Vous êtes ici

Focus : De cartografie van black carbon in het Brussels Gewest

Actualisering : januari 2018

Leefmilieu Brussel heeft onlangs een meetcampagne gevoerd om de blootstelling van de Brusselse bevolking aan luchtvervuiling te evalueren.
Uit deze studie komt naar voren dat de blootstelling aan black carbon, een indicator voor de vervuiling in de stad, in het verkeer het grootst is.
De blootstelling varieert ook naargelang de vervoerswijze:
• Automobilisten lijken het sterkst te worden blootgesteld aan black carbon, met niveaus die ongeveer 5 keer hoger liggen dan de niveaus die worden aangetroffen in binnenlucht;
• Bus-, tram- en metrogebruikers worden net als fietsers blootgesteld aan black carbon-niveaus die 3 tot 4 keer hoger liggen dan de niveaus in binnenlucht;
• Voetgangers worden aanzienlijk minder blootgesteld, met waarden die 2 tot 3 keer hoger liggen dan de waarden in binnenlucht;
• Treingebruikers worden het minst blootgesteld omdat de treinen op plaatsen rijden die relatief ver van de verkeersaders liggen.
Bovendien zijn de concentraties black carbon gemiddeld 2 tot 3 keer hoger in straten met hoge gebouwen, ook wel "canyons" genoemd, dan in open straten.

De luchtkwaliteit in Brussel: een uitdaging

Hoewel bepaalde vervuilende stoffen sinds de jaren 70 aanzienlijk in concentratie zijn gedaald, blijft luchtvervuiling, en dan met name in de vorm van fijn stof en stikstofdioxide, een groot probleem voor de gezondheid van burgers. Veel studies tonen aan dat blootstelling aan deze vervuilende stoffen de levensverwachting met meerdere maanden kan inkorten.
Dit fenomeen is des te sterker in grote steden, zoals Brussel, waar de inwoners met twee soorten vervuiling te maken krijgen: vervuiling van de binnenlucht in gebouwen en vervuiling van de buitenlucht, die voornamelijk afkomstig is van voertuigen in het zeer drukke stedelijke verkeer en van verwarmingsinstallaties.

De doelstellingen van het project ExpAIR

Het project ExpAIR is in 2013 door Leefmilieu Brussel opgezet en is gerealiseerd door het departement "Laboratorium Luchtkwaliteit" in samenwerking met vrijwilligers onder de bevolking. Het project had de volgende doelstellingen:

  • de blootstelling van de bevolking van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest aan luchtvervuiling evalueren door de concentratie van de meest representatieve vervuilende stoffen in de binnen- en buitenlucht te meten en die vervuiling op een kaart weer te geven;
  • de Brusselse bevolking informeren en bewustmaken van haar blootstelling aan stedelijke vervuiling en haar aan te moedigen die vervuiling te beperken, bijvoorbeeld door vervoermiddelen en/of verwarmingssystemen te kiezen die het milieu minder belasten.

Als gevolg van onze activiteiten komen er tal van schadelijke stoffen in de lucht terecht. We noemen er enkele: fijn stof (PM10, PM2.5), koolmonoxide (CO), ozon (O3), stikstofoxiden (NOx), vluchtige organische stoffen (VOS) enz. In het kader van dit project werd black carbon, een subcategorie van fijn stof, als referentiepolluent gekozen.

Wat is black carbon?

In de stedelijke context vormt black carbon een subcategorie van fijn stof. Zoals de naam aangeeft, bestaat black carbon uit alle fijne deeltjes die uit koolstof bestaan en die "zwart" zijn, dat wil zeggen dat ze het licht sterk absorberen.
Ze hebben meestal een diameter van 10 nm tot 500 nm. Deeltjes met een grotere diameter dan 100 nm vormen een samenstelling van black carbon met andere vervuilende stoffen. Black carbon maakt integraal deel uit van de fractie PM10 en PM2.5 en vormt een deel van de fractie ultrafijn stof (UFP), dat een diameter heeft van minder dan 100 nm.

Ordes van grootte van de diameter van stof in de omgevingslucht

Bron: Departement Laboratorium Luchtkwaliteit van Leefmilieu Brussel

De voornaamste eigenschap van black carbon is dat dit een vervuilende stof in deeltjesvorm is die sterk samenhangt met verbrandingsprocessen. Dit is de reden waarom het vaak "roet" wordt genoemd. In de stedelijke omgeving is black carbon dus een uitstekende indicator voor het wegverkeer (verbranding in de motoren van de voertuigen) en voor de verwarming (afhankelijk van de tijd van het jaar). Black carbon wordt ook door industriële verbrandingsprocessen vrijgegeven, maar die sector is marginaal in het Brussels Hoofdstedelijk Gewest.

Is black carbon gevaarlijk voor de gezondheid?

Black carbon-deeltjes houden belangrijke gezondheidsrisico’s in (kanker, cardiovasculaire aandoeningen enz.) omdat ze erg diep kunnen doordringen in de longen en het bloed als gevolg van hun zeer kleine omvang (diameter voornamelijk tussen 10-150 nm). De potentiële gezondheidsimpact van black carbon is significant. Echter, omdat deze polluent nog maar recent bestudeerd wordt, dient zijn impact op lange termijn nog bevestigd te worden door epidemiologische studies. Bovendien treedt black carbon vaak op als "drager" van andere polluenten, namelijk polyaromatische koolwaterstoffen, waarvan van bepaalde vaststaat dat ze kankerverwekkend zijn.

De wetgeving rond black carbon

Black carbon is als polluent op dit moment nog niet aan strenge regels gebonden. Het toezicht erop gebeurt binnen de Europese Unie op dit moment op vrijwillige basis.
Hoe wordt black carbon gemeten?
Black carbon kan worden gemeten dankzij een compact, draagbaar toestel dat "aethalometer" wordt genoemd.

Draagbare monsternemer (aethalometer) gebruikt voor het meten van black carbon

Bron: Leefmilieu Brussel, Departement Laboratorium Luchtkwaliteit 

Volgens dit meetprincipe wordt bemonsterde lucht over een kwartsfilter gestuurd waarop de aanwezige deeltjes, waaronder black carbon, verzameld worden. Een lichtstraal met een golflengte van 800 nm, uitgezonden door een diode, valt in op twee plaatsen op de kwartsfilter: één waar zich de fijne stofdeeltjes bevinden, waaronder black carbon, en één zonder deeltjes. De doorgelaten lichtintensiteit op beide punten wordt gemeten om de verminderde lichtdoorlatendheid als gevolg van vaste deeltjes te kwantificeren.

Het draagbare toestel heeft het mogelijk gemaakt om de plaatsen en de momenten waar men het meest is blootgesteld aan de vervuiling op te sporen.

De in 2013 gelanceerde meetcampagne ExpAIR

In totaal namen van 2013 tot april 2017, 276 vrijwilligers deel aan de meetcampagne door de draagbare black carbon-monitor elke werkdag, dus meestal van maandag tot vrijdag, bij zich te dragen. De deelnemers werd gevraagd een reisboekje in te vullen om hun diverse activiteiten te noteren, waaronder met name de reisperioden en de gekozen vervoerwijzen.
Deze campagne heeft het mogelijk gemaakt de blootstelling aan black carbon op verschillende plaatsen binnen en buiten te vergelijken. De conclusies luiden als volgt:

  • De blootstelling aan black carbon is het grootst in de vervoermiddelen. Deze blootstelling is gemiddeld 3 keer hoger dan de achtergrondvervuiling of het gemiddeld niveau in binnenlucht.
  • De blootstelling binnen gebouwen, zowel thuis als op het werk, is laag en is meestal vergelijkbaar met de achtergrondvervuiling die ver van vervuilingsbronnen wordt gemeten. Uitgedrukt in termen van de concentratie black carbon is dit een blootstelling in de orde van 1 µg/m³;
  • De laagste blootstelling werd op de werkplek gemeten. We merken op dat 50% van de deelnemers bij Leefmilieu Brussel werkten. De gemeten niveaus waren bijzonder laag wanneer de gebouwen waren uitgerust met mechanische ventilatie en een luchtinlaat op het dak.

Gemiddelde blootstelling van de deelnemers aan black carbon in binnen- en buitenlucht in het Brussels Gewest

Bron: Leefmilieu Brussel, Departement Laboratorium Luchtkwaliteit 

Voor wat het verkeer betreft:

  • Automobilisten lijken het sterkst te worden blootgesteld aan black carbon, met niveaus die ongeveer 5 keer hoger liggen dan de niveaus die worden aangetroffen in binnenlucht;
  • Bus-, tram- en metrogebruikers worden net als fietsers blootgesteld aan black carbon-niveaus die 3 tot 4 keer hoger liggen dan de niveaus in binnenlucht;
  • Voetgangers worden aanzienlijk minder blootgesteld, met waarden die 2 tot 3 keer hoger liggen dan de waarden in binnenlucht;
  • Treingebruikers worden het minst blootgesteld omdat de treinen op plaatsen rijden die relatief ver van de verkeersaders liggen.

Gemiddelde blootstelling van de deelnemers aan black carbon bij gebruik van verschillende transportmiddelen in het Brussels Gewest

Bron: Leefmilieu Brussel, Departement Laboratorium Luchtkwaliteit 

Modelvorming voor black carbon en exploitatie van de verzamelde gegevens

Om de door de vrijwillige deelnemers aan de campagne ExpAIR verzamelde gegevens zo goed mogelijk te exploiteren, is een methodologie opgesteld om de concentraties black carbon in de voornaamste straten van het Brussels Gewest in kaart te brengen.
Die is gebaseerd op een modelvorming van de luchtkwaliteit gekoppeld aan een "herijking" op basis van de mobiele metingen.
De modelvorming is gebaseerd op een eenvoudig model van de "canyonstraat" om de concentratiewaarden in de straten van Brussel te verkrijgen. Om de concentraties te berekenen, baseert het model zich op:

  • het aantal voertuigen per uur in elke straat, evenals hun gemiddelde snelheid;
  • de windsnelheid en -richting ter hoogte van de daken, van uur tot uur;
  • de kenmerkende dimensies van de straat, dat wil zeggen:
    • de gemiddelde hoogte van de gebouwen;
    • de gemiddelde breedte van de straat (de afstand van voorgevel tot voorgevel);
  • de achtergrondconcentratie black carbon die door het telemetrisch netwerk wordt gemeten (5 stations).

De herijking berust op de door de campagnedeelnemers uitgevoerde metingen. Ze heeft als doel de ruwe waarden van het model statistisch te corrigeren. Deze methodologie verlaagt de onzekerheid van het model en brengt de gemodelleerde waarden binnen een gamma dat compatibel is met de geobserveerde concentraties.

Black carbon in kaart gebracht binnen het volledige Brussels Gewest

De meest vervuilende verkeerswegen in kaart brengen was één van de doelstellingen van het project. In dit geval maakt de gerealiseerde black carbon-kaart het mogelijk de gemiddelde concentratieverschillen tussen de verschillende straten van Brussel te evalueren. Het gaat, zoals vermeld, om de gemiddelde concentraties op de trottoirs links en rechts over een lange periode. De hier getoonde kaart geeft dus niet de tijdruimtelijke concentratievariaties binnen dezelfde straat weer. Die hangen onder meer af van:

  • de wijze waarop de lokale lucht wordt afgevoerd, die samenhangt met de wijze waarop de weg is ingedeeld (kruispunten, pleinen enz.), en de fijnere geometrische details (bushokjes, bomen enz.);
  • de precieze variatie in het verkeer en met name de verkeersopstoppingen, waarmee hier geen rekening wordt gehouden. Het aantal voertuigen per uur wordt hier gebruikt, maar het precieze verloop van die voertuigen is niet bekend. Er wordt ook geen rekening gehouden met de accumulatie-effecten van polluenten in verband met de verschillend stopplaatsen van het verkeer (verkeerslichten, files enz.).

Onderstaande kaarten geven de black carbon-gemiddelden voor de periode 2014-2016 weer en bieden een overzicht van de huidige staat van de luchtkwaliteit, waarbij ze de in die drie jaar uitgevoerde metingen, exploiteren.
Als we de waarde van 1 µg/m³ als referentie beschouwen die overeenstemt met de achtergrondvervuiling of het gemiddelde niveau binnen gebouwen, stellen we vast dat de gemiddelde concentraties tijdens de spitsuren op 73 % van het wegennet tussen 2 en 5 keer hoger liggen dan die referentiewaarde en dat ze op 4 % van de wegen meer dan 5 keer hoger liggen.

Gemiddelde concentraties black carbon in de voornaamste straten van het Brussels Gewest tijdens de ochtend- en avondspitsuren gedurende de periode 2014-2016

Bron: Leefmilieu Brussel, Departement Laboratorium Luchtkwaliteit 

Gemiddelde concentraties black carbon in de voornaamste straten van het Brussels Gewest tijdens de daluren overdag in de periode 2014-2016

Bron: Leefmilieu Brussel, Departement Laboratorium Luchtkwaliteit  

Impact van de geometrie van de straat en de verkeersdrukte op de accumulatie van polluenten

De gemiddelde concentratie black carbon in een straat hangt van een groot aantal parameters af, maar op elk moment zijn de twee belangrijkste parameters om de concentratieverschillen tussen verschillende straten te verklaren, de geometrie van de straat en de verkeersdrukte.
We spreken van een "canyonstraat" wanneer die wordt ingesloten door gebouwen, in tegenstelling tot een "open straat", waarin geen aan elkaar grenzende obstakels staan en de dispersie van de polluenten niet wordt gehinderd. In een canyonstraat berekent het model de concentraties op het linker- en rechtertrottoir rekening houdend met het fenomeen van "hercirculatie" van polluenten dat hieronder wordt geïllustreerd. In een open straat is geen sprake van hercirculatie, maar alleen van directe aanvoer.
Het vortexvormige hercirculatieprofiel ontstaat door de neerstromende lucht van de daken naar de straat en zorgt voor een accumulatie van polluenten aan de zijde van de straat waar de wind vandaan komt (stroomopwaarts). Aan die lokale aanvoer wordt dan de stedelijke achtergrondvervuiling toegevoegd.

Typisch hercirculatieprofiel van polluenten in een canyonstraat

Bron: Leefmilieu Brussel, Departement Laboratorium Luchtkwaliteit 

De concentratie hangt sterk samen met het aantal voertuigen in de straat, zoals op onderstaande figuur wordt getoond. Er kunnen twee systemen worden onderscheiden:

  • het "canyonstraatsysteem", waarbij de concentratie snel stijgt naarmate het aantal voertuigen toeneemt;
  • het "open straatsysteem", waarbij de concentratie minder snel stijgt naarmate het aantal voertuigen toeneemt, want de polluenten worden globaal beter verspreid.

Concentratie black carbon (gemiddelde van het linker en rechter trottoir) in elke straat in functie van het aantal voertuigen (per uur) tijdens de ochtendspits, voor open straten (blauw) en canyonstraten (rood)

Bron: Leefmilieu Brussel, Departement Laboratorium Luchtkwaliteit 

Uit deze analyse kunnen we het volgende concluderen:

  • De concentraties black carbon nemen proportioneel aan de verkeersdrukte toe. De stijging is in de orde van 0,5 µg/m³ per toename met 1000 voertuigen/uur in open straten en 2 µg/m³ voor dezelfde verkeerstoename in straten die door hoge gebouwen worden ingesloten ("canyonstraten");
  • De concentraties black carbon zijn gemiddeld 2 tot 3 hoger in een "canyonstraat" dan in een open straat;
  • Wanneer de wind loodrecht op de as van een "canyonstraat" waait, hebben polluenten de neiging zich te accumuleren op het stroomopwaartse trottoir. Gemiddeld zijn de concentraties black carbon 20 tot 40 % hoger op het stroomopwaartse trottoir dan op het stroomafwaartse trottoir.

De in het kader van dit project gerealiseerde kaart is voor het publiek beschikbaar via de internetsite van Leefmilieu Brussel (http://geoportal.ibgebim.be/webgis/expair.phtml). Deze kaart wordt jaarlijks bijgewerkt, rekening houdend met de nieuwe metingen die met name in diverse kleinere Brusselse verkeersaders zullen worden gerealiseerd. In de toekomst zal ook een routeplanner worden voorgesteld waarmee Brusselaars hun reisweg kunnen plannen op een wijze die hun blootstelling aan black carbon verlaagt.

Date de mise à jour: 19/05/2020