Bernhard Kohl, Harald Kammerer, Regina Schmidt, Oliver Heger, Peter Sturm, Patrik Fössleitner

• Die „Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung“ ist das zentrale Instrument zur nachhaltigen Gestaltung der Energiewende und hat die Förderung innovativer Antriebe und alternativer Kraftstoffe sowie den Aufbau der notwendigen Infrastruktur zum Ziel. Derzeit wird der Straßenverkehr klar durch Benzin- und Diesel-betriebene Fahrzeuge dominiert. Die jährlich wachsende Zahl an Fahrzeugen und ansteigende Fahrleistungen ziehen dabei einen stetig anwachsenden Energiebedarf nach sich. Der Verkehrssektor trägt somit einen erheblichen Beitrag zu den Treibhausgasemissionen bei. Die Dekarbonisierung des Straßenverkehrs durch die Etablierung klimafreundlicher Alternativen als Ersatz zu erdölbasierten Kraftstoffen ist daher eine Grundvoraussetzung für die Erreichung der Klimaschutzziele. Der Einsatz von Fahrzeugen mit neuen alternativen Antriebstechnologien, allen voran Elektro, aber auch Wasserstoff sowie verstärkt LNG und CNG, wird in Zukunft rasch zunehmen. Hinzu kommt die zunehmende Urbanisierung und daraus resultierend die verstärkte Verlagerung des Verkehrs in den Untergrund. Bestehende Empfehlungen und Regelwerke zur Tunnelsicherheit, sowie Methoden zur Risikobewertung beschränken sich bislang jedoch ausschließlich auf Ereignisse im Zusammenhang mit Fahrzeugen mit konventionellen Antriebsformen. Um auch in Zukunft das bestehende Sicherheitsniveau halten zu können, sind die Auswirkungen von Ereignissen in Straßentunneln unter Beteiligung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben zu ermitteln und zu bewerten. Ziel des Projekts war daher die Auswirkungen von Leckagen, Kollisionen und Fahrzeugbränden mit dem Schwerpunkt alternativer Antriebstechnologien auf die Sicherheit der Tunnelnutzer zu analysieren, die risikoanalytische Bewertungsmethodik von Straßentunneln entsprechend zu adaptieren und gegebenenfalls erforderliche Anpassungen von Anforderungen an Straßentunnel abzuleiten. Basierend auf der durchgeführten Grundlagenanalyse bzw. der prognostizierten Entwicklungen für 2030 und 2040 bezüglich möglicher alternativer Antriebe im Fahrzeugkollektiv wurden maßgebliche repräsentative Ereignisbäume entwickelt. Diese stellten die Grundlage für die weitere risikoanalytische Untersuchung dar, wobei die Häufigkeiten an den einzelnen Verzweigungspunkten, wo immer möglich, entsprechend der allgemeinen Straßentunnelrisikoanalyse, teils aber auch aufgrund von Expertenabschätzungen oder Erkenntnissen aus anderen Forschungsprojekten, getroffen wurden. Zur Abschätzung der Ausmaßermittlung der aus den Ereignisbäumen resultierenden Schadensszenarien wurden numerische Methoden, numerische Strömungsmodelle, Evakuierungsmodelle, Wirkungsmodelle oder auch analytische Modelle eingesetzt. Die Risikoanalyse wurde für einen zuvor definierten Vergleichstunnel einmal entsprechend einem Vergleich der Risiken für maximale Anteile der Antriebsarten, einmal für den prognostizierten Verkehrsmix und einmal im Zuge einer Sensitivitätsanalyse (maximal involvierte Menge an alternativem Energieträger – maximales Schadensaumaß), durchgeführt. Entsprechend der Untersuchung mit der Annahme, dass alle Antriebsarten zu 100% in den einzelnen Fahrzeugtypen verbaut sind, ergibt sich für den betrachteten Vergleichstunnel keine relevante Gesamtrisikoerhöhung durch alternative Antriebe. Bezogen auf die reinen Brand- und Explosionsrisiken, zeigt sich jedoch ein zum Teil deutlicher Risikoanstieg durch gasbetriebene Fahrzeuge. Für den betrachteten Vergleichstunnel spielen diese zwar dennoch absolut gesehen keine Rolle, für andersartige Vergleichstunnel, mit grundsätzlich höherem Brandrisiko, kann eine relevante Erhöhung des Gesamtrisikos aber nicht ausgeschlossen werden. Ergebnisse für den Verkehrsmix bzw. dem Mix der Antriebsarten entsprechend der Prognosedaten weisen für den betrachteten Vergleichstunnel ebenso keine Erhöhung des Gesamtrisikos gegenüber dem Risiko des momentanen Verkehrsmix auf. Brand- und Explosionsrisiko sind zwar absolut gesehen für den Vergleichstunnel nicht relevant, könnten sich aber für die prognostizierten Anteile der alternativen Antriebe deutlich erhöhen. Aufgrund fehlender Erfahrungen aus realen Ereignissen und weil die Beteiligung mehrerer Tanks nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann, wurde zusätzlich eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, in der die Beteiligung des gesamten Tanksystems angenommen wurde. Dies führte ausschließlich bei den Explosionsszenarien zu einer Erhöhung des Schadensausmaßes.
• The "Mobility and Fuel Strategy of the Federal Government" is the central instrument for the sustainable design of the energy transition and aims to promote innovative energy carriers and alternative fuels as well as the development of the necessary infrastructure. Road traffic is currently clearly dominated by petrol and diesel-powered vehicles. The annually growing number of vehicles and increasing mileage result in a steadily increasing energy requirement. The transport sector thus makes a significant contribution to greenhouse gas emissions. The decarbonization of road traffic through the establishment of climate-friendly alternatives as a substitute for petroleum-based fuels is therefore a basic requirement for achieving climate protection goals. The use of vehicles with new alternative energy carrier technologies, above all electric, but also hydrogen and increasingly LNG (liquefied natural gas) and CNG (compressed natural gas), will increase rapidly in the future. Moreover, as a result of the increasing urbanization the traffic is shifted to the underground. Existing recommendations and regulations for tunnel safety, as well as methods for risk assessment, have so far been limited exclusively to events in connection with vehicles with conventional energy carrier systems. In order to be able to maintain the existing level of safety in the future, the effects of events in road tunnels involving vehicles with alternative energy carriers must continuously be determined and evaluated. The aim of the project was therefore to analyze the effects of leaks, collisions and vehicle fires with a focus on alternative energy carrier technologies on the safety of tunnel users, to adapt the risk-analytical assessment method for road tunnels accordingly and to derive any necessary adjustments to the requirements for road tunnels. Based on the fundamental analysis carried out and the forecast developments for 2030 and 2040 with regard to possible alternative energy carriers in the vehicle collective, relevant representative event trees were developed. These provided the basis for the further risk-analysis investigation, whereby the frequencies at the individual branching points were determined, wherever possible, in accordance with the general road tunnel risk analysis, but also partly on the basis of expert assessments or findings from other research projects. Numerical methods, numerical flow models, evacuation models, impact models or analytical models were used to estimate the extent of the damage scenarios resulting from the event trees. The risk analysis was carried out for a previously defined comparison tunnel, once in accordance with a comparison of the risks for maximum share of energy carrier types, once for the forecast traffic mix and once in the course of a sensitivity analysis (maximum amount of alternative energy carrier involved – maximum extent of damage). The results according to the maximum share of energy carrier types, applied to the comparison tunnel under consideration, showed no relevant overall increase in risk due to the consideration of alternative energy carriers. In relation to the pure fire and explosion risks, however, there is a significant increase in risk from gas-powered vehicles. For the tunnel under consideration, however, they are immaterial, but for different tunnels, with a fundamentally higher fire risk, a relevant increase in the overall risk cannot be ruled out. Results according to the prognosticated traffic mix applied to the comparison tunnel showed no increase in the overall risk for the forecast traffic mix compared to the current traffic mix. Although the risk of fire and explosion is not relevant to the model tunnel in absolute terms, it could increase significantly for the forecast shares of alternative energy carriers. Due to a lack of experience from real events and because the involvement of several tanks cannot be completely ruled out, a sensitivity analysis was also carried out in which the involvement of the entire tank system was assumed. This only led to an increase in the extent of damage in the explosion scenarios.