Nach der Sommerpause, am kommenden Montag, den 4.09.2017, um 18 Uhr sind wir mit unserer Netzwerksitzung bei der Bednarz Elektro Taxi GmbH zu Gast (Franziskusstraße 43, 44795 Bochum). Der Pionier aus Bochum fährt mit 4 von 13 Taxis rein elektrisch. Weitere E-Autos werden folgen. Mit dieser Sitzung möchten wir zudem Taxi Bednarz als neues Vereinsmitglied bei uns begrüßen und kennenlernen. Nach der Vorstellung des Gastgebers über das Unternehmen werden wir auf der September-Netzwerksitzung noch einen Vortrag von Herrn Oscar Perdok über die Lademöglichkeiten vor Ort hören. Der Dipl.-Ing. aus Voerde wird uns einen Überblick über die Optimierung des Eigenverbrauchs von BHKW- und PV-Strom mit einem Stromspeicher geben, sowie über die Ladestation für die Elektroautos mit Bilanzpunktregler referieren. Ein paar Ladeboxen und Material dienen der Anschauung, und eine 11KW Typ2 Ladebox kann direkt ausprobiert werden. Die Chademo-Ladesäule steht ebenfalls zur Verfügung. Zu Beginn der Veranstaltung liegt eine Bestellliste für einen Pizzaservice aus. Um Barzahlung bei Eintrag in die Bestellliste wird gebeten, damit es hinterher kein Abrechnungschaos gibt. Pommes frites sind ebenfalls in direkter Nähe erhältlich. Bitte parken Sie im Hof ganz hinten links, denn die Parkflächen am Anfang sind für den regulären Taxibetreib frei zu halten (s. Bild). Bitte melden Sie sich unter info@ruhrmobil-E.de an. Vielen herzlichen Dank!
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Die 26. Tour de Ruhr der ISOR: Elektrisch fahren, gestern wie heute!
Tour de Ruhr 2017, Gruppenfoto bei EBG Electro, Foto: Martin Behrs
Die 26. Tour de Ruhr der ISOR: Elektrisch fahren, gestern wie heute! Auf der Tour de Ruhr vom 21.-23. Juli 2017 war die Bandbreite der Elektroautos wieder besonders vielfältig: Vom Hotzenblitz aus den 90er Jahren, über Tesla, SolarWorld GT bis zum neuen Ampera E. Letzerer ist laut Opel mit einer Reichweite von über 500 km ausgestattet. Der Spaß an der Elektromobilität fuhr auf der Ralleye der Elektroautos, die im letzten Jahr ihr 25-jähriges Jubiläum feierte, immer mit. Die Initiative Solarmobil e.V. (ISOR) und ihr 2. Vorsitzender, Martin Behrs, hatten die spannende Fahrt mit den rund 40 Teilnehmern in 30 Autos organisiert. Die Tour führte von Bergkamen durch das schöne Sauerland und wieder zurück. So konnten sowohl die großen, als auch die kleinen Fahrzeuge Schritt halten.
E-Roller auf der Tour de Ruhr, Foto: Katja Nikolic
Nach der Ankunft an der Ökologiestation am Freitag, den 21.07.2017 und dem Start der Tour am Samstag, hielt die elektrisch fahrende Truppe in Lünen bei EBG Electro an, einem Hersteller für Ladesäulen. Nach einem dortigen Ladestop bei sonnigem Wetter ging es weiter zu dem kleinen Wasserschloss Opherdicke in Holzwickede. Michael Hubbe, der 600 km extra für die Tour angereist war, genoss nicht nur die Fahrt in seinem modernisierten CityEL, sondern auch „die schönen Rosen!“ des Schlossgartens von Haus Opherdicke. Mittags fuhren die Teilnehmer zur „Initiative Kultur und Natur Drüpplingsen (KuN)“, die extra ein kleines Fest veranstaltet hatten. Gerd Hiersemann, Leiter von der Initiative KuN stellte sich kurz vor – selbst ein E-Auto-Fahrer – und freute sich über die Ankunft der Teilnehmer der Tour de Ruhr. Einige Besucher waren speziell dorthin gekommen. Für das leibliche Wohl war in der ehemaligen Grundschule gut gesorgt. Im Anschluss fuhren die E-Autos einmal zur Präsentation durch Drüpplingsen, mit Gerd Hiersemann an der Spitze. Interessant: In der Drüpplingsener Dorfgemeinde wurde sogar ein BMW i3 vor einer Garageneinfahrt gesichtet, als perfekter Zweitwagen. Zum Ende des Tages fanden sich alle elektrisch fahrenden Teilnehmer wieder in Bergkamen an der Ökologiestation zum gemeinsamen Grillen ein. Die Vereinsmitglieder der ISOR und ruhrmobil-E tauschten sich über die Neuigkeiten im Bereich der Elektromobilität aus und ließen den schönen Tag ausklingen. Am nächsten Tag, am Sonntag, den 23.7.2017 fuhren alle nach dem Eisessen in Lünen wieder zurück nach Hause.
Feinstaub: Woher kommt er, wie gefährlich ist er und wie kann man ihn messen?
Zusammenfassung
Dieser Artikel stellt einige Kernaspekte der Verursachung, Wirkung, Messung, Belastung und Einflussgrößen von atmosphärischem Feinstaub dar. Er gibt dabei einen groben Überblick, bietet aber durch die Quellangaben am Ende jedem die Möglichkeit, tiefer in die Materie einzusteigen.
Das Wissen über die hier dargestellten Zusammenhänge sind für das Verständnis des Projektes zur Feinstaubmessung so grundlegend, dass jeder Projektbeteiligte sich die Zeit nehmen sollte, sie zu erkunden.
So ist Feinstaub unter anderem anhand seines aerodynamischen, und nicht seines tatsächlichen Durchmessers definiert. Der aerodynamische Durchmesser ist als Vergleichswert geeignet, da er den Vergleich auch geometrisch unterschiedlicher Partikel ermöglicht.
Quellen für Feinstaub sind nicht nur vom Menschen verursacht (anthropogen) sondern auch natürlich bedingt (Pollen, Pilzsporen). Neben den primären Feinstäuben, die am Entstehungsort direkt und punktuell emittiert werden, existieren sekundäre Feinstäube, die erst durch Vorläufersubstanzen in der Atmosphäre neu entstehen. Die Vorläufersubstanzen können dabei vom Menschen verursacht sein.
Feinstaub wirkt auf den Menschen, aber nicht nur auf diesen. Der wichtigste Wirkungsweg beim Menschen ist der Atemweg. Über diesen werden täglich mindestens 20.000 Litern Luft und der darin enthaltene Feinstaub aufgenommen. Je kleiner der Feinstaub, umso tiefer dringt er in die Lunge ein und kann bei Partikel < 2,5μm (PM2.5) bis in die Aveolen vordringen. Noch feinere Partikel treten in die Blutbahn über, wo sie Entzündungen verursachen.
Dies führt deutschlandweit zu geschätzten 45.000 Todesfällen durch Feinstaub, bedingt durch Herz- Kreislauf-Erkrankungen und Lungenkrebs.
Es gibt zahlreiche Verfahren zur Messung von Feinstaub, die sich in kontinuierliche und diskontinuierliche Methoden einteilen lassen. Das im Projekt verwendete kontinuierliche Verfahren beruht auf der Streuung von Laserlicht an Staubpartikeln. Da bei Immissionsmessungen die Zusammensetzung des Feinstaubs und daher seine optischen Eigenschaften nicht bekannt sind, ist die Messung mit einer hohen Fehlerquote behaftet. Durch Luftfeuchtigkeit quellen manche Partikel auf, so dass auch hier eine Störung der Messung stattfindet.
Neben der Emissionsmenge oder der atmospärischen Neusynthese von Feinstaub gibt es weitere Einflussgrößen, welche die tatsächliche Konzentration beeinflussen. Einen wesentlichen Einfluss hat die Wetterlage, z.B. die Stabilität der Atmosphäre, welche von der aktuellen Temperaturänderung mit der Höhe in Vergleich zur trochen- bzw. feuchtadiabatischen Temperaturänderung abhängt.
Eine Extremfall der stabilen Schichtung ist die Inversionswetterlage, die zu einer starken Anreicherung von Schadstoffen in der bodennahen Atmosphäre führen kann.
Der Wind beeinflusst ebenfalls die Konzentration, da ein starker Wind für eine gute Durchmischung sorgt und ggf. Frischluft in die Stadt bringt. Die Stärke des Windes wird von der Rauhigkeitslänge des Geländes beeinflusst, so dass in der Stadt mit einer großen Rauhigkeitslänge bodennah weniger Wind herrscht als in der freien Landschaft.
Regen als Niederschlag wirkt wie eine Waschanlage der Luft. Nach einem Regenereignis ist die Feinstaubkonzentration deutlich geringer als vorher. Dieser Effekt hält auch wenige Tage nach dem letzten Regenereignis an.
Was ist Feinstaub?
Die Definition allein ist nicht einfach, da unterschiedliche Ansätze in der Literatur zu finden sind. In Deutschland existiert als gesetzlicher Rahmen zur Immission von Feinstaub und anderer Stoffe das Bundes-Immissonsschutzgesetz und die dazu gehörende mittlerweile „Neununddreißigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes. Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen (39. BimSchV)“.
Fachlichen Diskussionen finden vor dem Hintergrund dieser Verordnung statt, in welcher zwischen PM10 und PM2.5 Partikel unterschieden wird. Diese sind in der 39. BimSchV wie folgt definiert:
PM10 sind Partikel, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 10 Mikrometern einen Abscheidegrad von 50 Prozent aufweist
und
PM2,5 sind Partikel, die einen größenselektierenden Lufteinlass passieren, der für einen aerodynamischen Durchmesser von 2,5 Mikrometern einen Abscheidegrad von 50 Prozent aufweist
Warum wird hier der aerodynamischem Durchmesser verwendet und nicht der tatsächliche? Worin unterscheiden sich diese?
Das wird deutlich, wenn man Feinstaub unter dem Mikroskop betrachtet (Abbildung 2). Der Staub ist selten kugelig geformt sondern oft eher vieleckig, oval, länglich. Hinzu kommt, das die Dichte von Staubpartikeln unterschiedlich ist (Rußpartikel anders als Metallstaub). Um aber Feinstaubmessungen bei verschiedenen Stäuben vergleichen zu können, wird nicht der tatsächliche Durchmesser verwendet (der ja auch nur bei Kugeln gegeben ist), sondern eine Hilfsgröße, eben der aerodynamische Durchmesser.
„Der aerodynamische Durchmesser ist als abstrakte Größe zur Beschreibung des Verhaltens eines gasgetragenen Partikels eine Hilfsgröße in der Partikelmesstechnik.
Der aerodynamische Durchmesser ist definiert als der Durchmesser eines kugelförmigen Partikels mit der Dichte 1 g/cm3, der dieselbe Sinkgeschwindigkeit aufweist wie das zu betrachtende Partikel.“ [WIKIP 1]
Anzumerken ist, dass zum Feinstaub nicht nur feste Stoffe gehören sondern auch bei Lufttemperatur flüssige Stoffe, die als Aerosole ebenfalls Bestandteil der Luft sind.
Woher kommt Feinstaub?
Zum einen entsteht Feinstaub durch Prozesse, die der Mensch betreibt, unmittelbar. So kann es sich um die Verbrennung von Diesel in einem Dieselmotor, die Verbrennung von Holz in einem Kamin oder andere Verbrennungsprozesse handeln. Auch der Reifenabrieb im Straßenverkehr gehört dazu.
Weitere Prozesse sind die Schüttung von oder das Hantieren mit mineralischen Stoffen, wie Steine, Erden oder Zement, die in trockenem Zustand zu einer Freisetzung von Feinstaub führen.
Neben diese von Menschen verursachten (anthropogenen) Feinstäuben existieren auch solche natürlichen Ursprungs, wie z.B. Pollen oder Pilzsporen die innerhalb der Jahreszeiten unterschiedlich stark emittiert werden.
Alle diese Feinstäube werden am Ort ihrer Entstehung freigesetzt und somit als primärer Feinstaub bezeichnet.
Zum anderen entstehen durch chemische Prozesse in der Atmosphäre aus zwei oder mehreren Ausgangsstoffen neue Verbindungen, die ebenfalls Feinstaubcharakteristik aufweisen (sekundäre Feinstäube).
- Primäre Feinstäube: Am Entstehungsort freigesetzte Feinstäube
- anthropogen: Strassenverkehr, Schiffsmotoren, Reifenabrieb, Schüttungen
- natürlich: Pollen, Pilzsporen, Viren
- Sekundäre Feinstäube: Freisetzung von Vorläufersubstanzen, Neusynthese in der Atmosphäre
- Ausgangsstoffe teils anthropogen, z.B. Ammoniak aus der Gülleausbringung der Massentierhaltung
Abbildung 1: Quellen von Feinstaub.
Die verschiedenen Quellen der primären Feinstäube sind in Abbildung 1 dargestellt. In Abbildung 2 sind Pollen dargestellt. Man erkennt sehr gut, dass sie nicht nur unterschiedlich groß sind sondern vor allem auch unterschiedliche Formen und Oberflächenstrukturen aufweisen.
Abbildung 2: Pollen unterschiedlicher Form und Größe
Welche Menge an Feinstaub oder dessen Vorläufersubstanzen werden freigesetzt?
Nach dieser qualitativen Betrachtung der Feinstaubquellen muss auch eine quantitative Betrachtung erfolgen. Zu den anthropogenen primären Feinstäuben hat das Umweltbundesamt statistische Zahlen bezogen auf das Bundesgebiet veröffentlicht (Abbildung 3). Man erkennt, dass bei PM10 die absolute Menge der Emissionen von 316.000 Tonnen in 1995 auf 221.000 Tonnen in 2014 zurückgegangen ist. Man erkennt außerdem den unterschiedlichen Anteil, den die verschiedenen Quellen an dieser Tonnage haben und wie sich ihr Verhältnis zueinander entlang der Jahre verändert.
Abbildung 3: Staub (PM10)-Emissionen nach Quellkategorien [UBA 1]
Wie wirkt Feinstaub?
Im Rahmen dieses Beitrags, das vorab erwähnt, wird nur von der Wirkung auf den Menschen gesprochen. Eine Wirkung auf Tiere oder Pflanzen wird hier nicht betrachtet, obwohl sie vorhanden ist.
Bei der Wirkung auf den Menschen ist entscheidend, von welchem Wirkungsweg man ausgeht. Auch hier wird in diesem Artikel nur der Wirkungsweg „Atemweg“ betrachtet. Aufnahme von Partikeln über die äußere Haut oder durch Verschlucken sind nicht Gegenstand der Betrachtung.
Wirkung über den Atemweg
Betrachtet man den Atemwege als Eintrittspforte, so kann man basierend auf dem Atemvolumen und der Atemfrequenz im Ruhezustand eines Erwachsenen errechnen, dass pro Tag ca. 20.000 Liter Luft eingeatmet wird [LUNG 1]. Bei körperlicher Belastung kann diese Menge auf das 10fache ansteigen.
Aus der Menge der eingeatmeten Luft und der Konzentration der Feinstäube in diese Luft ergibt sich die aufgenommene Menge.
Innerhalb des Atemweges gelangen die Partikel unterschiedlich tief in die Lunge. Partikel > 2.5μm werden im Nasen-Rachenraum und den oberen Bronchen abgefangen und ggf. durch die Flimmerhärchen wieder nach oben transportiert.
Partikel < 2,5μm sind Lungen- und letztlich alveolengängig. Ultrafeine Staubpartikel gelangen durch die Alveolenwand (Abbildung 4) schließlich in die Blutbahn und werden somit im Körper verdriftet.
Abbildung 4: Alveolen der Lunge
Hier richten Sie als Fremdkörper ihre wahres Unheil an, indem sie als Fremdkörper ein Abwehrreaktion des Körpers hervorrufen und somit zu Entzündungen im Blutsystem führen. Sie setzen es unter Stress und können Ursache für Schlaganfälle und ähnliches sein (Abbildung 5).
Abbildung 5: Blutgerinnsels, das zu einer Embolie führt
Verschiedene vom LANUV genannte Kohortenstudien weise allen in dieselbe Richtung. Feinstaub führt bei einer Langzeitbelastung zu einer Zunahme von Herz-Kreisklauf-Erkrankungen und den damit verbundenen Todesursachen [LANUV 1].
Eine dieser Kohortenstudien wurde auch im Ruhrgebiet durchgeführt [LANUV 2].
Das Umweltbundesamt spricht von ca. 45.000 geschätzten Todesfällen durch Feinstaub jährlich auf die Bundesrepublik bezogen [UBA 2]. Als weitere wichtige Todesursache in Folge von Feinstaub ist Lungenkrebs zu nennen. Diese Fallzahlen sind in der o.g. Zahl von 45.000 enthalten.
Wie wird Feinstaub gemessen?
Es gibt eine Vielzahl von Messmethoden für Feinstaub, die sich anhand ihres Messprinzips wie folgt einteilen lassen:
- Mikroskopische Verfahren
- Verfahren mittels Wechselwirkung mit Licht
- Verfahren basierend auf elektrischen Eigenschaften
- Sedimentation
- Sortierung und Klassifikation
Des weiteren kann man die Methoden in zwei Gruppen aufteilen. Die erste Gruppe umfasst die zeitlich kontinuierlichen, die Zweite die nicht kontinuierlichen Einzelmessungen. Bei letzteren wird i.d.R. eine Menge an Feinstaub ermittelt, die über einen bestimmten Zeitraum angefallen ist, also eine Feinstaubsumme über die Zeit [MICRO 1].
Auf alle dieser unterschiedlichen Methoden einzugehen, würde den Rahmen dieses Artikels übertreten. Es wird daher nun ein häufig bei kontinuierlichen Messungen verwendetes Verfahren, das Laser-Streulicht-Verfahren, dargestellt, da es auch in diesem Projekt zum Einsatz kommt.
Wie funktioniert das Laser-Streulicht-Verfahren?
Bei der Messung mittels Laser durchströmen, durch eine Pumpe oder Lüfter verursacht (rechter Bereich von Abbildung 6) die unterschiedlichen Feinstaubpartikel eine Messkammer, durch die ein Laserstrahl bekannter Wellenlänge und Stärke gesendet wird. Verschiedene optische Anordnungen enden das von den Partikeln beeinflusste Licht an einen Photodetektor, dessen Signalhöhe von der Konzentration der Partikel näherungsweise abhängt.
Abbildung 6: Aspekte der Feinstaubmessung mit Laserstrahlen
Betrachtet man ein einzelnes Feinstaubpartikel unter einem Mikroskop, so kann man folgende Eigenschaften beschreiben: Farbe, Form, Transparenz, Oberflächenstruktur. Diese haben, wie im linkten Bereich von Abbildung 6 zu sehen, unterschiedlichen Einfluss auf die Art, wie auftreffendes Licht, sei es von einem Laser, reflektiert, gebrochen oder gestreut wird. Ein blaufarbiger Partikel wird orangefarbiges Licht anders absorbieren oder reflektieren als ein rotfarbiger. Ein transparentes Partikel, z.B. Quarzstaub, kann vom Laserstrahl auch durchdrungen werden, woraus ein anderes optisches Verhalten resultiert als bei einem Rußpartikel, welcher undurchsichtig ist.
Aus diesem Grund werden Feinstaubsensoren diesen Typs anhand eines Staubes bekannter Zusammensetzung und Konzentration kalibriert.
Aus dem Signal des Photodetektor kann dann, nachdem eine Kalibrierung durchgeführt wurde, auf die Konzentration geschlussfolgert werden.
Wie genau sind die Messwerte?
Bei der kontinuierlichen Messung mittels Laser gibt es viele Störfaktoren. Bei der Immissionsmessung können z.B. keine Vorhersagen zur konkreten Zusammensetzung des Staubs und dessen konkreten optischen Eigenschaften gemacht werden. Diese Eigenschaften beeinflussen aber das auf den Sensor auftreffende Streulicht enorm. Die bei anderen Messverfahren üblichen akzeptierten 5% Ungenauigkeit werden hier deutlich überschritten.
Außerdem ist zu beachten, dass bei einigen Messverfahren der Luftstrom zunächst getrocknet wird, bevor er auf den Sensor trifft. Damit soll erreicht werden, dass durch die üblicherweise vorhandene Luftfeuchtigkeit aufgequollene Partikel wieder ihre ursprüngliche Größe erreichen. Dies wird jedoch mit dem Nachteil erkauft, dass flüchtige Stoffe bei diesem Verfahren verdampfen, was ebenfalls das Messergebnis verfälschen kann. Die Wirkung der Feuchtigkeit auf den Feinstaub verfremdet daher die Messergebnisse ebenfalls.
Welches sind die Einflussgrößen der Konzentration?
Bei luftgetragenen Umweltschadstoffen hat i.d.R. die „Wetterlage“ den größten Einfluss auf die momentan am Messort herrschende Konzentration. Hierbei ist unter Wetterlage die an einem konkreten Ort und seiner Umgebung herrschende physikalische Zusammensetzung der Atmosphäre in Kombination mit Niederschlag und Wind gemeint.
Gasgleichung
Für das weitere Verständnis muss zunächst eine der grundlegenden Gleichungen, bezogen auf gasförmige Medien, erklärt werden, die Gasgleichung. Sie stellt die Stoffmenge n, den Druck p, das Volumen V, die Gaskonstante Rm und die Temperatur T in Bezug [WIKIP 2]. Sie lautet:
p ∙ V = n ∙ Rm∙ T
Das scheint manchen nicht verständlich, ist aber einfach, wenn man sich z.B. gedanklich einen Schnellkochtopf mit Luft vorstellt. Stellt man ihn auf die heiße Herdplatte, so nimmt in ihm die Temperatur zu, die Menge an Luftmolekülen in ihm und das Volumen des Topfes ändert sich aber nicht. Damit die Therme mathematisch auf beiden Seiten des Gleichheitszeichens jedoch weiterhin denselben Betrag liefern, geht die Erhöhung der Temperatur folglich mit einer Erhöhung des Druckes einher. Das ist eine Beobachtung, die man an einem Schnellkochtopf oder einer Dampfmaschine sofort erkennt.
Stabilität der Atmosphäre
Die Gasgleichung beschreibt die Beziehung von Druck und Temperatur, wenn die anderen Parameter unverändert bleiben. Bewegen wir uns in der irdischen Atmosphäre so wirkt zusätzlich die Gravitation auf die Luft. Das führt mit steigender Höhe zu einer Abnahme des Luftdrucks.
Durch die Gasgleichung ergibt sich, dass mit abnehmendem Druck auch die Temperatur abnimmt. Handelt es sich um Luft, dessen relative Feuchtigkeit unter 100% liegt, also Luft, in der keine Kondensation auftritt, nimmt die Temperatur um 0,976 °C je 100 m Höhe ab. Dies ist der trockenadiabatische Temperaturgradient und wird international in Kelvin anstatt Celsius angegeben mit 0,976 K/100 m.
Kommt es hingegen zur Kondensation, so wird Kondensationswärme frei und die Abkühlung mit der Höhe fällt geringer aus (feuchtadiabatisch) [WIKIP 3].
Zeigt die Luft in der Atmosphäre bei einer Messung eine dieser Gradienten entsprechende Temperaturabnahme, spricht man von einer neutralen Schichtung.
Durch verschiedene Prozesse in der Atmosphäre kann die Luft jedoch einen anderen Temperaturverlauf zeigen. Im Sommer, wenn die Luft in den bodennahen Schichten durch solar aufgeheizte Flächen von unten her erhitzt wird, zeigt sie häufig einen stärkere Temperaturabnahme mit der Höhe. Sie weist dann eine labilen Schichtung auf und wird stark durchmischt. In ihr eingebrachte Abgase werden rasch verteilt. Die über einer Asphaltdecke an einem heißen Sommertag „kochende“ Luft verbildlicht dies deutlich.
In den Wintermonaten hingegen kann die Temperaturabnahme mit der Höhe schwächer sein. Im Extremfall kann die Temperatur mit der Höhe sogar zunehmen. In diesem Fall spricht man von einer Inversionswetterlage (invers = umgekehrt) und die Atmosphäre weist eine extreme Stabilität auf. Schadgase werden kaum verteilt und können sich, sofern kaum Winde herrschen oder der Ort in einer Kessellage liegt, bodennah anreichern [WIKIP 4]. Dies ist aus Stuttgart oder auch Hagen bekannt.
Die Abbildung 7 verdeutlicht den Zustand der stabilen Schichtung. In ihr hat die Atmosphäre einen Temperaturgradienten, der kleiner als der trockenadiabatische Gradien ist. Ein Luftpacket, welches sich in dieser Atmosphäre bewegt (z.B. aufsteigt) verändert sich aber entsprechend des trockenadiabatischen Gradienten. Ab einem bestimmten Punkt ist das Luftpacket kälter und damit schwerer als die umgebende Luft und es wird dabei nach unten gedrückt, bis es wieder leichter ist. Das Luftpacket pendelt somit bei einer bestimmten Höhe ein. Es liegt stabil in der Atmosphäre.
Abbildung 7: Temperaturverlauf bei stabiler atmosphärischer Schichtung
Anhand Abbildung 8 ist eine Inversion in der Höhe gegeben. Bei dieser besonderen Situation liegt die wärmere Luftschicht wie ein Deckel auf der kälteren. Schadgase reichern sich unter ihr an.
Abbildung 8: Beispiel einer Inversionswetterlage
Wind
Wind entsteht durch Druckunterschiede in der Atmosphäre. Die Windgeschwindigkeit ist dabei abhängig von dem Druckunterschied und der Entfernung zweier Punkte unterschiedlichen Druckes.
Außerdem besteht eine Abhängigkeit von der Höhe über Grund und der Beschaffenheit des Grundes, der sogenannten Rauhigkeitslänge. Je glatter eine Oberfläche ist, desto ungehinderter kann die Luft sich bewegen und der Wind wird nur wenig abgebremst.
Ist die Oberfläche zerklüfteter, z.B. auch durch Gebäude, wird der Wind stärker abgebremst. So ergeben sich je nach Oberfläche andere Rauhigkeitslängen und somit andere bodennahe Windgeschwindigkeiten.
Man erkennt an Abbildung 9, dass mit zunehmender Rauhigkeitslänge die Windgeschwindigkeit in Bodennähe abnimmt. In der Innenstadt, wo wegen der oft hohen Gebäude die Rauhigkeitslänge einen Wert von ca. 1 hat, ist der Wind stark abgebremst und seine positive Wirkung, die Stadt mit Frischluft zu versorgen und für eine Durchmischung der Luft zu sorgen, wird minimiert.
Abbildung 9: Windprofil in Abhängigkeit von der Rauhigkeitslänge Z0
Niederschlag
Bei der Einflussgröße Niederschlag muss hinsichtlich der unterschiedlichen Niederschlagsarten unterschieden werden. Schnee und Hagel habe eine andere Wirkung als Regen. Plakativ lässt sich sagen, dass Regen die Luft wäscht. So belegen Studien, dass Regen die Feinstaubkonzentration (PM10) senkt und das dieser Effekt auch einige Tage nach dem Regenereignis messbar ist [LUBW2007].
Kritik und Diskussion
Die Messmethode des Projektes und die der staatlicher Stellen liefern basierend auf einer Partikelanzahl und Größe jedoch eine Masse bezogen auf Volumen als Messergebnis (μg/m³). Dies ist ungenau, da die Zusammensetzung des Staubs unbekannt ist und ein einzelnes Partikel leicht oder schwer sein kann. Die Ermittlung der Masse beruht hierbei also auf einer angenommenen Zusammensetzung des Feinstaubs.
Auch die in Europa gesetzten Grenzwerte sind massebezogene Grenzwerte. Dies muss grundsätzlich hinterfragt werden. Insbesondere, weil die Wirkung über den Atemweg bis hinein in die Blutbahn auf einen Partikel beruht und daher die Partikelanzahl als Messgröße und Grenzwert viel aussagekräftiger wäre und eine bessere Beurteilung der Situation ermöglichen würde.
Berechtigterweise steht der motorisierte Individualverkehr aber auch der Schwerlastverkehr beim Thema Feinstaub im Fokus. Im innerstädtischen Bereich sind nahe der Hauptverkehrsadern hohe Konzentrationen zu finden.
Dennoch darf nicht vergessen werden, dass auch die intensive Landwirtschaft mit ihrer Ausbringung von Gülle und darüber Freisetzung von Ammoniak zu einer hohen Verursachung von sekundären Feinstäuben führt. Diese werden wetterbedingt auch in die Städte transportiert.
45.000 Menschenleben pro Jahr sind eine Aufforderung an jeden, über sein Verhalten nachzudenken und… es zu ändern. Sie als Autofahrer, als Fleischesser, als Konsument, mündiger Bürger und Wähler haben es in der Hand.
Über den Autor
Diplom Umweltwissenschaftler Frank Heuer studierte in den 90er Jahren an der damaligen Universität Gesamthochschule Essen (UGH Essen), der heutigen Universität Duisburg Essen. Er verfügt daher über grundsätzliche Kenntnisse aus dem Bereich der Klimatologie.
Durch Mitwirkung am Lehrstuhl für Angewandte Klimatologie der UGH Essen von Prof. Dr. Wilhelm Kuttler weist er Kenntnisse zu den Themen Stadtklimatologie und Lufthygiene aus.
Zusätzlich verfügt er als IT-Mitarbeiter in einem Unternehmen der Umweltbranche über Programmierkenntnisse und Projekterfahrung im IT-Umfeld. Er ist Autor einer auf Python basierenden Open Source Bibliothek zur Steuerung des im Projekt verwendeten Feinstaubsensors SDS011 [GITLAB2017].
Er ist Mitglied des Netzwerkes ruhrmobil-E e.V.
Kontakt: frank.heuer@heuerhome.de
Webseite: http://www.heuerhome.de
Quellangaben und Literaturhinweise
[LUBW2007]: Einflussgrößen auf die zeitliche und räumliche Struktur der Feinstaubkonzentrationen, Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Juli 2007 http://www4.lubw.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/20250/feinstaubeinfluesse_endfassung.pdf?command=downloadContent&filename=feinstaubeinfluesse_endfassung.pdf
[WIKIP 1]: Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Aerodynamischer_Durchmesser abgerufen 10.04.2017
[UBA 1]: Graphik der PM10 Emissionen, Umweltbundesamt, https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/384/bilder/dateien/2_abb_staub-pm10-emi-quellkat_2016-06-20.pdf abgerufen 23.04.2017
[DUH 1]: Deutsche Umwelthilfe zu sekundärem Feinstaub durch Ammoniak, http://www.duh.de/projekte/ammoniak/ abgerufen 10.04.2017
[IASS 1]: IASS fAct Sheet 1/2016 Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) Potsdam, June 2016 http://www.duh.de/fileadmin/_migrated/content_uploads/IASS_fact_sheet_01_2016_ammonia.pdf abgerufen 10.04.2017
[LUNG 1]: Was ist eine Staublunge, Lungenärzte im Netz, https://www.lungenaerzte-imnetz.de/krankheiten/staublunge/was-ist-eine-staublunge/ abgerufen 10.04.2017
[LANUV 1]: Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub und Stickstoffdioxid im Zusammenhang mit der Luftreinhalteplanung, LANUV 10/2010, https://www.lanuv.nrw.de/fileadmin/lanuv/gesundheit/schadstoffe/gesundheitliche_wirkungen.pdf abgerufen 10.04.2017
[LANUV 2]: Feinstaubkohortenstudie Frauen in NRW, Fachberichte LUA NRW 7/2005, https://www.lanuv.nrw.de/fileadmin/lanuv/gesundheit/pdf/fachbericht7_luanrw.pdf abgerufen 10.04.2017
[WIKIP 2]: Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Zustandsgleichung_idealer_Gase abgerufen 26.04.2017
[UBA 2]: Gesundheitsrisiken der Bevölkerung in Deutschland durch Feinstaub, Umweltbundesamt, https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltgesundheit/gesundheitsrisiken-der-bevoelkerung-in-deutschland#textpart-1 abgerufen am 10.04.2017
[MICRO 1]: A Primer on Particle Sizing by Static Laser Light Scattering, MicromeriticsInstrument Corp, http://www.particletesting.com/Repository/Files/A_Primer_on_Particle_Sizing_by_Static_Laser_Light_Scattering.pdf abgerufen 10.04.2017
[WIKIP 3]: https://de.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A4rischer_Temperaturgradient abgerufen 26.04.2017
[WIKIP 4]: https://de.wikipedia.org/wiki/Schichtungsstabilit%C3%A4t_der_Erdatmosph%C3%A4re abgerufen 26.04.2017
[ GITLAB2017]: https://gitlab.com/frankrich/sds011_particle_sensor abgerufen 17.07.2017
Informationsseite des Umweltbundesamtes zum Thema Feinstaub: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub
Abbildungen ohne Quellangabe von Frank Heuer
mcs Juniorakademie – großes Jubiläum am 7.7.17 ab 17 Uhr in Weitmar
Foto: mcs Juniorakademie
Die Junior-Akademie der Mathias Claudius Stiftung feiert dieses Jahr ihr 10-jähriges Jubiläum. Am Freitag, den 7.7.2017 um 17 Uhr im Automobilcenter Weitmar in Bochum findet die große Feier statt. Das vielfältige Programm im Autohaus findet nicht nur zum Dank an die zahlreichen Helfer der Wissenschafts-Akademie statt, sondern öffnet sich auch allgemein für alle Interessierte an den Bereichen Wissenschaft und Technik. Die mcs Junior-Akademie hat bereits Fahrräder elektrisch ungerüstet und verlost diesmal einen E-Fiat 500. ruhrmobil-E und e-motion/JEWO werden auch vor Ort sein. Für das leibliche Wohl ist ebenfalls gesorgt. Wir freuen uns auf eine schöne Veranstaltung und gratulieren der mcs Juniorakademie herzlich zu ihrem 10. Geburtstag!
Der Elektromobilitätstag 2017 – Vielfalt pur!
Elektromobilitätstag in Bochum. Foto: Olaf Ziegler, Lichtblick
Der Elektromobilitätstag am 10. Juni von 11-17 Uhr in der Bochumer Innenstadt hielt all seine Versprechen: „Super Wetter“, viele E-Fahrzeuge und Fahrräder auf dem Dr.-Ruer-Platz UND Elektroautos, ÖPNV und Berater für Solarenergie auf dem Husemannplatz. Natürlich auch verschiedene Aussteller auf der Huestraße, sozusagen die Verbindungsstraße zwischen den beiden Plätzen. Viel (Fahr)Spaß war immer mit dabei – Wir, der Verein ruhrmobil-E, sowie das Umweltamt der Stadt Bochum, die Wirtschaftsentwicklung und Bochum Marketing zeigten sich sehr zufrieden. Die Publikumslieblinge waren und blieben die Fahrzeuge von Tesla, der neue E-Golf und die elektrische Variante des Hyundai IONIQ. Die zahlreichen Fragen dazu wurden gerne beantwortet und Probefahrten für das Autohaus vereinbart. Die Bogestra zog auf dem Husemannplatz mit ihrem Hybridbus, dem Infomobil und der Hüpfburg die Familien an und informierte zum ÖPNV. Danach wurde unser Eiswagen und kleiner Mittagstisch gerne angesteuert. Die Technische Berufliche Schule 1 (TBS1), die Hochschule Bochum sowie die mcs Junior-Akademie deckten den Bildungsbereich ab.
Wir bedanken uns bei unseren Ausstellern, die durch ihr Engagement, ihre Ideen und ihre Unterstützung des Vereins diese tolle Veranstaltung erst möglich gemacht haben. Ein lebendiges Netzwerk wird so an diesem Tag sichtbar. Der Verein lebt durch seine Mitglieder. Aber auch den zahlreichen Besuchern mit ihren vielschichtigen Fragen gilt unser Dank. Der Austausch mit ihnen ist uns sehr wichtig und motiviert uns, noch besser zu werden.
Der Sommer ist nun in vollem Gange, fahren mit E-Fahrzeugen macht nun noch mehr Freude als im Winter, doch denken Sie bitte auch an unsere monatlichen Netzwerksitzungen.
Übrigens: Tesla kann man jetzt auch in Bochum bei RuhrAutoE mieten!
Der Elektromobilitätstag in der Bochumer Innenstadt: Fahrspaß mit elektrischem Antrieb!
Elektromobilitätstag Bochum Foto: Olaf Ziegler
Auf dem Elektromobilitätstag 2017 können umweltbewußte Fahrer am 10. Juni von 11-17 Uhr auf dem Dr.-Ruer-Platz und dem Husemannplatz sowie auf der Verbindungsstraße, der Huestraße, den Fahrspaß mit Elektroantrieb erleben. Der Verein ruhrmobil-E, das Umweltamt der Stadt Bochum, die Wirtschaftsentwicklung und Bochum Marketing zeigen die große Vielfalt der Elektromobilität: Fahrräder mit E-Antrieb und Elektroautos mit Gastronomie und Programm. Highlights sind die begehrten Fahrzeuge von Tesla, der neue E-Golf und die elektrische Variante des Hyundai IONIQ. Aktuelle Informationen zum Thema Elektromobilität, ÖPNV, umweltfreundliche Mobilität, Energieversorgung und Nachhaltigkeit sowie Aktionen für die ganze Familie runden diese vielseitige Veranstaltung ab.
Bei den Probefahrten mit den E-Autos können die Besucher selbst erfahren, wie sich die Mobilität der Zukunft anfühlt. Erfahrungsgemäß versetzt sie das in Erstaunen – und macht jede Menge Spaß! ruhrmobil-E e.V. ist DIE Institution für Elektromobilität und für die Förderung von Umwelt-, und Kimaschutz aus Bochum. Seit Februar 2010 setzt sich der Verein u.a. für die Elektromobilität und somit für eine bessere Mobilität ein. Fahrräder und Autos mit Elektroantrieb können effektiv dazu beitragen, die Mobilitätsprobleme vor allem in Ballungsgebieten wie dem Ruhrgebiet zu verringern (Staus auf den Autobahnen, Verminderung der Wohnqualität durch Lärm und lokale Emissionen). Regenerative Energie ist ebenfalls im Fokus. Die fast 50 Vereinsmitglieder von ruhrmobil-E stehen für diese Ziele. Jeden Monat treffen sie sich bei Netzwerksitzungen, um gemeinsam Projekte umzusetzen. Die Öffentlichkeitsarbeit des Vereins umfasst die Organisation des Elektromobilitätstages sowie die Teilnahme an vielen andere Veranstaltungen, Tagungen und Messen. Auf der Website und dem Blog des Vereins wird regelmäßig über alle Neuigkeiten des Netzwerks berichtet. Besuchen Sie uns beim Elektromobilitätstag am 10. Juni in der Bochumer City. Wir freuen uns auf Sie! Kontakt und Informationen: ruhrmobil-E e.V. Königsallee 67 44789 Bochum www.ruhrmobil-E.de Katja Nikolic Mobil: 0172 5387665 Mail: katja.nikolic@ruhrmobil-E.de Christian Welling Tel.: 0234 52009744 Mail: christian.welling@ruhrmobil-E.de
„Business meets Science“ auf auf MARK 51°7
Baustelle Mark 51°7 Foto: Katja Nikolic
Thema: „Wenn Zukunftstechnologien Fahrt aufnehmen“
Nähere Informationen bei der Bochum Perspektive: Bei Interesse gerne anmelden unter veranstaltungen@bochum-wirtschaft.de
Tag der offenen Tür der BOGESTRA, 24.09.2017
Der Tag der offenen Tür der BOGESTRA AG findet am 24.09.2017 von 11-18 Uhr statt. Die BOGESTRA AG öffnet wieder ihre Tore an der Hauptverwaltung in Bochum für Besucher (Universitätsstraße 58, 44789 Bochum). Das vielseitige Unternehmen und das bunte Programm sind jedes Jahr ein großer Publikumsmagnet. Ruhrmobil-E und seine Mitglieder dürfen sich dort auf einer Fläche von 35 x 8 m einer breiten Öffentlichkeit präsentieren. Wenn Sie Mitglied bei ruhrmobil-E sind oder eines werden möchten, können Sie sich gerne bei uns melden und auf der Fläche mit ausstellen (mit E-Bikes, Elektroautos, Stand….). Probefahrten sind aber nicht möglich. Ruhrmobil-E ist selbstverständlich auch mit einem Stand vertreten. Wir freuen uns auf Sie! Kontakt: katja.nikolic@ruhrmobil-E.de
Elektrotaxen in Bochum
Taxi Bednarz, ein lokales Taxi-Unternehmen aus Bochum hat seine Flotte auf Elektro-PKW umgestellt. Die vier Nissan Leaf, welche seit Anfang des Monats auf den Straßen von Bochum unterwegs sind, sind rein elektrisch und haben eine Reichweite von ca. 200km.
Taxi Bednarz möchte damit eine Vorreiterrolle in der Modernisierung der Mobilität einnehmen. Der Umweltschutz ist für das Unternehmen schon immer ein wichtiger Grundsatz gewesen und mit der Umstellung auf Elektromobilität ist ein wichtiger Schritt in Richtung Nachhaltigkeit erreicht. Das Konzept geht durch die ausreichende Reichweite der Fahrzeuge kombiniert mit dem Ladekonzept auf. Durch diese Kombination können die Taxen im täglichen Betrieb die Nachfrage genau wie Verbrenner abdecken und schonen dabei zusätzlich die Umwelt.
2 Schnellladesäulen vom Typ CHAdeMO sorgen auf dem Betriebsgelände dafür, dass die Taxen bei leerem Akku, innerhalb einer halben Stunde wieder zurück auf die Straßen können. Zusätzliches Zwischenladen bei längeren Wartezeiten sorgt weiterhin dafür, dass die Komplettladungen nicht alle 200 km durchgeführt werden müssen.
Zwar sind die Investitionskosten von 200.000€, mehr als was Verbrenner in der gleichen Klasse gekostet hätten. Dennoch wiegt sich das auf Dauer wieder aus, wenn man bedenkt das der Nissan Leaf bei aktuellen Strompreisen ca. 3-4€ auf 100km verbraucht. Auf die tägliche Verbrauchsleistung eines Taxis gerechnet wird sich die Anschaffung in wenigen Jahren amortisiert haben.
Die Finanzierung des Projektes läuft für Taxi Bednarz über die GLS Bank. Da die GLS Bank grundsätzlich nur nachhaltige Investitionen tätigt, ist dies genau der richtige Ansprechpartner für Projekte wie dieses.
Zwar gibt es in Deutschland schon einige Taxiunternehmen, welche sich Elektrofahrzeuge angeschafft haben, aber die Umstellung der gesamten Flotte ist einzigartig bisher. Es bleibt abzuwarten ob dieses Projekt sich wie ein Lauffeuer verbreitet und auch weiteren Taxi-Unternehmen die Vorteile der Elektromobiliät deutlich macht.
Wenn sie sich mal selber ein Bild von den Taxen machen wollen, sind sie Herzlichst dazu eingeladen am 18.03.2017 vor dem Hauptsitz von Taxi Bednarz auf der Kemnader Str. 13a an der Vorstellung der Fahrzeuge teilzunehmen. Der Oberbürgermeister von Bochum wird anwesend sein um dieses zukunftsweisende Projekt einzuweihen. Oder bestellen sie sich für ihre nächste Taxifahrt einfach mal ein Elektrotaxi. Unter der Webadresse www.bednarz-elektrotaxi.de oder den Telefonnummern 0234-490024 und 0234-490026 können sie sich ab sofort den lautlosen Service rufen, der sie Emissionsfrei durch den Ruhrpott fährt.