Passivsammlermessungen Amtliche Luftmessstationen und NO2-Passivsammlermessungen sowie Hinweise für Passivsammlermessungen Dritter

Messungen der Luftqualität nach EU-Richtlinie 2008/50/EG

Amtliche Luftmessstationen und NO2-Passivsammlermessungen sowie Hinweise für Passivsammlermessungen Dritter

Die Richtlinie 2008/50/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21. Mai 2008 über Luftqualität und saubere Luft für Europa („Luftqualitätsrichtlinie“) gibt für die Mitgliedstaaten der EU für zahlreiche Luftschadstoffe verbindlich einzuhaltende Luftqualitätsgrenzwerte vor. Für den Luftschadstoff Stickstoffdioxid (NO2) gelten demnach die in Tabelle 1 dargestellten Grenzwerte.

Tabelle 1: NO2-Grenzwerte gemäß EU-Luftqualitätsrichtlinie

 

Mittelungszeitraum

Grenzwert

Kurzzeitgrenzwert

Stunde

200 μg/m³ dürfen nicht öfter als 18-mal im Kalenderjahr überschritten werden

Langzeitgrenzwert

Jahr

40 μg/m³

 

Die Anforderungen der Luftqualitätsrichtlinie werden durch die 39. Bundes-Immissionsschutzverordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen (39. BImSchV) in deutsches Recht umgesetzt.

# Wie wird die NO2-Belastung in Hamburg gemessen und bewertet?

In Hamburg wird die Luftqualität durch 12 kontinuierlich messende ortsfeste Luftmessstationen des Hamburger Luftmessnetzes (Halm) erfasst und auf Basis der gewonnen Luftmesswerte bewertet. Die Messstationen unterteilen sich in Hintergrundmessstationen, verkehrsnahe Luftmessstationen und Ozonmessstationen.

An die automatisierte Luftmesstechnik werden hohe Anforderungen gestellt. Die verwendeten Messsysteme in den Messcontainern des Hamburger Luftmessnetzes halten die zahlreichen rechtlichen Anforderungen ein (z.B. Anforderungen der 39. BImSchV und der DIN/EN/ISO/IEC 17025). Zusätzlich gelten für die Durchführung der Messungen weitere DIN/EN Normen, in denen das einzuhaltende Referenzverfahren der Messung beschrieben ist. Die kontinuierlich messenden Geräte müssen demnach bei der Messung von NO2 Messunsicherheiten kleiner als 15 % einhalten. Die korrekte messtechnische Erfassung wird durch die regelmäßige Teilnahme an Ringvergleichsmessungen abgesichert.

Allein durch die Einhaltung derartiger Anforderungen an die Messtechnik können valide und vergleichbare Messergebnisse zur Bewertung der Luftqualität entsprechend der 39. BImSchV erzielt werden.

 

# Luftqualität 2018 (NO2)

Die Luftmesswerte des Hamburger Luftmessnetzes werden unter http://luft.hamburg.de veröffentlicht. Abbildung 1 zeigt den Verlauf der über einen Monat gemittelten Luftmesswerte an den vier verkehrsbezogenen Stationen sowie den Verlauf an der für die städtische NO2-Hintergrundbelastung repräsentativen Luftmessstation „Sternschanze“.

Luftqualität 2018

Abbildung 1: NO2-Konzentration 2018 an ausgewählten Luftmessstationen

Die NO2-Konzentration in der Umgebungsluft ist abhängig von zahlreichen Randbedingungen. Anhand der Konzentrationsverläufe an den Luftmessstationen sind die jahreszeitlichen Schwankungen deutlich erkennbar.

 

# Was sind Passivsammler?

Zusätzlich zu den kontinuierlichen Messungen der ortsfesten Luftmessstationen wird die über einen Monat gemittelte NO2-Konzentration punktuell in Hamburg mittels amtlicher Passivsammlermessungen ermittelt. Die Ergebnisse einer Punktmessung sind für den jeweils gewählten Messort zu bewerten. Für die Bewertung relevant sind insbesondere der Abstand zu Emissionsquellen, der Abstand zu sonstigen Hindernissen, die die freie Anströmung beeinflussen könnten sowie die Messdauer. Die Ergebnisse geben Aufschluss über lokal begrenzte NO2-Konzentrationen unter örtlich vorgegebenen Positionierungs-Randbedingungen. Sie dienen als orientierende Messungen der weiteren Bewertung der Luftqualität eines Jahres auf Basis der gemessenen Monatsmittelwerte, sind flexibel einsetzbar und im Vergleich zu den automatisierten Luftmessstationen kostengünstig, können aber die genaueren kontinuierlichen Messungen der ortsfesten, technisch sehr aufwändigen Luftmessstationen nur unterstützen.

Aufgrund des einfachen Messaufbaus sind Passivsammlermessungen mit einer erhöhten Messunsicherheit verbunden. Das in der 39. BImSchV festgesetzte Datenqualitätsziel für orientierende Messungen von NO2 beträgt 25 %. Für die im Auftrag der Behörde für Umwelt und Energie eingesetzten Passivsammler gibt der Hersteller eine Messunsicherheit von 18,4 % bei Messungen im Konzentrationsbereich von 20 – 40 µg/m³ an. Die erhöhte Messunsicherheit ist bei der Auswertung der Messergebnisse zu berücksichtigen.

Die Beurteilung einer lokalen NO2-Konzentration mittels Passivsammlermessungen ist nur auf Basis von Messungen über ein vollständiges Kalenderjahr verlässlich möglich. Hierbei müssen neben den bereits dargestellten örtlichen Messanforderungen weitere entscheidende und im Folgenden dargestellte Kriterien für aussagekräftige Messergebnisse berücksichtigt werden:

  • wetterfeste Anbringung der Messröhrchen in einem Wetterschutzgehäuse,
  • die Verwendung von „Glasfritten“ als Turbulenzbarriere sowie
  • die Kenntnis der Diffusionssammelrate durch das analysierende Labor.

Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, können die ermittelten Werte nicht zur Bewertung und zur weiteren Beurteilung der Luftqualität nach 39. BImSchV herangezogen werden.

Insbesondere zur Vermeidung von Vandalismus und unzulässiger Beeinflussung der Messwerte sowie zur Gewährleistung einer ungehinderten Anströmung der Umgebungsluft sollten die Sammler in einem Schutzgehäuse in einer Höhe von 2,5 m bis 4,0 m positioniert werden.

Anhand von zwölf gemessenen Monatsmittelwerten lässt sich eine über ein Jahr gemittelte NO2-Konzentration für den jeweiligen Messort berechnen. Die Jahresmittelkonzentration lässt sich, bei entsprechender Berücksichtigung der Qualitäts- und Messanforderungen sowie der Messunsicherheiten und der lokalen Randbedingungen, mit dem NO2-Jahresmittelgrenzwert vergleichen. Ein Vergleich einzelner Monatsmittelwerte mit dem Jahresmittelgrenzwert ist aufgrund der bereits beschriebenen Abhängigkeiten der NO2-Konzentration (u.a. der jahreszeitlichen Abhängigkeit aufgrund z.B. meteorologischer Faktoren) fachlich nicht vertretbar.

# Hinweise für Passivsammlermessungen Dritter

Die Behörde für Umwelt und Energie ist u.a. zuständig für die Bewertung der Luftqualität auf Basis valider amtlicher Messungen. Vielfach wird die Fachbehörde mit weiteren NO2-Messungen Dritter konfrontiert, welche bei der Beurteilung der allgemeinen Luftqualität in Hamburg berücksichtigt werden sollen.

Nichtamtliche NO2-Messungen Dritter können seitens der Behörde nicht bzw. nur sehr eingeschränkt bewertet werden. Im Gegensatz zu den amtlichen Messungen genügen die Messungen Dritter regelhaft nicht den Qualitätsanforderungen der 39. BImSchV hinsichtlich des Aufstellungsortes. Insbesondere die Positionierung der Sammler ist ausschlaggebend für die Genauigkeit und Verlässlichkeit der ermittelten Messwerte. Beispielsweise bewirkt die Anbringung eines Sammlers in nächster Nähe zur Emissionsquelle eine direkte Einleitung der emittierten Schadstoffe in das Röhrchen, was folglich zu überhöhten und für die vorherrschende NO2-Konzentration nicht repräsentativen Messwerten führen würde. Da die genauen Positionierungen (Abstand zur Straße, Messhöhe, Abstand zu weiteren Hindernissen) häufig unbekannt ist, kann eine Bewertung solcher Messungen nicht erfolgen; diese sind somit für die weitere Beurteilung der Luftqualität gemäß 39. BImSchV nicht heranziehbar.

Vielfach werden Messungen über einen sehr kurzen Zeitraum von wenigen Wochen durchgeführt und können somit nur als Kurzzeitmessung interpretiert werden, die bestenfalls als Indikator für die lokalen Verhältnisse zu diesem Zeitpunkt dienen kann (siehe hierzu die dargestellten Schwankungen der Messwerte in Abbildung 1). Hiervon abgeleitete Schlussfolgerungen in Bezug auf die NO2-Konzentration im Jahresmittel sind fachlich nicht haltbar, sodass eine rechtlich bindende Beurteilung der lokalen Luftqualitätssituation auf Basis derartiger Messergebnisse nicht erfolgen kann.

Ein Hauptgrund für die geforderte lange Dauer der Untersuchungen beziehungsweise die gleichmäßige Verteilung von Messperioden über ein Jahr sind die Erfahrungen, dass Luftschadstoffe über das Jahr verteilt in unterschiedlich hohen und stark variierenden Konzentrationen vorliegen können (vgl. Abbildung 1). Jahreszeitspezifische Randbedingungen (z.B. Meteorologie, Heizen, Ozonkonzentration, etc.) können zu deutlichen Varianzen zwischen den Messergebnissen einzelner Monate führen.

Letztlich stellt häufig auch das fehlende Schutzgehäuse einen Mangel dar, der die Messergebnisse beeinflussen kann. Passivsammlerröhrchen sind wetterfest in einem geeigneten Gehäuse anzubringen, sodass die NO2-Konzentrationen unabhängig von Niederschlägen ermittelt werden können.

# Welche gesetzlichen Anforderungen hins. NO2-Immissionsmessungen bestehen?

Die 39. BImSchV definiert Immissionsgrenzwerte sowie die Anforderungen an ihre qualitätsgesicherte Erfassung. Demnach sollen Daten in Bereichen generiert werden, in denen die höchsten Werte auftreten, denen die Bevölkerung wahrscheinlich ausgesetzt sein wird. Für verkehrsbezogene Luftqualitätsmessungen sind die Messstellen so zu positionieren, dass die Luftproben – soweit möglich – für die Luftqualität eines Straßenabschnitts von nicht weniger als 100 Meter Länge repräsentativ sind. Darüber hinaus sollen Luftmesswerte in Bereichen ermittelt werden, die für die Exposition der Bevölkerung allgemein repräsentativ sind. Gleichzeitig sind Messungen von Umweltzuständen, die lediglich einen sehr kleinen Raum in ihrer unmittelbaren Nähe betreffen, zu vermeiden.

Darüber hinaus sollten nach der Verordnung u.a. die folgenden Anforderungen für die kleinräumige Ortsbestimmung der Probenahmestellen berücksichtigt und eingehalten werden:

  • Messhöhe: 1,5 m bis 4,0 m
  • Max. Abstand vom Fahrbahnrand bei verkehrsbezogenen Probenahmestellen: 10 m
  • Mind. Abstand zu verkehrsreichen Kreuzungen: 25 m
  • Mind. Abstand zu nächstem Gebäude: 0,5 m
  • Der Luftstrom um den Messeinlass darf nicht beeinträchtigt sein.
  • Der Messeinlass soll einige Meter von Hindernissen (z.B. Bäumen, Balkonen, etc.) entfernt sein.
  • Der Messeinlass darf nicht in nächster Nähe von Emissionsquellen angebracht werden, um die unmittelbare Einleitung von Emissionen, die nicht mit der Umgebungsluft vermischt sind, zu vermeiden.

Institut für Hygiene und Umwelt