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Für einen hoch effizienten, nachhaltigen und kostenminimierten Winterdienst ist der Einsatz von Sole von großer Bedeutung. Frühere Forschungsarbeiten und die praktischen Erfahrungen haben das bestätigt. Damit für die Soleverwendung bei der FS30- oder FS100-Streuung ausreichend Sole, hergestellt aus Natriumchlorid, mit guter Qualität zur Verfügung steht, müssen geeignete Tausalzlöseanlagen beschafft und betrieben werden. Damit kann eine ausreichende Verfügbarkeit von Sole sichergestellt werden. In vielen Fällen ist die Eigenherstellung von Sole auch wirtschaftlicher als eine Fremdbeschaffung.
Erste Anforderungen an Tausalzlöseanlagen wurden in einem aktuellen europäischen Normungsprojekt formuliert. Allerdings wurden die technischen Zusammenhänge bei der Soleherstellung bislang nicht untersucht und es sind verschiedene Probleme bei der Soleherstellung berichtet worden.
Ziel der Forschungsarbeit war die Beurteilung der Leistungsfähigkeit unterschiedlicher technischer Ausführungen von Tausalzlöseanlagen. Dabei wurden die Zusammenhänge zwischen der verfahrenstechnischen und sonstigen technischen Ausführung der Anlagen, den Umfeldbedingungen und der Salzqualität untersucht. Als Nutzen soll zukünftig eine leistungsfähige und zuverlässige Arbeit der Tausalzlöseanlagen erreicht werden, die kostengünstig die ausreichende Bereitstellung von Sole für einen effektiven Winterdienst ermöglichen.
Schwerpunkte der Bearbeitung stellten eine Online-Umfrage bei Straßenbauverwaltungen in Deutschland, Österreich, den Niederlanden und in der Schweiz dar, um deren Erfahrungen und mögliche Optimierungspotenziale bei der Produktion von Sole zu erfassen. Aufbauend auf den Umfrageergebnissen wurden in Deutschland praktische Untersuchungen mit Salzlöseanlagen, die mit aufwärts gerichtetem Wasserdurchfluss oder Zwangsumlauf arbeiteten, durchgeführt. Die Abhängigkeiten der Soleproduktionskapazität und der Solequalität vom Systemdesign, der verwendeten Salzqualität und den Temperaturen des Lösewassers und des Salzes wurden bestimmt. Die Ergebnisse verschiedener Methoden zur Online-Messung und manuellen Messung der Solekonzentration wurden mit Laborergebnissen verglichen.
Alle erzielten Ergebnisse wurden verwendet, um technische Anforderungen an Tausalzlöseanlagen und Empfehlungen für deren Betrieb und für die Beschaffung neuer Anlagen einschließlich der Auswahl der Salzqualität zu formulieren.
Unbedingt notwendige Bestandteile einer Leistungsbeschreibung für Tausalzlöseanlagen wurden identifiziert (u.a. Anforderungen an die Produktionsleistung und Solequalität (Konzentration, Reinheit), Anforderungen der Arbeitssicherheit und des Umweltschutzes, Vorgaben für die Mess-, Steuer- und Regeltechnik, Abnahmekriterien).
Ziel des Forschungsprojektes war es, neue Möglichkeiten zur zuverlässigen Streustoffausbringung unter den gegebenen Praxisbedingungen zu erkunden.
Die im Rahmen des Forschungsprojektes durchgeführten Recherchen in der Fachliteratur und Auswertung von Herstellerunterlagen zeigten, dass Mineraldüngerstreuer einen hohen Stand der Technik erreicht haben. Die dabei genutzten Techniken ermöglichen eine Präzisionsstreuung der Mineraldünger. Allerdings sind die Anwendungsbedingungen, unter denen die Dünger in der Landwirtschaft und die Streustoffe im Straßenwinterdienst ausgebracht werden, stark unterschiedlich. Die hohen Fahrgeschwindigkeiten beim Winterdienst erzeugen einen Fahrtwind, der das Streubild beeinflusst, aber bei Mineraldüngerstreuern fehlt. Außerdem werden Mineraldünger trocken ausgebracht, während Salz meist mit Sole angefeuchtet wird und als Feuchtsalz gestreut wird. Die auf einem Rotationsprüfstand für Mineraldünger durchgeführten Tests mit Auftausalzen haben gezeigt, dass die für Düngerstreuer verfügbare elektronische Massenstromregelung auch für Salzstreumaschinen eine sehr interessante Option zur Konstanthaltung der Streudichte während Streufahrten darstellen.
Die jährlich notwendige Überprüfung und Justierung der Streustoffdosierung von Streumaschinen erfolgt entsprechend den Vorgaben der DIN EN 15597-2 durch statische Prüfungen. Die Durchführung erfolgt nach dem „Trial-and-Error“-Prinzip, solange bis die Einstellwerte für die Drehzahlen der Förderschnecke und der Solepumpen die korrekten Streumengen ergeben. Dieses Verfahren ist bei den meisten Streumaschinen sehr zeit- und personalaufwendig. Es wird deshalb vorgeschlagen, das Verfahren dadurch zu verkürzen, indem nach Feststellung vom Sollwert abweichender Massenflüsse, die Ist-Werte in das Bedienterminal eingegeben werden. Der integrierte Computer errechnet anschließend die für die Sollwerte notwendigen Drehzahlen und stellt diese selbst ein. Diese interne Justierung sollte künftig als Anforderung an Streumaschinen gestellt werden.
Die Ermittlung der physikalischen Kenngrößen hat bestätigt, dass die Schüttdichten der normgerechten Auftausalze, trotz unterschiedlicher Kornklassen, bei sehr geringen Feuchtigkeitsgehalten ähnlich sind, und bei den Streumaschinen meist keine unterschiedlichen Einstellungen der Förderschnecken und Solepumpen erfordern. Den größten Einfluss auf die Schüttdichten und damit auf die Salzdosierung hat die Salzfeuchte. Höhere Feuchtigkeitsgehalte vermindern die Schüttdichte. Dies unterstreicht die Notwendigkeit der Beschaffung von trockenen Auftausalzen und deren trockener Lagerung in den Meistereien. Allerdings ist bei Steinsalzen eine Restfeuchte in der Größenordnung von 0,2 % bis 0,3 % zu fordern. Dies vermindert Staubemissionen bei der Einlagerung, bei der Fahrzeugbeladung und bei Trockensalzstreuungen.
Die Prüfung der Streustoffverteilung erfolgt bei einer dynamischen Prüfung im Rahmen der Typprüfung von Streumaschinen. Dieser damit verbundene hohe zeitliche Aufwand kann bei der jährlichen Streubildprüfung nicht geleistet werden. Deshalb sind bislang Standprüfungen und Hinterherfahrten üblich. Um die Streustoffverteilung bei Bedarf zu verbessern, wird vorgeschlagen, bei Hinterherfahrten ein Fern-Bedienpult einzusetzen, mit dem Streubildlagen verändert werden können. Tests auf einem Rotationsprüfstand für Mineraldünger haben zwar gezeigt, dass Streubilder mit Trockensalz durch Radarsensoren sehr gut erfasst werden können. Allerdings ist die Radartechnologie nicht in der Lage Windeinflüsse zu kompensieren und wegen der erwarteten Verschmutzung der Sensoren bei der Feuchtsalzausbringung sind Fehlmessungen zu erwarten. Die Radartechnologie wird deshalb derzeit nicht für den Einsatz bei Winterdienst-Streumaschinen empfohlen.
Die derzeitig große Vielfalt an unterschiedlich gestalteten Bedienpulten ist Folge der Beschaffungspraxis für Streumaschinen. Die in der DIN EN 15597-1 festgelegten Anforderungen an die Betriebs- und Steuersysteme von Streumaschinen berücksichtigen dabei die Nutzerfreundlichkeit nicht ausreichend. Die kurzen Einsatzzeiten im Winterdienst machen es für die Winterdienstfahrer schwer, sich an in einer Meisterei vorhandene unterschiedliche Streumaschinen und deren Bedienpulte anzupassen. Um diese Situation im Hinblick auf die Nutzerfreundlichkeit zu verbessern, wurden deshalb nach Auswertung der im Laufe dieses Forschungsprojekts über die Bedienpulte gesammelten Informationen ergänzende Anforderungen an Bedienpulte formuliert. Diese Verbesserungen betreffen primär die Vereinheitlichung der Ergonomie der Bedienoberfläche für die Winterdienstfahrer.
Gesamtziel des Forschungsprojektes war es, die Gründe für die geringe FS100-Anwendung zu ermitteln und Lösungsvorschläge zu unterbreiten, wie die Nutzung der FS100-Technologie massiv verbessert werden kann. Gleichzeitig sollten offene Fragen zu den Prüfverfahren für Sole-Sprühmaschinen in der bestehenden europäischen Norm geklärt werden.
In allen im Rahmen einer Literaturauswertung betrachteten europäischen Ländern und den USA ist heute die Glättebekämpfung mit Salzlösungen (FS100) ein elementarer Bestandteil der Winterdienststrategie. Die FS100-Technologie wird in den einzelnen Ländern unterschiedlich eingesetzt: Es gibt Länder, die damit nur vorbeugend arbeiten und Länder, die auch während Niederschlägen Streueinsätze fahren. Auch die kurative Soleausbringung wird teilweise praktiziert.
Um den derzeitigen Stand der Anwendung der FS100-Technologie in Deutschland zu ermitteln, wurde eine Online-Umfrage bei Autobahn- und Straßenmeistereien durchgeführt. In allen Niederlassungen der Autobahn GmbH gibt es Autobahnmeistereien, die die FS100-Streuung praktizieren. Die Durchdringung der FS100-Technologie ist bei einzelnen Niederlassungen, wie z.B. Nordost, Nordbayern, Südbayern und Westfalen, bereits sehr hoch. Teilweise erreichte die FS100-Technologie im Winter 2020/21 mehr als 50 % der Winterdiensteinsätze.
Aus den erhaltenen Antworten geht hervor, dass lediglich 27 % der an der Umfrage teilnehmenden Straßenmeistereien die FS100-Technologie im Winter 2020/21 angewandt haben. Besonders hohe Verbreitung hat die FS100-Technologie bei den bayerischen Straßenmeistereien gefunden. Aus Niedersachsen, Rheinland-Pfalz, Saarland, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein wurde keine Anwendung der FS100-Technologie berichtet. Mehr als 80 % der Meistereien verwenden für die Feuchtsalztechnologien FS30 und FS100 NaCl-Sole. Im Winter 2020/21 verwendeten die Autobahnmeistereien im Durchschnitt 1.000 m3 Sole, davon 45 % für FS100. Die Straßenmeistereien verwendeten durchschnittlich 900 m3 Sole, davon aber lediglich 23 % für FS100.
90 % der Autobahnmeistereien verfügen über Winterdienstfahrzeuge, die FS100 ausbringen können. Bei den Straßenmeistereien sind es lediglich 25 %. Die Sole wird bei der FS100-Streuung mit den Fahrzeugen der Autobahnmeistereien überwiegend mit Sprühdüsen ausgebracht. Von den Fahrzeugen der Straßenmeistereien wird die Sole vor allem von Streutellern, gefolgt von Sprühdüsen und einer Kombination aus Beidem ausgebracht.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden 2 Sole-Sprühmaschinen einer Typprüfung nach der Norm DIN EN 15597 unterzogen. Die Erkenntnisse dieser Streumaschinenprüfungen wurden genutzt, um das derzeitige Verfahren zur Typprüfung von Streumaschinen zu bewerten und Modifizierungen zu empfehlen. Insbesondere sollten in der Norm bei der statischen Prüfung die Radwegestreuer berücksichtigt werden und bei der dynamischen Prüfung auch die Streubreite 8 m aufgenommen werden.
In der Klimakammer der Bundesanstalt für Straßenwesen durchgeführte Versuche bestätigen, dass keine kritische Absenkung der Griffigkeit durch das Auftragen hoher Sole-Sprühdichten und anschließender Abtrocknung der aufgetragenen Sole zu befürchten ist. Auch bei den Feldversuchen auf einer Autobahn mit der hohen Sole-Sprühdichte von 80 g/m2 konnte keine Verminderung der Fahrbahngriffigkeit festgestellt werden.
Die im Januar 2024 auf der A61 bei Temperaturen bis – 10 °C durchgeführten Feldversuche zeigten, dass durch an aufeinanderfolgenden Tagen wiederholte Solestreuungen eine Zunahme der Restsalzmenge erfolgt. Dieser Imprägniereffekt kann z.B. genutzt werden, um vor angekündigtem Eisregen Salzkapazitäten auf der Fahrbahn aufzubauen.
FS100 ist eine nachhaltige Technologie, insbesondere hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Umweltschutz und Personaleinsatz. Für ein Szenario mit 50 präventiven Streueinsätzen betragen die erzielbaren jährlichen Salzeinsparungen 65.000 t bei den Autobahnen und 74.000 t bei den Bundesstraßen. Neben der Verminderung der Salzbeschaffungskosten, des Energieverbrauches und der CO2-Emissionen in der Prozesskette Winterdienst hat die Salzeinsparung auch nicht quantifizierbare positive Effekte für die Umwelt. Die vorbeugenden FS100-Streueinsätze müssen nicht wie bei FS30 unmittelbar vor einer drohenden Glättebildung nachts durchgeführt werden, sondern können bereits am Vortag erfolgen. Dadurch entfällt für die Winterdienstmitarbeiter die besonders belastende Nachtarbeit; die Mitarbeiter stehen am Folgetag für andere Arbeiten, wie Gehölzpflege, zur Verfügung.
Für die breitere Anwendung der FS100-Technologie sind notwendig:
- Ausreichende Verfügbarkeit von Sole in der Meisterei,
- Ausstattung der Meisterei mit Streumaschinen die für die Soleausbringung geeignet sind,
- präzise Informationen über die Wetterlage und -entwicklung sowie zum Straßenzustand,
- und Vermittlung von Kenntnissen über die FS100-Technologie an alle involvierten Mitarbeiter durch umfassende Schulung.
Dazu wurde ein Wissensdokument mit dem Titel „Hinweise für die FS100-Streuung – Voraussetzungen, Anwendungsempfehlungen und Durchführung“ erstellt. Dies wurde durch entsprechende Schulungsunterlagen (Handout, PowerPoint-Vortrag) ergänzt.
