Mobile Messungen zur Quellcharakterisierung von Ultrafeinstaub am Flughafen Düsseldorf

Ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm können schon in kleinen Konzentrationen gesundheitsgefährdend sein. Messungen an Triebwerken zeigen, dass Flugzeuge eine bedeutende Quelle für Ultrafeinstaub sind (Stacey, 2019). Auch in der Umgebung von Flughäfen wurden hohe Ultrafeinstaubkonzentrationen gemessen, allerdings ist es häufig schwierig, den gemessenen Feinstaub dem Flugverkehr zuzuordnen, da auch Fahrzeuge Ultrafeinstaub emittieren. Im Unterschied zu Fahrzeugmotoren, die in unterschiedlichen Takten arbeiten, laufen Flugzeugtriebwerke kontinuierlich. Die Verbrennung in Flugzeugtriebwerken verläuft nahezu vollständig und unterscheidet sich im Emissionsverhalten von Fahrzeugmotoren. Ein Ansatz zur Quellzuordnung kann daher darin bestehen, die Verteilung der zusätzlich zum Feinstaub emittierten Substanzen zu bestimmen.

Wir haben mit unserem mobilen Messlabor MobiLab die Verteilung von Ultrafeinstaub und anderer Flugzeugemissionen innerhalb und in der Umgebung des Düsseldorfer Flughafens bestimmt, um die Ultrafeinstaubbelastung am Flughafen und in den angrenzenden Wohngebieten zu untersuchen. Die Gesamtzahl der ultrafeinen Partikel ab einem Durchmesser von 2.5 nm wurde mit einem Nano-CPC (TSI 3788) gemessen. Zusätzlich wurde die Partikelgrößenverteilung sowie die Mischungsverhältnisse von Luftschadstoffen wie Stickoxide (NO_x), Kohlenmonoxid (CO) und Schwefeldioxid (SO₂) sowie von klimarelevanten Gasen wie Kohlendioxid (CO₂) und Distickstoffmonoxid (N₂O) in Sekundenauflösung bestimmt. Die Messungen während der Fahrt ermöglichten eine genaue Kartierung der räumlichen Verteilung dieser Spurenstoffe. Bei den Messfahrten konnten einzelne Abgaswolken bestimmten Flugzeugen zugeordnet werden. Es zeigte sich, dass die Flugzeuge während des Startes und der Landung pro emittiertem CO₂ mehr Ultrafeinstaub und SO₂ abgeben. N₂O  kann in den Drei-Wege-Katalysatoren von PKW mit Ottomotor gebildet werden, in denen NO mit CO oder Kohlenwasserstoffen reagiert. Im Flugzeugabgas wurde kein N₂O detektiert (siehe Abbildung 1). Die höchsten Ultrafeinstaubkonzentrationen wurden im Flughafenbereich gemessen. Neben den Flugzeugen trägt hier auch der Flughafenverkehr zur Ultrafeinstaubbelastung bei. Eine Unterscheidung ist durch das gleichzeitig emittierte N₂O möglich.

Abbildung 1: Zeitlicher Verlauf der Konzentration von Ultrafeinstaub und anderer Emissionen bei Start und Landung verschiedener Flugzeuge (links, in grau markiert von einem Airbus A3191 mit einem CFM56-5B6/3-Triebwerk) und am Flughafenterminal (rechts). Die Emissionen von Fahrzeugen sind duch die N₂O Peaks zu erkennen.

Abbildung 2: MobiLab

Referenz:

Stacey, B. (2019). Measurement of ultrafine particles at airports: A review, Atmos. Environ., 198, 463-477, doi: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.10.041.