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Particulate matter formation potential of gas-phase emissions over Germany
(Umweltbundesamt, 2023) Janssen, Ruud; Geers, Leon; Kranenburg, Richard; Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek; Deutschland. Umweltbundesamt; Brauns, Bryan
Feinstaub (PM) ist der Luftschadstoff, der in Deutschland und anderen europäischen Ländern für die höchste Krankheitslast verantwortlich ist. Deshalb sind Maßnahmen erforderlich, um die Feinstaubkonzentration in der Luft zu senken. Ein großer Teil des Feinstaubs wird jedoch nicht direkt emittiert, sondern aus gasförmigen Vorläufersubstanzen in der Atmosphäre gebildet. Daher ist es dringend notwendig, den Beitrag gasförmiger Emissionen (NOx, SO2, NH3 und organische Stoffen) zur Konzentration sekundärer anorganischer und organischer Aerosolpartikel (SIA bzw. SOA) zu ermitteln. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, Faktoren für das PM-Bildungspotenzial gasförmiger Emissionen abzuleiten, um die Folgen von Emissionsminderungen für die atmosphärische PM-Belastung und die daraus abgeleitete Exposition zu bewerten. Zu diesem Zweck wird der Bildungsfaktor (FF) verwendet. Er gibt die Veränderung der Konzentration einer bestimmten PM-Komponente an, die sich aus einer Veränderung ihrer (Vorläufer-)Emissionen ergibt. Der Aufnahmefaktor (IF) wurde angewandt, um die Veränderung der Exposition der Bevölkerung gegenüber einer bestimmten PM-Komponente aufgrund von Veränderungen ihrer (Vorläufer-)Emissionen zu bewerten. In dem Bericht werden auch die Gründe für die Verwendung dieses Ansatzes im Vergleich zu anderen Methoden zur Quantifizierung der PM-Bildung aus gasförmigen Vorläufersubstanzen erörtert. LOTOS-EUROS wird als chemisches Transportmodell (CTM) verwendet, um die Bildung, den Transport und den Abtransport von (sekundärem) Feinstaub aus der Atmosphäre zu beschreiben. Die wichtigsten Wege der SIA-Bildung sind bekannt. Für organisches Aerosol ist das Prozessverständnis relativ gering, obwohl in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht wurden. Mit LOTOS-EUROS haben wir Referenzsimulationen für SIA und OA durchgeführt, die im Jahresmittel eine SIA-Konzentration von 5,5 mikrog/m-3 und eine OA-Konzentration von 1 mikrog/m-3 OA über Deutschland im Jahr 2018 ergaben. Nitrat und primäres organisches Aerosol (POA) tragen in ganz Deutschland den größten Massenanteil zur SIA- bzw. OA-Konzentration bei. Die POA Konzentrationen werden trotz der Einbeziehung der kondensierbaren PM-Emissionen unterschätzt. Auf der Grundlage dieser Referenzläufe wurden Emissionsminderungsszenarien für (Vorläufer- )Substanzen und bestimmte Sektoren durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die SIA- und OA-Konzentrationen am empfindlichsten auf Emissionsminderungen in der Landwirtschaft bzw. bei der Verbrennung in Haushalten reagieren. Die Substanzen, die am stärksten für diese Verringerungen verantwortlich sind, sind NH3 in der Landwirtschaft und POA bei der Verbrennung in Wohngebäuden. Die Reduktionsszenarien ergaben FFs für SIA von etwa 0,001 mikrog m-3 kt-1, für SOA dagegen von etwa 0,006 mikrog m-3 kt-1. Für PPM liegt diese Zahl bei etwa 0,01 mikrog m-3 kt-1. Das bedeutet, dass 1 kt NOX-Emissionen aus einem bestimmten Sektor zu einer etwa zehnmal geringeren PM-Bildung führt als 1 kt PPM-Emission. Die berechneten SIA-Aufnahmefaktoren für alle Vorläuferstoffe (NOX, SO2 und NH3) lagen bei etwa 0,3 x 10-6 kg/kg gegenüber 4 x 10-6 kg/kg für OA, was mit der Literatur übereinstimmt. Außerdem haben wir festgestellt, dass die FF und IF bei den in dieser Studie verwendeten Auflösungen (7x7 km2 gegenüber 2x2 km2) und der interannuellen Variabilität nicht sehr empfindlich auf die Modellauflösung reagieren. Schließlich wurde ein Toolkit entwickelt, um FF- und IF-Berechnungen aus Simulationsdaten zu ermöglichen und das SIA-Bildungspotenzial für alternative Emissionsminderungsszenarien abzuschätzen, ohne die Ergebnisse des CTM direkt zu verwenden. Quelle: Forschungsbericht