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Photokatalytische Oberflächen zur Minderung von Stickoxidbelastungen an Straßen - TiO2-Pilotstudie Lärmschutzwand

Photocatalytic surfaces for the reduction of nitrogen oxide pollution on roads - TiO2 pilot study noise barrier

  • Innerhalb eines mehrere Projekte umfassenden Pilotprogramms sollte das Stickoxid-Minderungspotential von Titandioxid unter Realbedingungen an verschiedenen Bauwerken hoch frequentierter Verkehrswege untersucht werden. Die vorgelegte Studie beschreibt die durchgeführten Arbeiten an einer Lärmschutzwand, auf deren Oberfläche eine TiO2-Suspension appliziert wurde. Die Untersuchungen fanden an der A 1 zwischen den Anschlussstellen Osnabrück-Nord und Osnabrück-Hafen statt. Das betrachtete Untersuchungsgebiet umfasste eine Länge von ca. 2 km. Die 6-streifige Autobahn ist in diesem Abschnitt auf beiden Seiten mit einer Lärmschutzwand eingefasst, auf die im September 2011 auf einer Länge von 1 km beidseitig eine TiO2-haltige Suspension im Airless-Verfahren aufgetragen wurde. Die beschichtete Fläche beträgt ca. 25.000 m2. Ein 1 km langes Teilstück ohne Suspension diente im Zuge der Untersuchung als Referenzfläche. Vor dem Einsatz der photokatalytischen Materialien mussten zunächst mehrere Voruntersuchungen durchgeführt werden. Hierzu zählten z. B. Modellrechnungen und Schalluntersuchungen, um auszuschließen, dass die für die Lärmschutzwand gewählte TiO2-Suspension die akustischen Eigenschaften des offenporigen Wandmaterials beeinflusst. Darüber hinaus fanden verschiedene projektbegleitende Untersuchungen statt, wie z. B. Bodenanalysen, Bewitterungen von Prüfkörpern oder eine Nitratbilanzierung des Abflusswassers an der Lärmschutzwand. Die Hauptuntersuchungen haben NO2-Minderungen von einstelligen Prozentzahlen ergeben. Dabei waren die höchsten Minderungsraten auf der Ostseite der Autobahn zu beobachten, auf der sich die Schadstoffe durch die vorherrschende Queranströmung vermutlich über längere Zeiträume an der photoaktiven Wand aufhalten konnten als auf der Westseite. Unterstützt wird diese Beobachtung durch die projektbegleitenden Modellrechnungen. Die Entwicklung der Minderungsraten in Verbindung mit den Bewitterungsuntersuchungen über die Jahre der Messdatenaufnahme hinweg lässt vermuten, dass photokatalytische Suspensionen zum Teil mehrere Monate benötigen, um sich frei zu brennen und die aktiven TiO2-Partikel an die Oberfläche treten zu lassen. Kontraproduktiv wirken hier in Straßennähe sicher auch die verkehrsbedingten Verunreinigungen auf den photoaktiven Oberflächen. Messungen mit Passivsammlern in mehreren Entfernungen zur Autobahn zeigten darüber hinaus, dass eine Lärmschutzwand alleine schon eine deutliche Verminderung der NO2-Konzentration im direkten Hinterland des Bauwerks ergibt. Jedoch handelt es sich hierbei nicht – wie bei der Photokatalyse – um einen Abbau oder eine Umwandlung des NO2, sondern nur um eine Verfrachtung der Schadstoffe in höhere Luftschichten und dortige Verdünnung in sauberer Luft. Anhänge: 1a) NEUNHÄUSERER; DIEGMANN: Numerische Simulation der Stickoxidminderung durch photokatalytische Oberflächen an Verkehrswegen (FE 89.234/2009/AP). 1b) SCHNEIDER; TURHAN; PELZER; NIEDERAU; RAU; HÜFTLE: Vergleich verschiedener Modellierungsprogramme zur Berechnung von Immissionen von Luftschadstoffen (FE 02.305/2009/ERB). 1c) HÜLSEWIG: Untersuchungen zur Depositionsgeschwindigkeit von NO (FE 89.282/2013). 1d) KÜHNE; NICOLAI:Einsatz von Titandioxid zur Reduzierung der Stickoxidbelastung an Straßen – Erfassung von Nitratgehalten (FE 02.288/2007/LRB). 1e) SCHEIDT; BLÖß; AMRHEIN: Projekt-begleitende Untersuchung zur Auslagerung von Prüfkörpern und deren Analyse auf die Entwicklung der photokatalytischen Aktivität einer TiO2-Suspension zum AP-Projekt TiO2-PilotstudieA1 (FE 89.0276/2012). 1f) HÜBEN, M.: „Wirksamkeit des photokatalytischen Stickoxid-Abbaus an beschichteten Bauwerks-Prüfkörpern“, Schlussbericht zum (FE 07.241/2011/LRB). 1g) RAUPACH; SCHULTE HOLTHAUSEN: Prüfung möglicher Einflüsse von Titandioxidbeschichtungen auf Betonoberflächen (FE 89.0241/2009/AP).
  • Within a pilot programme comprising several projects, the nitrogen oxide reduction potential of titanium dioxide was to be investigated under real conditions on various structures of highly frequented traffic routes. The presented study describes the work carried out on a barrier on the surface of which a TiO2 suspension was applied. The investigations took place on the A1 between the junctions Osnabrück-Nord and Osnabrück-Hafen. The investigated area covered a length of approx. 2 km. In this section, the 6-lane motorway is enclosed on both sides by a noise barrier, to which a suspension containing TiO2 was applied in an airless process over a length of 1 km on both sides in September 2011. The coated area is approx. 25,000 m2. A 1 km long section without suspension was used as a reference area during the investigation. Before the photocatalytic materials could be used, several preliminary investigations had to be carried out. These included, for example, model calculations and sound investigations to exclude the possibility that the TiO2 suspension selected for the noise barrier influences the acoustic properties of the open-porey wall material. In addition, various project-accompanying investigations were carried out, e.g. soil analyses, weathering of test specimens or nitrate balancing of the discharge water on the noise barrier. The main inspections showed NO2 reductions in the single-digit percentage range. The highest reduction rates were observed on the eastern side of the motorway, where the pollutants could probably remain on the photoactive wall for longer periods than on the western side due to the prevailing transverse flow. This observation is supported by the model calculations accompanying the project. The development of the reduction rates in connection with the weathering investigations during the years of measurement data acquisition suggests that photocatalytic suspensions sometimes take several months to burn themselves free and allow the active TiO2 particles to surface. The traffic-related impurities on the photoactive surfaces certainly also have a counterproductive effect in the vicinity of roads. Measurements with passive collectors at several distances from the motorway also show that a noise barrier already results in a significant reduction in the NO2 concentration in the immediate area behind the structure. However, this is not – as with photocatalysis – a degradation or conversion of the NO2, but only a transport of the pollutants into higher layers of air and dilution in clean air up there. Appendices: 1a) NEUNHÄUSERER; DIEGMANN: Numerische Simulation der Stickoxidminderung durch photokatalytische Oberflächen an Verkehrswegen (FE 89.234/2009/AP). 1b) SCHNEIDER; TURHAN; PELZER; NIEDERAU; RAU; HÜFTLE: Vergleich verschiedener Modellierungsprogramme zur Berechnung von Immissionen von Luftschadstoffen (FE 02.305/2009/ERB). 1c) HÜLSEWIG: Untersuchungen zur Depositionsgeschwindigkeit von NO (FE 89.282/2013). 1d) KÜHNE; NICOLAI:Einsatz von Titandioxid zur Reduzierung der Stickoxidbelastung an Straßen – Erfassung von Nitratgehalten (FE 02.288/2007/LRB). 1e) SCHEIDT; BLÖß; AMRHEIN: Projekt-begleitende Untersuchung zur Auslagerung von Prüfkörpern und deren Analyse auf die Entwicklung der photokatalytischen Aktivität einer TiO2-Suspension zum AP-Projekt TiO2-PilotstudieA1 (FE 89.0276/2012). 1f) HÜBEN, M.: „Wirksamkeit des photokatalytischen Stickoxid-Abbaus an beschichteten Bauwerks-Prüfkörpern“, Schlussbericht zum (FE 07.241/2011/LRB). 1g) RAUPACH; SCHULTE HOLTHAUSEN: Prüfung möglicher Einflüsse von Titandioxidbeschichtungen auf Betonoberflächen (FE 89.0241/2009/AP).

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Metadaten
Author:Anja Baum, Sebastian Lipke, Udo Löffler, Sergej Metzger, Jan Sauer
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-21285
ISBN:978-3-95606-411-1
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik (309)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2019/01/08
Year of first publication:2018
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2019/01/09
Tag:Beschichtung; Deutschland; Forschungsbericht; Immission; Lärmschutzwand
Number of pages:69
Institutes:Abteilung Straßenverkehrstechnik
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoBASt

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