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- Boden (16) (entfernen)
Institut
- Abteilung Straßenverkehrstechnik (16) (entfernen)
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.
Der Straßenverkehr gehört zu den Hauptemittenten von PAK. Obwohl in Untersuchungen nachgewiesen werden konnte, dass die auf die Kraftstoffverbrennung zurückzuführenden spezifischen "heißen" PAK-Emissionen als Folge der Einführung des Abgas-Konverters zurückgegangen sind, muss aufgrund des steigenden Verkehrsaufkommens und der damit einhergehenden Zunahme anderer verkehrsbedingter PAK-Quellen (Fahrbahn- und Reifenabrieb) mittelfristig eher mit einer Zunahme verkehrsbedingter PAK-Emissionen gerechnet werden.
Die Elemente der Platingruppe, eingesetzt als Katalysatoren in Abgas-Konvertern, reduzieren unerwünschte gasförmige (NOx, KW, CO) sowie Dioxin- und PAK (polycyclische aromatische Kohlenwasserstoff)-Emissionen. PGE (Platingruppenelemente) besitzen einige aus humantoxikologischer Sicht kritisch zu bewertende Eigenschaften. Beim regelmäßigen Umgang mit Platinverbindungen treten häufig allergische Reaktionen von Hautreizungen bis zu asthmaähnlichen Erstickungsanfällen auf, auch wurden Anzeichen für kanzerogene Wirkungen vermutet. Die Ergebnisse der durchgeführten Literaturanalyse lassen den Schluss zu, dass die emittierte Menge an PGE für Mensch und Umwelt unerheblich und die Einführung von PGE-Grenzwerten für Böden oder organische Reststoffe nicht erforderlich ist.
Wie alle anthropogenen Fremdstoffquellen zeigt auch der Straßenverkehr aufgrund neuer Werkstoffe sowie neuer Technologien ein sich zeitlich änderndes Emissionsverhalten. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen hat deshalb die Bundesanstalt für Straßenwesen beauftragte, vor dem Hintergrund aktueller Umweltgesetzgebung für verschiedene Fremdstoffe im Straßenseitenraum stichprobenartig oder in Form von Literaturauswertungen Aussagen über Quantitäten und Auswirkungen zu erarbeiten. Im Einzelnen handelt es sich um die Platingruppenelemente (PGE), Methyltertiär-Butylether, Naphthalin, polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) sowie Mineralölkohlenwasserstoffen (MKW). Die Elemente der Platingruppe, eingesetzt als Katalysatoren in Abgas-Konvertern, reduzieren unerwünschte gasförmige (NOx, KW, CO) sowie Dioxin- und PAK-Emissionen. PGE besitzen einige aus humantoxikologischer Sicht kritisch zu bewertende Eigenschaften. Beim regelmäßigen Umgang mit Platinverbindungen treten häufig allergische Reaktionen von Hautreizungen bis zu asthmaähnlichen Erstickungsanfällen auf, auch wurden Anzeichen für kanzerogene Wirkungen vermutet. Die Ergebnisse der durchgeführten Literaturanalyse lassen den Schluss zu, dass die emittierte Menge an PGE für Mensch und Umwelt unerheblich und die Einführung von PGE-Grenzwerten für Böden oder organische Reststoffe nicht erforderlich ist. Bekannte aus der Kraftstoffverbrennung resultierende Stoffe sind durch die Einführung des Abgas-Katalysators zurückgegangen, andere hinzugekommen. Einer dieser Stoffe ist Methyltertiär-Butylether (MTBE), der Kraftstoffen als Antiklopfmittel zugesetzt wird. In untersuchten Pflanzen und Böden neben Autobahnen wurde keine messbare Anreicherung von MTBE festgestellt. Dennoch ist aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit und Leichtflüchtigkeit von MTBE eine Anreicherung im Regenwasser nicht auszuschließen. Ein Linieneintrag von MTBE ins Grundwasser über den unmittelbaren Straßenseitenraum scheint zum jetzigen Zeitpunkt jedoch ausgeschlossen. Für Naphthalin als Einzelparameter ist in der BBodSchV ein Sickerwasser-Prüfwert von 2 mg/l festgeschrieben. In Gras- und Bodenproben aus dem Straßenseitenraum (Bankett) konnte kein Naphthalin nachgewiesen werden. Es ist somit davon auszugehen, dass Sickerwässer aus Straßenabflüssen den in der Bodenschutzverordnung (BBodSchV) festgeschriebenen Prüfwert von 0,2 μg/l nicht überschreiten. Der Straßenverkehr gehört zu den Hauptemittenten von PAK. Obwohl in Untersuchungen nachgewiesen werden konnte, dass die auf die Kraftstoffverbrennung zurückzuführenden spezifischen "heißen" PAK-Emissionen als Folge der Einführung des Abgas-Konverters zurückgegangen sind, muss aufgrund des steigenden Verkehrsaufkommens und der damit einhergehenden Zunahme anderer verkehrsbedingter PAK-Quellen (Fahrbahn- und Reifenabrieb) mittelfristig eher mit einer Zunahme verkehrsbedingter PAK-Emissionen gerechnet werden. Im Rahmen früherer Untersuchungen wurden u.a. MKW-Gehalte von > 3 g/kg Trockensubstanz an/in Grasproben aus dem Intensiv-Pflegebereich von Autobahnen bestimmt. Bei derartig hohen Messwerten schien ein Überschreiten des in der BBodSchV für MKW in Sickerwasser festgeschriebenen Prüfwertes von 0,2 mg/l möglich. Die damals gefundenen Werte wurden mit dem Analyseverfahren gemäß DIN 38409 H18 und alternativ mit dem Verfahren nach DIN EN ISO 9377-2 überprüft. Die Untersuchungen zeigen einen Rückgang von KW im Grüngut des Intensivpflegebereiches an BAB auf ca. 1/5 der Werte der Voruntersuchung. Die Ergebnisse machen jedoch deutlich, dass mit geringen personellen und finanziellen Mitteln keine gesicherten Aussagen möglich sind.
Es wurde eine Datenauswertung von Schadstoffgehalten in Bankettmaterial an 840 Proben und 40 Parametern durchgeführt. Bei getrennter Betrachtung der Straßentypen zeigen sich Autobahnen als die am stärksten belasteten Straßen. Hier ist für Blei, Cadmium, Kupfer und Zink sowohl bei den Feststoffgehalten als auch bei den Eluatgehalten ein deutlicher Unterschied zu den deutlich weniger belasteten Bundes-, Landes- und Kreisstraßen zu sehen. Die Vorsorgewerte vieler Stoffe sind an Autobahnen deutlich häufiger überschritten. Bei den anderen Schwermetallen tritt dieser Unterschied nicht in Erscheinung. Die Feststoffgehalte der organischen Schadstoffe PAK, MKW, PCB und EOX überschreiten häufig die Vorsorgewerte. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass 95% der Eluatkonzentrationen von Blei, Zink und Cadmium ebenso wie von Chlorid, Sulfat, Cyanid, Arsen, Nickel, Chrom und Quecksilber die Geringfügigkeitsschwellen und Prüfwerte für Sickerwasser unterschreiten. Bei Kupfer dagegen wird die Geringfügigkeitsschwelle auch bei niedrigen Verkehrsstärken oft überschritten, und bei den Autobahnen liegen mehr als 50% der Messwerte oberhalb des Z0/Z0*-Wertes für die uneingeschränkte Verwertung von Bodenmaterial. Über 90% der Kupfer-Eluatwerte unterschreiten jedoch den derzeit gültigen Prüfwert der Bodenschutzverordnung. Auf Anregung des UBA wurden Säulenversuche mit feldfrischem Bankettmaterial durchgeführt. Es ist vorgesehen, diese Methode zukünftig zur Bewertung der löslichen Schadstoffanteile in Böden und mineralischen Abfällen anzuwenden. Die Versuche zeigten eine sehr starke Bindung der PAK und aller Schwermetalle außer Kupfer an das Bankettmaterial. Die Geringfügigkeitsschwellen der LAWA werden von allen Stoffen außer Kupfer eingehalten. Eine vergleichende Auswertung von Labor- und Felduntersuchungen zur Reinigungsleistung von Straßenbankettböden und Entwässerungseinrichtungen zeigte für MKW, PAK und alle Schwermetalle sehr guten Rückhalt der eingetragenen Konzentrationen und Frachten mit Wirkungsgraden von 70 bis 95%. Kupfer erreichte in Sandböden nur einen Fracht-Wirkungsgrad von 50 %, die Konzentrationen im Sickerwasser überschritten jedoch nicht die Prüfwerte der Bodenschutzverordnung. Anhand dieser Informationen wurden problematische Stoffe in Bankettmaterial identifiziert. Das sind Kupfer, polychorierte Biphenyle (PCB) und extrahierbare halogenierte Kohlenwasserstoffe (EOX). Die Recherche möglicher Ursachen ergab, dass der Abrieb von kupferhaltigen Bremsbelägen die Hauptquelle für hohe Kupfergehalte und wahrscheinlich auch für die hohen eluierbaren Anteile im Bankett ist. Er ist nach Angaben des UBA und der EU-Kommission auch eine Hauptquelle für Kupferemissionen insgesamt. Eine vergleichbar eindeutige Quelle konnte für die hohen PCB- und EOX-Konzentrationen mancher Bankettproben nicht gefunden werden. Das belastete Material emittiert nicht, sondern bindet weiterhin Schadstoffe. Die partikulären Stoffe im Straßenabfluss tragen zum Erhalt der Schadstoffbindungsfähigkeit in den Banketten bei. Insofern steht einer weiteren Verwendung oder Verbleib im Bankett durch Umlagerung lediglich die umstrittene Einstufung als zu entsorgender Abfall entgegen, nicht jedoch die Funktionsfähigkeit in Bezug auf die Reinigungsleistung. Quellen und Rückhalthaltevermögen des Banketts für PCB und EOX sollten geprüft werden. Die Emissionen von Kupfer aus dem Straßenverkehr sollten deutlich gesenkt werden.
Der Reifenabrieb ist eine der mengenmäßig größten Quellen für Staubemissionen des Straßenverkehrs. Das betrifft vor allem sedimentierbaren Staub, aber auch Feinstaub, diesen in sehr viel geringeren Mengen. Menge, Qualität und Herkunft der Stoffeinträge in den Straßenseitenraum sollten genauer bestimmt werden, um Ansätze für Minderungsmaßnahmen zu zeigen. Für die entstehende Menge an Reifenabrieb lagen verschiedene Schätzungen vor, über die Schadstoffgehalte gab es bisher nur wenige Informationen, insbesondere zu anderen Metallen als Zink. Es wurden aufgrund von Markenverteilung, Größen, Einsatzbereich und Zustand 65 Pkw-Reifen der Jahre 1980 bis 2003 ausgewählt. Die Gewinnung der Reifenproben erfolgte mit einer Reifenschälmaschine. In Anlehnung an eine Methode zum Aufschluss von Bitumen wurde von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) eine stark oxidierende rückstandsfreie Aufschlussmethode entwickelt. Die Elemente Al, As, Cr, Cu, Fe, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, V und Zn wurden aus der Aufschlusslösung mittels Optischer ICP-Emissionsspektrometrie (ICP-ÖS) quantitativ bestimmt, Cd mit Graphitrohr-Atomabsorptionsspektrometrie (AAS). Die Massenanteile der Hauptkomponenten der Proben wurden mit einer thermogravimetrischen Analyse (TGA) nach DIN 51006 bestimmt. Die Auswertung ergibt, dass wie vermutet Zink in teilweise sehr hohen Konzentrationen eingesetzt wird, aber auch, dass Cadmium und Blei im Vergleich zum verbreiteten Elementverhältnis Cd/Zn und Pb/Zn in Reifenmaterial mit geringeren Anteilen vorkommen. Dementsprechend sind die hier erstmals ermittelten emittierten Cadmiumfrachten aus Reifenabrieb geringer als zu erwarten war. Kupfer- und Bleiemissionen aus Reifenmaterial wurden nach Literatur- und Herstellerangaben als problematisch eingeschätzt. Dies kann anhand der vorliegenden Messungen und Abschätzung der emittierten Mengen nicht bestätigt werden. Ebenso wurden keine bedenklichen Emissionen der anderen untersuchten Elemente gefunden. Der zeitliche Verlauf der Konzentrationen von Zink und Cadmium in den Reifenlaufflächen bildet mit einer seit den 1980er Jahren leicht sinkenden Tendenz die Bemühungen um geringere Zinkemissionen ab. Im Zeitverlauf sinkende Rußanteile und steigende Glührückstände zeichnen den zunehmenden Einsatz neuer Füllermaterialien wie Silica nach. Auf Basis der Gesamtabriebmenge von 111.420 Tonnen pro Jahr in Deutschland kann die Freisetzung von circa 1.530 Tonnen leichtflüchtiger Substanzen und 22.000 Tonnen flüchtiger Substanzen pro Jahr abgeschätzt werden. Den größten Massenanteil machen die Gummi- und Polymeranteile mit etwa 43.000 Tonnen und Ruß mit etwa 38.000 Tonnen aus. Die emittierte Metallmenge von 1.375 Tonnen pro Jahr besteht hauptsächlich aus Zink. Die hier abgeschätzte Zinkemission von 1.205 Tonnen pro Jahr und Cadmiumemission von 180 kg pro Jahr aus sedimentierbaren Stäuben basiert auf der ermittelten Reifenabriebmasse von 111.420 Tonnen pro Jahr. Diese Masse beinhaltet Lkw- und Pkw-Abrieb, dieser beträgt jedoch nur etwa die Hälfte. Die wenigen Angaben zur Zusammensetzung des Reifenabriebs von Lkw-Reifen lassen um 60 - 80 Prozent höhere Konzentrationen an Blei und Zink erwarten, sodass die Abschätzung an der Untergrenze der tatsächlichen Emissionen liegt. Die Rolle der Ruß- und Gummibestandteile der Abriebe als organischer Bestandteil der Straßenrandböden sollte näher untersucht werden. Es sollte vor dem Hintergrund der EU-Wasserrahmenrichtlinie geklärt werden, ob Bankette und straßennahe Böden sowie die im Straßenbauregelwerk vorgesehenen Entwässerungseinrichtungen auch für bisher wenig untersuchte Stoffe eine ausreichende Reinigungsfunktion haben.