Kontinuierliche Ammoniak-Immissionsmessungen

Projektlaufzeit: 11/2021 - 11/2023

Im sächsischen Luftgütemessnetz wurden bis 2021 keine Ammoniakmessungen durchgeführt. Daher war die Datenlage zur Immission von Ammoniak in Sachsen, insbesondere im urbanen Gebiet, nicht zufriedenstellend. Ammoniak nimmt in der Atmosphäre eine Schlüsselrolle ein: Es reagiert zusammen mit sauren Vorläuferverbindungen wie Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Salzsäure zu Ammoniumsulfat, -nitrat und -chlorid. Die Reaktionsprodukte sind Feststoffe und bilden einen wesentlichen Anteil an der Feinstaubmasse. Trocken deponiert, trägt Ammoniak zur Nitrifikation der Umwelt bei, was eine entscheidende Rolle bei der Eutrophierung (Nährstoffanreicherung) spielt. Durch Freisetzung von Wasserstoff-Ionen bei der Oxidation von Ammoniak zu Nitrat tragen Ammoniak-Emissionen auch zur Versauerung von Ökosystemen bei. In die Luft gelangt Ammoniak hauptsächlich über Emissionen aus der Landwirtschaft (Tierhaltung, Verwendung von Düngemitteln). Demnach stammen 97 % der Ammoniak-Emissionen sachsenweit aus dem Agrarsektor. Weitere Ammoniak-Quellen sind der Verkehr und die Industrie.Das Projekt wurde vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) im Auftrag des LfULG durchgeführt.

Projektziele:

• Verbesserung der Datenlage zur Ammoniak-Immissionssituation in Sachsen durch kontinuierliche zeitlich hochaufgelöste Messungen (Stundenwerte)
• Untersuchung der räumlichen Variabilität der Ammoniak-Konzentration in Sachsen durch ergänzende Passivsammler-Messungen (Monatswerte)
• Verbesserung des Verständnisses der Quellen bzw. Verursachern und gegebenenfalls die Identifizierung von Minderungspotenzialen

Messkampagne:

• Kontinuierliche, zeitlich hochaufgelösten Ammoniak-Messungen (Stundenwerte) an der Verkehrsstation Borna (Gerät: G2103, Firma PICARRO) für ein Jahr
• Passivsammler-Messungen (Firma FUB AG, 3fach Bestimmung, Monatswerte) an 10 Luftmessstationen für ein Jahr
• Vergleichsmessung mit Denuder (Wochenwerte) an der Verkehrsstation Borna für mehrere Monate

Projektergebnisse:

• Von Juni 2022 bis August 2023 wurde an der Verkehrsstation Borna kontinuierlich und zeitlich hochaufgelöst die Ammoniak-Konzentration gemessen. Zusätzlich dazu wurden an zehn Luftmessstationen (3 x Verkehrsstationen, 2 x städtischer Hintergrund, 5 x ländlicher Hintergrund) Passivsammler installiert.
• Im Projektzeitraum betrug die mittlere Ammoniak-Konzentration an der Verkehrsstation Borna 3,61 µg/m³. Dabei variierten die stündlichen Konzentrationen stark im Bereich zwischen 0,09 und 27,47 µg/m³.
• Im Jahresverlauf wurden die höchsten Ammoniak-Konzentrationen im Frühjahr und Sommer sowie die niedrigsten in den kalten Jahreszeiten gemessen. Im Tagesprofil zeigte sich ein Anstieg der Ammoniak-Konzentrationen am Morgen, der am Ende des Vormittags ein Maximum erreichte und kontinuier-lich über den Nachmittag hinweg abnahm.
• Ein deutlicher Unterschied zeigte sich zwischen Werktagen und Wochenenden, mit deutlich niedrigeren Tagesmaxima an den Wochenenden. Diese stehen im Zusammenhang mit dem unterschiedlichen Muster im Heiz , Mobilitäts- und Arbeitsverhalten.
• Ein direkter Einfluss von lokalen Verkehrsemissionen auf die Ammoniak-Konzentrationen am Standort Borna konnte nicht nachgewiesen werden. Hierfür war der Zusammenhang zwischen den typischen verkehrsbedingten Gasen Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid und den Ammoniak-Konzentrationen zu schwach. Die Analysen wiesen hingegen darauf hin, dass ein großer Teil des gemessenen Ammoniaks mit der Hintergrundkonzentration und/oder dem Transport von außerhalb der Stadt in Verbindung gebracht werden kann.
• Das eingesetzte Gerät zur kontinuierlichen Ammoniak-Messung lieferte eine sehr gute Datenqualität. Messungen mit einer derartigen zeitlichen Auflösung existieren in Deutschland nur wenige.
• Die Ammoniak-Konzentrationen der kontinuierlichen Messung zeigten zudem verglichen mit denen der Passivsammler eine gute Übereinstimmung mit vergleichbaren Jahresgängen.
• Die höchsten Ammoniak-Monatsmittelwerte der Passivsammler wurden für die Verkehrsstationen, insbesondere an der Station Leipzig-Mitte, bestimmt. Die Ammoniak-Monatsmittelwerte der städtischen und ländlichen Hintergrundstationen zeigten keine signifikanten Unterschiede.
• Die hohe Korrelation zwischen den Stationstypen zeigte, dass der regionale Transport von Ammoniak, insbesondere aus landwirtschaftlichen Emissionen, die dominierende Quelle für Ammoniak an städtischen Standorten ist.
• Der mithilfe der Passivsammler-Daten berechnete verkehrsbedingte Ammoniak-Anteil an den Verkehrsstationen betrug im Mittel etwa 49 % (30 – 60 %) und war saison- und standortabhängig.
• Zukünftig wird im sächsischen Luftmessnetz Ammoniak mittels Passivsammlern an acht Luftmessstationen dauerhaft gemessen. Die Messungen haben im März 2024 begonnen.