PM10-Ursachenanalyse (PM-Ost)

Detaillierte Ursachenanalyse von PM₁₀-Feinstaub-Immissionen in den Ländern Brandenburg, Berlin, Sachsen und Mecklenburg-Vorpommern durch gravimetrische Messungen, chemische Analytik und Rezeptor­modellierung zur Bestimmung des Beitrags der grenzüberschreitenden Luftverunreinigung

Das Vorhaben wurde gemeinsam von den Bundesländern Berlin (Federführung), Brandenburg, Sachsen und Mecklenburg-Vorpommern durchgeführt. Das Umweltbundesamt wirkte im Projektbeirat mit.

Gegenstand des Projektes war die Auswertung von Feinstaub-PM₁₀-Messungen zur Identifizierung des Anteils verschiedener Quellen an der Feinstaubbelastung. Genutzt wurden sowohl Analysen der PM₁₀-Inhaltsstoffe als auch Rezeptormodellierungen.

Die Besonderheit des Vorhabens lag darin, dass einheitliche Daten für ein bundesländerübergreifendes Teilgebiet der Bundesrepublik Deutschland erhoben und nach einheitlichen Kriterien ausgewertet wurden.

Es wurden Proben aus dem Zeitraum 01.09.2016 bis 31.03.2017 analysiert.

Juni 2016 – November 2017

Im Projekt PM OST wurde eine detaillierte Ursachenanalyse von Feinstaub-PM₁₀ für ausgewählte Messstationen der Länder Brandenburg, Berlin, Sachsen, Mecklenburg-Vorpommern und des Umweltbundesamtes (UBA) erstellt. Der Fokus lag hierbei auf Episoden mit östlicher Anströmung der Luftmassen, die im ostdeutschen Raum regelmäßig zu erhöhten PM₁₀-Konzentrationen führen. Dies wird häufig auf grenzüberschreitenden Eintrag vorbelasteter Luftmassen aus östlichen Nachbarländern zurückgeführt. Als Grundlage des Projekts diente ein Datensatz, der für 10 Messstationen im Untersuchungsgebiet und für den Zeitraum September 2016 bis März 2017 Tageswerte der PM₁₀-Massekonzentration sowie der Inhaltsstoffe anorganische Ionen und Kohlenstoffsummenparameter (OC/EC) enthielt. Darüber hinaus wurden an 80 ausgewählten Sondermesstagen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Levoglucosan als Marker für Holzfeuerung, sowie teilweise (in Berlin) verschiedene Metalle analysiert. Bei der Auswahl der Sondermesstage wurden vor allem Tage und Episoden mit hohen PM₁₀-Massekonzentrationen berücksichtigt, allerdings als Kontrast auch einige Tage mit mittleren und niedrigen Konzentrationen eingeschlossen. Die Daten zeigen einen typischen abfallenden Konzentrationsgradienten von den Verkehrsstationen Berlin – Frankfurter Allee und Potsdam – Zeppelinstraße über die städtischen Hintergrundstationen Berlin – Nansenstraße und Cottbus hin zu den Stationen im ländlichen Hintergrund.

Im Ergebnis zeigte sich, dass zusätzliches antransportiertes PM₁₀ aus östlicher Richtung je nach meteorologischen Randbedingungen im Mittel über 6 ländliche Hintergrundstationen 0-30 µg/m³, an einzelnen Stationen sogar bis zu 50 µg/m³ ausmachte. Für meteorologische Bedingungen, die hohe PM10-Massekonzentrationen von über 30 µg/m³ zur Folge haben, hatte dieses “Inkrement Ost” im Mittel einen Anteil von 50% an der Gesamtkonzentration. Für Bedingungen mit mittleren Konzentrationen zwischen 20 und 30 µg/m³ erklärte es 20% und in Situationen mit geringen PM10-Massekonzentrationen unter 20 µg/m³ war der grenzüberschreitende Eintrag vernachlässigbar. Für die städtische Verkehrsstation Frankfurter Allee in Berlin ergab sich für Episoden mit östlicher Anströmung und hoher lokaler PM₁₀-Belastung folgende grobe Quellaufteilung:

• Verkehr: 15 – 20%
• Städtischer Hintergrund: 10 – 15%
• Ländlicher Hintergrund: 35%
• Ferneintrag: 35%

Die Quellen des importierten PM₁₀-Anteils lagen in primären Emissionen der Holz- und Kohleverbrennung, sowie sekundär gebildetem Ammoniumsulfat und organischem Material, das sich während des Transportes der Luftmassen vermutlich überwiegend aus den gasförmigen Verbrennungsemissionen SO₂ und VOCs gebildet hatte. Die Zunahme des “Inkrementes Ost” mit abnehmender Temperatur ließ Emissionen aus Hausbrand bzw. Anlagen zur Gebäudeheizung als wahrscheinlicher erscheinen als Emissionen des Industrie- oder Energiesektors. Darüber hinaus deuteten die Auswertungen auf Quellregionen eher im etwas weiter entfernteren östlichen Mitteleuropa und Südosteuropa als in den direkt angrenzenden Regionen der Nachbarländer hin, wobei diese auf Rückwärtstrajektorien beruhenden Ergebnisse mit hohen Unsicherheiten behaftet sind. Zur genaueren Beurteilung der Quellregionen erscheinen weitere Untersuchungen als zwingend notwendig.