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Mit Fokus auf Nordrhein-Westfalen (NRW) wird das urbane NO2-Problem umrissen. Um die Jahresgrenzwerte einzuhalten, sind beispielsweise in allen Straßenschluchten in NRW Reduktionen nötig. Die Europäische Kommission hat gegen mehrere Mitgliedsstaaten, darunter Deutschland, Vertragsverletzungsverfahren wegen der Überschreitung von NO2-Grenzwerten eröffnet. Dargestellt werden die Langzeittrends bezüglich der gemessenen Abnahme bei der Stickoxidbelastung. Potenzielle Maßnahmen können hinsichtlich ihrer möglichen Wirkungen durch den Einsatz von Modellen abgeschätzt werden, zum Beispiel Umweltzonen, Fahrverbote, Elektrofahrzeuge. Die Ergebnisse der Messungen und Modellrechnungen werden dargestellt und kritisch beleuchtet. Als Fazit ergibt sich, dass das urbane NO2-Problem nicht einfach zu lösen ist, Minderungen der NOx-Emissionen spiegeln sich nicht in der gleichen Größenordnung in der Abnahme der NO2-Belastung wieder. Bei zusätzlich wirksamen Maßnahmen wie beispielsweise einem höheren Anteil von Elektrofahrzeugen fehlt die (schnelle) praktische Umsetzbarkeit. Eine Kombination aus lokalen, regionalen und europaweiten Maßnahmen ist nötig, um das Problem zu lösen.
Das Emissionsmodul des PC-Berechnungsverfahrens zur Abschätzung von verkehrsbedingten Schadstoffimmissionen (MLuS 02) basiert auf dem Handbuch für Emissionsfaktoren des Umweltbundesamtes. Aufgabe war die Berechnungen mit dem neuen Handbuch kompatibel zu machen. Die Aufgabenstellung gliederte sich in 3 Teile: i) Implementierung der neuen Version des Handbuchs in das Emissionsmodul , ii) Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi, gleichzeitige Beseitigung von Inkonsistenzen in der Berechnung , iii) Implementierung des neuen Emissionsmoduls, Durchführung von Systemtests und Modifikationen, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02. Bei der Aktualisierung des Handbuches wurden folgende redaktionelle Änderungen vorgenommen: Herausnahme der 98-Perzentile - außer für das NO2 - im tabellarischen Ausdruck, Erstellung eines Installationsprogramms, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02 gemäß der vorgenommenen Fortschreibung. Im Vergleich zur vorherigen Version ergeben sich folgende Änderungen: Eingangsdaten und ihre Klassifizierung: Dem Emissionsmodul wurden bisher per ASCII-Schnittstelle die folgenden Eingangsdaten übergeben: Bezugsjahr, Gebiets-ID, Straßenkategorie-ID, Fahrbahnlängsneigungs-ID, Anzahl der Fahrspuren, DTV, DTV-ID, Lkw-Anteil, Lkw-Anteil-ID, Kraftstoffszenario-ID, Stop+Go-ID, Das Bezugsjahr wurde rückwirkend auf das Jahr 2000 begrenzt, so dass die Gebietsunterscheidung Ost/West entfallen kann. Längsneigungsklassen: Hinsichtlich der Längsneigungsklassen enthält das Modell die in Tabelle2 (siehe Längsneigungsklassen im Abschlussbericht) dargestellte Klassifizierung. Fahrzeugkategorien: Das Emissionsmodul unterscheidet intern folgende Fahrzeugkategorien: Pkw, Leichte Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse bis 3,5 t), LNfz genannt, Schwere Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse über 3,5 t), im folgenden SNfz genannt. Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi: Nachdem die Änderungen im Emissionsmodul durchgeführt worden waren, wurden alle Visual Basic Codes von ACCESS nach Delphi verlagert. Implementierung des neuen Emissionsmoduls in das MLuS 02: Das Emissionsmodul wurde in das MLuS 02 Programm implementiert. Ruß wird aus dem MLuS entfernt (Außerkraftsetzung der 23. BImSchV).
Ausgehend von den rechtlichen Grundlagen für die Luftreinhaltung sowie den Grenzwertfestlegungen für Feinstaub (PM10) sowie Stickoxide (NO2) wird auf die heutige Luftqualität in Städten mit Schwerpunkt Stuttgart eingegangen. Dargelegt werden die festgestellten Überschreitungen bei den Grenzwerten für PM10 und NO2. Eingegangen wird auf die Maßnahmen zur Reduzierung der Luftbelastung in Stuttgart und die Wirkungen in Bezug auf die Senkung der Grenzwert-Übersschreitungen beziehungsweise Jahresmittelwerte von PM10 und NO2 an den Hotspot-Stationen "Am Neckartor" und "Hohenheimer Straße". Abschließend wird ein perspektivischer Ausblick gegeben: obwohl die Luftsituation in den Städten kontinuierlich besser geworden ist, gibt es an stark befahrenen städtischen Straßen weiterhin Grenzwertüberschreitungen. Die EU-Vertragsverletzungsverfahren machen weitere Maßnahmen notwendig. Die Städte brauchen praxiserprobte Maßnahmen und keine langfristigen, kostspieligen Pilotversuche mit unsicherem Ausgang.
Vorgestellt werden Ergebnisse aus der Untersuchung "Vergleich verschiedener Modellierungsprogramme zur Berechnung von Luftschadstoffen". Die Untersuchung wurde begleitend zu der Pilotstudie "NO2-Reduktion an Ti02-dotierten Lärmschutzwänden (LSW) an der A1" durchgeführt. Projektziel war der Vergleich von drei Ausbreitungsmodellen sowie die Auswahl eines geeigneten Modells für ein zu entwickelndes Online-Monitoring-System. Es wurde festgestellt, dass sich die Modellergebnisse infolge der Umsetzung kleinräumiger Details unterscheiden sowie dass alle Modelle lediglich geringe NOx-Minderungen in Folge der katalytischen Oberflächenbeschichtung anzeigen. In den numerischen Modellen wird die photokatalytische Wirkung der Ti02-beschichteten Lärmschutzwand über einen Depositionsprozess berücksichtigt. Unter Berücksichtigung der Hintergrundbelastung und der NOx-NO2-Umwandlung würde sich die Wirkung des Katalysators im Maximum auf weniger reduzieren. Die Messungen zeigten keine eindeutige Wirkung bezüglich der Immissionskonzentrationen im Bereich der beschichteten beziehungsweise unbeschichteten LSW an.
Vorgestellt werden Vorgehensweise, Datenaufbereitung, Modellaufbau und Ergebnisse des BASt-Projekts "Numerische Simulation der Stickoxidminderung durch photokatalytische Oberflächen an Verkehrswegen". Die Vorteile des Konzepts liegen in der Berücksichtigung von Zeitreihen (Eingangsdaten, Ausbreitungsrechnung) und in der Tatsache, dass die Depositionsgeschwindigkeit als zeitlich variable Eingangsgröße bei der Modellierung berücksichtigt wurde. Die Ergebnisse liegen entsprechend als Zeitreihen vor (Jahres- oder Tagesgänge können untersucht werden). Es ergab sich eine Minderung der NO2-Belastung um maximal knapp 1.5% im Nahbereich der Lärmschutzwand. Wesentlicher Faktor bei der Wirksamkeit photokatalytischer Oberflächen ist die Interaktion zwischen Gesamtbelastung und Depositionsgeschwindigkeit im Tagesverlauf.
An drei BAB (A4, A555, A61) wurden Messstandorte eingerichtet, um die Einträge von Schadstoffen aus dem Straßenverkehr in den Boden beziehungsweise in Entwässerungseinrichtungen beurteilen zu können. Die ersten 18 Monate der Messungen werden im Rahmen des vorliegenden Berichtes dokumentiert. Die drei Standorte decken bei vergleichbarer Gesamtverkehrsstärke von etwa 70.000 Kfz/24h mit 5,4 % bis 19,8 % ein breites Spektrum von Lkw-Anteilen am DTV ab. Ihre Lage ermöglicht die Untersuchung verschiedener Stoffausbreitungsvarianten. Die Ergebnisse der Messperiode von Januar 2005 bis Juni 2006 zeigen, dass außer Schwermetallen auch große Mengen an Massenelementen aus dem Straßenverkehr in den Straßenseitenraum gelangen. Dabei handelt es sich nicht nur um Natrium aus Tausalzeinsatz, dessen Einfluss in Staub- und Wasserproben eindeutig nachzuweisen ist, sondern auch um Calcium und Eisen in fast ebenso hohen Konzentrationen und Frachten. Es gibt Hinweise aus laufenden Forschungsprojekten, dass diese Einträge zur Verbesserung des Schadstoffbindungsvermögens im Bankett und in den partikulären Anteilen des Straßenabflusses beitragen. Die in der vorliegenden Untersuchung bestimmten Stoffeinträge liegen in 1,5 m Höhe meist oberhalb der Vergleichswerte für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Die bodennah ermittelten Depositionsraten sind höher. Der Einfluss der Luv- und Leelage der Messpunkte lässt sich sowohl an der Höhe der fahrbahnnahen Stoffeinträge als auch an der räumlichen Verteilung belegen. Es besteht an allen Messstandorten ein starker Zusammenhang zwischen Höhe des Stoffeintrages und Entfernung vom Fahrbahnrand. Die räumlichen Verteilungen der Stoffeinträge zeigen zusätzlich klare Unterschiede für die drei Autobahnstandorte. Der Standort A61 mit einem zwei- bzw. dreimal höheren Lkw-Anteil als A4 und A555 weist auch die höchsten Staubniederschlagsmengen und Depositionsraten auf. Trotz leicht höherer Verkehrsstärke und höherem Lkw-Anteil liegen die Depositionsraten an der A4 etwas niedriger als an der A555. Dies ist wahrscheinlich durch die unterschiedliche Lage der Standorte zur Hauptwindrichtung bedingt. Ein Einfluss auf den Stoffeintrag durch die Lage der Messpunkte der A4 in Aussen- oder Innenkurve mit entsprechender Entwässerung ließ sich dagegen nicht feststellen. In den Straßenabflussproben weisen viele der Metalle (zum Beispiel Chrom, Kobalt, Kupfer, Molybdän, Nickel) Werte nahe an oder unter der Bestimmungsgrenze auf. Fast 90 % der Konzentrationswerte der Schwermetalle Cadmium und Zink liegen unterhalb oder im Bereich der Sickerwasserprüfwerte der Bodenschutzverordnung, bei den anderen Schwermetallen fast alle Werte. Vergleichbare Untersuchungen existieren bisher nicht. Eine Abschätzung des Umweltbundesamtes (UBA) zu Stoffeinträgen in Boden und Wasser aus diffusen Quellen zeigt, dass der Kraftfahrzeugverkehr erheblichen Anteil an den Einträgen von Kupfer, Zink und Blei in Gewässer und Böden hat. Die Berechnungen basieren allerdings auf teilweise sehr alten Emissionsdaten und Emissionsabschätzungen. Die hier dokumentierten Messungen sollen die Straßenbauverwaltung bei der Mitwirkung an den nationalen und europäischen Regelwerken zu Boden- und Wasserschutz stützen und bilden eine Datengrundlage für die Bearbeitung weiterführender Fragestellungen. Die Messungen werden im Rahmen eines weiteren Projektes fortgesetzt.
An drei BAB-Messstandorten (A4, A555, A61) wurden die Einträge von Schadstoffen aus dem Straßenverkehr in den Boden bzw. in Entwässerungseinrichtungen von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) für den Messzeitraum Mitte 2006 bis Mitte 2007 erfasst und im Vergleich zum Messzeitraum 2005/2006 beurteilt. Die Stoffeinträge des Messzeitraumes Juli 2006 bis Juni 2007 liegen für alle Stoffe deutlich niedriger als die des Messzeitraumes Januar 2005 bis Juni 2006. Abweichend davon weist der Hintergrundmesswert der A555 in 100 m Entfernung vom Fahrbahnrand höhere Depositionsraten aller Stoffe auf, und im Straßenabfluss traten höhere Zink- und Eisenwerte auf als im vorigen Zeitraum. Der mittlere Gesamtstaubniederschlag in Bodennähe erreichte in der Messperiode 2006/2007 nur etwa 55 % bis 90 % des Gesamtstaubniederschlages 2005/2006. Die Frachten der meisten untersuchten Elemente liegen etwa im selben Verhältnis wie die Gesamtstaubdeposition niedriger. Ausgenommen davon sind die vorwiegend straßenverkehrsbedingten Elemente Blei, Kupfer und Zink, die eine deutlich geringere Abnahme als der Staubniederschlag zeigen, am Standort A61 zeigen sich sogar deutlich höhere Frachten dieser drei Elemente. Anhand des zeitlichen Verlaufes der Konzentrationen im Straßenabfluss lässt sich zeigen, dass nicht nur Natrium-, sondern auch Calciumeinträge zum großen Teil durch den Tausalzeinsatz bedingt sind. Für die Konzentrationen von Cadmium und Zink im Straßenabfluss lässt sich ebenfalls ein deutlicher Jahresgang feststellen, für die Deposition mit dem Staubniederschlag nicht. 2006/2007 liegen in 1,5 m Höhe an der A555 und A4 mehr als 90 % der Monatswerte auch 1 m neben der asphaltierten Fahrbahnfläche im Bereich der Vergleichswerte für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Teilweise wies in dieser Höhe der Staubniederschlag auch 2006/2007 so niedrige Einwaagen und Gehalte an Schwermetallen auf, dass die Bestimmungsgrenze in der Aufschlusslösung nicht erreicht wurde. An der A61 treten dagegen am straßennächsten Messpunkt in 2,5 m Entfernung höhere Werte auf, jedoch nicht so hoch wie 2005/2006. Die bodennahen Messpunkte weisen, wie auch 2005/2006, zum Teil wesentlich höhere Gesamtstaubniederschläge auf als die in 1,5 m Höhe. Sie überschritten fast immer die typischen Bereiche für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Es besteht an allen Messstandorten ein starker Zusammenhang zwischen Höhe des Stoffeintrages und Entfernung vom Fahrbahnrand. Die räumlichen Verteilungen der Stoffeinträge zeigen zusätzlich klare Unterschiede für die drei Autobahnstandorte. Die Verkehrsstärken der drei Standorte unterscheiden sich nicht sehr stark, aber der Standort A61 mit der höchsten Verkehrsstärke und einem zwei- bzw. dreimal höheren Lkw-Anteil als A4 und A555 weist auch die höchsten Staubniederschlagsmengen und Depositionsraten für fast alle untersuchten Stoffe auf. Die für 2005/2006 gemachten Aussagen zur Abhängigkeit der Stoffeinträge von der Lage zur Hauptwindrichtung, Lkw-Anteil und Strömungshindernissen können bisher bestätigt werden. Die Konzentrationen liegen in beiden bisherigen Untersuchungszeiträumen in 1,5 m Höhe für viele Elemente höher als in Bodennähe. Eine mögliche Ursache für diesen Konzentrationsunterschied kann der Eintrag von Staub bzw. Bodenmaterial aus der direkten Umgebung in die bodennahen Sammler sein. Anhand der Ergebnisse des Forschungsprojektes "Schadstoffgehalte in Bankettmaterial - bundesweite Datenauswertung" zeigte sich, dass das hier durchgeführte Messprogramm die relevanten anorganischen Parameter enthält und die Aufnahme weiterer Metalle oder Salze in das Messprogramm nicht notwendig ist. Die regelmäßige Untersuchung organischer Stoffgruppen, die in Bankettmaterial oder Straßenabfluss auffällig erscheinen, wäre sinnvoll, ist aber sehr kostenintensiv. Die Messungen werden im Rahmen eines weiteren Projektes fortgesetzt.
Verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität in Städten waren bisher bei der Verminderung von Stickoxiden nur bedingt erfolgreich. Interessant ist, ob der Einsatz der Photokatalyse hier weiterhelfen kann. Photokatalytische Anwendungen wurden schon in einigen Pilotstudien untersucht, zum Beispiel an Straßen beziehungsweise Modell-Canyons sowie in Tunneln. Teilweise wurden international sehr positive Ergebnisse erzielt, geichzeitig liegen aus anderen internationalen Projekten Ergebnisse unterhalb der Messgenauigkeit vor. Die vorgestellten Ergebnisse werden anhand verschiedener Variablen betrachtet und die erwartbare Atmosphärenrelevanz diskutiert. Zusammengefasst wird, dass basierend auf bekannten Feldmessungen für die Photokatalyse eine mittlere NOx-Reduktion von nur wenigen Prozent (in Hauptstraßenschluchten) zu erwarten ist. Dieses Potenzial muss mit anderen Maßnahmen verglichen werden (Kosten/Nutzenanalyse). Materialien müssen vor ihrem Einsatz in der Atmosphäre sorgfältig auf ihre Aktivität untersucht werden. Erfüllen die Oberflächen die Voraussetzungen, um als aktiv eingestuft zu werden, ist ihr Einsatz zur Luftreinhaltung klar zu empfehlen.
Luftqualität an BAB 2011
(2012)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2011 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an den Bundesautobahnen A 4, A 61 und A 555 durchgeführt. Die Messquerschnitte weisen dabei im Vergleich zu dem Bezugsjahr 2010 einen gesteigerten Gesamtverkehr auf. Doch während an der A 4 und der A 61 der Schwerverkehrsanteil nachließ, stieg er an der A 555 um mehr als fünf Prozent. Die Anforderungen der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetzes an die Qualitätsziele der Datenerfassung wurden an den Messquerschnitten mit Ausnahme von drei Messstellen erreicht. Die Messungen im Kalenderjahr 2011 erbrachten an den Messquerschnitten der BAB A4 an drei Messstellen Überschreitungen des NO2-Jahresmittelgrenzwertes). An der am Messquerschnitt BAB A61 gelegenen Messstelle 1V (Richtung Venlo) konnte eine Überschreitung des NO2-Jahresmittelgrenzwertes festgestellt werden. Allerdings konnte die Messstelle 1KO (Richtung Koblenz) nicht in Betracht gezogen werden, da hier die erforderliche Datenverfügbarkeit von 90% nicht erreicht wurde und ein Teil der Messergebnisse nicht plausibel erschien. Auch an dem Messquerschnitt BAB A555 erfolgte eine Überschreitung des NO2-Jahresmittelgrenzwertes an beiden Messstellen. Bei der langjährigen Entwicklung ausgewählter Schadstoffkomponenten kann insbesondere an der A4 auch im Jahr 2011 der Trend der Zunahme der NO2-Konzentration beobachtet werden, der schon seit Mitte der 90er Jahre verzeichnet wird. Bei der Feinstaubkonzentration PM10 traten an allen drei Messquerschnitten Überschreitungen des Tagesmittelgrenzwertes auf, jedoch lag die Zahl dieser Überschreitungen an allen Messstellen unterhalb der zulässigen Anzahl von 35 Überschreitungen pro Kalenderjahr.
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2012 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an den Bundesautobahnen A 4, A 61 und A 555 durchgeführt. Die Messquerschnitte weisen dabei im Vergleich zu dem Bezugsjahr 2011 einen geringfügigen Rückgang des Gesamtverkehrs auf. Doch während an der A 4 und der A 555 der Schwerverkehrsanteil anstieg, ließ er an der A 61 um mehr als fünf Prozent nach. Die Anforderungen der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundesimmissionsschutzgesetzes an die Qualitätsziele der Datenerfassung wurden an den Messquerschnitten mit Ausnahme von drei Messstellen erreicht. An allen Messstellen (außer 1KO an der A61) wurden deutliche Überschreitungen des NO2-Jahresmittelgrenzwertes (2012) registriert, im Vergleich zum Vorjahr sind die Werte leicht rueckläufig. Bei den Feinstaubkonzentrationen (PM10 und PM2,5) traten an allen drei Messquerschnitten Überschreitungen des Tagesmittelgrenzwertes auf, jedoch lag die Zahl dieser Überschreitungen an allen Messstellen unterhalb der zulässigen Anzahl von 35 Überschreitungen pro Kalenderjahr. Der maximal zulässige Jahresmittelgrenzwert für Feinstaub wurde an allen Messstellen eingehalten. An allen drei Messquerschnitten wurde auch die Ozonbelastung gemessen. Die Alarmschwellen für Ozon wurden an keiner Messstelle überschritten.