Band 65:
Bläsing, Melanie (2016): Inland navigation: Emission fingerprints in the environment after fuel regulation 2009/30/EC. 158 S., 15,- €
Kurzfassung Band 65
Bläsing, Melanie (2016): Inland navigation: Emission fingerprints in the environment after fuel regulation 2009/30/EC. 158 S.
Kurzfassung BBA 65
Die Binnenschifffahrt (BSF) hat eine steigende Bedeutung im Transportsektor, ihr Beitrag zur Umweltqualität ist jedoch weitestgehend unbekannt. Daher hatte mein Projekt die Ziele i) Emissionen der BSF zu charakterisieren, ii) auf dieser Basis BSF-Immissionen in der Umwelt zu identifizieren und iii) die Auswirkungen der S-Regulierung im Schiffsdiesel (EU Richtlinie 2009/30/EC) auf die BSF-Immissionen zu untersuchen. Um diese Ziele zu erreichen wurden Abgase von vier Binnenschiffen hinsichtlich ihrer Schwermetall-, Schwarzer Kohlenstoff- (Black Carbon, BC), und Polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff (PAK)-Zusammensetzung analysiert und mit eigenen sowie Literaturdaten von Straßenverkehr, Hausbrand und marinen Schiffen verglichen. Um den kurz- bis mittelfristigen Einfluss der BSF auf die Umwelt zu ermitteln, wurden Pflanzen (Weinblätter) und Oberböden in Taltransekten (senkrecht zum Flusslauf) an zwei Binnenwasserstraßen (Rhein und Mosel) sowie einem schiffsfreien Fluss (Ahr) entnommen. Die Proben wurden in Weinbergen am Ende der Vegetationsperiode entnommen und auf BSF-spezifische Komponenten analysiert. Die Auswirkungen der Treibstoff-Regulierung (in Kraft seit 2011) wurden durch jährliche Beprobungen von 2010 bis 2013 untersucht. Zusätzlich wurde die potentielle Ausbreitung der BSF-Immissionen in einem Lagrange-Model simuliert.
In den Abgasen der Binnenschiffe konnte ich charakteristische Emissionsmuster erkennen. So kennzeichneten erhöhte Anteile von 3-Ring PAKs, ebenso wie das Verhältnis von V zu Ni, von Dibenzothiophene zu Phenanthrene und von 1,7/(1,7+2,6) und von 1,7/(1,7+x4) Dimethylphenanthrene die Emissionen der BSF und grenzten diese von Emissionen des Hausbrands, des Straßenverkehres und mariner Schiffe ab. Überraschenderweise konnten keine Immissionen der BSF auf Weinblättern nachgewiesen werden, was darauf hindeutet, dass diese vergleichsweise gering waren. So waren auch keine Immissionen schiffsbürtiger Schwermetalle in den Untersuchungsgebieten in einer Entfernung größer als 100 und 250 m zu Mosel und Rhein vorhanden. Die Böden entlang der Wasserstraßen zeigten jedoch einen deutlichen Einfluss der BSF auf BC- und PAK-Gehalte in wenigstens 200 bzw. 350 m Entfernung zu Mosel und Rhein. Die BC-Gehalte in Böden entlang der Wasserstraßen waren allerdings nur geringfügig höher als am schiffsfreien Ahrtal und lagen im Bereich ländlicher bis suburbaner europäischer Böden. Die PAK-Gehalte der Böden zeigten eine größere Variabilität und eine Schadstoffbelastung vergleichbar mit entlegenen bis urbanen Gebieten. Die quellenspezifischen Emissionsmuster in den BSF-Abgasen wurden weder in Pflanzen noch in Böden wiedergefunden. Vermutlich waren die Charakteristika zu gering, um sie nach Eintrag in die Umwelt von anderen ubiquitären Diesel-Verbrennungsquellen wie Straßenverkehr zu unterscheiden. Letztlich wurde gezeigt, dass die BSF bereits vor der Treibstoffregulierung nur zu geringem Maße zur Umweltverschmutzung in den Flusstälern beitrug (bspw. 30% des Gesamt-BC im Boden).
Im Zuge der Treibstoff-Regulierung wurden die BC- und PAK-Depositionen in Böden innerhalb von drei Jahren um bis zu 30–60% verringert, verglichen mit 2010. Auch änderte sich die Zusammensetzung der Depositionen, hin zu geringeren Ruß- und höheren Anteilen niedrig-molekularer PAKs. Diese durch die S-Regulation im Schiffsdiesel hervorgerufenen Veränderungen dienten als einmaliger Indikator für BSF-Immissionen in der Umwelt. Die Auswirkungen der Treibstoffregulierung waren deutlicher ausgeprägt am Rhein, was ich auf das höhere BSF-Verkehrsaufkommen zurückführe. Folglich war die S-Regulierung im Schiffsdiesel durch die EU Richtlinie 2009/30/EC geeignet um Immissionen der BSF in der Umwelt zu reduzieren.
Abstract Band 65
Bläsing, Melanie (2016): Inland navigation: Emission fingerprints in the environment after fuel regulation 2009/30/EC. 158 S.
Abstract BBA 65
Inland navigation (IN) is of increasing importance in the transport sector, however, its contribution to environmental quality is not yet known. Accordingly, with this thesis I aimed at i) characterizing emissions of inland navigation vessels (INVs), ii) identifying IN emissions in the environment based on the exhaust characterization, and iii) investigating consequences of the S-reduction in ship diesel (EU regulation 2009/30/EC) on IN emissions in the environment. To achieve these aims, the exhaust of four INVs was analyzed regarding heavy metal, Black Carbon (BC) and Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) composition and compared to own and literature data from road traffic, domestic heating and ocean going vessels (OGVs). To determine the short-and medium-term influence of IN on the environment, plant (vine leaves) and topsoil samples were taken from vineyards in valley transects (perpendicular to rivers) at two inland waterways (Rhine, Moselle) and one ship-free reference valley (Ahr). Samples were taken at the end of the vegetation period and analyzed for IN-specific components. To elucidate the effect of fuel regulation (operative since 2011), samplings were performed from 2010 to 2013. Additionally, the potential dispersal of IN emissions was simulated by a Lagrangian stochastic model.
I found characteristic emission fingerprints in the exhaust of INVs. Elevated proportions of 3-ring PAHs, as well as the ratios of V to Ni, of dibenzothiophene to phenanthrene and of 1,7/(1,7+2,6) as well as 1,7/(1,7+x4) dimethylphenanthrene characterized IN emissions and distinguished them from those of road traffic, domestic heating and OGVs. Intriguingly, these IN emissions could not be recovered on vine leaves, suggesting that they were likely low. Ship-borne emissions of heavy metals were also missing at the study sites in distances larger than 100 and 250 m to Moselle and Rhine. In contrast, soil samples indicated a clear impact of IN emissions on BC and PAH deposits, in at least 200 and 350 m distance to the Moselle and Rhine river, respectively. Soils along waterways comprised though only slightly more BC than soils in the ship-free Ahr Valley, with BC contents comparable to rural to suburban European soils. Contents of PAHs in river valleys showed a larger variation, ranging from remote to urban pollution load. Source diagnostic emission fingerprints of the exhaust study were not suitable for the identification of IN emissions in the environment. Presumably differences were too small to differentiate IN emissions from other diesel-combustion sources like road-traffic after entering the environment. Overall, already before the regulating the S-content of ship diesel by the EU directive, IN emissions caused only a small part of environmental pollution in river valleys (e.g. 30% of total soil BC).
In the course of the fuel regulation, BC and PAH deposits in soil were reduced within three years by ~ 30–60% relative to their contents in 2010, respectively. Also the quality of emissions changed to higher shares of low molecular weight PAHs and smaller proportions of soot-BC, indicating less deposition of IN emissions. These changes caused by the fuel regulation served as unique tracer for IN emissions in the environment. The impact of the fuel regulation was more obvious at the Rhine Valley than at the Moselle Valley, because of higher ship traffic volume at the former. Consequently, fuel regulation was effective in reducing IN emissions in the environment.