bijlage 2 Nader verkennend onderzoek ultrafijnstof rond Schiphol.pdf

Nader verkennend onderzoek ultrafijnstof rond Schiphol

RIVM Rapport 2015-0110 A. Bezemer et al.

Nader verkennend onderzoek ultrafijnstof rond Schiphol

RIVM Rapport 2015-0110

RIVM Rapport 2015-0110

Colofon

© RIVM 2015 Delen uit deze publicatie mogen worden overgenomen op voorwaarde van bronvermelding: Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM), de titel van de publicatie en het jaar van uitgave.

A. Bezemer (auteur), RIVM J. Wesseling (auteur), RIVM F. Cassee (auteur), RIVM P. Fischer (auteur), RIVM P. Fokkens (auteur), RIVM D. Houthuijs (auteur), RIVM B. Jimmink (auteur), RIVM F. de Leeuw (auteur), RIVM G. Kos (auteur), ECN E. Weijers (auteur), ECN M. Keuken (auteur), TNO H. Erbrink (auteur), ESC Contact: Aad Bezemer Centrum voor Milieukwaliteit Aad.Bezemer@rivm.nl Dit onderzoek werd verricht in opdracht van Ministerie van Infrastructuur en Milieu, in het kader van het project Onderzoek ultrafijnstof Schiphol

Dit is een uitgave van: Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu Postbus 1 | 3720 BA Bilthoven Nederland www.rivm.nl Pagina 2 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Publiekssamenvatting

Nader verkennend onderzoek ultrafijnstof rond Schiphol Rond Schiphol zijn de concentraties ultrafijnstof verhoogd als gevolg van de luchtvaart. Direct buiten het luchthaventerrein is de gemiddelde bijdrage van luchtvaartactiviteiten vergelijkbaar met de bijdrage van wegverkeer in straten in binnenstedelijk gebied. Naarmate de afstand tot het luchthaventerrein toeneemt, neemt de concentratie ultrafijnstof af: op zo’n vijftien kilometer van de luchthaven is de bijdrage van de luchtvaart nog circa 20 procent van de bijdrage direct naast het luchthaventerrein. Ultrafijnstof is het bestanddeel van fijnstof met de allerkleinste afmeting: kleiner dan 0,1 micrometer. In het algemeen wordt aangenomen dat ultrafijnstof schadelijk is. De wetenschappelijke kennis hierover is nog beperkt. Of, en zo ja in welke mate, in de omgeving van Schiphol sprake is van extra gezondheidseffecten als gevolg van de blootstelling aan ultrafijnstof kan op basis van de huidige inzichten niet worden bepaald. Dit blijkt uit verkennend onderzoek dat in opdracht van het Ministerie van Infrastructuur en Milieu is uitgevoerd. Ultrafijnstof komt zowel van nature in de lucht als door menselijk handelen voor. Vooral door het stoken van hout, verbranden van afval en het gebruik van fossiele brandstoffen in voertuigen voegt de mens ultrafijnstof toe.

In het voorjaar van 2015 is voor dit onderzoek de hoeveelheid ultrafijnstof in de omgeving van Schiphol gemeten door een samenwerkingsverband van vier kennisorganisaties. Ultrafijnstof is in dat gebied voornamelijk afkomstig van wegverkeer, vliegtuigen en overige voertuigen op en rond het luchthaventerrein. Uit de beperkte gegevens die in de wetenschappelijke literatuur beschikbaar zijn, blijken de hoeveelheden ultrafijnstof rond Schiphol vergelijkbaar met die bij andere internationale luchthavens. De meetresultaten zijn met behulp van modelberekeningen vertaald naar een kaart van een groter gebied om Schiphol heen (circa twintig bij dertig kilometer). In het grootste deel van dit gebied zijn andere bronnen van fijnstof dan de luchtvaart, vooral wegverkeer, bepalend voor de totale hoeveelheid ultrafijnstof in de lucht. De meetgegevens laten zien dat er een extra bijdrage is, afkomstig van het vliegverkeer rond Schiphol en de activiteiten op de luchthaven. Kernwoorden: luchtkwaliteit, ultrafijnstof, gezondheid, Schiphol

Pagina 3 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Pagina 4 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Synopsis

Further exploratory study of ultrafine particulate material around Schiphol In the vicinity of Amsterdam's Schiphol Airport, concentrations of ultrafine particles (UFPs) are elevated due to aircraft traffic. Immediately beyond the airport perimeter, the average contribution of aviation to the local UFP concentration is comparable to the contribution that road traffic makes to inner-city street UFP levels. As distance from the airport site increases, the UFP concentration diminishes: about fifteen kilometres from the airport, aviation's contribution to the concentration is roughly 20 per cent of what it is immediately outside the airport. Ultrafine particulate material is the finest fraction of particulate material, made up of particles measuring less than 0.1 micrometre in diameter. Although it is generally accepted that ultrafine particulate material is hazardous, relatively little is known about it. Consequently, it is not currently possible to ascertain whether and, if so, to what extent people living and working near to Schiphol experience adverse health effects as a result of exposure to ultrafine particulate material. Those are the central findings of an exploratory study undertaken for the Ministry of Infrastructure and the Environment. Both natural processes and human activity contribute to the presence of ultrafine particulate material in the atmosphere.

The main contributory human activities are the combustion of wood, the incineration of waste, and the use of fossil fuels in transport. In the spring of 2015, the concentrations of ultrafine particulate material in the atmosphere near to Schiphol Airport were measured by a consortium of four knowledge centres. The ultrafine particulate material in the area originates mainly from road traffic, aviation, and other vehicular traffic on and around the airport site. The limited data available in the scientific literature suggest that the levels measured around Schiphol are similar to those in the vicinity of other international airports. By means of computer modelling, the measured data were used to generate a map of an area surrounding Schiphol measuring roughly twenty kilometres by thirty. In most parts of the area, the total airborne UFP concentration was attributable mainly to sources other than aviation, with road traffic being the biggest contributor. The measured data show that air traffic around Schiphol and activities on the airport itself do contribute to UFP levels. Keywords: Air quality; Ultrafine particulate material; UFP; Health; Schiphol Airport

Pagina 5 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Pagina 6 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Inhoudsopgave Samenvatting—9 1

Inleiding—15

2

Luchtverontreiniging rond luchthavens, emissies en concentraties—17 Emissies—17 Concentraties—20 Conclusies—24 Referenties—24

2.1 2.2 2.3 2.4 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4

Metingen, berekeningen en een beschouwing van de resultaten—27 Inleiding—27 Aanpak berekeningen—27 Uitwerking in stappen—29 Vergelijking van de resultaten met die van andere analyses—40 Samenstelling van het gemeten ultrafijnstof—41 Aandachtspunten en onzekerheden—41 Referenties—42

4.5 4.6 4.7

Ultrafijnstof afkomstig van Schiphol en omgeving en mogelijke implicaties voor gezondheid—43 Inleiding—43 Gezondheidseffecten gemeten op en rondom luchthavens—43 Relatie met eerdere bevindingen uit onderzoeken rondom Schiphol—50 Betekenis van de gemeten ultrafijnstof niveaus voor de blootstelling en gezondheid—51 Slotbeschouwing—52 Te overwegen aanbevelingen voor gezondheidskundig onderzoek—53 Referenties—56

5

Conclusies en aanbevelingen—59

6

Dankwoord—61

4.1 4.2 4.3 4.4

Bijlagen A. Metingen aan ultrafijnstof rondom Schiphol, juli 2015, ECN-E—15-038 B. Ultrafijnstof rondom Schiphol – mei 2015, TNO 2015 R10822 C. Modelberekeningen aan ultra fine particles rond Schiphol, ESC 2015R001 D. Samenvatting GES en Luchtonderzoek, RIVM

Pagina 7 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Pagina 8 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Samenvatting De staatssecretaris van Infrastructuur en Milieu heeft de Tweede Kamer een nader onderzoek toegezegd naar de aanwezigheid van ultrafijnstof in de omgeving van Schiphol en de mogelijke gevolgen voor de gezondheid van omwonenden. Deze toezegging is door staatssecretaris gedaan naar aanleiding van de signalen uit metingen van TNO dat het luchtverkeer op Schiphol in de omgeving leidt tot verhoogde concentraties ultrafijnstof. Als invulling van deze toezegging heeft het Ministerie van Infrastructuur en Milieu aan het RIVM opdracht gegeven voor een nader, verkennend onderzoek, gericht op een inventarisatie van bestaande kennis op basis van internationaal onderzoek voor wat betreft ultrafijnstof rond luchthavens en de daaraan verbonden gezondheidsrisico’s. Hierbij is bovendien opdracht gegeven om metingen van ultrafijnstof te doen die gericht zijn op een beter inzicht in zowel de absolute niveaus van ultrafijnstof in de omgeving van Schiphol, als in de variatie daarvan in ruimte en tijd. Deze opdracht is door het RIVM in vier onderdelen uitgewerkt: 1. literatuuronderzoek naar internationaal beschikbare gegevens over emissies, verspreiding en concentratieverdeling van ultrafijnstof in de omgeving van luchthavens; 2. nieuwe, verkennende metingen van ultrafijnstof in de omgeving van Schiphol; 3.

generalisatie van de meetresultaten om een jaargemiddeldeconcentratieverdeling van ultrafijnstof voor het gebied rondom Schiphol te kunnen opstellen; 4. literatuuronderzoek naar internationaal beschikbare kennis op het gebied van potentieel schadelijke effecten van ultrafijnstof in de buitenlucht rondom luchthavens in relatie tot gezondheidseffecten van bewoners in die omgeving. De resultaten van deze deelonderzoeken worden achtereenvolgens in dit rapport besproken. Als afsluiting volgen een samenvattende conclusie en enkele aanbevelingen voor mogelijk vervolgonderzoek. Literatuuronderzoek emissies en concentraties Deeltjes in de lucht die kleiner zijn dan 0,1 micrometer of wel 100 nanometer(nm1) worden ultrafijnstof genoemd. Ultrafijnstof komt vrij bij verbrandingsprocessen zoals bij het stoken van hout, het verbranden van afvalstoffen, het rijden van auto’s en het opstijgen en landen van een vliegtuig. De belangrijkste bronnen van ultrafijnstof in de Europese Unie (EU) zijn huishoudens, scheepvaart en wegverkeer. In 2010 zijn deze bronnen verantwoordelijk voor meer dan 90% van de deeltjesaantallen emissies in de lidstaten van de EU. Overige typen verkeer (waaronder vliegverkeer) dragen minder dan 5% bij aan het totaal.

1

Een nanometer (nm) is een miljardste van een meter.

Pagina 9 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Er is een duidelijk verschil in de grootte van deeltjes die afkomstig zijn van wegverkeer en van vliegverkeer. De deeltjesgrootte bij wegverkeer ligt rond de 70 nanometer en bij vliegverkeer (dicht bij de bron) rond 20 nanometer. Deze verschillen in emissiekarakteristiek maken het mogelijk bijdragen van deze verschillende bronnen van elkaar te onderscheiden. Emissies van vliegtuigen zijn het grootst bij opstijgen en landen. Emissies bij taxiën en stationair draaien bij de gate zijn, voor zover bekend, minder groot. Er is wel enige informatie bekend over emissies van ultrafijnstof van stijgende, landende en stationair draaiende vliegtuigen, maar dat beeld is niet erg eenduidig. Hoewel het aandeel van het vliegverkeer in de totale emissie van ultrafijnstof relatief gering is, vindt die emissie op zeer lokale schaal plaats en kan op korte afstanden van een luchthaven aanzienlijk bijdragen aan de concentraties in de buitenlucht. Het aantal onderzoeken rond luchthavens is zeer beperkt. Metingen bij Los Angeles International Airport laten zien dat tot een afstand van 900 meter de invloed van stijgende/landende vliegtuigen duidelijk waarneembaar is. Op een afstand van 500 meter wordt een piekconcentratie gemeten van 72.000 deeltjes per cm3 en een jaargemiddelde-concentratie van 17.000 per cm3.

Bij Warwick (Green International Airport) bedraagt de concentratie op twee kilometer van de startbaan 15.000 deeltjes per cm3. Voor afstanden groter dan twee kilometer is het voor die situatie gerapporteerde beeld minder duidelijk. In Europa komen de hoogste gerapporteerde deeltjesaantallen voor in stedelijke, verkeersbelaste situaties. De variatie in gerapporteerde concentraties ultrafijnstof is groot en onderling vaak moeilijk vergelijkbaar omdat de onderzoeksopzet veelal verschilt en niet altijd goed is gedocumenteerd. Een vergelijking van een aantal Europese steden laat op verkeersbelaste situaties ultrafijnstofconcentraties zien variërend van 12.000 per cm3 (Praag) tot 80.000 per cm3 (Zürich). In Amsterdam, Rotterdam en Utrecht zijn aantallen gevonden van circa 40.000 per cm3. Stedelijke achtergrondconcentraties zijn duidelijk lager en variëren in Nederland van 8.000 tot 22.000 per cm3. Aan deze cijfers moet geen al te absolute waarde worden toegekend, ze geven wel een indicatie van de ordegrootte. Nederlandse steden lijken in dit opzicht niet af te wijken van andere Europese steden. Metingen rondom Schiphol Tijdens de eerste fase van de metingen is vastgesteld welke concentratieniveaus rondom Schiphol voorkomen en hoe de ruimtelijke verdeling grofweg is.

Mede op basis van deze informatie zijn gedurende de tweede fase op tien locaties in de omgeving van Schiphol gedurende 4-6 weken ultrafijnstofmetingen uitgevoerd. De metingen van de eerste fase met mobiele apparatuur op verschillende locaties rond Schiphol laten verhoogde concentraties zien van ultrafijnstof. De hoogste concentraties zijn te zien naast de start- en landingsbanen. Gemeten piekwaarden (gemiddeld over 10 seconden) bedragen 200.000 tot 300.000 deeltjes per cm3. Bij toenemende afstand neemt de deeltjesconcentratie sterk af. In het gebied dat grofweg wordt afgebakend door de A9, N232, N201 en N205 komen jaargemiddeldeconcentraties ultrafijnstof voor van ca 15.000 deeltjes per cm3. De metingen laten zien dat het vooral om deeltjes kleiner dan 30 nanometer Pagina 10 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

gaat. De metingen tijdens de eerste fase zijn uitgevoerd met de beperkt beschikbare hoogwaardige apparatuur. Om in de tweede fase, met vaste meetpunten, op zo veel mogelijk locaties te kunnen meten, is in deze fase ook met eenvoudigere (hand)apparatuur gemeten. Deze apparaten zijn op locaties in woongebieden rond Schiphol geplaatst om ook daar een indicatie te krijgen van optredende concentraties ultrafijnstof. Er is door een kalibratie voor gezorgd dat de uitkomsten van de verschillende apparaten wel onderling vergelijkbaar zijn. De resultaten van de metingen in de tweede fase bevestigen het beeld van de eerste fase: een duidelijke verhoging ten gevolge van het vliegverkeer die afneemt met toenemende afstand. De meetresultaten laten eveneens zien dat waar sprake is van een verhoogde bijdrage, de toename vooral wordt veroorzaakt door deeltjes met een grootte van 10-20 nanometer. De resultaten sluiten aan bij het beeld dat uit het literatuuronderzoek naar voren komt. Berekende jaargemiddelde-concentratieverdeling Omdat er geen gedetailleerde emissiegegevens voor ultrafijnstof van vliegtuigen bekend zijn, is een methodiek ontwikkeld waarmee het mogelijk is om toch een concentratieverdeling voor een gebied rondom Schiphol te kunnen berekenen.

Hierbij is gebruik gemaakt van door het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) geleverde detailinformatie over de vliegbewegingen tijdens de uitgevoerde metingen. Dit heeft geresulteerd in een berekende concentratieverdeling voor een gebied van twintig bij dertig kilometer rondom Schiphol. Omdat er bij de berekening verschillende aannames zijn gedaan, is het belangrijk te beseffen dat de berekende concentraties een grote onzekerheid (tot een factor twee) kennen. Uit de berekeningen kan worden afgeleid dat een bijdrage aan de concentraties ultrafijnstof van circa 3.000 deeltjes per cm3 tot op een afstand van vijftien kilometer van Schiphol mogelijk is. Bij woonlocaties die het dichtst bij Schiphol zijn gelegen kan de jaargemiddelde-bijdrage oplopen tot circa 15.000 per cm3. Dit is vergelijkbaar met die van wegverkeer in verkeersbelaste straten in binnenstedelijk gebied. Over een geheel jaar genomen is in 5% van de tijd een bijdrage van meer dan 50.000 deeltjes per cm3 mogelijk. Gezondheidseffecten van ultrafijnstof In dit deel van het onderzoek is in de wetenschappelijke literatuur gezocht naar studies op het gebied van potentieel schadelijke effecten voor de mens van ultrafijnstof in de buitenlucht. Er zijn geen studies gevonden die betrekking hebben op de gezondheidseffecten van blootstelling aan ultrafijnstof in relatie tot het wonen rondom een luchthaven.

Evenmin zijn er studies gepubliceerd over gezondheidseffecten van lange termijn blootstelling aan ultrafijnstof afkomstig van andere bronnen dan luchthavens. Er is wel literatuur gepubliceerd over klinisch onderzoek waarbij vrijwilligers bijvoorbeeld kortdurend (twee uur) werden blootgesteld aan zeer hoge hoeveelheden ultrafijnstof. Daarbij bleken tijdelijke effecten op te treden op het systeem van hart en bloedvaten en het ademhalingssysteem. Uit deze literatuur komt echter geen eenduidig beeld naar voren voor wat betreft de relatie tussen blootstelling aan ultrafijnstof en het optreden van gezondheidseffecten. Wel kan worden vastgesteld dat ultrafijnstofdeeltjes zo klein zijn dat ze ook via de longen in de Pagina 11 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

bloedbaan kunnen doordringen en zo andere organen kunnen bereiken. Daarom wordt er vanuit gegaan dat een langdurige blootstelling kan leiden tot chronische gezondheidseffecten. Maar op basis van deze literatuur kunnen acute veranderingen in gezondheidsmaten bij de in de buitenlucht voorkomende uurniveaus rondom Schiphol niet worden uitgesloten. Het gaat dan bijvoorbeeld om effecten op het hart- en vaatstelsel en het ademhalingssysteem. Een complicerende factor bij dit soort onderzoek is dat ultrafijnstof sterk gecorreleerd kan zijn aan andere verbrandingsproducten, waardoor een onafhankelijk ultrafijnstofeffect moeilijk is vast te stellen. De Gezondheidskundige Evaluatie Schiphol (GES) is in het kader van deze studie opnieuw bekeken. De evaluatie startte in het begin van de jaren negentig van de vorige eeuw. In de GES is de blootstelling aan luchtverontreiniging gerelateerd aan mogelijke effecten op luchtwegaandoeningen, en niet aan mogelijke effecten op aandoeningen van het hart- en vaatstelsel. Deze laatste aandoeningen werden alleen in relatie tot blootstelling aan vlieggeluid onderzocht. In het licht van de huidige kennis zou het zinvol zijn geweest om ook naar mogelijke effecten van luchtverontreiniging op het hart- en vaatstelsel te kijken. Maar ook dan zou de zeggingskracht maar beperkt zijn geweest, gezien de tekortkomingen in de blootstellingskarakterisering.

De blootstelling nu is anders dan tijdens de GES, onder andere door de ingebruikname van de Polderbaan. Opnieuw interpreteren van de gegevens van de GES zal daarom nu geen zinvolle resultaten meer opleveren. Conclusies en aanbevelingen Direct buiten het luchthaventerrein is de gemiddelde-bijdrage aan de concentraties ultrafijnstof van luchtvaartactiviteiten vergelijkbaar met die van wegverkeer in straten in binnenstedelijk gebieden. Op zo’n vijftien kilometer van de luchthaven bedraagt de bijdrage van de luchtvaart nog circa 20% van de bijdrage naast het luchthaventerrein. Dit wijkt niet af van het beeld dat rondom andere luchthavens wordt gevonden. Een vergelijking met resultaten van andere studies kan alleen globaal zijn omdat de onderzoeken verschillen voor wat betreft de toepaste meetmethode, de heersende weersomstandigheden en de aard en intensiteit van het vliegverkeer. Op basis van de beschikbare literatuur kunnen acute veranderingen in gezondheidsmaten (gerelateerd aan het functioneren van het hart- en vaatsysteem en het ademhalingssysteem) bij de in de buitenlucht tijdelijk voorkomende uurniveaus rondom Schiphol niet worden uitgesloten.

Bij gebrek aan studies over de gezondheidseffecten van ultrafijnstof bij zowel omwonenden van vliegvelden als andere blootstellingssituaties, is het niet mogelijk om aan te geven of, en zo ja in welke mate, een langetermijnblootstelling aan deze bijdrage van ultrafijnstof nadelige effecten zal hebben op de gezondheid van omwonenden. De mate waarin effecten op de gezondheid van omwonenden eventueel optreden, kan alleen via nader onderzoek worden vastgesteld. Het wordt Pagina 12 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

aanbevolen nader onderzoek uit te laten voeren die gericht is op de mogelijke acute en langetermijngezondheidseffecten van ultrafijn stof afkomstig van luchthavens. Het effect van kortetermijnblootstelling kan worden onderzocht door bijvoorbeeld gezondheidsparameters, enkele malen herhaald, bij een beperkte groep mensen die aan relatief hoge niveaus kunnen worden blootgesteld (bijvoorbeeld dicht bij een in gebruik zijnde baan) te meten. Het effect van langetermijnblootstelling kan worden onderzocht door bijvoorbeeld sterftestatistieken of medicatiegebruik (als maat voor specifieke aandoeningen) in de regio Schiphol te koppelen aan de berekende ultrafijnstofbijdrage op adresniveau. Wij achten het zinvol om een vervolgonderzoek in samenspraak met (inter)nationale collega’s te formuleren om zoveel mogelijk gebruik te maken van kennis die nu in ontwikkeling is. In een (inter)nationale workshop (met Los Angeles, betrokken GGD’en en Nederlandse en internationale universiteiten en kennisinstellingen) wordt samenwerking en afstemming gezocht om zo efficiënt en effectief mogelijk tot een gedragen voorstel te komen.

Pagina 13 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Pagina 14 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

1

Inleiding

Eind 2014 is door TNO2 een artikel gepubliceerd waarin verslag wordt gedaan van een onderzoek naar ultrafijnstof rondom Schiphol. De belangrijkste conclusie van het onderzoek was dat Schiphol een bron is van ultrafijne deeltjes, waarvan de verspreiding leidt tot verhoogde concentraties van die deeltjes. Deze publicatie heeft geleid tot vragen in de Tweede Kamer aan de staatssecretaris van Infrastructuur en Milieu. Hierop heeft de staatssecretaris toegezegd een nader, verkennend onderzoek te laten uitvoeren om beter zicht te krijgen op de urgentie van het probleem. Dit nader, verkennend onderzoek is vervolgens door de directie Klimaat, Lucht en Geluid van het Ministerie van Infrastructuur en Milieu aan het RIVM opgedragen en omschreven als:  een inventarisatie van bestaande kennis op basis van internationaal gepubliceerd en lopend onderzoek aangaande de luchtkwaliteit voor wat betreft ultrafijnstof rond luchthavens (zoals verspreiding, concentraties en samenstelling), alsmede als referentiekader een samenvatting van de huidige kennis omtrent de gezondheidsrisico’s van ultrafijnstof die afkomstig is van andere bronnen, zoals wegverkeer;  metingen van ultrafijnstof – in aanvulling op die van TNO – gericht op beter inzicht in zowel de absolute niveaus van ultrafijnstof in de omgeving van Schiphol, als in de variatie daarvan in ruimte en tijd.

Voorts is gevraagd om op basis van de bevindingen advies te geven over de vraag of nader gezondheidskundig onderzoek zinvol en haalbaar is. Deze opdracht is door het RIVM in de volgende deelonderzoeken uitgewerkt:  Inventarisatie van resultaten van in de internationale literatuur beschikbare metingen. Bestaande literatuur wordt geanalyseerd voor wat betreft gegevens over emissies, verspreiding en concentratieverdeling van ultrafijnstof rondom luchthavens. Deze inventaristie kan een referentie geven voor de situatie rondom Schiphol.  Nieuwe, verkennende metingen van ultrafijnstof in de omgeving van Schiphol. De eerdere metingen van TNO worden gedurende een periode van twee maanden op één vaste plaats uitgevoerd. Een uitgebreider meetprogramma moet leiden tot een beter onderbouwde conclusie met betrekking tot de niveaus en verdeling van de voorkomende concentraties ultrafijnstof in de omgeving van Schiphol.  Generalisatie meetresultaten. Op basis van een modelmatige generalisatie van de beschikbare meetresultaten zal een jaargemiddelde-concentratieverdeling 2

Keuken M, Moerman M, Zandveld P, Henzing B, Brunekreef B, Hoek G. Ultrafijn stof rondom Schiphol. Tijdschrift Lucht 2014, nr. 6.

Pagina 15 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

voor het gebied rondom rond Schiphol worden opgesteld. Dit geeft een indicatie van de mate van blootstelling van bewoners in dit gebied.  Huidige kennis van gezondheidsrisico’s. Er wordt een literatuurstudie uitgevoerd naar de beschikbare kennis op het gebied van de potentieel schadelijke effecten van ultrafijnstof in de buitenlucht op en rondom luchthavens in relatie tot gezondheidseffecten van de bewoners rondom de vliegvelden.  In aanvulling op de literatuurstudie zal worden gekeken naar de relatie met eerdere bevindingen uit de rond het jaar 2000 uitgevoerde onderzoeken in de regio in het kader van de Gezondheidskundige Evaluatie Schiphol. Leeswijzer Na deze algemene inleiding volgen de inhoudelijke hoofdstukken. De hiervoor genoemde deelonderzoeken zijn door verschillende partijen uitgevoerd en gerapporteerd. De rapportages van de literatuurstudies (uitgevoerd door het RIVM) zijn als hoofdstukken compleet in dit rapport opgenomen. De resultaten van de metingen (uitgevoerd door ECN en TNO) en de daarop gebaseerde berekeningen (uitgevoerd door ESC) zijn in een apart hoofdstuk samengevat. De onderliggende rapportages zijn als bijlagen in dit rapport opgenomen. Deze aanpak heeft geleid tot de volgende indeling. Hoofdstuk 2 geeft de resultaten van het uitgevoerde literatuuronderzoek naar voorkomende emissies en concentraties van ultrafijnstof in de buitenlucht.

Het daarop volgende hoofdstuk 3 beschrijft hoe op basis van de metingen berekeningen zijn uitgevoerd om uiteindelijk tot een schatting van de jaargemiddelde-concentratieniveaus te komen in het gebied rondom Schiphol. Hoofdstuk 4 geeft de resultaten weer van de literatuurstudie naar gezondheidseffecten van blootstelling aan ultrafijnstof. In hoofdstuk 5 zijn de conclusies van de verschillende deelonderzoeken kort samengevat en worden aanbevelingen gedaan voor mogelijk vervolgonderzoek. Afsluitend volgen de verschillende bijlagen. Wat wordt bedoeld met ultrafijnstof? Stof in de lucht bestaat uit deeltjes van uiteenlopende groottes. De term ‘fijnstof’ wordt vaak gebruikt om deze deeltjes aan te duiden, afgekort tot PM10. Met PM10 worden deeltjes met een afmeting kleiner dan 10 micrometer bedoeld. Binnen PM10 onderscheiden we nog kleinere deeltjes, namelijk deeltjes die kleiner zijn dan 2,5 micrometer (PM2,5). Ultrafijnstof is het bestanddeel van fijnstof met de allerkleinste afmeting: kleiner dan 0,1 micrometer ofwel 100 nanometer. De RIVM-brochure Ultrafijnstof en gezondheid (RIVM 2013) geeft een uitgebreidere beschrijving van wat fijnstof is en gaat uitgebreider in op de gezondheidseffecten van fijnstof.

Pagina 16 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

2

Luchtverontreiniging rond luchthavens, emissies en concentraties

Het is bekend dat op luchthavens emissies van vliegtuigmotoren samen met emissies van grondmaterieel significant bijdragen aan hoge concentraties luchtverontreiniging waaraan grondpersoneel wordt blootgesteld (Ellermann et al., 2011; Kurniawan en Khardi, 2011). Blootstelling aan luchtverontreiniging in de omgeving van luchthavens kan de gezondheid van omwonenden schaden. De focus van de literatuur die beschreven wordt in dit hoofdstuk, ligt op (bronnen van) ultrafijne deeltjes op en rond luchthavens, zoals Schiphol. De ultrafijne fractie is het deel van fijn stof met deeltjesgrootten kleiner dan 100 nanometer (nm). Ultrafijnstof heeft qua massa geen significant aandeel aan de fijnstofconcentratie, maar bepaalt wel het grootste deel van de deeltjesaantallen. Ultrafijne deeltjes die worden gevormd in vliegtuig- en dieselmotoren door onvolledige verbranding, bestaan voor een groot deel uit organische koolstofverbindingen (condensaten). Vliegtuigmotoren worden verondersteld ook een belangrijke bron van anorganische sulfaatdeeltjes te zijn, als gevolg van het hoge zwavelgehalte in vliegtuigbrandstof. Deze deeltjes spelen daarom ook een belangrijke rol bij de vorming van ultrafijnstof.

Om een vergelijking te kunnen maken tussen de situatie bij Schiphol en bij andere (internationale) luchthavens is een inventariserend literatuuronderzoek uitgevoerd naar ultrafijnstofgegevens bij andere luchthavens. Gebleken is dat het aantal artikelen met betrekking tot metingen van emissies, verspreiding en concentratieverdeling van ultrafijnstof rondom luchthavens beperkt is. De bijdrage van het vliegverkeer aan de voorkomende concentraties hangt af van de uitgestoten hoeveelheid (emissie) ultrafijnstof, de verspreiding daarvan in de omgeving en eventuele andere bronnen, zoals snelwegen. 2.1

Emissies Het aandeel van niet-wegverkeer aan de totale emissie van ultrafijnstof in de 28 lidstaten van de Europese Unie (EU28) is gering, hoewel lokale piekbelasting mogelijk substantieel bijdraagt aan blootstelling. In 2010 zijn wegverkeer, scheepvaart en huishoudens verantwoordelijk voor meer dan 90% van de deeltjesaantallen emissies in de EU28 (Paasonen et al., 2013 ). De bijdrage van wegverkeer is 65% en van het overig verkeer (niet-wegverkeer en niet-scheepvaart), minder dan 5% van de totale deeltjes emissie. Het aandeel van de Nederlandse emissies aan het totaal van de EU28 is 2,4%. Paasonen et al. (2013) schatten dat de emissies in 2020 circa 50% lager liggen dan in 2010; de verwachting is dat deze daling grotendeels wordt bereikt door een reductie in emissies van het wegverkeer. Voor Nederland wordt voor de periode 2010-2020 de verwachte afname in totale emissie op 70% geschat.

Pagina 17 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Tabel 1. Emissies van ultrafijnstof in EU28 en voor Nederland in 2010 en 2020 (Paasonen et al, 2013).

Emissies (x1023 deeltjes) (Dp<100nm) EU28-totaal wegverkeer scheepvaart huishoudens overig verkeer Nederland

2010 10.572 6.498 1.812 1.292 440 260

2020 5.360 1.603 1.766 1.179 309 73

Figuur 1. Procentuele verdeling van emissie van het aantal deeltjes (totaal aantal deeltjes Ntot en deeltjes groter dan 0.1 nm N>0.1) en van de PM1 (massa) voor verschillende sectoren in EU28 voor het jaar 2010. Huishoudens, scheepvaart en wegverkeer zijn de belangrijkste bronnen van ultrafijne deeltjes. (bron: Paasonen et al., 2013)

Onderzoek rondom vliegvelden (Westerdahl et al., 2008) en in de directe uitlaat van de motoren (Kinsey et al., 2010) tonen aan dat de hoogste emissie plaatsvindt tijdens opstijgen en landen (motoren vol gas, zie Figuur 2). Onder deze omstandigheden verbruiken vliegtuigen verhoudingsgewijs de meeste brandstof. Emissies tijdens taxiën en van stationair draaien bij de gate zijn minder groot, al worden de hoogste emissiefactoren per kg brandstof wel gemeten bij taxiën en stationair draaien. Emissiefactoren (uitgedrukt in aantal deeltjes per kg brandstof) zijn bekend voor een aantal vliegtuigtypen/-motoren en variëren van 1015-1017 deeltjes per kg brandstof (Kinsey et al., 2010; Masiol en Harrison, 2014; Mazaheri et al., 2009; Zhu et al., 2011). Preciezere getalen en verwijzingen betreffende vliegtuigemissies zijn in Tabel 2 te vinden.

Pagina 18 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Figuur 2. Deeltjesconcentraties (15 nm) direct bij het begin van de startbaan (Los Angeles, LAX). De cijfers corresponderen met het vertrek van een vliegtuig. Bron: Zhu et al., 2011. Tabel 2. Emissiefactoren van ultrafijne deeltjes ten gevolge van vliegbewegingen. (Kumar et al., 2013)

Deeltjes aantallen emissiefactor (# kg–1 brandstof) 4.2–54×1015 kg-1

Grootte (nm)

Opmerking

Auteurs (jaar)

4-710

Diverse modes van land-/ opstijgcyclus Pluimen bij stationair draaien en opstijgen Pluimen bij stationair draaien en opstijgen Pluimen bij opstijgen

Mazaheri et al. (2009) Herndon et al. (2008) Kinsey et al. (2010) Zhu et al. (2011)

3–50×1015 kg–1

>7

1-100x1015 kg–1

5.6- 560

34×1015 kg-1

7-320

Brandstofeigenschappen, met name het zwavelgehalte, hebben een significante invloed op de emissies. Vliegtuigbrandstof heeft nog een veel hoger zwavelgehalte, bijoorbeeld 900 ppm (Ellermann et al., 2011) of 50-1270 ppm (Petzold et al., 2003), vergeleken met brandstof ten behoeve van wegverkeer. Dat leidt dus tot hoge SOx-emissies die via nucleatie van zwavelzuur veel nanodeeltjes kunnen vormen. Voor brandstoffen met een hoog zwavelgehalte constateerden Petzold et al. (2003) de vorming van hoge deeltjesaantallen (<10 nm). De deeltjesaantallen-emissiefactor nam van laagzwavelige naar hoogzwavelige brandstof toe met een factor 2-3. Kinsey et al. (2010) hebben bij toenemend zwavelgehalte een exponentiële en lineaire toename gemeten in emissies, respectievelijk van deeltjesaantallen en van massa. Rapportages van dit verband zijn in de literatuur consistent (Agrawal et al., 2008a; Schröder et al., 1998). Dit komt vooral door het waarschijnlijke verband tussen zwavelzuurvorming en het zwavelgehalte in de brandstof door processen van nucleatie en condensatie (Jones et al., 2012; Wåhlin, 2009). Pagina 19 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Kleine deeltjes met diameters van 10-40 nm domineren de gemeten deeltjesgrootteverdeling van vliegtuigemissies, zie Figuur 3 (Buonanno et al., 2012b; Kinsey et al., 2010; Mazaheri et al., 2009; Rogers et al., 2005; Zhu et al., 2011). Herndon et al. (2008) constateerden een mode rond ongeveer 65 nm gerelateerd aan pluimen tijdens opstijgen en een kleinere mode (rond 25 nm) voor pluimen van stationair draaiende motoren.

Figuur 3. Deeltjes geëmitteerd door het vliegverkeer worden gekenmerkt door een grootte van 10-40 nm. De deeltjesgrootteverdelingen Station East en Station B4 zijn gemeten op de luchthaven van Kopenhagen; HCAB is een meetpunt aan een (zeer) drukke weg in Kopenhagen, Lille Valby is een achtergrondlocatie.(Bron: Danish Ecocouncil, 2012)

Mazaheri et al. (2011) berekenen een jaartotaalaantal deeltjes van luchthaven Brisbane van 1.98×1024. Winther et al. (2015) hebben een zeer gedetailleerde emissie-inventarisatie gemaakt van vliegveld Kopenhagen. 95% van de ultrafijnstofemissies is afkomstig van de motoren, de overige 5% van handling, et cetera. Omgerekend naar het jaartotaal heeft vliegveld Kopenhagen een deeltjesemissie van 2.04×1024. De vliegbewegingen in 2014 op luchthaven Brisbane en Kopenhagen waren respectievelijk 226.000 en 251.000. 2.2

Concentraties Hoewel het aandeel van vliegverkeer relatief gering is, vindt de uitstoot zeer lokaal (op en rond vliegvelden) plaats en kan op korte afstanden van de luchthaven aanzienlijk bijdragen aan de buitenluchtconcentraties. Bij overwegend voorkomende windrichting(en) kan een dichter bevolkt gebied worden blootgesteld dan bij overige windrichtingen. Vliegvelden maken het meest gebruik van de landings- en startbanen die zijn aangelegd in de richting van de overheersende windrichting. Concentraties in steden De variabiliteit van gerapporteerde ultrafijnstofconcentraties in steden is groot. Een directe vergelijking van gepubliceerde meetresultaten is lastig omdat niet in alle gevallen duidelijk is welke indicator wordt gegeven (mediaan, gemiddelde), de meetperiode sterk verschillend kan zijn (campagnes versus lange termijn) en meettechnische verschillen (bijvoorbeeld de bemonsterde deeltjesgrootten, het wel of niet drogen Pagina 20 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

van de bemonsterde lucht) een onderlinge vergelijking bemoeilijken. De locatie van het meetpunt, in het bijzonder de afstand tot het verkeer, is niet altijd voldoende gedocumenteerd. Tabel 3. Deelverzameling van meetstudies aan ultrafijne deeltjesaantallen in Europese steden. Meetstudies zijn uitgevoerd in verkeersbelaste situaties op een afstand van maximaal tien meter naast de weg om representatief voor piekblootstellingen te zijn (Kumar et al., 2014).

Studie*

Ondrácek et al. (2011) Von Bismarck-Osten et al. (2013) Putaud et al. (2010) Reche et al. (2011) Kumar et al. (2008) Longley et al. (2003) Agus et al. (2007) Puustinen et al. (2007) Birmili et al. (2013) Can et al. (2011) Weber (2009) Voigtlander et al. (2006) Birmili et al. (2009) Vakeva et al. (1999) Pirjola et al. (2006) Puustinen et al. (2007) Putaud et al. (2010) Puustinen et al. (2007) Puustinen et al. (2007)

deeltjesgrootte interval (nm) 25-25.000 19,2-800 10+ 7-10.000 10-2.500 4-100 5-1.000 7-3.000 3-800 20-500 20-750 3-800 10-500 6-300 3-10.000 7-3.000 10-10.000 7-3.000 7-3.000

Boogaard et al. (2010) Paatero et al. (2005) Paatero et al. (2005) Wåhlin (2009)

10+ 10+ 10+ 6-700

Ondrácek et al. (2011) Gomiscek et al. (2004) Gomiscek et al. (2004) Gomiscek et al. (2004) Morawska et al. (2004) Bukowiecki et al. (2003) Reche et al. (2011) Putaud et al. (2010)

25-2500 7+ 7+ 7+ 13-830 3+ 7-1.000 10+

stad (land)

Praag (Tsjechië) Londen (GB) Londen (GB) Londen (GB) Cambridge (GB) Manchester (GB) Leicester (GB) Birmingham (GB) Dresden (Duitsland) Antwerpen (België) Essen (Duitsland) Leipzig (Duitsland) Berlijn (Duitsland) Lahti (Finland) Helsinki (Finland) Helsinki (Finland) Helsinki (Finland) Athene (Griekenland) Amsterdam (Nederland) Utrecht (Nederland) Barcelona (Spanje) Rome (Italië) Kopenhagen (Denemarken) Praag (Tsjechië) Wenen (Oostenrijk) Linz (Oostenrijk) Graz (Oostenrijk) Salzburg (Oostenrijk) Zürich (Zwitzerland) Bern (Zwitserland) Bern (Zwitserland)

deeltjes -aantal (# cm3) 11.600 22.941

meetjaar/ -jaren

78.400 22.156 30.200 27.000 64.200 20.000 36.685 12.367 16.789 17.119 28.000 39.000 67.000 14.000 19.576 24.000 31.000 38.635 59.270 46.799 19.224

2001-2004 2001 2007 2001 2005 2002-2004 2010-2011 2009 2008 2003-2004 2005 1995 2003-2004 2002-2004 1996-1997 2002-2004 20022004 2008 2001 2001 2007

35.900 26.200 23.400 22.500 30.000 80.000 28.032 30.839

2008 2002-2003 2002-2003 2002-2003 1998 2001-2002 2009 2005-2008

* Verwijzingen naar de studies zijn te vinden in Kumar et al (2014).

Pagina 21 van 71

2009 2008-2010

RIVM Rapport 2015-0110

De grootste bijdrage aan deeltjesaantallen is afkomstig van wegverkeer. De hoogste deeltjesaantallen worden dan ook gevonden in verkeerssituaties. Kumar et al. (2014) vergelijken de situatie in een aantal steden in Europa. Volgens Kumar et al. (2014) zijn de deeltjesaantallen op verkeersbelaste locaties in Amsterdam (gemiddelde bij 22 woningen) en Utrecht (Weerdsingel) respectievelijk 31.000 en 38.635 per cm3; dit ligt rond het Europees gemiddelde van 31.500±16.000 per cm3. In overeenstemming hiermee rapporteren Reche et al. (2011) concentraties van 28.000 cm3 (Bern) en 22.000 per cm3 (Londen). Nederlandse studies geven in Rotterdam (Keuken et al., 2012) en Amsterdam (Hoek et al., 2011) concentraties van circa 40.000 per cm3. De in Nederland gemeten deeltjesconcentratie in verkeerssituaties wijkt niet af van die gemeten in andere Europese steden. Tabel 4. Stedelijke achtergrondconcentraties van deeltjesaantallen. Studie* stad (land) deeltjesaanta l (# cm3) Borsos et al. (2012) Boedapest (Hongarije) 10.600 Praag (Tsjechië) 7.300 Wenen (Oostenrijk) 8.000 Reche et al. (2011) Barcelona (Spanje) 17.000 Lugano (Italië) 15.000 Londen (GB) 12.000 Keuken et al. (2012) Rotterdam (Nederland) 8.000 Hoek et al. (2011) Amsterdam (Nederland) 22.000 JOAQUIN (2015) Amsterdam 9500 Antwerpen 13000 Leicester 8500 Londen 8500 Stedelijke achtergrondconcentraties zijn lager.

De mediaanwaardendeeltjesaantallen zijn in Budapest, Praag en Wenen respectievelijk 10.600, 7.300, 8.000 per cm3. 74-80% hiervan is ultrafijn (< 100 nm). In Barcelona, Lugano en Londen bedragen de achtergrondconcentraties 17.000, 15.000, 12.000 per cm3. In Rotterdam ligt de jaargemiddeldeultrafijnstofachtergrondconcentratie (< 100 nm) rond 8.000 per cm3. In Amsterdam zou de mediaanwaarde aanzienlijk hoger zijn: 22.000 cm3. Deze relatief hoge waarde kan samenhangen met de toegepaste berekeningsmethode (land use regression). Recente metingen, uitgevoerd in het kader van het JOAQUIN-project (Joint Air Quality Initiative, Joaquin, 2015), resulteren voor Amsterdam een lagere jaargemiddelde-stadsachtergrondconcentratie (rond de 9.500 per cm3) die vergelijkbaar is met de concentratie in andere JOAQUIN-steden. Voor de stadsachtergrond laten de schaarse metingen relatief grote verschillen zien tussen steden. De waargenomen ultrafijnstofachtergrondconcentratie in Nederlandse steden is van dezelfde orde van grootte als die in andere Europese steden.

Pagina 22 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Bijdragen van vliegvelden Metingen rondom Los Angeles International Airport (LAX) zijn in een viertal publicaties gerapporteerd. Dicht bij de startbaan tot op een afstand van 900 meter is de invloed van opstijgende/landende vliegtuigen duidelijk waarneembaar. Op 500 m bedraagt de concentratie 17.000 per cm3 (mediaan, met pieken tot 72.000 per cm3). Bij een kleiner vliegveld in Los Angeles (Santa Monica) werden in vergelijking tot een bovenwinds meetpunt verhoogde ultrafijnstofconcentraties (factor 4-7, afhankelijk van de meetperiode) gevonden in woonwijken op 80-400 meter benedenwinds van de startbaan. Eveneens in de Verenigde Staten, bij Warwick (Green International Airport), bedraagt de concentratie op circa twee kilometer van de startbaan 15.000 per cm3. Bij metingen in Denemarken bij de gate op de luchthaven van Kopenhagen is het aantal ultrafijnstofdeeltjes twee tot drie keer hoger dan in een drukke straat in Kopenhagen (Danish Ecocouncil, 2012). Voor grotere afstanden tot het vliegveld is het beeld nog minder duidelijk. Hudda et al. (2014) meten op een afstand van 8-10 kilometer een toename met een factor 4 (ten opzichte van de stedelijke achtergrond) ten gevolge van emissies op Los Angeles International Airport (LAX). Het valt niet uit te sluiten dat deze verhoging het gevolg is van emissies tijdens het aanvliegen.

Wanneer een landend vliegtuig zo ver is gedaald dat het binnen de menglaag zit, kunnen emissies zich verspreiden naar leefniveau. Op grotere afstand van LAX (18 kilometer) wordt de concentratie gedomineerd door het wegverkeer (‘high emitting vehicles, HEV); het vliegveld wordt niet vermeld als belangrijke bron. In Brisbane is bij een windroosanalyse de invloed van een op 12-18 kilometer afstand gelegen complex van haven, olieraffinaderij en vliegveld ‘waarneembaar’. De bijdrage van het complex bedraagt 9-14% maar onderscheid naar specifieke bronnen is niet vermeld.

Figuur 4. De berekende relatieve bijdrage van landen/opstijgen aan de totale deeltjesconcentraties voor twee meetpunten in de omgeving van TF Green Airport (Warwick). Field View ligt op korte afstand (160 m) tot de belangrijkste taxi- en startbaan; Fire Station ligt op 900 m van de terminal. (Bron: Hsu et al., 2012)

Figuur 4 laat op een tijdas de verschillen zien tussen een locatie op 160 meter en op 900 meter van een start- en landingsbaan van de berekende procentuele bijdrage aan de totale deeltjesconcentratie. Pagina 23 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

2.3

Conclusies 

 

Luchtvaart vormt alleen lokaal een belangrijke bron van ultrafijnstofemissies (opstijgen, dalen). Vliegtuigemissies zijn laag in vergelijking met de uitstoot van wegverkeer, huishoudens en scheepvaart. De ultrafijnstofconcentratie die gemeten is in Nederlandse steden (achtergrond en op verkeerspunten), wijkt niet af van de concentratie in andere Europese steden. Uit de geraadpleegde literatuur blijkt dat de invloed van vliegtuigemissies duidelijk waarneembaar is tot op afstanden van circa één kilometer.

Een overzicht van de waargenomen concentraties in verschillende omgevingen is gegeven in Tabel 5. Tabel 5. Typische ultrafijne deeltjesaantallen rond locaties (met bekende bronnen)

Locatie en bron

Schone berglucht Schoon kantoor Stedelijke buitenlucht achtergrond NL Stedelijke buitenlucht achtergrond Europa Stedelijke buitenlucht verkeer, NL Stedelijke buitenlucht verkeer, Europa Vervuilde buitenlucht (smog) Vliegveld, bij gate Vliegveld, einde startbaan (LAX) Industriële werkplaats (gieterij, smelterij) 2.4

Typische deeltjesaantallen (#/cm3) <1.000 2.000-4.000 8.000(R’dam) 9.500/22.000 (A’dam) 7.300-11.000 30.000-40.000 31.500 ± 16.000 >50.000 40.000 150.000 200.000-2.700.000

Referenties ACI EUROPE (2012), Ultrafine particles at Airports: Discussion and assessment of ultrafine particles in aviation and at airports in 2012, ACI EUROPE Environmental Strategy Committee. Agrawal, H., A.A. Sawant, K. Jansen, J. Wayne Miller, D.R. Cocker III, (2008a) Characterization of chemical and particulate emissions from aircraft engines. Atmospheric Environment 42, 4380-4392. Borsos, Tt, D. Rimnacova, V. Sdimal, J. Smolik,Z. Wagner , T. Weisinger et al.(2012) Comparison of particulate number concentrations in three Central European capital cities. Sci Tot Environ 433, 418426. Buonanno, G., M. Bernabei, P. Avino, L. Stabile,L (2012) Occupational exposure to airborne particles and other pollutants in an aviation base. Environmental Pollution 170, 78-87. Danish Ecocouncil (2012) Air Pollution in Airports: Ultrafine particles, solutions and successful cooperation,, ISBN 978-87-92044-37-2, Copenhagen. Ellermann, T., A. Massling, P. Løfstrøm, M. Winther, J.K. Nøjgaard, M. Ketzel, 2011. Investigation of Air Pollution at the Apron at Copenhagen Airport in Relation to Working Environment (Danish with English summary). DCE e Danish Centre for Environment and Pagina 24 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Energy, Aarhus University, p. 148. DCE report no. 5. www.dmu.dk/Pub/TR5.pdf. Herndon, S.C., J.T. Jayne, P. Lobo, T.B. Onasch, G.Fleming, D.E. Hagen et al. 2008. Commercial aircraft engine emissions characterization of in-use aircraft at Hartsfield-Jackson Atlanta International Airport. Environmental Science & Technology 42, 1877-1883. Hoek, G., R. Belen, G. Kos, M. Dijkema, S.C. van der Zee, P.H. Fischer et al. (2011) Land use regression model for Ultrafine particles in Amsterdam. Environ Sci Technol 45, 622-628. Hsu, H.-H., G. Adamkiewicz, E.A. Houseman, D. Zarubiak, J.D. Spengler, J.I. Levy (2013) Contributions of aircraft arrivals and departures to ultrafine particle counts near Los Angeles International Airport, Sci Tot Environ 444, 347-355. Hudda, N., T. Gould, K. Hartin, T.V. Larson, S. Fruin, S (2014) Emissions from an International Airport increase particle number concentrations 4-fold at 10 km downwind. Environmental Science & Technology, 48 (12), 6628–6635. JOAQUIN (2015) – Joint Air Quality Initiative, interim report, WP1A1, results, March 2015 Jones, A.M., R.M.Harrison, B. Barratt, G. Fuller, 2012. A large reduction in airborne particle number concentrations at the time of the introduction of ‘sulphur free’ diesel and the London Low Emission Zone. Atmospheric Environment 50, 129-138. Keuken, M.P., J.S. Henzing, P. Zandveld, K.M.

van den Elshout (2012) Dispersion of particle number and elemental carbon from road traffic, a harbor and an airstrip in the Netherlands. Atmospheric Environment 54, 320-327. Kinsey, J.S., Y. Dong, D.C. Williams, R. Logan (2010) Physical characterization of the fine particle emissions from commercial aircraft engines during the Aircraft Emissions EXperiment (APEX) 1-3, Atmospheric Environment, 44, 2147-2156. Kurniawan, J.S., S. Khardi (2011) Comparison of methodologies estimating emissions of aircraft pollutants, environmental impact assessment around airports. Environmental Impact Assessment Review 31 (2011) 240-252. Kumar, P., L. Maropwska, W. Birmili, P. Paasonen, M. Hu, M. Kulmala et al. (2014) Ultrafine particles in cities . Environ International 66, 110. Kumar, P., L. Pirjola, M. Ketzel, R.M. Harrison (2013). Nanoparticle emissions from 11 non-vehicle exhaust sources – a review, Atmospheric Environment 67, 252–277. Masiol, M., R.M.Harrison (2014) Aircraft engine exhaust emissions and other airport related contributions to ambient air pollution: a review. Atmospheric Environment, 95, 409-455. Mazaheri, M., G.R. Johnsen, L. Morowska (2009), Particle and Gaseous Emissions from Commercial Aircraft at Each Stage of the Landing and Takeoff Cycle. Environ Sci Technol 43, 441-446. Mazaheri, M., G.R. Johnson, L. Morawska, 2011.

An inventory of particle and gaseous emissions from large aircraft thrust engine operations at an airport. Atmospheric Environment 45, 3500-3507. Paasonen, P., S. Visschedjik, K. Kupiainen, Z. Klimont, H. Denier van der Gon (2013) Aerosol Particle Number Emissions and Size Distributions: Implementation in the GAINS Model and Initial Results, IIASA Interim Report IR-13-020. Pagina 25 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Petzold, A., C. Stein, S. Nyeki, M. Gysel, E. Weingartner, U. Baltensperger et al. (2003). Properties of jet engine combustion particles during the PartEmis experiment: microphysics and chemistry. Geophys. Res. Lett. 30, 1719. Reche et al. (2011) New cionsiderations for PM, Black Carbon and particle number concentrations for air qualiity monitoring across different European cities. Atmos ChemPhys 11, 6207-6227. Rogers, F., P. Arnott, B. Zielinska, J. Sagebiel, K.E. Kelly, D. Wagner et al., 2005. Real-time measurements of jet aircraft engine exhaust. Journal of Air & Waste Management Association 55, 583-593. Schröder, F., A. Petzold, B. Kärcher, 1998. Ultra fine particulate jet aircraft emissions depending on fuel sulfur content and contrail proce ssing. Journal of Aerosol Science 29, S561-S562. Wåhlin, P., 2009. Measured reduction of kerbside ultrafine particle number concentrations in Copenhagen. Atmospheric Environment 43, 3645-3647. Westerdahl, D., S.A. Fruin, P.L. Fine, C. Sioutas, C (2008) The Los Angeles International Airport as a source of ultrafine particles and other pollutants to nearby communities, Atmospheric Environment, 42, 3143-3155. Winther, M., U. Kousgaard, T. Ellerman, A. Massling, J.K. Nøjgaard, M.

Ketzel (2015) Emissions of NOx, particle mass and particle numbers from aircraft main engines, APU's and handling equipment at Copenhagen Airport, Atmospheric Environment, 100, 218-229. Zhu, Y., E. Fanning, R.C. Yu, Q. Zhang, J.R. Froines (2011) Aircraft emissions and local air quality impacts from take-off activities at a large international airport. Atmospheric Environment 45, 65266533.

Pagina 26 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

3

Metingen, berekeningen en een beschouwing van de resultaten

3.1

Inleiding Om een epidemiologische beoordeling van de blootstelling aan ultrafijnstof te kunnen uitvoeren, is informatie over de ultrafijnstofconcentraties in de (ruime) omgeving van Schiphol noodzakelijk. Gezien de vele onbekendheden ten aanzien van de emissies (Middel, 2015a) en verspreiding van ultrafijnstof is het niet mogelijk om concentratieberekeningen, analoog aan bijvoorbeeld het NSL, uit te voeren op basis van bestaande kennis van brongegevens, emissiekentallen en verspreiding van ultrafijnstof. Daarom is een getrapte benadering gebruikt. In dit hoofdstuk wordt beschreven hoe de metingen van ultrafijnstof en de daaropvolgende berekeningen zijn opgezet en uitgevoerd en wat de uiteindelijke, geschatte concentratieniveaus zijn. Vervolgens wordt een nadere beschouwing van deze resultaten gepresenteerd.

3.2

Aanpak berekeningen Om tot een schatting van de concentratieniveaus te komen zijn de volgende stappen doorlopen. 1. Oriënterende metingen. Eerst is met behulp van oriënterende, mobiele metingen vastgesteld welke concentratieniveaus rondom Schiphol voorkomen en hoe de ruimtelijke verdeling grofweg is. 2. Metingen op vaste locaties. Met behulp van, onder andere, deze informatie zijn locaties gekozen waar vervolgens gedurende 4-6 weken de ultrafijnstofdeeltjesaantallen en gemiddelde grootten zijn gemeten. 3. Uurlijkse dataset maken. De metingen op de vaste locaties zijn niet allemaal op dezelfde dag begonnen en geëindigd, en verschillende meetapparaten zijn gedurende de meetperiode vervangen. Alle meetresultaten, meteo van Schiphol en aantallen vliegbewegingen zijn in één bestand gecombineerd. 4. Berekening bijdragen fijn stof (PM10-bijdragen). Voor ultrafijne deeltjes zijn geen emissiefactoren van luchtvaart bekend. Op basis van fijnstofemissies (PM10) van luchtvaart en vliegschema’s die in 2008 door het NLR voor een MER-studie zijn geleverd, zijn op alle meetlocaties de hoeveelheden fijnstof gedurende de meetperiode berekend. Voor elk uur in de meetperiode is uitgegaan van de actuele aantallen vliegtuigen in dat uur, voor de gehele meetperiode geleverd door het NLR. 5. Verhouding PM10- en ultrafijnstofconcentraties.

Door de in de meetperiode berekende fijnstofbijdragen met de geschatte gemeten ultrafijnstofbijdragen te vergelijken is de verhouding tussen beide bepaald. 6. Jaargemiddelde-ultrafijnstofconcentraties. Met behulp van de nu uit metingen bepaalde verhoudingen Pagina 27 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

tussen de ultrafijnstofbijdragen van de luchtvaart en de berekende PM10-bijdragen is vervolgens een schatting gemaakt van de jaargemiddelde-ultrafijnstofconcentraties op en in een ruim gebied om Schiphol heen. Voor de overzichtelijkheid zijn de benodigde stappen om de analyse uit te voeren ook in onderstaand schema weergegeven (Figuur 5). Met het schema is de samenhang en logica van de verschillende stappen verduidelijkt.

Figuur 5. Stappen in de analyse en berekeningen. De nummers verwijzen naar de onderdelen in het hierboven beschreven stappenplan (UFP=ultrafijnstof).

De verschillende stappen en de resultaten van Figuur 5 worden hieronder nader toegelicht. In dit hoofdstuk wordt op verschillende punten gebruik gemaakt van samenvattingen en/of delen uit de onderliggende rapportages van ECN (Weijers, 2015), TNO (Keuken, 2015) en Erbrink STACKS Consultancy (Erbrink, 2015). De betreffende rapportages zijn als bijlagen bij dit hoofdrapport gevoegd.

Pagina 28 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

3.3

Uitwerking in stappen Stap 1. Oriënterende mobiele metingen Gedurende elf dagen (in april 2015) zijn door het ECN nabij Schiphol metingen uitgevoerd met twee mobiele opstellingen. Dit gebeurde:  naast een start- en landingsbaan (Polderbaan) waarbij variaties in gemeten concentraties zijn gekoppeld aan vliegbewegingen; en  op wisselende posities (afhankelijk van de windrichting) zodat een (globaal) beeld van de bijdrage van het vliegverkeer aan ultrafijnstof wordt verkregen. De bevindingen van deze ‘mobiele’ campagne zijn uitgebreid beschreven in de rapportage van het ECN. Enkele conclusies van deze metingen zijn:  De mobiele metingen laten verhoogde concentraties ultrafijne deeltjes zien rondom Schiphol. De hoogste bijdragen zijn (zoals verwacht) te zien naast de start- en landingsbanen. Als elke seconde een meting wordt verricht kunnen de aantallen oplopen tot boven één miljoen deeltjes per kubieke centimeter (cm3). Bij middeling van de metingen over tien seconden bedragen de gemeten aantallen deeltjes circa 200.000 à 300.000 per cm3.  Bij toenemende afstand tot de landingsbaan (windafwaarts) nemen de deeltjesconcentraties sterk af. In één geval is een afname gemeten van 50.000 per cm3 (naast de baan) tot ca. 13.000 per cm3 op een (loodrechte) afstand van 1.200 meter (gemiddeld over een halfuur per locatie).

De metingen laten zien dat de bijdrage vooral het gevolg is van de aanwezigheid van deeltjes met een grootte kleiner dan 30 nm. Stap 2. Metingen op vaste locaties en ijking apparatuur Om een zo goed mogelijk beeld voor de omgeving van Schiphol te krijgen zijn vervolgens door het ECN, VITO, TNO en RIVM metingen op vaste locaties uitgevoerd voor de periode van ongeveer één maand. Deze locaties zijn in overleg tussen ECN en RIVM bepaald en zijn deels gedaan met hoogwaardige instrumenten, locaties Polderbaan, Oude Meer, Spaarnwoude, Nieuwe Meer/Schiphol Noord en Amsterdamse Bos. Dit geeft een goed beeld van de variatie van ultrafijnstofconcentraties in de tijd en in de ruimte. Voor een uitgebreide beschrijving van de gebruikte apparatuur wordt verwezen naar de rapportage van het ECN. Aanvullend is op een vijftal plaatsen met eenvoudiger (hand)apparatuur (miniDiSC en Aerasense) gemeten op grotere afstand van Schiphol, op de locaties Hoofddorp, Amstelveen, Badhoevedorp, Vijfhuizen en Rozenburg (ten zuiden van Schiphol). De uitkomsten hiervan geven een indicatie van de ultrafijnstofniveaus in woongebieden op iets grotere afstand van de luchthaven. Voorafgaand aan de vaste metingen zijn gedurende een dag alle meetapparaten op een enkele locatie met elkaar vergeleken.

Bij deze vergelijking is gebleken dat de resultaten van de miniDiSC en Aerasense, afhankelijk van de concentratieniveaus, iets afweken van die van de hoogwaardigere instrumenten. Door het ECN zijn relaties bepaald om voor de gevonden verschillen te corrigeren.

Pagina 29 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

De verschillende apparaten, eigenaren, meetlocaties en –perioden worden in onderstaande Tabel 6 getoond. De tabel toont in de laatste kolom de gemeten aantallen deeltjes, gemiddeld over de uren dat er is gemeten. Let op: het aantal meeturen in een gelijke meetperiode is per apparaat verschillend. Tabel 6. Meetlocaties, meetapparaat en eigenaar, meetperiode, aantal meeturen en gemeten deeltjesaantallen ultrafijnstof.

Vaste metingen

instrument

1.

Polderbaan Zuid (NH1) Polderbaan Zuid (NH1) Oude Meer (NH2) Nieuwe Meer/ Schiphol Noord Nieuwe Meer/ Schiphol Noord Amsterdamse Bos Amsterdamse Bos Spaarnwoude

UFP-3031

VITO

30-Apr

11-Jun

EPC-3783

VITO

30-Apr

11-Jun 1005

31,3

SMPS-TSI SMPS GRIMM EPC-3783

ECN ECN

7-May 30-Apr

8-Jun 8-Jun

725 935

31,7 46,5

ECN

30-Apr

8-Jun

885

30,0

SMPS CPC-3775 CPC-3022 (extra)

TNO TNO ECN

28-Apr 28-Apr 21-May

28-May 28-May 8-Jun

427 696 408

22,5 28,3 17,1

MiniDiSC

VITO/ ECN

7-May

8-Jun

507

20,3

6.

Spaarnwoude (op deze locatie zijn 2 apparaten gebruikt) Amstelveen

MiniDiSC

RIVM

13-Apr

11-May

707

11,9

7.

Hoofddorp

MiniDiSC

RIVM

13-Apr

31-May 1146

15,3

8.

Vijfhuizen

MiniDiSC

RIVM

4-May

31-May

651

14,9

9.

Badhoevedorp

Aerasense

RIVM

13-Apr

2-Jun 1192

30,6

10. Rozenburg/ Schiphol Zuid

Aerasense

VITO/ ECN

12-May

5-Jun

29,9

1. 2. 3. 3. 4. 4. 5. 5.

start

eind uren

UFP X1000 989 27,8

290

De locaties van de metingen staan op de volgende pagina in Figuur 6 getoond.

Pagina 30 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Figuur 6. Locaties van de vaste meetpunten.

Gedurende de vaste metingen kwam de wind hoofzakelijk uit het zuidwesten (Figuur 7).

Figuur 7. Windrichting tijdens de vaste metingen. Pagina 31 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

Stap 3. Uurlijkse meetresultaten, meteo en vliegbewegingen Door het NLR zijn voor elk van de uren in de meetperiode de FANOMOSdata (Radar gegevens van het luchtruim rondom Schiphol) voor de luchthaven Schiphol geleverd, geaggregeerd tot aantallen starts en landingen, per baan, per vliegtuigtype (Middel, 2015b). FANOMOS-data zijn snel beschikbaar bij het NLR en geven een compleet inzicht in de vliegbewegingen, maar ontberen (positie en duur van de) taxibewegingen. Het gemiddeld aantal vluchten per uur van de dag gedurende de meetperiode worden in Figuur 8 getoond, uitgesplitst naar vertrekkende, aankomende en overige lokale vluchten van kleine toestellen en helikopters.

Figuur 8. Gemiddelde aantallen vluchten per uur van de dag gedurende de meetperiode.

Voor de meteorologie, nodig voor zowel de directe interpretatie van de metingen als voor de berekeningen, is zowel gebruikgemaakt van de gegevens van het KNMI voor de locatie-Schiphol als van door ECN gemeten meteorologie. De ultrafijnstofmetingen van de verschillende partijen op de vaste locaties zijn niet allemaal op dezelfde dag begonnen en geëindigd en enkele meetapparaten zijn gedurende de meetperiode vervangen. De apparaten hebben niet allemaal hetzelfde aantal metingen per uur verricht. Zo hebben de Aerasense-apparaten om de paar minuten een meting gedaan, terwijl andere apparaten elke seconde metingen hebben verricht. Daarom is voor elk van de uren in de meetperiode voor elk apparaat de uurgemiddelde-concentratie van ultrafijnstof bepaald. Hierbij is voor de simpelere apparaten tevens de eerder door het ECN bepaalde correctie ten opzichte van de hoogwaardige apparatuur doorgevoerd. Alle meetresultaten, meteo van Schiphol en aantallen vliegbewegingen zijn per uur in een bestand gecombineerd. Bij de combinatie zijn alle verschillende tijdsbases (universal time, Europese (zomer)tijd) omgezet naar Europese zomertijd. Het resulterende Pagina 32 van 71

RIVM Rapport 2015-0110

bestand is als invoer voor de vergelijking van metingen en berekeningen gebruikt. Stap 4. Berekening van PM10-bijdragen Voor de berekeningen is als basis de aanpak overgenomen zoals die gebruikt is in recente MER-studies, zoals de MER Middellange Termijn (MLT) (2008), en studies voor het Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit (NSL), Hoolhorst (2007), Kokmeijer (2009a en 2009b). Voor die studies heeft het NLR de emissies van vliegtuigen geleverd, verdeeld over de bekende vliegpaden. De informatie is door het NLR in zogenaamde LEASiT-bestanden aangeleverd. Hieruit kunnen de specifieke PM10-emissies per vluchtmodus (starten, landen) en per startbaan worden afgeleid, tezamen met data over snelheid, stijg- en daalhoogte, en warmte-emissie. De door het NLR geleverde aantallen actuele vliegbewegingen gedurende de meetperiode zijn gecombineerd met uit eerdere MERstudies beschikbare generieke kentallen ten aanzien van warmteemissie, PM10-emissie en vliegtrajecten, zo mogelijk per vliegmodus (landingen of starten). Er is in dit onderzoek geen onderscheid gemaakt in vliegtuigtype. Onder de aanname dat de gebruikte kentallen nog steeds (voldoende) geldig zijn voor vluchten van en naar Schiphol, zijn de gegevens gebruikt om voor de specifieke meetdagen (en uren) in de meetperiode de verwachtte PM10-concentratiebijdragen te berekenen voor alle (vaste) ultrafijnstofmeetlocaties.