Auf Basis des HBEFA 3.1 wurde das Emissionsmodul grundlegend überarbeitet. Die Emissionsberechnung kann nunmehr für die Bezugsjahre 2005 bis 2030 erfolgen. Aktualisiert wurden auch die PM10-Emissionsfaktoren für Aufwirbelung und Abrieb. Für freie (nicht überdeckelte Strecken) im guten Fahrbahnzustand sollten für den Leichtverkehr (LV) für alle Verkehrssituationen mit Tempolimit größer 50 km/h unabhängig vom Level of Service 30 mg/(km • Fzg) sowie für den Schwerverkehr (SV) 130 mg/(km • Fzg) verwendet werden. Für Tunnelstrecken werden für den LV 5 mg/ (km • Fzg) sowie für den SV 130 mg/(km • Fzg) vorgeschlagen. Für Straßen im schlechten Zustand sind diese Werte mit dem Faktor 2 zu multiplizieren. Für die Ermittlung der nicht motorbedingten PM2.5-Emissionen (Reifen-, Straße- und Bremsabrieb) wird der Ansatz aus CORINAIR vorgeschlagen. Kupplungsabrieb und Wiederaufwirbelung von Straßenstaub können nach derzeitigen Erkenntnissen vernachlässigt werden. Es wurde auch ein entsprechender Berechnungsvorschlag für Benzo(a)pyren-Emissionsfaktoren abgeleitet. Er basiert auf Emissionsfaktoren aus einer Studie des Schweizer Bundesamtes fuer Umwelt, Wald und Landschaft. Die bisher in MLuS integrierten gebietstypischen Vorbelastungswerte wurden anhand vorliegender Messdaten aus den Jahren 2000 bis 2006 aktualisiert. Neu wurden Vorbelastungsdaten für PM2.5 abgeleitet, da diese bisher in MLuS noch nicht vorgesehen waren. Die Änderungen der Vorbelastungswerte werden wie bisher tabellarisch in Form von Reduktionsfaktoren der Schadstoffbelastung angegeben. Die Abschätzungen der immissionsseitigen Wirkungen von Lärmschutzwänden- und -wällen wurden auf der Grundlage von mikroskaligen Modellrechnungen (MISKAM) quantifiziert und mit Windkanalmessungen bzw. Ergebnissen aus der Literatur abgeglichen. Nunmehr können Lärmschutzwände und Lärmschutzwälle bis 10 m berücksichtigt werden. Als NO-NO2-Konversionsmodell wird nunmehr ein vereinfachtes Chemiemodell auf Basis der Beschreibung der chemischen Umwandlung im Gleichgewicht der Stoffe NO2, NO und Ozon verwendet. Die Funktion zur Abschätzung der Überschreitungshäufigkeiten des NO2-Stundengrenzwertes wurde anhand von Messdaten der Jahre 2000 bis 2009 aktualisiert. Mit den zuvor erläuterten Ergebnissen wurde eine grundlegende Aktualisierung des PC-Programms durchgeführt. In Absprache mit dem zuständigen FGSV-Arbeitskreis wird das Programm "Richtlinien zur Ermittlung der Luftqualität an Straßen ohne oder mit lockerer Randbebauung" (RLuS) heißen. Die Onlinehilfe und das Handbuch zum Programm wurden ebenfalls aktualisiert. Abgeschlossen wurde auch im Rahmen des hier vorliegenden Projektes die Neuformatierung der RLuS-Broschüre.

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.

Ziel des Projektes war es, systematische Untersuchungen zum Abriebverhalten und damit zur Partikelemission verschiedener Fahrbahnoberflächen durchzuführen, die Ergebnisse zu quantifizieren und eine Empfehlung für die Berücksichtigung abgeleiteter Emissionsfaktoren in den FGSV-Richtlinien RLuS „Richtlinien zur Ermittlung der Luftqualität an Straßen ohne oder mit lockerer Randbebauung“ zu geben. Dazu wurden • eine umfassende Literaturrecherche und Auswertung zum Thema durchgeführt, • abriebrelevante Kenngrößen für 27 typische in Deutschland eingesetzte Fahrbahnbeläge bestimmt, • Laborversuche zum Abriebverhalten von 21 dieser Fahrbahnbeläge durchgeführt, • Emissionsberechnungen für nicht motorbedingte Partikel (AWAR) mit dem Modell NORTRIP (Non-exhaust road traffic induced particle emission modelling) in seiner Version 3.2 durchgeführt und auch die resultierenden PM10-Straßenabriebemissionsfaktoren ausgewiesen. • diese Berechnungsergebnisse mit AWAR-Emissionsfaktoren nach DÜRING et al. (2011) bzw. HBEFA4.1 verglichen. • die NORTRIP-Berechnungsergebnisse des dort integrierten NOx-Tracermodells mit Immissionsmessungen an der Frankfurter Allee in Berlin und Am Neckartor in Stuttgart verglichen, • Empfehlungen zur Anwendung von NORTRIP gegeben sowie • aus den NORTRIP-Berechnungen erzeugte PM10-AWAR- und -Straßenabriebemissionsfaktoren für die Anwendung in RLuS abgeleitet. Folgende in Deutschland am häufigsten eingesetzte Fahrbahnbeläge wurden untersucht: • Asphaltbeton, • Offenporiger Asphalt (OPA), • Gussasphalt, • DSH (Dünne Asphaltdeckschicht in Heißbauweise), • Waschbeton und • Splittmastix-Asphalt (SMA). Folgende wesentliche Ergebnisse wurden abgeleitet: • Quantifizierung der Abriebmaße Abgesehen von der Art des Reifens (insbesondere der Einsatz von Spikereifen), dem Fahrverhalten (Beschleunigungsanteile) und der Fahrgeschwindigkeit (höhere Geschwindigkeiten führen zu höheren Abriebraten) sind weitere wesentliche Faktoren, die sich auf die Partikelerzeugung aus dem Abrieb der Fahrbahn auswirken, – die Art/Festigkeit und die Korngröße des in der Fahrbahn verwendeten Gesteinmaterials – eventuell auch die Art des Bindemittels (polymer modifiziertes Bindemittel scheinen positiv zu wirken) – eventuell bewirkt eine starke Modifizierung des Bindemittels (z. B. Gummimodifizierung) und die sich dadurch einstellenden dickeren Bindemittelfilme eine Verminderung der PM10-Fahrbahnabriebemissionen. Die Höhe der Reduktion hängt hier wahrscheinlich von der Ausbildung der Oberfläche ab. ...

Es wurde nach aktueller Literatur zum Thema recherchiert und diese beschafft. Insbesondere wurden die für die Aufgabenstellung relevanten Dokumente der Arbeitsgruppe "Particle Measurement Programme" (PMP) ausgewertet. Das Suchergebnis bestand aus ca. 200 Literaturhinweisen. Davon wurden anhand der Titel und der Kurzfassungen die im Literaturnachweis des Hauptberichtes aufgeführten Publikationen ausgewählt und ausgewertet. Die wesentlichen Ergebnisse in komprimierter Form können wie folgt dargestellt werden: Neben den Auspuffemissionen nehmen beim Verkehr die Partikelemissionen infolge der Abriebe sowie der fahrzeuginduzierten Aufwirbelung, also die Nicht-Abgas Partikelemissionen, eine entscheidende Rolle ein. Häufig werden diese auch als Aufwirbelungs- und Abriebemissionen (AWAR) bezeichnet. Die Abriebe können dabei als direkte Emissionen wirken aber auch durch eine Zwischendeposition das Aufwirbelungspotenzial erhöhen. Die ausgewerteten Literaturen zeigen zudem auf, dass sehr komplexe Abhängigkeiten für die Partikelgrößen und die Menge emittierter Partikel infolge der Abriebe beobachtet wurden. Es sind verschiedene Tracersubstanzen für Reifen- und Bremsabrieb bekannt. Kupplungsabrieb scheint keine Relevanz zu haben. Toxikologische Untersuchungen weisen auf gesundheitliche Wirkungen der Abriebe hin, ohne dass es nach Ansicht der Autoren derzeit einen direkten (kausalen) Nachweis gibt. Es werden Reifenabrieben geringere nachteiligere Gesundheitseffekte zugesprochen als anderen Partikelanteilen (vor allem durch Dieselpartikel). Es wurde u.a. eine qualitative tabellarische Übersicht über die verfügbaren Messmethoden zur AWAR Messung erstellt. In dieser Tabelle wurden für die Bewertung jeweils die bestmöglichen Anwendungen zu Grunde gelegt. Zusammenstellungen von Partikelmessungen mit entsprechender Quellenangabe werden ebenso gegeben wie Bandbreiten von Partikelemissionsfaktoren.

Luftschadstoffmessungen im gesamten Bundesgebiet zeigen, dass die in der „Richtlinie 2008/50/EG über Luftqualität und saubere Luft für Europa“ festgelegten Grenzwerte für einige Luftschadstoffe insbesondere an verkehrsnahen Standorten zum Teil stark überschritten oder erreicht werden (Hot-Spots). An vielen dieser Hot-Spots liegen messtechnisch nachgewiesene Überschreitungen des NO2-Jahresmittelgrenzwertes von 40 µg/m³ vor und werden von Modellrechnungen auch für die nächsten Jahre prognostiziert. In der vorliegenden Untersuchung wurden exemplarisch für die Ballungsräume Hamburg, Duisburg und Frankfurt am Main verkehrsträgersübergreifende Emissions- und Immissions-modellierungen für den Hintergrund in einer Auflösung von 500 m mal 500 m vorgenommen. Für diese Ballungsräume wurden detaillierte Emissionsberechnungen für die Verkehrsträger Straße, Schiene, Schiff und Flug für das Analysejahr 2016 erstellt. Zusätzlich wurden spezifische Szenarien im Verkehrssektor für die Jahre 2025 und 2030 entwickelt. Dies beinhaltet die Trendprognose und im Vergleich mit dem Trend vier verschiedene Szenarien: Szenario 0: Trendszenario Szenario I: Verbesserung Motorentechnik, verstärkte Nutzung alternativer Kraftstoffe und Elektromobilität Szenario II: Verkehrsverlagerung im Güterverkehr Szenario III: Verkehrsvermeidung / Optimierte Verkehrsflüsse Szenario IV: Maximales Kombi-Szenario Um die Auswirkung der Emissionsänderungen auf die Luftqualität im städtischen Hintergrund zu bewerten, wurden für das Analysejahr 2016 und für die Szenarien Ausbreitungsrechnungen mit dem EURAD Modellsystem (Europäisches Ausbreitungs- und Depositionsmodell) in den Modellgebieten durchgeführt. Die Modellrechnungen mit dem EURAD Modell wurden für einen kompletten Jahreszyklus 2016 und für die Prognose Szenarien durchgeführt. Die wichtigsten Befunde für die Luftqualität im städtischen Hintergrund sind Folgende: Analyse Jahr 2016: Die Belastung der Luft durch Emissionen im Verkehrssektor ist besonders bei den Stickoxiden ausgeprägt. Im Ballungsraum Hamburg ist der Schiffsverkehr und der Straßenverkehr dominant Im Ballungsraum Duisburg ist der Straßenverkehr besonders ausgeprägt Im Ballungsraum Frankfurt ist der Straßenverkehr und der Flugverkehr am stärksten ausgeprägt. Der Belastung durch den Schienenverkehr spielt in allen drei Ballungsräumen nahezu keine Rolle Szenarien: Es sind deutliche Reduktionen in den Stickoxiden durch prognostizierte verminderte Emissionen besonders im Straßenverkehr für alle Ballungsräume zu sehen. Im Ballungsraum Hamburg ist zusätzlich noch eine verminderte Belastung durch SO2 im Schiffsverkehr zu sehen. Im Ballungsraum Frankfurt sind höhere SO2 Konzentrationen durch erhöhte Emissionen im Flugverkehr zu beobachten. Die stärksten Veränderungen (Minderungen) sind für die Szenarien I und für die Kombination aller Szenarien (IV) zu sehen. Eine Verbesserung der Luftqualität wird bereits deutlich durch die bereits heute beschlossenen Maßnahmen (Szenario 0) erzielt. Die zusätzlichen Maßnahmen (Szenarien I bis IV) bewirken darüber hinaus nur geringe Minderungen der Schadstoffbelastung im mittleren Hintergrundniveau der Ballungsräume