weiteren Entwicklung der Berliner Verkehrssysteme für die nächsten Jahre mit einer langfristigen strategischen Orientierung verbindet. Kern des Handlungskonzeptes bildet ein Katalog von Maßnahmen, die zuvor in ihrer Wirksamkeit, Akzeptanz und Finanzierbarkeit umfassend untersucht und abgestimmt wurden. Die Untersuchungen zum Luftreinhalteplan Berlin stützen sich, soweit dies die zukünftige Entwicklung des Verkehrs in Berlin und dem Umland betrifft, auf dieses langfristige Handlungskonzept. Eine der zentralen Teilstrategien des Stadtentwicklungsplans Verkehr „Gesundheit und Sicherheit“ berücksichtigt bereits eine Reihe von wichtigen Maßnahmen zur Begrenzung des Kfz-Verkehrszuwachses und der damit verbundenen Wirkungen bezüglich der Senkung der Luftschadstoff- und Lärmbelastung im Hauptverkehrsstraßennetz. Die Umsetzung der Maßnahmen des Stadtentwicklungsplans Verkehr ist bis 2015 vorgesehen. Der von der EU geforderte, standardisierte Luftreinhalteplan wurde vom Berliner Senat im August 2005 beschlossen. Entsprechend den europaweiten Vorgaben müssen im Luftreinhalteplan Angaben zu den Schadstoffmessungen, zu den Ursachen für hohe Schadstoffbelastungen, zur Anzahl und Höhe der Überschreitung der Grenzwerte, zu den Schadstoffemissionen und dem Anteil der verschiedenen Verursacher (z.B. Industrie, Gewerbe, Hausheizung, Verkehr) an der Immission, zu den Maßnahmen und einem Zeitplan zur Umsetzung, sowie eine Prognose der damit erzielbaren Verbesserung gemacht werden. Der vorliegende Luftreinhalteplan gibt Aufschluss über die rechtlichen Rahmenbedingungen, informiert über die vorherrschende Situation und beschreibt die Ursachen der Luftbelastung. Die Maßnahmen leiten sich an der künftigen Entwicklung der Luftsituation bis 2010 ab. Schwerpunkt ist die Darlegung der Bandbreite möglicher Maßnahmen und deren Bewertung. Anhand der Wirkung dieser Maßnahmen wird eine Strategie für die Berliner Luftreinhalteplanung abgeleitet. Der Luftreinhalteplan dokumentiert, dass Berlin – wie viele andere deutsche und europäische Großstädte auch – bezüglich der Einhaltung der neuen EU-Grenzwerte vor einer Herausforderung steht. Die wesentlichen Ergebnisse lassen sich so zusammenfassen, dass der hausgemachte, nur durch Berliner Maßnahmen reduzierbare Teil der Belastung etwa die Hälfte der Feinstaubbelastung ausmacht und sich aus dem urbanen Hintergrund und den lokalen Quellen zusammensetzt. Die urbane Hintergrundbelastung wird vorwiegend durch den Straßenverkehr (16% der Gesamtbelastung von PM10) verursacht. Der Rest (11%) stammt zu etwa gleichen Teilen aus der Berliner Wohnungsheizung, Industrie/Kraftwerken, Bautätigkeit und sonstigen Quellen in der Stadt. Die Ergebnisse der Messungen der vergangenen Jahre und die für das Jahr 2002 durchgeführten Modellrechnungen lassen u.a. folgende Schlussfolgerungen zu: Der mehrjährige Trend der Feinstaub- und Stickstoffdioxidbelastung zeigt kaum nach unten. Die hohen PM10-Werte in 2002 und 2003 sowie der Rückgang in 2004 sind vorwiegend wetterbedingt. Überschreitungen der Grenzwerte für Feinstaub (24h-Wert) und Stickstoffdioxid (Jahreswert) traten an allen verkehrsnahen Messorten auf. Die Rechnungen für 2002 zeigen verbreitet Überschreitungen im gesamten Hauptstraßennetz, insbesondere in der Innenstadt. Wirkungen Stickoxide sind Säurebildner. Sie sind schädlich für die menschliche Gesundheit, bewirken Schäden an Pflanzen, Bauwerken und Denkmälern und sind wesentlich an der übermäßigen Bildung von bodennahem Ozon und anderen gesundheitsschädlichen Oxidantien während sommerlicher Hitzeperioden beteiligt. Bei Menschen und Tieren führen Stickoxide und insbesondere Stickstoffdioxid zu Reizungen der Schleimhäute im Atemtrakt und können das Infektionsrisiko erhöhen (vgl. Kühling 1986). Auch Zellveränderungen wurden beobachtet (BMUNR 1987). Verschiedene epidemiologische Untersuchungen haben einen Zusammenhang zwischen Verschlechterungen der Lungenfunktion, Atemwegssymptomen und erhöhter Stickstoffdioxidkonzentration gezeigt (vgl. Nowak et al. 1994). Dieselruß ist ein wesentlicher Bestandteil von Feinstaub (PM10) in den Abgasen der Kraftfahrzeuge und birgt zum einen als Trägerstoff für polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) ein Krebsrisiko, gilt aber auch für sich gesehen als mögliche Ursache für Lungen- und Blasenkarzinome (vgl. Kalker 1993). Außerdem stehen ultrafeine Partikel wie Dieselrußpartikel, die kleiner als 0,1 µm sind, im Verdacht, das Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen zu erhöhen. Gesetzliche Regelungen und Grenzwerte Die Beurteilung der Luftbelastung durch den Kraftfahrzeugverkehr ist für die Immissionsschutzbehörden erst ab 1985 konkretisierbar geworden, nachdem die Europäische Gemeinschaft in der “Richtlinie des Rates vom 7. März 1985 über Luftqualitätsnormen für Stickstoffdioxid” (Richtlinie 85/203/EWG) Grenz- und Leitwerte für diesen Schadstoff festgelegt hat, außerdem schrieb sie vor, dass die Konzentration in Straßenschluchten und an Verkehrsbrennpunkten gemessen werden soll. Aufgrund einer Vielzahl neuer Erkenntnisse zu diesem und den anderen Luftschadstoffen entstand die 1996 in Kraft getretene “Richtlinie 96/62/EG über die Beurteilung und Kontrolle der Luftqualität (die so genannte “Rahmenrichtlinie”). In dieser Richtlinie wird die Kommission aufgefordert, innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens so genannte “Tochterrichtlinien” vorzulegen, in denen Grenzwerte und Details zu Mess- und Beurteilungsvorschriften für eine vorgegebene Liste von Komponenten festgelegt werden. Inzwischen sind drei Tochterrichtlinien in Kraft getreten: am 19. Juli 1999 die Richtlinie 99/30/EG mit Grenzwerten für Schwefeldioxid, Feinstaub (PM10), Stickstoffdioxid und Blei am 13. Dezember 2000 die Richtlinie 2000/69/EG mit Grenzwerten für Benzol und Kohlenmonoxid am 9. Februar 2002 die Richtlinie 2002/3/EG über bodennahes Ozon zur Anzahl und Höhe der Überschreitung der Grenzwerte am 15. Dezember 2004 die Richtlinie 2004/107/EC mit Grenzwerten für Arsen, Kadmium, Quecksilber, Nickel und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Zur Überführung der ersten beiden Tochterrichtlinien in deutsches Recht blieben jeweils zwei Jahre Zeit, die mit der 7. Novelle zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) vom September 2002, bezüglich der 1. Tochterrichtlinie deutlich überschritten wurde. Die neue Ozonrichtlinie ist inzwischen mit der neuen 33. Verordnung zum BImSchG in deutsches Recht übernommen worden. Kernstück der Luftqualitätsrichtlinien sind die Immissionsgrenzwerte, die “innerhalb eines bestimmten Zeitraumes erreicht werden müssen und danach nicht überschritten werden” dürfen. Die einzuhaltenden Schadstoffkonzentrationen und der Zeitpunkt, bis zu dem die Grenzwerte eingehalten werden müssen, sind in den Tochterrichtlinien bzw. in der 22. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetzes festgelegt. Tabelle 2 zeigt die entsprechenden Werte für die beiden Luftschadstoffe mit dem größten Problempotential für Berlin, PM10 und Stickstoffdioxid. Berlin gilt nach § 1 der 22. BImSchV als Ballungsraum, für den die Luftqualität jährlich beurteilt und gegebenenfalls Maßnahmen zur Einhaltung der Grenzwerte ergriffen werden müssen. Als Plangebiet für die mögliche Aufstellung eines Luftreinhalteplanes wurde das ganze Stadtgebiet festgelegt. Grenzwertüberschreitungen treten im Stadtgebiet überall, insbesondere an Hauptverkehrsstraßen auf. Daher macht eine Beschränkung des Plangebietes auf Teile des Stadtgebietes oder die Aufteilung in mehrere Plangebiete keinen Sinn. Umsetzungsprobleme der Richtlinie 99/33/EG und der 22. BImSchV am Beispiel der PM10-Belastung in der Stadt In der Nähe hoher Schadstoffemissionen, wie z.B. in verkehrsreichen Straßenschluchten, treten auch hohe Immissionskonzentrationen auf. Anders als in den meisten Industriegebieten sind in verkehrsreichen Straßen viele Menschen – ob als Anwohner, Kunden oder Beschäftigte – einer erhöhten Schadstoffbelastung ausgesetzt. Um der Vorgabe der Europäischen Richtlinien nach Einhaltung der Grenzwerte am Ort der höchsten Exposition Rechnung zu tragen, ist eine möglichst lückenlose Quantifizierung der Schadstoffbelastung notwendig. Dazu wurden in Berlin die im letzten Abschnitt beschriebenen Messungen mit Modellrechnungen in allen verkehrsreichen Straßen, in denen Grenzwerte potentiell überschritten werden, ergänzt. Allerdings spielt selbst in einer verkehrsbelasteten Straßenschlucht der Anteil der durch die übrigen Quellen in der Stadt oder durch Ferntransport von Schadstoffen erzeugten Vorbelastung eine wichtige Rolle. Deshalb wurde für die Planung von Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität in Berlin ein System von Modellen angewandt, das über die Ebenen Straßenschlucht städtische und regionale Hintergrundbelastung sowohl den großräumigen Einfluss weit entfernter Quellen als auch den Beitrag aller Emittenten im Stadtgebiet bis hinein in verkehrsreiche Straßenschluchten berechnen kann. Aus den oben genannten Untersuchungen zur Herkunft der Feinstaubbelastung in Berlin entstand das wiedergegebene vereinfachte Schema in Abbildung 1, das die räumliche Verteilung der PM10-Konzentration in Berlin und Umgebung verdeutlichen soll. Es existiert ein großräumig verteilter Hintergrundpegel (grüne Fläche), der anhand von Messungen an mehreren ländlichen Stationen in Brandenburg im Jahr 2002 knapp 20 µg/m³ beträgt. Dieser als regionale Hintergrundbelastung bezeichnete Anteil ist, wie die großräumigen Modellergebnisse zeigen, außerhalb der Städte relativ gleichmäßig verteilt. Darauf addiert sich der hausgemachte, durch Berliner Schadstoffquellen verursachte Teil der PM10-Belastung. Er lässt sich unterteilen: in den Beitrag, der durch Überlagerung der Emissionen aller Berliner Quellen (Verkehr, Kraftwerke, Industrie, Wohnungsheizung) zustande kommt (blaue Fläche). Zusammen mit dem regionalen Hintergrund entspricht dies der Feinstaubkonzentration, die in innerstädtischen Wohngebieten fernab vom Straßenverkehr und Industrie gemessen wird; in den zusätzlichen Beitrag, den lokale Emittenten, wie z.B. der Autoverkehr in der Frankfurter Allee, in der unmittelbaren Umgebung der Quelle verursachen (rote Spitzen). In der Summe zeigt sich für Berlin, dass knapp die Hälfte der PM10-Belastung an verkehrsnahen Messstellen in der Innenstadt aus dem regionalen Hintergrund und der übrige (hausgemachte) Anteil der Feinstaubbelastung jeweils zur Hälfte durch einen Beitrag des lokalen Verkehrs und die Schadstoffquellen im übrigen Stadtgebiet verursacht wird. Nur dieser Anteil kann durch lokale Maßnahmen in Berlin beeinflusst werden.
Aufgrund neuer Erkenntnisse zum Vorkommen von Chrom und der aktuellen toxikologischen Bewertung wird die Einführung eines Grenzwertes für Chrom VI (Cr (VI)) im Trinkwasser in Deutschland diskutiert. Im Projekt "Aufbereitung von mit Chrom belastetem Rohwasser für die öffentliche Trinkwasserversorgung" wurde die technische Machbarkeit zur Entfernung von Cr(VI) mittels des Aufbereitungsprozesses der biologischen Enteisenung und Entmanganung im halbtechnischen Maßstab untersucht. Reduziertes Eisen-(II)-haltiges Grundwasser enthält aufgrund der thermodynamischen Stabilität kein Cr(VI). Daher wurde das Aufbereitungsverfahren - Reduktion, Coagulation, Filtration (RCF) - im Projekt um die biologische Enteisenung erweitert - im Folgenden als "bio-Fe-RCF" abgekürzt. Bei diesem Verfahren wird Cr(VI)-haltigem Rohwasser Fe(II) zudosiert. Infolgedessen wird Cr(VI) chemisch zu kaum löslichem Chrom III (Cr(III)) reduziert, welches anschließend koaguliert und im nachfolgenden Filtrationsprozess abgetrennt wird. Überschüssiges Fe(II) wird im anschließenden Filtrationsprozess mithilfe der biologischen Enteisenung entfernt. Gegenüber dem RCF-Verfahren bietet "bio-Fe-RCF" folgende Vorteile: Die Oxidation des Fe(II) findet mikrobiologisch katalysiert und (unter-)stöchiometrisch erst nach Eintritt in das Filterbett statt. Auf diese Weise wird die Kontaktzeit zwischen Fe(II) und Cr(VI) vor dem Eintritt ins Filterbett optimiert. Aufgrund der geringen Sauerstoffkonzentration oxidiert soeben entstandenes Cr(III) nicht zurück zu Cr(VI). Ebenfalls wird Cr(VI) als Oxidationsmittel gegenüber gelöstem Sauerstoff begünstigt, um Fe(II) zu oxidieren. Das Aufbereitungsverfahren erreicht zuverlässig Konzentrationen unter 0,5 (mikro)g/L Cr (VI). Konzentrationen unter 0,3 (mikro)g/L Cr (VI) werden mit großem Aufwand und Prozessoptimierung erreicht. Verglichen mit Schwankungen der Randbedingungen wie pH-Wert, Filtrationsgeschwindigkeit, Anwesenheit von Nitrat oder der Cr(VI) -Konzentration ist das Verfahren sehr robust. Die anfängliche Konzentration an Fe(II) erwies sich als wichtigster Parameter für den Aufbereitungserfolg. Ein Durchbruch von Cr(III) durch die Enteisenungsstufe führt unweigerlich zu einer Rückoxidation zu Cr(VI) an der Mangandioxidoberfläche der anschließenden Entmanganungsstufe. Die Entsorgung des Rückspülschlamms über Indirekteinleitung ins Abwasser scheint problematisch, weil die Schwellenwerte der föderalen Gesetzgebung für Chrom übertroffen werden können; hierfür bedarf es noch der Entwicklung eines Lösungsweges. Chrom wird in dreiwertiger Form im Schlamm fest in die Mineralstuktur der Eisenablagerung eingebaut. Die Mischung von Cr(VI)-haltigem, Fe(II)-freiem mit Cr(VI)-freiem und Fe(II)-haltigem Rohwasser mit anschließender Aufbereitung mit der biologischen Enteisenung führt ebenfalls zu einer weitgehenden Entfernung. Quelle: Forshcungsbericht
Cr(VI) is identified as highly toxic, therefore a far-reaching limitation of total chromium or Cr(VI) in drinking water was proposed by the Germany Environment Agency. There is a lack in efficient treatment processes to reach Cr(VI) concentrations below 1 (my)g L-1. In this study, the combination of chemical reduction, coagulation and filtration (RCF) was further developed by adding biological iron removal as filtration step (RCbF). The aim of this enhancement was to reach lower effluent concentrations and a higher robustness regarding process parameters. The effectiveness of Cr(VI) removal was investigated using two-stage pilot-scale waterworks. RCbF reaches Cr(VI) effluent concentrations below 0.5 (my)g L-1 despite variations of pH, filtration velocity, or Cr(VI) influent concentrations. Fe(II) dosage and hence molar excess of Fe(II) over Cr(VI) was identified as the key parameter for Cr(VI) removal. Low oxygen dosage for biological iron removal improved the efficiency of RCbF compared to RCF. The co-precipitation of Cr(III) and Fe(III) as solid solution in the supernatant of the filter bed was promoted by low oxygen concentrations making Cr(VI) the preferred oxidant. RCbF was shown to be a suitable treatment process for reaching a low limit value for total chromium or Cr(VI) concerning technical feasibility. © 2020 The Authors.
Ein Beispiel aus der chemischen Produktion stellt die Übertragung der Epoxidierung von Sojaöl vom FedBatch-Prozess zu einer kontinuierlichen mikroverfahrenstechnischen Prozessführung bei erhöhten Temperaturen dar. Epoxidiertes Sojaöl wird vor allem als Weichmacher in Produkten aus Polyvinylchlorid verwendet und ersetzt so Phthalate. Im Rahmen des europäischen Verbundprojektes CoPIRIDE sollte ein bestehendes Produktionsverfahren für epoxidiertes Sojaöl des italienischen Produzenten Mythen S.p.A. optimiert werden. Die Jahresproduktion an epoxidiertem Sojaöl am Standort belief sich auf 15.000 t. Das Unternehmen versprach sich von dem Transfer des bestehenden Fed-Batch-Prozesses eine Reduktion der Produktionskosten, kürzere Reaktionszeiten sowie verbesserte Produktausbeuten mit konstanterer Produktqualität. Zur Entscheidungsunterstützung während der Prozessentwicklung wurden eine Reihe alternativer Prozessbedingungen ökobilanziell miteinander verglichen. Es zeigte sich, dass, ausgehend vom Fed-Batch-Referenzprozess A, die Mehrzahl der betrachteten Alternativszenarien zu höheren Umweltauswirkungen führen würden. Insbesondere Verluste in der Ausbeute (durch kürzere Verweilzeiten im Mikroreaktor), aber auch ein höherer Bedarf an den Edukten Wasserstoffperoxid und Ameisensäure bei gleichbleibender Ausbeute (90 % im Falle des Fed-Batch-Prozesses) infolge einer beschleunigten Zersetzung bei harsche Prozessbedingungen (auch als „neue Prozessfenster“ oder Englisch als Novel Process Windows (NPW) Bedingungen bezeichnet) wirkten sich hier nachteilig aus. Die Ergebnisse der Ökobilanzierung zeigten somit bereits in einer frühen Phase des Prozessdesigns, dass eine mikroreaktionstechnische Anlage zwar potenziell dem etablierten industriellen Prozess überlegen sein kann, hierzu jedoch noch weitere Entwicklungsarbeiten und eine Reduktion des Eduktbedarfes erforderlich sind. Vor allem die beschleunigte Zersetzung des Reagenzes Wasserstoffperoxid unter harschen Prozessbedingungen im Mikrostrukturreaktor erwies sich als kritisch. Auf der Basis dieser Erkenntnisse wurde eine zweistufige Synthesesequenz entwickelt. Der stark exotherme Beginn der Reaktion wurde im Mikroreaktor durchgeführt, wobei innerhalb von nur zwei Minuten Ausbeuten von bis zu 35 % erreicht werden. Dem schließt sich eine weitere Synthesestufe mit erneuter Zugabe des Oxidationsmittels, jedoch bei längerer Verweilzeit der Reaktionskomponenten im Reaktor, an. Durch diese Prozessoptimierung konnten gegenüber dem Batch-Prozess eine deutliche Verringerung der Gesamtprozesszeit und ein sparsamerer Umgang mit dem Reagenz Wasserstoffperoxid erreicht werden. Die ebenfalls durchgeführte Lebenszykluskostenbetrachtung zeigte, dass auch im Falle der Realisierung des Best Case Szenarios N aufgrund des vergleichsweise hohen Einflusses der Materialkosten keine merkliche Erhöhung der Ökoeffizienz (Ergebnis aus ökologischer und ökonomischer Bewertung) zu erwarten ist. Mit der kontinuierlichen Prozessführung geht jedoch im Falle einer Produktion im industriellen Maßstab ein höherer Automatisierungsgrad sowie eine Verkürzung der insgesamt benötigten Prozesszeit einher.
Die Firma Verbio Zörbig GmbH betreibt am Standort Thura Mark 20 in 06780 Zörbig eine Anlage zur Herstellung von Biomethan, in der durch biologische Vergärung Biogas erzeugt und anschließend zu Biomethan aufbereitet wird. Die Biomethananlage wird mit den Nebenprodukten (Dünnschlempe und Treber) einer im Anlagenverbund bestehenden, auf dem gemeinsamen Betriebsgelände befindlichen Bioethanolanlage mit Inputstoffen versorgt. Zusätzlich wird im Verbund eine RTO-Anlage betrieben, in der mittels regenerativer thermischer Oxidation (RTO) die anfallenden Abgas- und Abluftströme aus den Produktionsanlagen behandelt werden. Die gegenständlich hier beantragte wesentliche Änderung betrifft lediglich die Biomethananlage. Das Änderungsvorhaben umfasst die geplante Erweiterung der Verarbeitungskapazität der Biomethananlage von derzeit 9.123 kg/h auf 14.000 kg/h sowie die Errichtung und den Betrieb einer Anlage zur Erzeugung von verflüssigten Erdgas (LNG) einschließlich eines Tanklagers für LNG. Im Zuge der wesentlichen Änderungen ist der Einsatz von verunreinigten Bioethanol als Inputstoff für die Biogasfermentation in der Biomethananlage, die Erweiterung der Kapazität zur Verarbeitung von Biogas zu Biomethan von 9.123 kg/h auf 14.000 kg/h durch Austausch von Anlagenkomponenten (Vergrößerung der Transferpumpen, Wärmetauschern und Absorptionsbehältern), die Erhöhung der Mengenströme und Erweiterung der Verdichtung innerhalb der Biomethan-Trocknung, die Errichtung einer Anlage zur gemeinsamen Verflüssigung von Erdgas und Biomethan mit einer Kapazität von 6.720 kg/h, die Errichtung von drei Lagertanks mit je 300 m³ Kapazität zur Speicherung von Flüssigerdgas (LNG) für eine zusätzliche Lagermenge für LNG von 400 t, eines Lagertanks für höherwertige Kohlenwasserstoffe (Heavies) mit einer Kapazität von 23 t sowie Anpassung des Liefer- und Transportverkehrs vorgesehen.
35 Jahre Bhopal: Die GSA informiert zu Methylisocyanat In diesen Tagen jährt sich der Chemieunfall im indischen Bhopal zum 35. Mal. Am 3. Dezember 1984 gelangte in einer Pestizidfabrik in Bhopal Wasser in einen Tank mit Methylisocyanat. Mehrere Tonnen des hochreaktiven und giftigen Stoffes wurden freigesetzt, tausende Menschen starben an den unmittelbaren Folgen der Katastrophe. Das Ereignis gilt als die größte Chemiekatastrophe überhaupt. Methylisocyanat (Summenformal C2H3NO) ist eine farblose, ätzende, giftige und leichtflüchtige Flüssigkeit und weist einen reizenden und stechend scharfen Geruch auf. Es kommt in chemischen Synthesen, wie zum Beispiel der Herstellung von Insektiziden, Herbiziden und Pflanzenschutzmitteln zum Einsatz. Methylisocyanat ist hochentzündlich (Flammpunkt= -7 °C) und bildet gefährliche Brandgase. Zusätzlich besteht unter Wärme- oder Funkeneinwirkung Explosionsgefahr. Der Stoff reagiert leicht mit anderen Stoffen, u.a. mit Metallen, Säuren und Oxidationsmitteln, wobei die Reaktivität mit steigender Temperatur zunimmt. Im Kontakt mit Wasser reagiert es unter Bildung von Kohlendioxidgas. Dabei wird Wärme freigesetzt (exotherme Reaktion), wodurch die Explosionsgefahr gesteigert und die Entstehung giftiger und ätzender Gase und Dämpfe (z. B. Wasserstoffcyanid) zusätzlich gefördert wird. Methylisocyanat-Gase bilden mit Luft explosive Gemische und die Dämpfe sind leicht entzündbar. Da das Gas schwerer ist als Luft, kann es sich auf dem Boden ausbreiten. Nach dem Global harmonisierten System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS) ist Methylisocyanat unter anderem bei Hautkontakt und Verschlucken giftig und verursacht schwere Augenschäden. Beim Einatmen besteht Lebensgefahr. Die Substanz darf aufgrund ihrer Schadwirkung auf Säugetiere unter KEINEN Umständen in die Umwelt gelangen. Schätzungen gehen davon aus, dass im Zuge des Unfalls 20 bis 30 Tonnen Methylisocyanat freigesetzt wurden. Zum Zeitpunkt des Unglücks lebten ca. 700.000 Menschen in Bhopal, mindestens 2.500 Menschen starben und 500.000 wurden in Folge des Unfalls zum Teil schwer verletzt. Die Gefahrstoffschnellauskunft ist Teil der Chemiedatenbank ChemInfo. Sie kann von öffentlich-rechtlichen Institutionen des Bundes und einiger Länder sowie von Institutionen, die öffentlich-rechtliche Aufgaben wahrnehmen, genutzt werden. Das sind u.a. Feuerwehr, Polizei oder andere Einsatzkräfte. Für die allgemeine Öffentlichkeit steht ein Datenbestand unter www.chemikalieninfo.de bereit. Dieser frei recherchierbare Datenbestand informiert Sie über die gefährlichen Eigenschaften und über die wichtigsten rechtlichen Regelungen von chemischen Stoffen.
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