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Das Fahrzeugsegment der leichten Nutzfahrzeuge (LNF) hat in den vergangenen Jahren in Deutschland stark an Bedeutung gewonnen. Der Bestand ist im Jahr 2014 auf rund 2,1 Mio. Fahrzeuge angewachsen " das entspricht einem Wachstum von +133 % gegenüber 1990. Die Fahrleistungen der LNF haben nach den Annahmen für TREMOD im gleichen Zeitraum sogar um +170 % zugenommen. Die zunehmende Bedeutung der LNF sowie die heutige Vielfalt der Einsatzzwecke spiegeln sich in der Modellierung der Emissionen von LNF in Deutschland zum Teil nicht wieder. Die Datengrundlagen für das Verkehrsemissionsmodell TREMOD (Transport Emission Model) sowie für das Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (HBEFA) sind teilweise mehr als 20 Jahre alt. Die Aufteilung der Fahrleistung nach Verkehrssituationen und Längsneigungsklassen geht beispielsweise auf eine Analyse von HEUSCH/BOESEFELDT aus dem Jahr 1996 zurück. Die Fahrzyklen, die den Verkehrssituationen und damit auch den Emissionsfaktoren zugrunde liegen, basieren gerade für leichte Nutzfahrzeuge auf wenigen Daten oder sind von Pkw abgeleitet. Zudem stehen nur eine beschränkte Anzahl von Emissionsmessungen für LNF zur Verfügung, auf deren Basis die Emissionsfaktoren für HBEFA abgeleitet werden. Die Gesamtfahrleistung (Inlandsfahrleistung) der LNF in TREMOD basiert im Wesentlichen noch auf der Fahrleistungserhebung (FLE) 2002. Die Inlandsfahrleistung der LNF war hierbei etwa gleich hoch wie die Inländerfahrleistung. Jedoch wurde nur ca. die Hälfte der Fahrleistungen auf den freien Strecken gemäß Straßenverkehrszählung der BASt erfasst und die Differenz den Innerorts- und Gemeindestraßen in TREMOD zugeordnet. Die Fortschreibung der Fahrleistungen von 2002 bis 2014 erfolgte u.a. über die Straßenverkehrszählungen und die Bestandsentwicklung. Auswertungen der (bei Berichtslegung noch nicht definitiv vorliegenden) Fahrleistungserhebung 2014 müssen zeigen, ob die angenommenen Entwicklungen der Gesamtfahrleistung der LNF sowie pro Straßenkategorie plausibel sind. Vorläufige Ergebnisse der FLE 2014 zeigen deutlich höhere LNF-Inlandsfahrleistungen als aktuell in TREMOD hinterlegt. Eine Detailanalyse und Interpretation der Ergebnisse konnte aber im Rahmen dieses Projektes noch nicht erfolgen. Neben den bisher in TREMOD verwendeten Quellen wurden weitere Fahrleistungsdaten untersucht. Für das Jahr 2013 veröffentlichte das Kraftfahrtbundesamt (KBA) erstmals Inländerfahrleistungen je Fahrzeugkategorie und Fahrzeugalter, basierend auf Tachostandinformationen von 26,5 Mio. deutschen Kraftfahrzeugen. Es wird empfohlen die Fahrleistungsstatistik vom KBA in zukünftige TREMOD-Aktualisierungen einzubeziehen. Für die Herleitung der in HBEFA den LNF zugrunde gelegten Fahrmustern wurde bislang nicht nach Pkw und LNF unterschieden. Vergleiche der verfügbaren LNF- und Pkw-Fahrmuster bezüglich der Geschwindigkeit und der Wegedauer zeigen leichte Abweichungen in der Form, dass LNF tendenziell öfter mit geringeren Geschwindigkeiten und kürzerer Wegedauer unterwegs sind als Pkw. Die Unterschiede sind jedoch durchwegs gering. Es können auf der Basis der verfügbaren Datengrundlagen keine eigenständigen LNF-Fahrzyklen abgeleitet werden. Die Emissionsfaktoren in HBEFA werden über das Simulationsmodell PHEM der FVT-TU Graz generiert. Aufgrund der unzureichenden Datenlage konnten bisher für PHEM keine LNF-spezifischen Emissionskennfelder verwendet werden, d.h. es wurden modifizierte Pkw-Kennfelder für die Modellierung der Emissionsfaktoren verwendet. Mittlerweile stehen weitere LNF-Messungen für die Herleitung von Emissionskennfeldern zur Verfügung. Für die hinsichtlich der heutigen Fahrleistungen relevanten LNF-Fahrzeugschicht (N1-III-Diesel-Euro-5) liegen beispielsweise aktuell 10 zeitlich hochaufgelöste Emissionsmessungen vor, welche bei der nächsten Aktualisierung von HBEFA genutzt werden können.
Das Forschungsvorhaben prüft die Straßenverkehrs-Emissionsmodelle COPERT und TREMOD hinsichtlich ihrer Eignung für die Verwendung bzw. Verwendbarkeit für verschiedene Aspekte der Emissionsberechnung. Verschiedene Querbeziehungen bestehen zwischen den beiden Ansätzen beider Modelle. So nutzen beide die im Rahmen von HBEFA bzw. ERMES entwickelten Grundlagen für die Bestimmung der betriebswarmen Emissionen. TREMOD verwendet denselben Verkehrssituationen-basierten Ansatz wie HBEFA, während COPERT Funktionen zur Berechnung der Emissionsfaktoren aus der Durchschnittsgeschwindigkeit aus den HBEFA-Grundlagendaten herleitet. Bei den Verdampfungsemissionen kommt bei beiden Modellen der für COPERT entwickelte Ansatz zum Einsatz, während für die Ermittlung der Kaltstartzuschläge beide Modelle eigene Vorgehensweisen implementiert haben. Für die Berücksichtigung der Entwicklung der Kraftstoffverbrauchswerte unterscheiden sich die Methoden ebenfalls. Zwischen beiden Modellen bestehen signifikante Unterschiede, sowohl betreffend Eingangsdaten wie auch Emissionsresultaten. Bei Verwendung der originalen Aktivitätsdaten bewegen sich die Abweichungen des gesamten Verbrauchs pro Jahr bei +/-5% und die Abweichungen der gesamten Emissionen pro Schadstoff und Jahr bei -1% bis 45% (bei positiver Abweichung liegt COPERT höher). Bei Verwendung der gleichen Aktivitätsdaten liegen die Abweichungen des Verbrauchs pro Jahr bei -2% bis +14% und die Abweichungen der Emissionen bei -4% bis 25%. Die größten Unterscheide bestehen bei den Kaltstart- und Verdampfungsemissionsfaktoren. Im Eignungsvergleich werden in vielen Punkten beide Modelle als ähnlich gut geeignet beurteilt. Insgesamt wird TREMOD bei einer Mehrheit der Indikatoren in der Kriteriengruppe "Nutzen" als geeigneter beurteilt. Bei den "Kosten" und "weiteren Kriterien" erhält COPERT in einer Mehrheit der Indikatoren die bessere Beurteilung. Die Wahl des geeigneten Modells ist jedoch u.a. von der Fragestellung und dem Anwendungsfall abhängig.
Das Emissionsberechnungsmodell TREMOD (Transport Emission Model) bildet den motorisierten Straßen-, Schienen-, Schiffs- und Flugverkehr in Deutschland hinsichtlich seiner Verkehrs- und Fahrleistungen, dem Energieverbrauch und den zugehörigen Luftschadstoffemissionen für den Zeitraum 1960 bis 2030 ab. TREMOD ist eng verknüpft mit dem als PC-Datenbank realisierten "Handbuch Emissionsfaktoren für den Straßenverkehr", das europaweit abgestimmte repräsentative Emissionsdaten für den Straßenverkehr bereitstellt. Im Rahmen des vorliegenden Vorhabens wurden aus heutiger Sicht relevante alternative Antriebe und Energieträger für den Straßenverkehr in das Emissionsrechenmodell "TREMOD" implementiert. Dies soll es ermöglichen, Szenarien bis 2050 zu rechnen, um die Auswirkung der Einführung neuer Fahrzeugkonzepte auf den Energieverbrauch, die Klimagasemissionen und relevante Luftschadstoffemissionen abschätzen zu können. Im vorliegenden Bericht werden die Eigenschaften der ausgewählten neuen Kraftstoffe und Antriebe, die verwendeten Kennzahlen sowie die Implementierung in das TREMOD-Modell ausführlich beschrieben. Schließlich wird beispielhaft ein Trendszenario unter Berücksichtigung von neuen Antrieben und Energieträgern bis 2050 entworfen und mit TREMOD berechnet.
Auf Basis von Immissionsmessdaten an 8 Straßenabschnitten wurde die Wirkung von potenziellen PM10-Minderungsmaßnahmen (Temporeduzierung, Verbesserung des Verkehrsflusses, Verbesserung des Fahrbahnzustandes) beziehungsweise der Einfluss meteorologischer Parameter auf die PM10-Konzentrationen beziehungsweise -Emissionen untersucht. Der Einfluss eines normgerechten Ausbaus einer innerstädtischen Bundesstraße mit Einrichtung einer "Grünen Welle" auf die PMx-Belastungen konnte im Feldversuch an der Bergstraße in Dresden untersucht werden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich der Verkehrsfluss nach dem Ausbau in beiden Richtungen deutlich verbessert hat. Stadtauswärts war vor dem Ausbau ein mäßiger Verkehrsfluss (Verkehrssituation nach Handbuch für Emissionsfaktoren = LSA2), stadteinwärts ein schlechter Verkehrsfluss zu verzeichnen gewesen. Nach dem Ausbau funktioniert stadtauswärts die Grüne Welle (HVS2), stadteinwärts gibt es Haltezeiten an den Lichtsignalanlagen, die den Verkehrsfluss im Allgemeinen nur gering beeinträchtigen (HVS2, LSA2). Die mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten lagen im Bereich der Messstelle vor dem Ausbau bei circa 30 km/h und nach dem Ausbau bei über 40 km/h. Es konnte eine PM10-Reduktion durch Verbesserung des Verkehrsflusses (Grüne Welle) trotz höherer Fahrzeuggeschwindigkeiten von circa 3pg/m3 (circa 35 Prozent der PM10-Zusatzbelastung) abgeleitet werden. Umfangreiche Datenauswertungen konnten für die B10 bei Karlsruhe, die Merseburger Straße in Halle und den Jagtvej in Kopenhagen in Verbindung mit jeweils repräsentativen Hintergrundmessstellen durchgeführt werden. Es konnten erwartungsgemäß deutliche Abhängigkeiten der PM10- und PM2.5-Konzentrationen von meteorologischen Parametern beobachtet werden. Dabei gibt es aber auch eine Vielzahl von Korrelationen der meteorologischen Kenngrößen untereinander, sodass aus der tendenziellen Abhängigkeit der Partikelbelastung von einer meteorologischen Kenngröße unmittelbar nicht auf dessen Ursache/Wirkungsbeziehung geschlossen werden kann. Die stärksten meteorologischen Einflüsse auf die PM10-Gesamtbelastungen gehen von den vertikalen Austauschbedingungen, von der Anzahl niederschlagsloser Tage seit dem letzten Niederschlagsereignis und der Windgeschwindigkeit aus. Die stärksten meteorologischen Einflüsse auf die PM10-Zusatzbelastungen gehen von der Windgeschwindigkeit und -richtung sowie von den Temperaturen aus. Bei den PM10-Emissionsfaktoren zeichnet sich zum Beispiel an der Merseburger Straße für die Werktage mit Niederschlag im Mittel ein circa 30 Prozent geringerer Wert ab als an den trockenen Werktagen. Diese Abnahme ist signifikant. Die PM10-Emissionsfaktoren an den ersten drei trockenen Tagen nach einem Niederschlagsereignis sind gleich, zeigen also keine Zunahme mit andauernder Trockenheit. Bei den PM2.5-Emissionen ist dieser Minderungseffekt durch Niederschlag nicht zu verzeichnen. Eine Bindung des Staubes im Straßenraum bei hoher Luftfeuchtigkeit konnte nicht festgestellt werden. Während die PM2.5-Emissionsfaktoren (weitestgehend Motoremissionen) unabhängig von der Jahreszeit sind, nimmt die Emission der Partikelfraktion PM2.5 bis PM10 im Winterhalbjahr deutlich (über 100 Prozent) zu. Ursachen könnten das Einbringen von Streugut und vermehrte Schmutzeinträge auf der Straße sein. Im Winterhalbjahr sind auch die PM10-Emissionsfaktoren, wie erwartet, von den Austauschbedingungen unabhängig und liegen jeweils deutlich (Faktor zwei) höher als im Sommerhalbjahr. Dieser Anstieg der PM10-Emissionen unter winterlichen Bedingungen könnte auch erklären, warum die PM10-Emissionsfaktoren im Unterschied zu PM2.5 bei niedrigen Tagesmitteltemperaturen deutlich höher sind als bei hohen Temperaturen. Der hohe Anstieg der PM10-Konzentrationen während (winterlicher) austauscharmer Inversionswetterlagen könnte somit sowohl von den schlechten Austauschbedingungen als auch von deutlich höheren nicht motorbedingten PM10-Emissionen beeinflusst sein. Derzeit laufen in parallelen Forschungsprojekten weitere Arbeiten, um den Erkenntnisstand bei der PM10-Emissionsmodellierung beziehungsweise bei der Bewertung von Minderungsmaßnahmen zu erhöhen. Es sollte einer separaten Auswertung vorbehalten sein, aus all diesen neuen Forschungsprojekten die Schlussfolgerungen für die zukünftige PM10-Modellierung zu ziehen.
Im Rahmen des von der Bundesanstalt für Straßenwesen durchgeführten Forschungsvorhabens „Fahrleistungserhebung 2014“ wurden differenzierte Datensätze zur Fahrleistung der verschiedenen Fahrzeugsegmente und Straßenkategorien gewonnen, die zur Abbildung der aktuellen Verkehrsbelastung in Deutschland mit TREMOD herangezogen werden können. Für das Gesamtvorhaben ergeben sich zwei Datensätze: die durch Halterbefragung erhobene Inländerfahrleistung und die durch Verkehrszählung ermittelte Inlandsfahrleistung. Hervorzuheben ist hierbei insbesondere der neue Ansatz zur Ermittlung der Inlandsfahrleistungen auf den verschiedenen Straßenkategorien in Deutschland. Damit liegt zum ersten Mal seit 1993 wieder eine differenzierte Datengrundlage für die Inlandsfahrleistung in Deutschland vor. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden die Fahrleistungsdaten aus der „Fahrleistungserhebung 2014“ so aufbereitet, dass sie zur Berechnung der verkehrsbedingten Emissionen in TREMOD genutzt werden können. Weitere aktuelle Quellen wurden berücksichtigt, so dass insgesamt ein aktuelles konsistentes Gesamtbild der Fahrleistungen in Deutschland entsteht. Wesentliche weitere Quellen waren die jährliche Fahrleistungsermittlung des Kraftfahrt-Bundesamtes („Verkehr in Kilometern“), die Straßenverkehrszählungen sowie die Auswertungen der automatischen Dauerzählstellen der BASt. Das aktualisierte Fahrleistungsgerüst für 2014 wurde anschließend in der Zeitreihe angepasst. Diese Anpassung umfasst den Zeitraum 1994 bis 2014, damit ein konsistenter Anschluss an die Fahrleistungserhebungen 1993 und 2002 hergestellt werden konnte. Schließlich wurden aus der Halterbefragung Kennwerte für die jährliche Fahrleistung der Fahrzeuge nach Antrieb, Größenklasse und Alter ermittelt. Die aktualisierten Kennzahlen fließen in die TREMOD-Version 6 ein, die außerdem eine umfassende Aktualisierung der Emissionsfaktoren auf Basis des HBEFA 4.1 (Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs) enthält.
