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This study aimed to better understand nitrate transport in the soil system in a part of the state of North Rhine-Westphalia, in Germany, and to aid in the development of groundwater protection plans. An advection-diffusion (AD) cell was used in a miscible displacement experiment setup to characterize nitrate transport in 12 different soil samples from the study area. The three nitrate sorption isotherms were tested to define the exact nitrate interaction with the soil matrix. Soils varied in their properties which in its turn explain the variations in nitrate transport rates. Soil texture and organic matter content showed to have the most important effect on nitrate recovery and retardation. The miscible displacement experiment indicated a decrease in retardation by increasing sand fraction, and an increase in retardation by increasing soil organic matter content. Soil samples with high sand fractions (up to 94 %) exhibited low nitrate sorption capacity of less than 10 %, while soils with high organic matter content showed higher sorption of about 30 %. Based on parameterization for nitrate transport equation, the pore water velocity for both sandy and loamy soils were significantly different (P < 0.001). Pore water velocity in sandy soil (about 4 x 10 high 3 m/s) was about 100 to 1000 larger than in loamy soils (8.7 x 10 high 5 m/s). On the other hand, the reduction in nitrate transport in soils associated with high organic matter was due to fine pore pathways clogged by fine organic colloids. It is expected that the existing micro-phobicity increased the nitrate recovery from 9 to 32 % resulting in maximum diffusion rates of about 3.5 x 10 high 5 m/s2 in sandy soils (sample number CS-04) and about 1.4 x 10 high 7 m/s2 in silt loam soils (sample number FS-02).
Non-point sources of traffic-related pollution become a major concern as they " compared to the point-source inputs " are more difficult to be defined or controlled. It is crucial to evaluate the fraction of traffic-related contamination that is transported to the road surroundings as it could negatively impact soil, surface water and groundwater. This study describes two means through which pollutants leave the road to the surrounding environment. Three German motorways were selected (A4, A555, and A61), where runoff and deposits were analyzed to determine pollutant load moving into the roadside soil or into the drainage system. Each of the three motorways carries approximately 70,000 vehicles a day on 4 to 6 driving lanes; and they cover a broad range of truck participation in the total traffic load ranging from 5.4% to 19.8%. The three motorways represent several topographical and landscape features as forest with noise barrier and parallel as well as perpendicular orientation to the main wind direction. Sampling of runoff and deposition was done on monthly basis. Bulk deposition was collected in Bergerhoff vessels at two heights (1.5 m and 0.3 m above the ground) and in 1 m, 2.5 m, 5 m and 10 m distances from the road edge. The results showed that heavy metals as well as large amounts of mineral compounds are moving from the driving lanes into the roadside environment. This includes sodium from applying deicing salts in winter seasons, which could be found in soil, dust and water samples. Calcium and iron were also detected in almost comparable concentrations. The annual deposition flow (bulk deposition) measured at a height of 1.5 m was higher than the comparative values for urban areas and background measuring points. The spatial distribution of material deposition showed clear differences between the three motorways. The pollutant load in deposition measured near the ground surface was higher than those measured at 1.5 m above the land surface. At all three sites, a clear negative correlation between pollutant load and the distance from the roadside could be found. Nearly 90% of the concentration values of heavy metals in road runoff were below or in the range of the test values for seepage water in the German Soil Protection and Contamination Ordinance. The pH-values around 7 in runoff and adjacent soil provide a good retention capacity in the soil for the heavy metal input.
The road transport infrastructure is facing many challenges and the subsequent adaptation of the infrastructure is of utmost concern. These challenges are as follows: globalization, sustainability, technological and demographic change, an increase in goods transport and climate change. Various climate projections predict changing climatic parameters such as temperature, precipitation and wind speed for Germany. This could have severe impacts on road transport infrastructure as well as road traffic itself. At the Federal Highway Research Institute (Bundesanstalt für Straßenwesen), a strategy was developed to adapt roads and engineering structures to the impacts of climate change. The strategy "Anpassung der Straßenverkehrsinfrastruktur an den Klimawandel /Adaptation of road traffic infrastructure to climate change (AdSVIS)" currently comprises about 15 projects. Adaptation measures are to be developed for the identified risk areas and consequently their effectiveness has to be assessed.
Research to inform policy is often challenged with how to genuinely use and implement research findings in decision-making and policy-planning. To begin with, the dialogue between researchers and decision-makers is essential to ensure profound understanding and legitimate interpretations of the results. Furthermore, the step to drawing practical conclusions and processing them into actions can only succeed if research findings are diffused to decision-making levels with influence on the matter, and mechanisms to knowledge transfer in the presence of a stable, favourable policy environment exist. Research investments into the topic of electromobility in Europe are substantial, and subtopics aiming to inform national policy-makers address a complex set of aspects from environmental and societal to technological and economic. This paper has a two-fold objective, the first of which is to present the results of scenarios to explore electromobility deployment in Finland, Germany and the European Union. The second is to discuss the challenges and solutions to bridge the gap from research findings towards decision-making and policy-planning, using the authors' electromobility scenario work as an example. The electromobility scenarios were built using the VECTOR21 model (Mock, 2010), and the rationale was to simulate vehicle sales and markets under different policy settings and calculate the most economical solution to fulfill regulation on COâ‚‚ emissions as set by the European Commission (2009). The model allows calculating the market diffusion of alternative powertrain technologies to the European market until 2030, taking into account different taxation schemes, incentives and other country-specific characteristics. The authors also present the cost-benefit-analysis of the modelling results to assess the different scenarios and to show variation between regions regarding profitability of alternative technological or political support and interventions. To proceed from research findings towards decision-making and policy-planning, the authors made observations relating to transfer of research knowledge and interpretation of their electromobility scenario results in national policy contexts. An evaluation of how the function of research to inform policy in this case succeeded is provided. In addition, the influence of expert opinions on the political decision-making process will be discussed through experiences from an expert questionnaire conducted to survey the importance of costs, time requirement, acceptance and other criteria of promotion measures of electromobility.
Estimation of the effects of new emission standards on motorcycle emissions by means of modeling
(2016)
Road traffic is, in addition to the energy sector and the industry, one main source of air pollution and carbon dioxide emissions. Although most countries and manufacturers agreed to environmental regulations to reduce the pollutant emissions, particularly in urban areas with high traffic density, the impact of road traffic emissions on the environment and human health has been growing in importance steadily. Due to stricter emission standards and the binding use of emission-reducing systems (e.g. three-way catalyst) hydrocarbon emissions from passenger cars have been reduced significantly since the last two decades. Unlike to passenger cars the emissions standards of powered two-wheelers have not been adjusted since 2006 although their share of hydrocarbon emissions to the total amount of hydrocarbon emissions of road traffic is estimated to be disproportionately high. Due to the new regulation (EU) No. 168/2013 powered two-wheelers have to fulfill new emission standards from 2016 (Euro 4) and 2020 (Euro 5) onwards. Besides new limits for the tailpipe emissions the evaporative emissions are regulated separately for the first time, as they make up a high proportion to the total hydrocarbon emissions in this vehicle class. In this context, the calculation and forecast of road traffic emissions is an important tool to verify compliance of climate targets and to assess the reduction potential of emission-reducing systems. For that purpose the Federal Highway Research Institute (BASt) uses the emission- and calculation tool TREMOD (Transport Emission Model) which provides baseline data and calculated results for pollutants in almost every differentiation e.g. vehicle category, traffic situation and road type. Moreover, estimations of future emission trends, stock information and mileage distribution can be made. The main objective is to illustrate the impact of the upcoming emission standards Euro 4 and Euro 5 on the operational hydrocarbon emissions of powered two-wheelers based on statistical estimations. The significant aspect is to generate scenarios to show the reduction potential of hydrocarbon emissions of powered two-wheelers, differentiated into motorcycles and small motorcycles, in relation to the total share of hydrocarbon emissions in this vehicle class and to the total hydrocarbon emissions from road traffic. As a part of their research, the authors can make initial statements about the possible effect of the new emission standards of regulation (EU) No. 168/2013 by means of modeling with TREMOD.
Anteile und zeitliche Verteilung von Oberflächenabfluss, Infiltration und Durchsickerung von Böschungen aus teilgesättigten Erddämmen infolge von Niederschlägen und Straßenabfluss sind bisher nur unzureichend bekannt. Für Straßenbauingenieure reicht das vorhandene Wissen über Wasser im Straßen-Erdbauwerk zur Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit aus. Für die hydrologische Beurteilung der Durchsickerung im Hinblick auf den Boden- und Grundwasserschutz ist der heutige Wissensstand jedoch nicht ausreichend. Ziel des Projektes ist es, einen dringend benötigten Beitrag zur wirtschaftlichen und umweltverträglichen Verwertung von Ersatzbaustoffen im Erdbau zu leisten und bisher fehlende Beurteilungsmaßstäbe für den Boden- und Grundwasserschutz für die straßenbauspezifischen Gegebenheiten zu liefern. Zur Erreichung des Forschungsziels wurden in der Lysimeteranlage in Augsburg, Derchinger Straße, in acht Becken Böschungen eingebaut, die jeweils einen Ausschnitt aus einer Straßenböschung einschließlich eines Bankettstreifens darstellen. Zur Simulation von belastetem Bodenmaterial wurden dem Böschungsmaterial Schadstoffe zu dotiert. Zusätzlich wurden technische Sicherungsmaßnahmen eingebaut. Ergänzend zu den hydraulischen Größen Niederschlag, Menge von Sickerwasser und Oberflächenabfluss der Lysimeter wurden auch Konzentrationen der zu dotierten Schadstoffe (Cadmium, Kupfer und Cyanid} und weitere Parameter im Sickerwasser der Lysimeter und im Straßenabfluss bestimmt. Das dargestellte Projekt wurde gemeinsam durch die Hochschule Augsburg und die BASt von 2010 bis 2013 durchgeführt. Ein Anschlussprojekt ist derzeit in Bearbeitung.
Anforderungen an Straßenbauwerke, an den Umweltschutz und an die Kreislaufwirtschaft konkurrieren in vielen Bereichen miteinander. Im Gesetzgebungsverfahren werden trotz Abstimmung zwischen den Ressorts in diesem Spannungsfeld in relevanten Aspekten nicht immer Einigung oder von allen Betroffenen tragbare Kompromisse erzielt. Diese Feststellung trifft auch auf die Verwertung sogenannter Ersatzbaustoffe zu. An einer "Verordnung über Anforderungen an den Einbau von mineralischen Ersatzbaustoffen in technischen Bauwerken" wird unter Federführung des Bundesumweltministeriums seit fast 10 Jahren gearbeitet. Die unterschiedlichen Interessen von Umweltseite, Wirtschaft und Anwendern bei der Verwertung von Bodenmaterial, RC-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten liegen teilweise im Grundsätzlichen und teilweise im Detail. In dem Beitrag werden Verwertungswege und -lösungen im Straßenbau aufgezeigt, bei denen die im Straßenkörper vorhandenen Baustoffe zum Beispiel bei Erhaltungsmaßnahmen oder bei Maßnahmen zur grundhaften Erneuerung vor Ort wieder eingesetzt werden. Die Betroffenheit des Straßenbaus in dem oben genannten Spannungsfeld besteht aber insbesondere bei Maßnahmen mit Massenüberschuss oder -defizit, also bei der Abgabe von anstehenden Böden oder gebrauchten Baustoffen aus Straßenbauwerken beziehungsweise beim Einsatz von Bodenmaterial, RC-Baustoffen oder industriellen Nebenprodukten in Straßenbauwerken. Zum umweltgerechten Einsatz dieser Baustoffe im Straßenbau sind deshalb in den letzten Jahren vielfältige Forschungsaktivitäten durchgeführt worden oder laufen noch, weitere Untersuchungen sind geplant. Konzepte und Ziele dieser Aktivitäten werden vorgestellt.
Umweltgerechte Entwicklung von Verkehr und Infrastruktur - ein verkehrsträgerübergreifender Ansatz
(2016)
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.
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.
Da es derzeit weitgehend offen ist, wie die Leistungen des Straßenbetriebsdienstes durch den Klimawandel beeinflusst werden, ist es Ziel des Forschungsprojektes, die Wechselwirkungen zwischen Klimawandel und Straßenbetriebsdienst abzuschätzen. Der Schwerpunkt hierbei liegt auf der Ermittlung der Auswirkungen des Klimawandels auf den Straßenbetriebsdienst, wofür in einem ersten Schritt der generelle Einfluss der Witterung auf die Leistungen des Straßenbetriebsdienstes analysiert wird, da eine Vielzahl der Leistungen im Straßenbetriebsdienst durch die Witterung beeinflusst wird. Aufbauend auf umfangreichen Klimaprojektionen werden dann die Änderungen infolge des Klimawandels ermittelt. Ergänzend erfolgt eine Abschätzung, inwieweit durch die Optimierung des Straßenbetriebsdienstes die Emission der Treibhausgase reduziert werden kann. Bis 2030 zeigt die Klimaprojektion nur geringe Änderungen der Lufttemperatur. Erst in den weiteren Perioden ist mit einem deutlichen Anstieg zu rechnen. Die Niederschläge werden im Winter zu- und im Sommer abnehmen. Regionale Unterschiede dieser Entwicklungen sind nur schwach ausgeprägt. Für den Winterdienst führen die stagnierenden Temperaturen bei gleichzeitigem Anstieg der Niederschläge bis 2030 zu einer Zunahme bei Einsatzstunden und Salzverbrauch um etwa 10 %. Danach ist mit einer deutlichen Reduktion der Einsatzstunden sowie der erforderlichen Salzmengen um durchschnittlich 16 % bis 2050 und um 40 % bis 2080 gegenüber 1991 bis 2010 zu rechnen. Die Aufwendungen infolge von Frostschäden an Fahrbahnen werden sich bis 2030 kaum verändern. Erst danach wird es zu einem signifikanten Rückgang der Frostschäden kommen. Bei der Grasmahd wird sich bis 2030 der Aufwand für die Grasmahd ebenfalls nicht signifikant ändern, erst in den darauffolgenden Perioden ist mit einer Zunahme zu rechnen. Die Schadstoffemissionen, die durch den Straßenbetriebsdienst hervorgerufen werden, haben einen Anteil von unter 2 ‰ an den gesamten Emissionen des Kfz-Verkehrs. Maßnahmen, die zu einer Reduktion des Schadstoffausstoßes beitragen, sind jedoch trotz des geringen Anteils vielfach zu empfehlen, da mit ihnen noch weitere Vorteile verbunden sind.