Im Expertennetzwerk des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) sind seit 2016 die wissenschaftlichen Fachbehörden und Forschungseinrichtungen der Bundesregierung für den Straßenverkehr, die Binnen- und Seeschifffahrt, den Eisenbahnverkehr, die Luftfahrt und der Deutsche Wetterdienst zusammengeschlossen, um gemeinsam an der Entwicklung sicherer und umweltgerechter Verkehrssysteme zu arbeiten. Für die Zusammenarbeit wurden drei große Bereiche definiert, darunter das Themenfeld "Verkehr und Infrastruktur umweltgerecht gestalten". Hier werden zwischen 2016 und 2019 fünf Forschungsprojekte bearbeitet. Sie sind den Themen (1) Lebensraumvernetzung, (2) Biodiversität und Neobiota, (3) Verkehrslärm sowie (4/5) verkehrs- und infrastrukturbedingte stoffliche Umweltbelastungen gewidmet. Der Beitrag umreisst die mittel- und langfristigen Ziele des Expertennetzwerks im Bereich "Infrastruktur/Umwelt" und die Inhalte und Ziele der fünf Projekte der ersten Etappe der Zusammenarbeit.

Although many German monitoring sites report declines of NOx concentrations, NO2-concentrations actually stagnate or even increase quite often. Various analyses have identified the altered compositions of nitrogen oxides (NO2/NOx-ratio) emitted by motor vehicles (resulting in an increase of primary NO2-emissions) as well as the chemical environmental conditions (mainly ground level ozone) as the main causes. The chemical conversion of NO to NO2 is often parameterized in dispersion calculations of exhaust emissions. A widely applied conversion model is the so-called Romberg approach from 1996. However, the Romberg approach has to be re-evaluated to accommodate the above-mentioned conditions. This article presents an adjustment to the Romberg approach in accordance with the measured data from 2000 to 2006, taking into consideration substantially higher NO2/NOx-ratios especially for higher NOx-concentrations. Model calculations with OSPM (Operational Street Pollution Model) including its internal chemistry module are able to reproduce very well the trends in the measured annual NO2-concentrations over a 10 year period. The relevant parameters for variations between the years are the NOx-emissions, primary NO2-emissions, ozone concentrations, wind conditions, and background concentrations. A simplified chemistry model based on annual mean NOx- and NO2-concentrations, and background ozone concentrations, as well as primary NO2-emissions is presented as a better method than the updated Romberg approach. This model simulates the annual mean NO2-concentrations much more accurately than the conventional and the updated Romberg approaches.

Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2007 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an der BAB A4 und der BAB A61 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Die Messwerte dienten auch weiteren AP- und FE-Projekten als Datengrundlage. Die aufgenommenen Schadstoffdaten der verkehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stickoxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2007 ausgewertet. Betrachtet man den Verlauf der NO- und NO2-Immissionen der vergangenen 20 Jahre an dem BASt-Messquerschnitt an der A4, zeigt sich für die NO-Komponente auch im Jahr 2007 weiterhin eine stetige Abnahme. Die NO2-Konzentration dagegen nimmt am Mittelstreifen nach einem Abfall in den vergangenen drei Jahren wieder zu, stagniert jedoch an den anderen Messstellen. An den beiden Messquerschnitten der BASt konnte der NO2-Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchV von 40 μg/m-³ an keiner Messstelle eingehalten werden. Auch wenn die Toleranzmarge von 6 μg/m-³ für das Kalenderjahr 2007 mitberücksichtigt wird, konnte diese Anforderung nicht erfüllt werden. Der maximale Stundenmittelwert lag an beiden Messquerschnitten über dem Grenzwert von 200 μg/m-³ (ab 2010) bzw. 230 μg/m-³ (mit Toleranzmarge für das Jahr 2007); lediglich der maximale Stundenmittelwert an der Messstelle in Fahrtrichtung Koblenz (A61) lag unter dem Grenzwert plus Toleranzmarge für 2007. Die Anzahl der Überschreitungen lag an drei Messstellen unter der maximal zulässigen Zahl von 18 pro Kalenderjahr. An der A4 in Fahrtrichtung Olpe konnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden. In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalenderjahr 2007 an der A4 der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 22. BImSchV von 40 μg/m-³ eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert von 50 μg/m-³ wurde an der A4 in beide Richtungen 8 Mal und an der A61 10 bzw. 1 Mal überschritten mit Maximalwerten von 88,5 μg/m-³ (A4) bzw. 91,8 μg/m-³ (A61). Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stundenmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr 2007 an der BAB A4, der BAB A61 und seit Juni 2007 an der BAB A555. Die Anhänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heft beigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.

Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2006 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an der BAB A4 und der BAB A61 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Die Messwerte dienten auch weiteren Projekten als Datengrundlage. Die aufgenommenen Schadstoffdaten der verkehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stickoxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2006 ausgewertet. Betrachtet man den Verlauf der NO- und NO2-Immissionen der vergangenen 20 Jahre an dem BASt-Messquerschnitt an der A4, zeigt sich für die fahrbahnnahen Messstellen in der NO-Komponente nach einem stetigen Abfall in den zurückliegenden Jahren der Messwertaufnahme gegenüber dem Vorjahr eine minimale Zunahme im Jahr 2006. Die NO2-Konzentration dagegen nimmt am Mittelstreifen nach einem steilen Anstieg seit zwei Jahren wieder ab, stagniert jedoch an den anderen Messstellen. An den beiden Messquerschnitten der BASt konnte der Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchV von 40 -µg/m-³ an keiner Messstelle eingehalten werden. Wenn die Toleranzmarge von 8 -µg/m-³ für das Kalenderjahr 2006 mitberücksichtigt wird, wurde diese Anforderung lediglich an einer Messstelle (Richtung Koblenz, A61) erfüllt. Im Gegensatz dazu lag an beiden Messquerschnitten der maximale Stundenmittelwert über dem Grenzwert von 200 -µg/m-³ (ab 2010) beziehungsweise 240 -µg/m-³ (mit Toleranzmarge für das Jahr 2006); die Anzahl der Überschreitungen lag an drei Messstellen unter der maximal zulässigen Zahl von 18 pro Kalenderjahr. An der A4 in Fahrtrichtung Köln konnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden. In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalenderjahr 2006 an der A4 der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 22. BImSchV von 40 -µg/m-³ eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert von 50 -µg/m-³ wurde an der A4 6 beziehungsweise 9 Mal und an der A61 19 beziehungsweise 2 Mal überschritten mit Maximalwerten von 91,0 -µg/m-³ (A4) beziehungsweise 77,7 -µg/m-³ (A61). Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stundenmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr 2006 an der BAB 4 und an der BAB 61. Diese Anhänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heft beigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.

Ziel des Projektes war es, die Auswirkungen unterschiedlicher Verkehrsparameter auf die verkehrsbedingte Immissionsbelastung durch Stickoxide und Ozon im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. BImSchV und der neuen 33. BImSchV insbesondere für das Kalenderjahr 2004 zu ermitteln. Es wurden dafür Daten an zwei Messquerschnitten mit unterschiedlich hohen Schwerverkehr-Anteilen am Gesamtverkehr aufgenommen. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu den an der A4 registrierten Werten einen 2,35 mal so hohen Schwerverkehr-Anteil am Gesamtverkehrsaufkommen auf.\r\nBis Mitte 2002 lagen die NO2-Konzentrationen an beiden Messquerschnitten etwa gleich hoch. Jedoch beeinflusste der extreme Sommer des Jahres 2003 die Schadstoffkonzentrationen A61-Messquerschnitts anscheinend stärker als die an den A4-Messstellen aufgenommenen NO2-Konzentrationen. Die Werte an der A61 überstiegen ab dem oben genannten Zeitpunkt bis Mitte 2004 zumeist diejenigen an der A4. Insgesamt lagen die Werte an der A61 im Vergleich zu denen an der A4 für den gesamten betrachteten Zeitraum bei einem Faktor von 0,9 bis 1. Der Vergleich der Ozonbelastung an beiden Messquerschnitten konnte ein ähnliches Verhalten wie bei der NO2-Konzentration aufzeigen. Durchschnittlich lagen die O3-Konzentrationen an der A61 in den Jahren 2002 bis 2004 um einen Faktor von 1,6 über denen an der A4. Die NO2-Jahresmittelwerte liegen an den Messstellen beider Messquerschnitte, die die Anforderungen der 22. BImSchV in Bezug auf Probenahmestellen erfüllen, deutlich über dem ab dem Jahr 2010 einzuhaltenden NO2-Jahresmittelgrenzwert von 40 -µg/m-³. Der ebenfalls ab diesem Zeitpunkt geforderte Stundenmittelgrenzwert von 200 -µg/m-³ konnte insbesondere am Messquerschnitt an der A61 nicht eingehalten werden, wurde aber unter Berücksichtigung der in den jeweiligen Kalenderjahren zusätzlich zu berücksichtigenden Toleranzmargen in keinem der Jahre mehr als die ab 2010 geforderten 18 Mal überschritten. Die Anforderungen an die Anzahl der O3-Zielwertüberschreitungen, die sich ab 2010 aus der 33. BImSchV ergeben, konnten an dem Messquerschnitt an der A61 eingehalten werden. An der A4 wurde der Zielwert zum Gesundheitsschutz an beiden O3-Messstellen mehr als 25 mal überschritten. Mit einer weiteren Senkung der Schadstoffbelastungen an hochfrequentierten Außerortsstraßen können die Anforderungen der 22. und 33. BImSchV ab dem 01.01.2010 in Bezug auf die Jahres- und Stundenmittelwerte des NO2 und der Ziel- und Schwellenwerte des O3 erfüllt werden.\r\n

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).

Im Zuge der Umsetzung der EU-Richtlinie 1999/30/EG (über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft) in nationales Recht wurde die 22. Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz (22. BImSchV) im September 2002 novelliert. Da für Autobahnen bisher keine aussagekräftigen Daten von PM10-Belastungen existierten, war es Ziel des Projektes, solche messtechnisch aufzunehmen und Ergebnisse zu erhalten, mit denen sich genauere Aussagen über die PM10-Immissionen an hochfrequentierten Autobahnen treffen lassen. Dabei wurden Daten an zwei Messquerschnitten an der BAB A4 und der BAB A61 mit unterschiedlich hohen Schwerverkehrsanteilen am Gesamtverkehr aufgenommen. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu den an der A4 registrierten Werten einen 2,35 mal so hohen Schwerverkehrsanteil am Gesamtverkehrsaufkommen auf. Die Untersuchung der meteorologischen Parameter in Bezug auf die Höhe der PM10-Immissionen am Messquerschnitt an der A4 hat ergaben, dass insbesondere die relative Luftfeuchte eng mit der PM10-Belastung korreliert. Ein weiterer Einfluss auf die Höhe der Feinstaubbelastungen konnte teilweise während der Schulferien am Messquerschnitt an der A4 beobachtet werden, während derer sehr wahrscheinlich durch einen Rückgang der Verkehrsmengen und dadurch zunehmender Fahrzeugge-schwindigkeiten eine Erhöhung der Schadstoffbelastung hervorgerufen wurde. Eine Änderung der durchschnittlichen PM10"Belastung trat ebenfalls während der Zeit von Baumaßnahmen innerhalb des Messquerschnitts an der A61 auf, während derer eine Geschwindigkeitsbeschränkung auf 80 Stundenkilometer galt und innerhalb derer der Schwerverkehr über unterschiedliche Fahrstreifen geführt wurde. Auch wurden die PM10-Daten der beiden Messquerschnitte einander gegenübergestellt. Im Mittel lagen die Immissionswerte an der A61 um 0,4 % unter denen, die an der A4 aufgenommen wurden. Insgesamt zeigt sich deutlich, dass sich die Feinstaubpartikel durch viele verschiedene Einflussgrößen sehr komplex verhalten und ihr Ausbreitungsverhalten noch wenig verstanden wird.