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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.
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.
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.
Die Abgas-Gesetzgebung für Kraftfahrzeuge wurde in den letzten 25 Jahren stetig verschärft. Das Durchschnittsalter der PKW steigt kontinuierlich. Im Jahr 2000 lag dies bei 6,9 Jahren, im Jahr 2011 bei 8,3 Jahren und 2016 bei 9,2 Jahren. Dieser Trend hat auch zu einem Bestandsanstieg bei Fahrzeugen älter 30 Jahren geführt. Es stellt sich daher die Frage, welche Größenordnung diese Fahrzeuge > 30 Jahren bei der Betrachtung der Gesamtemissionen des Straßenverkehrs in der Bundesrepublik in Zukunft einnehmen werden. Aufbauend auf zwei möglichen Szenarien zum zukünftigen Fahrzeugbestand älter 30 Jahren sowie entsprechend abgeleiteten Fahrleistungen wurde der Emissionsbeitrag dieser Fahrzeuge bis zum Jahr 2030 hochgerechnet und modelliert. Zusätzlich wurden Werte für ein größeres Zusammenkommen solcher Fahrzeuge abgeleitet (Oldtimertreffen). Im Rahmen des Vorhabens wurden die limitierten Abgaskomponenten NOX (Stickoxide), HC (Kohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxid) und PM (Partikelmasse) betrachtet. Als Ausgangspunkt (2016) wurden 712.000 relevante Fahrzeuge mit einer jährlichen Fahrleistung von 1370 km für die Szenarien angesetzt. Im Ergebnis lässt sich festhalten, dass der Emissionsbeitrag der Fahrzeuge älter 30 Jahren in der Gesamtheit, auch für die späteren Bezugsjahre mit entsprechend höherem Fahrzeugbestand, in Summe pro Abgaskomponente jeweils nur einen einstelligen prozentualen Anteil ausmacht. Bei isolierter Betrachtung der Außerorts-Anteile steigen die Werte jedoch durchaus auch an. Am Tag des modellierten Treffens tragen die Oldtimer zwar maßgeblich zu den Emissionen bei, bezogen auf die durchschnittlichen jährlichen Tageswerte der Emissionskomponenten ergeben sich jedoch auch hier lediglich Veränderungen im unteren einstelligen Prozentbereich.
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.
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.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen unterhält seit 1987 an der BAB A 4 bei Bergisch Gladbach/Bensberg eine Abgasmess- und Verkehrszählstelle. In unterschiedlichen Entfernungen zur Trasse werden dort kontinuierlich und simultan die Konzentrationen der Abgaskomponenten Stickstoffmonoxid (NO) und -dioxid (NO2), die O3-Belastung sowie Verkehrs- und Meteorologiedaten gemessen. Mit den gewonnenen Daten konnte die Entwicklung verkehrsbedingter Stickoxidimmissionen in bezug auf die stetig zurückgehenden spezifischen Fahrzeugemissionen bei gleichzeitig wachsendem Verkehrsaufkommen quantitativ verfolgt werden. Im Beobachtungszeitraum bis 1994 wurde bei einem Anstieg des Verkehrsaufkommens von circa 23 Prozent eine durchschnittliche Minderung der NO-Immissionen von über 40 Prozent und der NO2-Belastung (abhängig vom Abstand zur Fahrbahn) von 30 bis 60 Prozent ermittelt. Die am BAB-Querschnitt registrierte Abnahme der NOx-Immissionen beruht im wesentlichen auf dem stetig wachsenden Anteil schadstoffreduzierter Pkw, denn auf dem Nutzfahrzeugsektor ist aufgrund der erst im Anfangsstadium befindlichen Lkw-Abgasgesetzgebung noch keine nennenswerte Reduzierung der Stickoxid-Emissionen erfolgt.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen unterhält seit 1987 an der BAB A 4 bei Bergisch Gladbach/Bensberg eine Abgasmess- und Verkehrszählstelle. In unterschiedlichen Entfernungen zur Trasse werden dort kontinuierlich und simultan die Konzentrationen der Abgaskomponenten Stickstoffmonoxid (NO) und -dioxid (NO2) sowie Verkehrs- und Meteorologiedaten gemessen. Mit den gewonnenen Daten konnte die Entwicklung verkehrsbedingter Stickoxidimmissionen in Bezug auf die stetig zurückgehenden spezifischen Fahrzeugemissionen bei gleichzeitig wachsendem Verkehrsaufkommen quantitativ verfolgt werden. Im Beobachtungszeitraum bis 2000 wurde bei einem Anstieg des Verkehrsaufkommens von circa 35 Prozent eine durchschnittliche Minderung der NO-Immissionen von circa 60 Prozent und der NO2-Belastung von etwa 25 Prozent ermittelt; allerdings zeigt sich beim NO2 seit 1996 eine Stagnation im zeitlichen Immissionsverlauf. Die an der BAB registrierte Abnahme der NOx-Immissionen beruht im Wesentlichen auf dem stetig wachsenden Anteil schadstoffreduzierter Pkw in Verbindung mit der gesteigerten Effektivität der 3-Wege-Katalysatoren.
Es wird über die Entwicklungen der Geräusch-Emission schwerer Lkw berichtet. Zwischen 1975 und 2002 wurden die Grenzwerte von schweren Lkw der Leistungsklasse größer/gleich 150 kW für das maximale Geräusch bei der Typprüfung um 11 dB(A) verringert, was einen Rückgang der Prüfpegel um 9 dB(A) zur Folge hatte. Die Messung der Vorbeifahrtpegel schwerer Lkw an einer Autobahn-Steigungsstrecke deuten dagegen bei niedrigen Fahrzeug-Geschwindigkeiten auf einen wesentlich geringeren Pegelrückgang von 4 dB(A) hin.
In der Vergangenheit sind eine Reihe von Verfahren zur Messung des Reifen/Fahrbahn-Geräusches von Straßenfahrzeugen entwickelt worden. Die Fernfeldmessverfahren arbeiten mit am Straßenrand feststehenden Mikrofonen. Messgröße ist der maximale Vorbeifahrtpegel von Fahrzeugen, üblicherweise in einer Entfernung von 7,5 m. Bei den Nahfeldmessverfahren werden Mikrofone in geringer Entfernung zu einem rollenden Rad mitgeführt. Emissionsdaten für Immissionsberechnungen können vorzugsweise durch die statistisch abgesicherte Messung mittlerer Vorbeifahrtpegel in 7,5 m gewonnen werden. Für die Messung des Fahrbahneinflusses auf das Reifen/Fahrbahn-Geräusch oder die Abnahme neu gebauter Deckschichten und Texturen eignen sich die Fernfeldmessverfahren "Testfahrzeuge" und "Geschlepptes Rad" oder das Nahfeldmessverfahren "Schallmessanhänger". Die Prüfung der akustischen Homogenität längerer Straßenstücke lässt sich am einfachsten durch den Messanhänger bewerkstelligen.
Durch die Variation verschiedener Fahrbahnoberflächen und Reifen sollte mit Hilfe akustischer Messungen der Einfluss der Fahrbahntextur auf das Reifen-Fahrbahn-Geräusch untersucht und quantitativ beschrieben werden. Weiter sollten bautechnische Hinweise und Empfehlungen zur Enwicklung geräuschmindernder Fahrbahnoberflächen auf der Grundlage optimaler Texturparameter ausgearbeitet werden. Es wurden 41 dichte und 5 offenporige Fahrbahndecken aus Asphalt und Beton sowie eine elastische Deckschicht eingebaut und mit 16 Pkw- und 3 Lkw-Reifen dem Test unterzogen. Über die gewonnenen Erkenntnisse wird kurz berichtet.
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führte gemeinsam mit dem Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) am 7. und 8.12.2000 in Straßburg eine Fachtagung zum Thema "Straßenverkehrslärm" durch. Im Laufe des Workshops wurden Projekte aus nationalen Forschungsprogrammen vorgestellt, Forschungsergebnisse ausgetauscht sowie Möglichkeiten der Kooperation von BASt und LCPC im Bereich Straßenverkehrslärm auf bilateraler und europäischer Ebene erörtert. Der Workshop beinhaltete die beiden Schwerpunktbereiche Lärmemissionen des Straßenverkehrslärms und Schallausbreitung im Straßenverkehr.
Die Reduzierung des Verkehrslärms ist eine große Herausforderung für alle Beteiligten. Das gilt umso mehr, als nach den Prognosen sich die Verkehrsleistung auf der Straße noch stark erhöhen wird. Viele Stellen in Deutschland, wie Industrie, Forschungseinrichtungen und Behörden haben sich der Problematik angenommen. Forschungsarbeiten wurden und werden durchgeführt oder sind in Vorbereitung. Über die nationalen Aktivitäten hinaus wird das Thema europaweit behandelt. In vier Beiträgen wird über die europäischen Forschungsprojekte SILVIA, ITARI, SILENCE und P2RN berichtet. Das Spektrum der Konzepte dieser Forschungsarbeiten ist sehr breit und erstreckt sich über praktische und theoretische Ansätze.
Verkehrliche Ereignisse können einen großen Einfluss auf die Stickoxidbelastung nehmen. So erzeugen schon die Schwankungen der Verkehrsmenge im Tagesverlauf durch Berufspendlerverkehr typische Verläufe bei den Stickoxid-Belastungen. Aber auch außergewöhnliche Ereignisse wie Straßenteil- oder -vollsperrungen, Staus und damit einhergehende Änderungen des Verkehrsflusses und der mittleren Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Arbeitsstellen und in ihrem Zuge geänderte Linienführungen wirken sich zum Teil durch deutliche Zu- bzw. Abnahmen der Stickoxid-Konzentrationen aus. Im Rahmen dieses Projektes wurden Daten der Luftqualitätsmessungen an zwei Standorten der BASt an der A 4 und der A 61 in Bezug auf den Einfluss besonderer verkehrlicher Ereignisse untersucht. Dabei konnten deutliche Effekte in den Stickoxidbelastungen festgestellt werden. So wurden Abnahmen der Luftschadstoffbelastung insbesondere bei Verringerung des Schwerverkehrs festgestellt. Deutliche Zunahmen hingegen wurden beobachtet während Stausituationen und zähflüssigem Verkehr. Das Projekt ist vor dem Hintergrund der Stickoxid-Problematik für die weitere Beobachtung der Entwicklung dieser Luftschadstoffkomponenten in den kommenden Jahren von maßgeblicher Bedeutung. Verkehrsseitig erscheint die sinnvollste Möglichkeit zur Reduzierung von NOx-Luftschadstoffbelastungen die Einführung der Emissionsstandards EURO 5 und EURO 6 zu sein. Jedoch kann eine durch sie hervorgerufene Entlastung erst in vielen Jahren merkbar wirken, wenn sich die Fahrzeugflotte so weit erneuert hat, dass die genannten Standards den Großteil der Fahrzeuge ausmachen. Solange müssen passive Maßnahmen ergriffen werden, die die Luftqualität verbessern helfen. Daher könnten die Ergebnisse der Studie in Bezug auf Stickoxidbelastungen Hinweise auf etwaige Minderungsmöglichkeiten durch Verkehrsverstetigung und Verkehrsverlagerung geben. Jedoch muss bei diesen Betrachtungen immer beachtet werden, dass es durch Verlagerungseffekte an anderen Stellen im Straßennetz zu deutlichen Zunahmen der Verkehrsmenge und damit auch der Luftschadstoffbelastung kommen kann.
Der Schutz des Grundwassers spielt bei Umweltverträglichkeitsprüfungen im Zusammenhang mit Straßenbauvorhaben eine immer größere Rolle. Das Bundes-Bodenschutzgesetz gebietet einen flächendeckenden Schutz vor Fremdstoffen, die aus verunreinigten oberen Bodenschichten in das Grundwasser einsickern können. Über die möglichen und in einigen Fällen auch über tatsächliche Auswirkungen des Straßenablaufwassers auf das Grundwasser sind in den letzten Jahren detaillierte Forschungsvorhaben veröffentlicht worden. Im vorliegenden Bericht ist die Aufbereitung der bekannteren Arbeiten zum Thema bewusst knapp gehalten und konzentriert sich auf diejenigen Aspekte der vorgestellten Werke, die über zu erwartende Sicker- und Grundwasserbelastungen, beziehungsweise über Schutzfunktionen des Bodens, besonders zielführend berichten. Schließlich werden die Arbeiten im Zusammenhang betrachtet und einem über die Einzelbeiträge hinausgehendem Resumee unterzogen. Obwohl die Konzentrationen an straßenspezifischen Substanzen im Straßenoberflächenwasser oft hoch sind, finden sich nach der Passage des Bankettbodens nur geringe Spuren im Sickerwasser. Auch in Sickerschächten, Sickerbecken und ihren zuleitenden Gräben wirken die Sedimente als effektiver Filter und lassen Schadstoffe kaum in tiefere Bodenschichten oder das Grundwasser eindringen. Die Bodenschutz-Verordnung bestimmt als Beurteilungszone für das Sickerwasser den Übergang von der wasserungesättigten zur wassergesättigten Bodenschicht. Aus den Ergebnissen lässt sich abschätzen, dass bei ton- und humusreichen neutralen bis basischen Böden keine Gehalte zu erwarten sind, die über den durch die Verordnung vorgegebenen Prüfwerten liegen. Lediglich für bindungsarme, saure Böden bestehen noch Unsicherheiten und Forschungsbedarf.
Um festzustellen, ob bei vorübergehendem Fahrzeugstillstand kurzzeitige Motorabschaltungen gegenüber konstantem Leerlaufbetrieb eine Reduzierung oder aber aufgrund des Startvorganges eine Zunahme der Kraftstoffverbräuche und Schadstoffemissionen zur Folge haben, wurde mit dem Emissions-Mess-Fahrzeug (EMF) der BASt ein entsprechendes Untersuchungsprogramm realisiert. Dabei war auch der Fragestellung nachzugehen, was dem Autofahrer an einer roten Ampel oder einem Bahnübergang (oder den Kommunen bei entsprechender Beschilderung) zu empfehlen ist, dass heißt ob der Motor abgeschaltet werden soll oder nicht. Im ersten Abschnitt des Projektes wurde anhand einzelner Motorstopp-/Startvorgänge untersucht, wie lange der Motor mindestens ausgeschaltet werden muss, damit Einsparungen möglich sind. Es stellte sich heraus, dass die Standzeiten, ab wann aus der vorübergehenden Motorabschaltung Vorteile für die Umwelt entstehen, für die verschiedenen Abgaskomponenten sehr weit auseinander liegen: bei Kraftstoffverbrauch und Stickoxidemissionen etwa ab zehn Sekunden, bei Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen erst ab etwa fünf Minuten. Im zweiten Projektabschnitt wurden Messfahrten im Straßenverkehr durchgeführt, die einen definierten, 20 Sekunden dauernden Fahrzeugstillstand in Form einer Ampelstopp-Simulation beinhalteten. Mit diesem realitätsnahen Versuchskonzept sollten die Ergebnisse aus den Motorstopp-Startversuchen überprüft werden. Es zeigte sich, dass die unter idealen Bedingungen erarbeiteten Resultate des ersten Abschnitts auch auf reale Verhältnisse angewendet werden können. Alle Ergebnisse beziehen sich auf das Messfahrzeug mit warmem Motor. Die Übertragbarkeit auf andere Fahrzeuge - insbesondere solche mit anderen Motor- beziehungsweise Gemischaufbereitungs- und Abgasreinigungskonzepten - ist daher nicht oder nur eingeschränkt zulässig. Die Größenordnungen der Ergebnisse können aber vermutlich auf vergleichbare, mit Katalysator ausgestattete Fahrzeuge übertragen werden.
Ziel der Untersuchung war es, anhand realer Fälle adaptive Steuerungen von Lichtsignalanlagen für städtische Hauptverkehrsstraßen mit konventionellen Steuerungen zu vergleichen. Für die Untersuchung wurden je zwei Hauptverkehrsstraßen in Münster und Remscheid ausgesucht, auf denen adaptive Steuerungen eingerichtet wurden. Dabei wurde zunächst eine konventionelle Koordinierung mit weitgehend verkehrsabhängigen Elementen hergestellt. Zusätzlich konnte jeweils eine adaptive Steuerung geschaltet werden. Auf allen Strecken wurden systematisch Testfahrten bei Schaltung der verschiedenen Steuerungszustände durchgeführt. Die hierbei mittels GPS aufgezeichneten Fahrzeugtrajektorien wurden hinsichtlich der Anzahl von Halten und der Wartezeiten analysiert, um so zu einer verkehrstechnischen Beurteilung zu gelangen. Auf der ersten Teststrecke in Münster konnte durch die adaptive Steuerung eine deutliche Verbesserung des Verkehrsablaufs erreicht werden. Auf der zweiten Teststrecke in Münster ließ sich dieser Erfolg nicht wiederholen. Es traten teilweise erhebliche verkehrliche Verschlechterungen bei Schaltung der adaptiven Steuerung ein. Auf den Teststrecken in Remscheid ergaben sich durch die adaptive Steuerung in jeweils einer Fahrtrichtung Verbesserungen des Verkehrsflusses. Dem stehen jedoch Verschlechterungen in der Gegenrichtung gegenüber. Weil eine direkte Erfassung der Immissionen vor Ort nicht möglich war, wurde eine Antwort hinsichtlich der ökologischen Wirkungen durch mikroskopische Simulation gesucht. Für je eine Strecke in Münster und Remscheid wurde die adaptive Steuerung in ein VISSIM-Modell integriert. Die simulierten Fahrzeugtrajektorien wurden durch das Verfahren PHEM im Hinblick auf die Schätzung der Emissionen analysiert. Dabei zeigte sich in Münster eine leichte Verbesserung (1,0 %) der ökologischen Auswirkungen als Folge der adaptiven Steuerung. In Remscheid zeigte sich nach den eingetretenen ungünstigen verkehrlichen Wirkungen erwartungsgemäß auch eine Verschlechterung der ökologischen Auswirkungen. Die Ergebnisse der mikroskopischen Simulation in Verbindung mit der adaptiven Steuerung auf diesem Streckenzug unterlagen jedoch erheblichen Schwankungen, sodass hiermit lediglich tendenzielle Aussagen möglich sind. Im Ergebnis zeigte sich, dass die adaptiven Verfahren die Möglichkeit eröffnen, den Verkehrsfluss auf städtischen Hauptverkehrsstraßen zu verflüssigen. Dabei können auch Verbesserungen hinsichtlich der Schadstoffemissionen und des Energieverbrauchs eintreten. Diese Verbesserungen können jedoch nicht uneingeschränkt vorausgesetzt werden, sondern bedürfen einer zum Teil längerfristigen, kostenintensiven Einstellungsphase.
Im Rahmen des zweitägigen Kolloquiums "Luftqualität an Straßen 2013" wurden aktuelle Forschungsaktivitäten und Maßnahmen auf dem Gebiet der Luftreinhaltung im Einflussbereich von Straßenbau und Straßenverkehr vorgestellt. Der Tagungsband gibt 14 Fachvorträge und die 4 Beiträge der Posterausstellung wieder.
Auf der zweitägigen Fachtagung "Luftqualität an Straßen" wurden aktuelle Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Luftreinhaltung und besonders der verkehrsbedingten Luftschadstoffe präsentiert. Der Tagungsband gibt die 17 Fachvorträge und die Übersicht der tagungsbegleitenden Posterausstellung wieder.
Jahresbericht 2009/2010
(2011)
In der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wird bereits seit 60 Jahren Forschungsarbeit für Sicherheit, Effizienz, Ökologie sowie Ökonomie auf dem Gebiet des Straßenverkehrswesens geleistet. Der Jahresbericht stellt die Forschungsschwerpunkte aus den letzten beiden Jahren vor: Viele Einzelmaßnahmen sind im Hinblick auf das sichere Verhalten der Verkehrsteilnehmer nötig. Bei der Umsetzung der Sicherheitskampagne "Runter vom Gas" war es Aufgabe der BASt, das Bundesverkehrsministerium (BMVBS) im Entscheidungsprozess über Zielsetzung, Zielgruppendefinition, Kampagnenbotschaft sowie Form und Dauer der Kampagne zu unterstützen. Durch das "Begleitete Fahren ab 17" und die Einführung eines generellen Alkoholverbotes für Fahranfänger konnten die Unfallzahlen der Fahranfänger in den letzten Jahren deutlich gesenkt werden. Die BASt ist auch an der Entwicklung von Maßnahmen und Kampagnen für weitere Risikogruppen beteiligt, zum Beispiel Zweiradfahrer, Ältere und Kinder. Im Bereich der Fahrzeugtechnik werden kooperative Verkehrssysteme, die auf der Vernetzung von Fahrzeugen oder Fahrzeugen und Verkehrstechnik beruhen, in den Blickpunkt genommen. Geeignete Strategien für eine Bewertung der Wirkung und damit der Effizienz sind zu entwickeln, um die erwarteten Vorteile der kooperativen Verkehrssysteme nutzbar zu machen. Vorausschauende und integrierte Fahrzeugsicherheitssysteme, die neben der passiven auch die aktive Sicherheit verbessern, sind auf dem Vormarsch. Neben der Sicherheit beschäftigen aber auch rechtliche Fragestellungen die Fachleute. Auch die Entwicklung und Verbreitung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben mit all ihren Möglichkeiten und Risiken stellen neue Fragen an die Forschung. Hochautomatisierung (für sehr kurze Zeitspannen) wird von der BASt derzeit in verschiedenen Projekten erforscht. Weiterer Fokus der Forschungsarbeit ist es, die Schonung von Umwelt und Ressourcen zu fördern. Es werden Maßnahmen entwickelt und getestet, um die Schadstoff- sowie die Lärmbelastung zu reduzieren. Beispielsweise wird untersucht, inwieweit Nanopartikel aus Titandioxid zur Reduzierung der Stickoxidkonzentrationen an hoch belasteten Verkehrswegen eingesetzt werden können. In Pilotprojekten werden Verfahren, die sich im Labor bereits bewährt haben "auf der Straße" erprobt. Im Hinblick auf den Klimawandel wurde in der BASt eine Arbeitsgruppe eingerichtet, die sich mit den zu erwartenden Auswirkungen beschäftigt, um diesen rechtzeitig begegnen zu können. Für den Straßenbau ist im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft die Verwendung vorhandener Infrastrukturen als Rohstoffquelle zu erforschen und zu nutzen. Bei neuen Asphaltkonzeptionen wird insbesondere eine Steigerung des Wertschöpfungsniveaus angestrebt. In der Abteilung Straßenverkehrstechnik werden Verfahren entwickelt, um unfallauffällige Bereiche im Straßennetz bereits in der Planungsphase zu identifizieren. Die Ausstattung der Straße mit optimierten Verkehrsbeeinflussungsanlagen und Schutzeinrichtungen, ökonomischen Beleuchtungsanlagen sowie dauerhaften, gut sichtbaren Fahrbahnmarkierungen sind Arbeitsschwerpunkte; ebenso der effektive und ökologische Winterdienst sowie gut erkennbare Warn- und Leiteinrichtungen an Arbeitsstellen. Mehrere internationale Projekte, in denen die BASt aktiv mitarbeitet, fokussieren die zivile Sicherheit der gesamten Straßeninfrastruktur. Verkehrsinfrastruktur zu optimieren und zu erhalten ist Forschungsziel im Bereich des Brücken- und Ingenieurbaus. Nachhaltigkeit ist hier zentrales Leitbild für die Zukunft. Um detaillierte Aussagen über die Belastung und den Zustand von Straßen und Brücken zu machen, baut eine abteilungsübergreifende Arbeitsgruppe der BASt ein Netz von Achslastmessstellen auf und erhebt regelmäßig Daten. Diese werden analysiert und fließen in diverse Managementsysteme der Straßen und Bauwerke für Erhaltungs- und Planungsmaßnahmen ein. Im Rahmen der Zustandserfassung und "bewertung von Fahrbahnoberflächen werden zudem alle Bundesfernstraßen alle vier Jahre messtechnisch erfasst. Zustandskarten und spezielle Statistiken sind so jederzeit für die Aufgaben von Bund, Ländern und Dritten verfügbar. Durch einen prozesssicheren automatisierten Straßenbau sollen künftig Schwachstellen beim Straßenbau vermieden werden.
Untersuchungen an einer Beobachtungsstrecke mit Niedrigtemperatur-Gussasphalt : BAB 1 Euskirchen
(2003)
Durch die laufende Diskussion hinsichtlich der Emissionsgrenzwerte bei Gussasphalten und auch die Suche nach Problemlösung zur CO2-Reduktion und Energieeinsparung bei der Herstellung von Asphalt werden zunehmend Additive und modifizierte Bindemittel angeboten, die viskositätsabsenkend wirken sollen und so die Herstellungs- und Verarbeitungstemperaturen von Asphalten absenken. In dem hier vorliegenden Bericht wird der Einbau von Gussasphalt mit abgesenkten Temperaturen auf einer Erprobungsstrecke auf der BAB 1 bei Euskirchen dokumentiert. Es wurden die Additive Asphaltan A, Sasobit und das Fertigbindemittel Sübit VR 35 erprobt. Dabei wurde der Zusammenhang zwischen der Verarbeitungstemperatur der Gussasphalte und der dabei auftretenden Emissionsbildung untersucht. Die beim Einbau gemessenen Emissionen lagen in allen Versuchsfeldern deutlich unter 10 mg/m-³. Die modifizierten Gussasphalte wurden zudem hinsichtlich ihrer Gebrauchseigenschaften untersucht. Dabei ergaben sich keine Hinweis darauf, dass die Modifikation der Gussasphalte die Gebrauchseigenschaften nachteilig beeinflussen. Die Erprobungsstrecke soll über einen Zeitraum von mindestens 6 Jahren beobachtet werden.
Zur Ermittlung und Beurteilung der Schadstoffeinträge in Bankett, Straßenböschungen, Böden und Entwässerungseinrichtungen werden an drei Autobahnstandorten Staubniederschlag und Straßenabflusswasser untersucht. Die Messungen wurden 2005 begonnen. Die bisherigen Messergebnisse sind in der Schriftenreihe der BASt erschienen (KOCHER 2006, 2007). Im vorliegenden Bericht werden die Messergebnisse aus dem Zeitraum 2008-2009 vorgestellt und eine Übersicht über den gesamten bisherigen Messzeitraum gegeben. An Staubniederschlägen und Konzentrationen im Straßenabfluss scheint für den aktuellen Messzeitraum, aber vor allem auch bei Betrachtung aller bisher genommenen Proben zwischen Februar 2005 und Dezember 2009 eine sinkende Tendenz der Metalleinträge feststellbar. Mögliche Einflussfaktoren außer einer straßenverkehrsbedingten Änderung der Einträge sind beim Staubniederschlag der zweimalige Wechsel des Gefäßtyps (09/2008 von 1.5L-Glasgefäßen zu 1.5L-PE-Gefäßen, 04/2009 zu 2.5L-Glasgfäßen), das regelmäßige Mähen der Aufstellflächen mit einem benzinbetriebenen Freischneider ab 05/2008 (siehe auch Methodenkapitel) sowie niedrigere Bestimmungsgrenzen für viele Parameter ab 02/2009. Diese Faktoren zusammengenommen lassen Änderungen der mittleren Fracht im Staubniederschlag, die nicht straßenverkehrsbedingt sind, wenn, dann nur in den bodennahen Gefäßen erwarten. Diese Erwartung lässt sich bei Betrachtung der Zeitreihen der Messergebnisse nicht bestätigen. Sowohl in den bodennahen Sammlern als auch in den Sammlern in 1.5 m Höhe ist an allen Standorten für Blei eine sehr deutliche und für Cadmium eine deutliche Abnahme zu erkennen. Die Änderungen der mittleren Fracht scheinen also nicht methodenbedingt, sondern durch den Straßenverkehr bzw. durch veränderte Emissionen bedingt zu sein. Bei Cobalt, Eisen, teilweise auch Kupfer, Molybdän, Nickel, Vanadium und Zink ist bei den meisten Messtellen sowohl bodennah als auch in 1.5 m Höhe ebenfalls eine, wenn auch schwächere Abnahme der Frachten über den bisher untersuchten Zeitraum zu erkennen. Das betrifft alle untersuchten Entfernungen, auch die Hintergrundmesspunkte in bis zu 130 m Entfernung vom Fahrbahnrand. Keines der untersuchten Elemente zeigt eine Zunahme. Der an den untersuchten BAB zu beobachtende Trend zu niedrigeren Metalleinträgen geht parallel zur Entwicklung in urbanen Räumen. Die in der vorliegenden Untersuchung in 1.5 m Höhe gemessenen Werte liegen nicht immer unterhalb der Immissionswerte der TA Luft. Überschreitungen treten für Staubniederschlag an den fahrbahnnächsten Messpunkten bis in 2.5 oder maximal 5 m Entfernung vom Fahrbahnrand und an einem im Wald gelegenen Referenzmesspunkt in 50 m Entfernung auf. Die Immissionswerte für Cadmium und Blei werden an keinem Messpunkt überschritten. Der Immissionswert für Nickel wird im Bereich bis 10 m Entfernung von der Fahrbahn häufig überschritten. In den Proben von Straßenabflusswasser an der A 555 und A 61 überschreiten nur die Mittelwerte der gelösten Gehalte von Kupfer und Zink die Geringfügigkeitsschwellenwerte für das Grundwasser der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA 2004). Die Umweltqualitätsnormen der Wasserrahmenrichtlinie der EU für Blei, Cadmium und Nickel werden nicht überschritten, ebenso werden die Prüfwerte für Sickerwasser der BBodSchV (BMU 1999) nicht erreicht. Die meisten Metalle liegen weit überwiegend als Feststoff im Straßenabfluss vor. Eine Ausnahme hiervon stellt Cadmium dar, von dem mehr als 30 % des Anteils in gelöster Form vorliegt. Daher ist der Reinigungsleistung von Absetzbecken bezüglich Cadmium eine Grenze gesetzt, wenn nur die Absetzwirkung alleine berücksichtigt wird. Auch bei Molybdän und Zink liegen größre Anteile in löslicher Form vor (ca. 26 % bzw. 16 %). Anhand des vollständigen bisher vorliegenden Datensatzes wurden Umrechnungsfaktoren bestimmt, mit denen der Eintrag aus Staubniederschlag in 1.5 m Höhe multipliziert werden kann, um den bodennahen Eintrag abzuschätzen. Sie betragen für 1 m Entfernung 7.5, für > 2 m bei freier Ausbreitung 2.5 und bei Lage der Straße nahe Lärmschutzwänden und Wald 1.5, und gelten sowohl für den Staubniederschlag als auch für die untersuchten Metalle. Es ist vorgesehen, die Messungen sowohl bodennah als auch in 1.5 m Höhe fortzusetzen und die Umrechnungsfaktoren anhand der Ergebnisse des nächsten Messzeitraumes zu validieren.
The Joint Transport Research Centre of the Organisation for Economic Co-operation and Development and the International Transport Forum recently conducted a benchmarking study of the safety and productivity of typical highway transport trucks from various countries. This paper focuses on vehicle productivity and efficiency in regard to the movement of freight. Forty vehicles from 10 countries were examined. The vehicles were designed for longer-haul applications and were classified in three separate categories: workhorse vehicles, which are the most common and can travel on most roads; high-capacity vehicles, which may be restricted to a certain class of road; and very high-capacity vehicles, which may be restricted to specific highways or routes. The metrics used in the analysis include maximum cargo mass and volume capacity, optimum cargo density, fuel consumption, and carbon dioxide output as a function of the freight task. The study found that size and weight regulations have a significant effect on the productivity and efficiency of heavy vehicles, including fuel consumption and vehicle emissions per unit of cargo transported. Significant variations were found among the vehicles from participating countries as well as within vehicle classes. It was also apparent that, in general, higher-productivity vehicles are correlated more strongly with increased cargo volume than with increased cargo mass and that larger trucks are better suited to lower-density freight than are workhorse vehicles. The study also found that it is important to consider the freight task when evaluating vehicle fuel consumption and emissions.
In der vergangenen Zeit ist das Thema Feinstaub durch die Einrichtung der Umweltzonen in das Blickfeld der Öffentlichkeit getreten. Neben den gesundheitlichen Risiken werden auch die Quellen und mögliche Maßnahmen zur Eindämmung im Rahmen zahlreicher Forschungsprojekte untersucht. Der motorisierte Straßenverkehr stellt eine bedeutende Quelle für Feinstäube dar, weshalb hier im Rahmen des Projekts "Einfluss der Straßenrandbegrünung auf die PM10-Konzentration" Möglichkeiten zur Beeinflussung der Feinstaubkonzentration durch Pflanzen entlang von Fernstraßen bewertet werden sollten. Ziel des Projektes war es zu ermitteln, in wie weit Pflanzen am Straßenrand Feinstäube auf ihren Blattoberflächen abscheiden und so einen Beitrag zur Senkung der Feinstaubbelastung leisten können. Auf der anderen Seite sollten aber auch die Belastungen der Pflanzen untersucht werden, der sie durch die Feinstäube ausgesetzt werden. Es konnte gezeigt werden, dass Pflanzen grundsätzlich in der Lage sind, größere Mengen an Feinstaub auf ihren Blättern abzuscheiden. Darüber hinaus haben die Untersuchungen gezeigt, dass die Blätter durch den Regen zumindest teilweise von ihrer Staubfracht befreit werden können. Durch Messungen an Autobahnen im Raum Wuppertal konnten diese ersten Ergebnisse zum Teil bestätigt werden. Teilweise zeigten sich aber auch lokale Erhöhungen der Feinstaubkonzentration, für die bislang keine eindeutige Begründung gefunden werden konnte. Die Ergebnisse zeigen eine erste Möglichkeit auf, die Feinstaubbelastung mit Hilfe von Pflanzen zu senken. Allerdings sind bis zu einem gezielten, für die PM10-Konzentration relevanten Einsatz von Pflanzen noch umfangreiche Untersuchungen erforderlich, um die hier aufgeworfenen Fragestellungen abschließend klären zu können.
An drei BAB-Messstandorten (A4, A555, A61) wurden die Einträge von Schadstoffen aus dem Straßenverkehr in den Boden bzw. in Entwässerungseinrichtungen von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) für den Messzeitraum Mitte 2006 bis Mitte 2007 erfasst und im Vergleich zum Messzeitraum 2005/2006 beurteilt. Die Stoffeinträge des Messzeitraumes Juli 2006 bis Juni 2007 liegen für alle Stoffe deutlich niedriger als die des Messzeitraumes Januar 2005 bis Juni 2006. Abweichend davon weist der Hintergrundmesswert der A555 in 100 m Entfernung vom Fahrbahnrand höhere Depositionsraten aller Stoffe auf, und im Straßenabfluss traten höhere Zink- und Eisenwerte auf als im vorigen Zeitraum. Der mittlere Gesamtstaubniederschlag in Bodennähe erreichte in der Messperiode 2006/2007 nur etwa 55 % bis 90 % des Gesamtstaubniederschlages 2005/2006. Die Frachten der meisten untersuchten Elemente liegen etwa im selben Verhältnis wie die Gesamtstaubdeposition niedriger. Ausgenommen davon sind die vorwiegend straßenverkehrsbedingten Elemente Blei, Kupfer und Zink, die eine deutlich geringere Abnahme als der Staubniederschlag zeigen, am Standort A61 zeigen sich sogar deutlich höhere Frachten dieser drei Elemente. Anhand des zeitlichen Verlaufes der Konzentrationen im Straßenabfluss lässt sich zeigen, dass nicht nur Natrium-, sondern auch Calciumeinträge zum großen Teil durch den Tausalzeinsatz bedingt sind. Für die Konzentrationen von Cadmium und Zink im Straßenabfluss lässt sich ebenfalls ein deutlicher Jahresgang feststellen, für die Deposition mit dem Staubniederschlag nicht. 2006/2007 liegen in 1,5 m Höhe an der A555 und A4 mehr als 90 % der Monatswerte auch 1 m neben der asphaltierten Fahrbahnfläche im Bereich der Vergleichswerte für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Teilweise wies in dieser Höhe der Staubniederschlag auch 2006/2007 so niedrige Einwaagen und Gehalte an Schwermetallen auf, dass die Bestimmungsgrenze in der Aufschlusslösung nicht erreicht wurde. An der A61 treten dagegen am straßennächsten Messpunkt in 2,5 m Entfernung höhere Werte auf, jedoch nicht so hoch wie 2005/2006. Die bodennahen Messpunkte weisen, wie auch 2005/2006, zum Teil wesentlich höhere Gesamtstaubniederschläge auf als die in 1,5 m Höhe. Sie überschritten fast immer die typischen Bereiche für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Es besteht an allen Messstandorten ein starker Zusammenhang zwischen Höhe des Stoffeintrages und Entfernung vom Fahrbahnrand. Die räumlichen Verteilungen der Stoffeinträge zeigen zusätzlich klare Unterschiede für die drei Autobahnstandorte. Die Verkehrsstärken der drei Standorte unterscheiden sich nicht sehr stark, aber der Standort A61 mit der höchsten Verkehrsstärke und einem zwei- bzw. dreimal höheren Lkw-Anteil als A4 und A555 weist auch die höchsten Staubniederschlagsmengen und Depositionsraten für fast alle untersuchten Stoffe auf. Die für 2005/2006 gemachten Aussagen zur Abhängigkeit der Stoffeinträge von der Lage zur Hauptwindrichtung, Lkw-Anteil und Strömungshindernissen können bisher bestätigt werden. Die Konzentrationen liegen in beiden bisherigen Untersuchungszeiträumen in 1,5 m Höhe für viele Elemente höher als in Bodennähe. Eine mögliche Ursache für diesen Konzentrationsunterschied kann der Eintrag von Staub bzw. Bodenmaterial aus der direkten Umgebung in die bodennahen Sammler sein. Anhand der Ergebnisse des Forschungsprojektes "Schadstoffgehalte in Bankettmaterial - bundesweite Datenauswertung" zeigte sich, dass das hier durchgeführte Messprogramm die relevanten anorganischen Parameter enthält und die Aufnahme weiterer Metalle oder Salze in das Messprogramm nicht notwendig ist. Die regelmäßige Untersuchung organischer Stoffgruppen, die in Bankettmaterial oder Straßenabfluss auffällig erscheinen, wäre sinnvoll, ist aber sehr kostenintensiv. Die Messungen werden im Rahmen eines weiteren Projektes fortgesetzt.
An drei BAB (A4, A555, A61) wurden Messstandorte eingerichtet, um die Einträge von Schadstoffen aus dem Straßenverkehr in den Boden beziehungsweise in Entwässerungseinrichtungen beurteilen zu können. Die ersten 18 Monate der Messungen werden im Rahmen des vorliegenden Berichtes dokumentiert. Die drei Standorte decken bei vergleichbarer Gesamtverkehrsstärke von etwa 70.000 Kfz/24h mit 5,4 % bis 19,8 % ein breites Spektrum von Lkw-Anteilen am DTV ab. Ihre Lage ermöglicht die Untersuchung verschiedener Stoffausbreitungsvarianten. Die Ergebnisse der Messperiode von Januar 2005 bis Juni 2006 zeigen, dass außer Schwermetallen auch große Mengen an Massenelementen aus dem Straßenverkehr in den Straßenseitenraum gelangen. Dabei handelt es sich nicht nur um Natrium aus Tausalzeinsatz, dessen Einfluss in Staub- und Wasserproben eindeutig nachzuweisen ist, sondern auch um Calcium und Eisen in fast ebenso hohen Konzentrationen und Frachten. Es gibt Hinweise aus laufenden Forschungsprojekten, dass diese Einträge zur Verbesserung des Schadstoffbindungsvermögens im Bankett und in den partikulären Anteilen des Straßenabflusses beitragen. Die in der vorliegenden Untersuchung bestimmten Stoffeinträge liegen in 1,5 m Höhe meist oberhalb der Vergleichswerte für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Die bodennah ermittelten Depositionsraten sind höher. Der Einfluss der Luv- und Leelage der Messpunkte lässt sich sowohl an der Höhe der fahrbahnnahen Stoffeinträge als auch an der räumlichen Verteilung belegen. Es besteht an allen Messstandorten ein starker Zusammenhang zwischen Höhe des Stoffeintrages und Entfernung vom Fahrbahnrand. Die räumlichen Verteilungen der Stoffeinträge zeigen zusätzlich klare Unterschiede für die drei Autobahnstandorte. Der Standort A61 mit einem zwei- bzw. dreimal höheren Lkw-Anteil als A4 und A555 weist auch die höchsten Staubniederschlagsmengen und Depositionsraten auf. Trotz leicht höherer Verkehrsstärke und höherem Lkw-Anteil liegen die Depositionsraten an der A4 etwas niedriger als an der A555. Dies ist wahrscheinlich durch die unterschiedliche Lage der Standorte zur Hauptwindrichtung bedingt. Ein Einfluss auf den Stoffeintrag durch die Lage der Messpunkte der A4 in Aussen- oder Innenkurve mit entsprechender Entwässerung ließ sich dagegen nicht feststellen. In den Straßenabflussproben weisen viele der Metalle (zum Beispiel Chrom, Kobalt, Kupfer, Molybdän, Nickel) Werte nahe an oder unter der Bestimmungsgrenze auf. Fast 90 % der Konzentrationswerte der Schwermetalle Cadmium und Zink liegen unterhalb oder im Bereich der Sickerwasserprüfwerte der Bodenschutzverordnung, bei den anderen Schwermetallen fast alle Werte. Vergleichbare Untersuchungen existieren bisher nicht. Eine Abschätzung des Umweltbundesamtes (UBA) zu Stoffeinträgen in Boden und Wasser aus diffusen Quellen zeigt, dass der Kraftfahrzeugverkehr erheblichen Anteil an den Einträgen von Kupfer, Zink und Blei in Gewässer und Böden hat. Die Berechnungen basieren allerdings auf teilweise sehr alten Emissionsdaten und Emissionsabschätzungen. Die hier dokumentierten Messungen sollen die Straßenbauverwaltung bei der Mitwirkung an den nationalen und europäischen Regelwerken zu Boden- und Wasserschutz stützen und bilden eine Datengrundlage für die Bearbeitung weiterführender Fragestellungen. Die Messungen werden im Rahmen eines weiteren Projektes fortgesetzt.
Für schwere Nutzfahrzeuge der Abgasstufe Euro 3 mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 12 t liegen zur Zeit nur wenige belastbare Emissionsfaktoren (E-Faktoren) vor. Bislang sind nur vereinzelt entsprechende Motoren auf Prüfständen vermessen worden. Über das Emissionsverhalten solcher Antriebe im realen Fahrbetrieb liegen so gut wie keine Erkenntnisse vor. Ziele des Vorhabens waren: 1.) die Aufstockung der Emissionsfaktoren Datenbasis durch Vermessung von Fahrzeugen im Straßenbetrieb, 2.) der Vergleich von Realmessungen mit Werten aus dem Emissionsfaktoren-Handbuch und 3.) die Validierung moderner on-board-Messverfahren. Für die Messungen wurden drei schwere Sattelzugmaschinen mit Auflieger sowie ein Fahrzeug aus dem Verteilerverkehr ausgewählt. Es wurden Messfahrten mit voller und halber Beladung durchgeführt. Die verwendete on-board-Messtechnik erfasste hierbei zeitaufgelöst die gasförmigen Emissionen sowie den Abgasmassenstrom. Zusätzlich wurden Leistungs- und Geschwindigkeitsdaten erfasst. Für die Auswertung der Daten mussten die Fahrmuster, wie sie im Emissionsfaktoren-Handbuch beschrieben sind, aus den Fahrprofilen der Messfahrten isoliert werden. Für geeignete Fahrmuster wurden Emissionsfaktoren in g/km ermittelt und denen des Emissionsfaktoren-Handbuches gegenübergestellt. Zur Bewertung der benutzten on-board-Messtechnik wurden auf dem Motorprüfstand Vergleichsmessungen in den europäischen stationären und dynamischen Typprüfzyklen ESC und ETC durchgeführt. Bei diesen Vergleichen zeigte sich die Analysetechnik sehr gut geeignet für mobile Messungen. Abweichungen zu den Laborergebnissen traten im Wesentlichen durch Unterschiede in der Abgasmassenstrommessung auf. Der Vergleich der Handbuch-Emissionsfaktoren mit den in diesem Vorhaben gewonnenen Ergebnissen auf der Basis von Durchschnittsgeschwindigkeit und mittlerer positiver Leistung ergab bei den Sattelzügen keine gravierenden Unterschiede bei HC, NOx und CO2 für den Mittelwert über alle 3 Fahrzeuge. Bei CO wies ein Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten deutlich höhere Emissionen und größere Varianzen auf, so dass dort die Kurve der Mittelwerte deutlich über der Trendkurve des Handbuchs liegt. Für eine leistungsspezifische Darstellung der Messwerte wurden in unterschiedlichen Leistungs- und Drehzahlfenstern quasistationäre Betriebsbedingungen gesucht und die Ergebnisse als gemittelte Emissionswerte dargestellt. Für ein Fahrzeug wurden exemplarisch die Prüfpunkte des ESC in diese Darstellung eingefügt. Bei Betrachtung der Betriebsweise auf der Straße und Vergleich mit der Wichtung der jeweiligen ESC-Prüfpunkte ist erkennbar, dass für dieses Fahrzeug die Wichtung des ESC nur sehr bedingt die Betriebsweise auf der Straße widerspiegelt. Abschließend kann festgestellt werden, dass, von Entwicklungsbedarf bei der Abgasmassen-strommessung abgesehen, Messtechnik zur Verfügung steht, um Realemissionen von Fahrzeugen im Straßenbetrieb für die Komponenten CO, HC, NOx und CO2 zu ermitteln. Die ermittelten Emissionsfaktoren sind geeignet, die Daten des Emissionsfaktoren-Handbuches zu validieren. Eine Erweiterung des Handbuches mit den ermittelten Ergebnissen ist aufgrund der sehr unterschiedlichen Datenstruktur nicht möglich. Dies ist aber auch nicht notwendig, da zwischen den Ergebnissen des Handbuches und den Ergebnissen der mobilen Straßenmessung eine gute Übereinstimmung besteht. Der Originalbericht enthält als Anhänge grafische Darstellungen der Geschwindigkeitsprofile der untersuchten Fahrten getrennt nach Automatik und Handschaltung bei unterschiedlichen Nutzlasten (Anhang A) sowie der Emissionsfaktoren der Fahrtabschnitte im Vergleich zum Handbuch (Anhang B). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge wurden zur Information des Lesers im Berichtstext beibehalten.
Unter der Leitung der Working Party 29 beauftragte die UN ECE Group of Experts on Pollution and Energy (GRPE) die ad-hoc Arbeitsgruppe WMTC mit der Entwicklung eines "World-wide Harmonised Motorcycle Emissions Test ProCedure". Das Ziel dieses Forschungsprogramms ist es, einen weltweit harmonisierten Prüfzyklus für die Messung der Schadstoffemissionen motorisierter Zweiräder zu entwickeln, der den Fahrzyklus und den dazugehörigen Schaltalgorithmus für die Prüfstandmessungen und die Beschreibung der Einstellungen der Prüfstände abdeckt. Die Emissionsvalidierungen im Rahmen des Validierungsprogramms Teil 2 wurden einesteils von der Industrie und andernteils von nationalen Regierungseinrichtungen in verschiedenen Ländern der Welt finanziert. Für Deutschland ließ die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Validierungstests für 8 Motorräder bei der RWTÜV Fahrzeug GmbH in Essen durchführen. Die Ergebnisse sind im ersten Teil des Berichts (Langfassung) dokumentiert. Mit dem Vorhaben sollte darüber hinaus aber noch das Ziel verfolgt werden, einen Vorschlag für die Erfassung von off-cycle Emissionen zu erarbeiten. Der Begriff "off-cycle Emissionen" umfasst diejenigen Emissionen eines Motorrades, die im realen Betrieb bei Fahrzuständen auftreten, die durch den Prüfzyklus nicht erfasst werden. Insofern sind off-cycle Emissionen ein grundsätzliches Problem, selbst bei einem repräsentativen Messzyklus. Beispielsweise werden Emissionen, die bei hochtourigen Fahrweisen mit starken Beschleunigungen auftreten, im WMTC nicht berücksichtigt. Um eine geeignete Lösung für die Erfassung von off-cycle Emissionen zu finden wurden die im Rahmen der WMTC Arbeiten zur Verfügung stehenden in-use Daten zum Fahrverhalten von Motorrädern noch einmal auf ihre Varianzen hin ausgewertet, um Motordrehzahlen und Fahrzeugbeschleunigungen zu bestimmen, die für off-cycle Emissionen zu berücksichtigen sind. Es wurden 3 verschiedenen Methoden zur Erfassung der off-cycle Emissionen untersucht, und zwar WMTC mit erhöhten Schaltdrehzahlen, Load Respose Test und Stationäre Geschwindigkeits-/Drehzahlkombinationen. Aus den Ergebnissen zu den off-cycle emissions kann insgesamt folgendes Fazit gezogen werden: Stationäre Drehzahlen sind für die Emissionsbestimmung im off-cycle Bereich ungeeignet. Die Anwendung des Ansatzes "erhöhte Schaltdrehzahlen" auf den WMTC Geschwindigkeitsverlauf ist ein Schritt in die richtige Richtung, aber er berücksichtigt nicht die größeren Beschleunigungen bei "sportlicher" Fahrweise. Der load response Test ist ein geeigneter Ansatz für die Überprüfung von off-cycle Emissionen. Allerdings muss man für die praktische Anwendung noch Schaltdrehzahlen verbindlich festlegen und Vorkehrungen treffen, um die Gefahr von Reifenschlupf zu verringern und somit die Wiederholbarkeit zu verbessern. Die Konstantfahrtphasen sollten dazu genutzt werden, das Emissionsverhalten bei höheren Drehzahlen als den normalen Schaltdrehzahlen des WMTC zu erfassen. Auch die Frage der Bewertung der Ergebnisse konnte im Rahmen dieses Vorhabens noch nicht abschließend geklärt werden. Um cycle bypass Maßnahmen zu erschweren sollten, die Start- und Zielgeschwindigkeiten darüber hinaus randomisiert werden. Wichtig im Zusammenhang mit der Bewertung von off-cycle Emission provisions ist außerdem die Diskussion und Festlegung von Grenzwerten für den off-cycle Bereich. Bei Fahrzeugen, die mit einem 3-Wege-Katalysator mit Lambdasondenregelung ausgerüstet sind, bietet die Erfassung der Lambdasondenspannung ein ergänzendes Hilfsmittel, um die Funktion der Regelung des Katalysators zu überprüfen. Sie sollte nicht nur im off-cycle Bereich sondern ebenfalls im normalen WMTC angewendet werden.
Im Hinblick auf die prozessbezogenen Beiträge nicht-motorischer Partikelemissionen durch Abriebs- und Aufwirbelung existieren derzeit lediglich Studien, die an stark belasteten Innerortsstraßen oder in Tunneln durchgeführt wurden. Für die Emissionen von Autobahnen konnten die so gewonnenen Ergebnisse daher nicht ohne Weiteres als repräsentativ für die wesentlich häufiger anzutreffende Situation frei angeströmter Autobahnabschnitte betrachtet werden. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurden im vorliegenden Projekt an der Autobahn A61 für mehr als 1 Jahr Luv-Lee Messungen durchgeführt. Mittels der NOx-Tracer-Methode wurden die in Tabelle 16 des Berichtes wiedergegebenen partikelmassen-bezogenen Emissionsfaktoren (EFs) ermittelt. Die EFs für PM10 sind mit Ergebnissen anderer Studien aus Deutschland beziehungsweise der Schweiz gut vergleichbar, während sich für die PM1-10-Fraktion geringere EFs ergaben, als aktuell angenommen. Mittels der Positiv-Matrix-Faktorisierung konnten neben den motorischen Emissionen vier nicht-motorische Quellfaktoren identifiziert und quantifiziert werden. Dabei zeigte sich neben einem deutlichen Einfluss durch Tausalzausbringung insbesondere die Relevanz von Bremsabrieb Diese Ergebnisse bestätigen somit auch für freiliegende Autobahnabschnitte die Signifikanz der nicht-motorischen Partikelemissionen für die PM10-Emissionen.
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, den Behörden und Kommunen Hinweise auf die Wirkung von Verkehrsberuhigungen zu geben. Es wurden an der Merseburger Straße in Halle (4-streifige Hauptverkehrsstraße mit cirka 32.000 Kfz/d, Straßenbahn auf eigenem Gleisbett in Mittellage) mit dem mobilen Messfahrzeug SNIFFER im Zeitraum 21.4. bis 10.5.2008 NOx-, PM 2.5- und PM10-Konzentrationen sowie ein Maß für den durch SNIFFER indizierten nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktor räumlich und zeitlich differenziert erfasst. Weiterhin erfolgten an zwei Tagen ebenfalls mittels eines Messfahrzeuges messtechnische Analysen des Verkehrsflusses. Die an der Merseburger Straße durchgeführten verkehrsberuhigenden Maßnahmen (Tempo 30-Signalisierung, an ausgewählten Tagen zusätzlich Displays zur Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit sowie angekündigte beziehungsweise durchgeführte Radarkontrollen) führten zu nachweisbaren Reduktionen der mittleren Reisegeschwindigkeiten bis 8 km/h. Die größten Reduktionen wurden dabei an den Tagen festgestellt, an denen Radarkontrollen durchgeführt wurden oder der Verkehrsteilnehmer (oder Fahrzeugführer) durch ein Hinweisschild "Geschwindigkeitskontrolle" mit diesen rechnen musste. Allerdings hielten auch da nur cirka 15 % der Fahrzeuge das signalisierte Tempolimit von 30 km/h ein. Cirka 12 % bis 19 % der Fahrzeuge waren trotz Hinweisschilds und Geschwindigkeitsdisplays während der Radarkontrollen schneller als 41 km/h. Relevante Veränderungen des Verkehrsflusses (Stand-, Konstantfahrt- und Beschleunigungsanteile) waren durch die Maßnahmen nicht zu verzeichnen. Auf den Straßenabschnitten der Merseburger Straße, auf denen der Verkehrsfluss gleichmäßig war, konnte eine signifikante positive Korrelation zwischen dem Maß für die nicht motorbedingten SNIFFER-PM10-Emissionsfaktoren und der Fahrzeuggeschwindigkeit festgestellt werden. Daraus lässt sich eine Minderung von 20 % für die Werktage mit wirksamen verkehrsberuhigenden Maßnahmen ableiten. Falls es gelingen würde, dass alle Fahrzeuge das Tempolimit von 30 km/h bei gleichem Verkehrsfluss einhalten würden, dann ergäbe sich aus den abgeleiteten Korrelationsfunktionen ein maximales Minderungspotenzial von 40 % bis 50 %. An Straßenabschnitten, an denen der Verkehrsfluss ungleichförmiger war, konnte keine solche Korrelation gefunden werden. Hier spielen wahrscheinlich andere Einflüsse (zum Beispiel das Beschleunigungsverhalten der Fahrzeuge) eine stärkere Rolle. Die untersuchten Maßnahmen an der Merseburger Straße in Halle hatten somit einen, wenn auch geringen, positiven Effekt auf die PM10-Belastung an der Messstelle HEVC. Die nach HBEFa klassifizierte Verkehrssituation hatte im Messzeitraum keinen signifikanten Einfluss auf die SNIFFER-PM10-Emissionsfaktoren. Der im derzeitigen PM10-Emissionsmodell angesetzte starke Anstieg der nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktoren für Straßen mit schlechtem Verkehrsfluss, welcher sich aus einer Vielzahl von ausgewerteten Immissionsmessungen ableitete, spiegelte sich nicht wider. Signifikant niedrigere Werte des mit SNIFFER ermittelten Maßes für die nicht motorbedingten PM10-Emissionsfaktoren wurden trotz des dort vorliegenden schlechten Fahrbahnzustandes nur in der Turmstraße festgestellt. Optisch wesentlichster Unterschied zu den anderen Straßenabschnitten war dort neben dem sehr schlechten Straßenzustand eine sehr glatte Oberfläche der großen Asphaltflickstellen relativ zu den anderen Straßenoberflächen und die nur einseitig dichte Straßenrandbebauung in Nord-Süd-Ausrichtung. Die anderen Straßenabschnitte sind entweder beidseitig bebaut oder ost-west orientiert. Im Messzeitraum führten die gepflasterten Fahrbahnoberflächen nicht zu einem deutlich höheren SNIFFER-PM10-Emissionsfaktor. Allerdings musste SNIFFER auf diesen auch deutlich langsamer als auf den anderen Straßenabschnitten fahren.
Das Emissionsmodul des PC-Berechnungsverfahrens zur Abschätzung von verkehrsbedingten Schadstoffimmissionen (MLuS 02) basiert auf dem Handbuch für Emissionsfaktoren des Umweltbundesamtes. Aufgabe war die Berechnungen mit dem neuen Handbuch kompatibel zu machen. Die Aufgabenstellung gliederte sich in 3 Teile: i) Implementierung der neuen Version des Handbuchs in das Emissionsmodul , ii) Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi, gleichzeitige Beseitigung von Inkonsistenzen in der Berechnung , iii) Implementierung des neuen Emissionsmoduls, Durchführung von Systemtests und Modifikationen, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02. Bei der Aktualisierung des Handbuches wurden folgende redaktionelle Änderungen vorgenommen: Herausnahme der 98-Perzentile - außer für das NO2 - im tabellarischen Ausdruck, Erstellung eines Installationsprogramms, Aktualisierung des Merkblatts MLuS 02 gemäß der vorgenommenen Fortschreibung. Im Vergleich zur vorherigen Version ergeben sich folgende Änderungen: Eingangsdaten und ihre Klassifizierung: Dem Emissionsmodul wurden bisher per ASCII-Schnittstelle die folgenden Eingangsdaten übergeben: Bezugsjahr, Gebiets-ID, Straßenkategorie-ID, Fahrbahnlängsneigungs-ID, Anzahl der Fahrspuren, DTV, DTV-ID, Lkw-Anteil, Lkw-Anteil-ID, Kraftstoffszenario-ID, Stop+Go-ID, Das Bezugsjahr wurde rückwirkend auf das Jahr 2000 begrenzt, so dass die Gebietsunterscheidung Ost/West entfallen kann. Längsneigungsklassen: Hinsichtlich der Längsneigungsklassen enthält das Modell die in Tabelle2 (siehe Längsneigungsklassen im Abschlussbericht) dargestellte Klassifizierung. Fahrzeugkategorien: Das Emissionsmodul unterscheidet intern folgende Fahrzeugkategorien: Pkw, Leichte Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse bis 3,5 t), LNfz genannt, Schwere Nutzfahrzeuge (Gesamtmasse über 3,5 t), im folgenden SNfz genannt. Umwandlung des Emissionsmodul von ACCESS in Delphi: Nachdem die Änderungen im Emissionsmodul durchgeführt worden waren, wurden alle Visual Basic Codes von ACCESS nach Delphi verlagert. Implementierung des neuen Emissionsmoduls in das MLuS 02: Das Emissionsmodul wurde in das MLuS 02 Programm implementiert. Ruß wird aus dem MLuS entfernt (Außerkraftsetzung der 23. BImSchV).
Bekannte aus der Kraftstoffverbrennung resultierende Stoffe sind durch die Einführung des Abgas-Katalysators zurückgegangen, andere hinzugekommen. Einer dieser Stoffe ist Methyl-tertiär-Butylether (MTBE), der Kraftstoffen als Antiklopfmittel zugesetzt wird. In untersuchten Pflanzen und Böden neben Autobahnen wurde keine messbare Anreicherung von MTBE festgestellt. Dennoch ist aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit und Leichtflüchtigkeit von MTBE eine Anreicherung im Regenwasser nicht auszuschließen. Ein Linieneintrag von MTBE ins Grundwasser über den unmittelbaren Straßenseitenraum scheint zum jetzigen Zeitpunkt jedoch ausgeschlossen.
Wie alle anthropogenen Fremdstoffquellen zeigt auch der Straßenverkehr aufgrund neuer Werkstoffe sowie neuer Technologien ein sich zeitlich änderndes Emissionsverhalten. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen hat deshalb die Bundesanstalt für Straßenwesen beauftragte, vor dem Hintergrund aktueller Umweltgesetzgebung für verschiedene Fremdstoffe im Straßenseitenraum stichprobenartig oder in Form von Literaturauswertungen Aussagen über Quantitäten und Auswirkungen zu erarbeiten. Im Einzelnen handelt es sich um die Platingruppenelemente (PGE), Methyltertiär-Butylether, Naphthalin, polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) sowie Mineralölkohlenwasserstoffen (MKW). Die Elemente der Platingruppe, eingesetzt als Katalysatoren in Abgas-Konvertern, reduzieren unerwünschte gasförmige (NOx, KW, CO) sowie Dioxin- und PAK-Emissionen. PGE besitzen einige aus humantoxikologischer Sicht kritisch zu bewertende Eigenschaften. Beim regelmäßigen Umgang mit Platinverbindungen treten häufig allergische Reaktionen von Hautreizungen bis zu asthmaähnlichen Erstickungsanfällen auf, auch wurden Anzeichen für kanzerogene Wirkungen vermutet. Die Ergebnisse der durchgeführten Literaturanalyse lassen den Schluss zu, dass die emittierte Menge an PGE für Mensch und Umwelt unerheblich und die Einführung von PGE-Grenzwerten für Böden oder organische Reststoffe nicht erforderlich ist. Bekannte aus der Kraftstoffverbrennung resultierende Stoffe sind durch die Einführung des Abgas-Katalysators zurückgegangen, andere hinzugekommen. Einer dieser Stoffe ist Methyltertiär-Butylether (MTBE), der Kraftstoffen als Antiklopfmittel zugesetzt wird. In untersuchten Pflanzen und Böden neben Autobahnen wurde keine messbare Anreicherung von MTBE festgestellt. Dennoch ist aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit und Leichtflüchtigkeit von MTBE eine Anreicherung im Regenwasser nicht auszuschließen. Ein Linieneintrag von MTBE ins Grundwasser über den unmittelbaren Straßenseitenraum scheint zum jetzigen Zeitpunkt jedoch ausgeschlossen. Für Naphthalin als Einzelparameter ist in der BBodSchV ein Sickerwasser-Prüfwert von 2 mg/l festgeschrieben. In Gras- und Bodenproben aus dem Straßenseitenraum (Bankett) konnte kein Naphthalin nachgewiesen werden. Es ist somit davon auszugehen, dass Sickerwässer aus Straßenabflüssen den in der Bodenschutzverordnung (BBodSchV) festgeschriebenen Prüfwert von 0,2 μg/l nicht überschreiten. Der Straßenverkehr gehört zu den Hauptemittenten von PAK. Obwohl in Untersuchungen nachgewiesen werden konnte, dass die auf die Kraftstoffverbrennung zurückzuführenden spezifischen "heißen" PAK-Emissionen als Folge der Einführung des Abgas-Konverters zurückgegangen sind, muss aufgrund des steigenden Verkehrsaufkommens und der damit einhergehenden Zunahme anderer verkehrsbedingter PAK-Quellen (Fahrbahn- und Reifenabrieb) mittelfristig eher mit einer Zunahme verkehrsbedingter PAK-Emissionen gerechnet werden. Im Rahmen früherer Untersuchungen wurden u.a. MKW-Gehalte von > 3 g/kg Trockensubstanz an/in Grasproben aus dem Intensiv-Pflegebereich von Autobahnen bestimmt. Bei derartig hohen Messwerten schien ein Überschreiten des in der BBodSchV für MKW in Sickerwasser festgeschriebenen Prüfwertes von 0,2 mg/l möglich. Die damals gefundenen Werte wurden mit dem Analyseverfahren gemäß DIN 38409 H18 und alternativ mit dem Verfahren nach DIN EN ISO 9377-2 überprüft. Die Untersuchungen zeigen einen Rückgang von KW im Grüngut des Intensivpflegebereiches an BAB auf ca. 1/5 der Werte der Voruntersuchung. Die Ergebnisse machen jedoch deutlich, dass mit geringen personellen und finanziellen Mitteln keine gesicherten Aussagen möglich sind.
PMx-Belastungen an BAB
(2006)
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.
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
Luftschadstoffe an BAB 2005
(2006)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2005 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 2,4 mal 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 2005 ausgewertet. In Bezug auf die NO2-Grenzwerte der 22. BImSchV konnten Überschreitungen des Stundenmittelgrenzwertes an beiden Messquerschnitten festgestellt werden, jedoch lagen die Überschreitungshäufigkeiten unter Berücksichtigung der Toleranzmarge für das Kalenderjahr 2005 alle unterhalb der maximal zulässigen Anzahl. Hingegen wurde der NO2-Jahresmittelgrenzwert plus Toleranzmarge für das Jahr 2005 an allen betrachteten Messstellen überschritten. Die seit einigen Jahren beobachtete Stagnation der NO2-Messwerte an BAB deutet darauf hin, dass die ab 2010 geforderten Grenzwerte an diesen Standorten möglicherweise nicht eingehalten werden können. Der Jahresmittelgrenzwert, der seit dem 01.01.2005 für PM10 gefordert wird, wurde im Kalenderjahr 2005 an allen Messstellen eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert hingegen wurde an einigen Tagen überschritten, wobei aber die Überschreitungshäufigkeiten an beiden Standorten nicht über der maximal zulässigen Anzahl von 35 Tagen pro Kalenderjahr lag. Es zeigte sich insbesondere, dass die Konzentrationen aller aufgenommenen Luftschadstoffe von vielen Größen wie Verkehrsstärke, Wochentag, Tageszeit und meteorologischen Parametern abhängen. Die genaue Analyse dieser Zusammenhänge bedarf jedoch einer multivariaten Betrachtung des Problems. Eine solche wird in Bezug auf die Partikel PMX zur Zeit in dem AP-Projekt 05 630 "Einfluss von verkehrlichen und meteorologischen Parametern auf die PMX-Schadstoffbelastung an BAB" durchgeführt, sollte aber vor allem in Hinblick auf die neuen, strengeren Grenzwerte für Stickstoffdioxid NO2 ab dem Jahr 2010 auch für diese Schadstoffkomponente weiter untersucht werden.
Der Reifenabrieb ist eine der mengenmäßig größten Quellen für Staubemissionen des Straßenverkehrs. Das betrifft vor allem sedimentierbaren Staub, aber auch Feinstaub, diesen in sehr viel geringeren Mengen. Menge, Qualität und Herkunft der Stoffeinträge in den Straßenseitenraum sollten genauer bestimmt werden, um Ansätze für Minderungsmaßnahmen zu zeigen. Für die entstehende Menge an Reifenabrieb lagen verschiedene Schätzungen vor, über die Schadstoffgehalte gab es bisher nur wenige Informationen, insbesondere zu anderen Metallen als Zink. Es wurden aufgrund von Markenverteilung, Größen, Einsatzbereich und Zustand 65 Pkw-Reifen der Jahre 1980 bis 2003 ausgewählt. Die Gewinnung der Reifenproben erfolgte mit einer Reifenschälmaschine. In Anlehnung an eine Methode zum Aufschluss von Bitumen wurde von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) eine stark oxidierende rückstandsfreie Aufschlussmethode entwickelt. Die Elemente Al, As, Cr, Cu, Fe, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, V und Zn wurden aus der Aufschlusslösung mittels Optischer ICP-Emissionsspektrometrie (ICP-ÖS) quantitativ bestimmt, Cd mit Graphitrohr-Atomabsorptionsspektrometrie (AAS). Die Massenanteile der Hauptkomponenten der Proben wurden mit einer thermogravimetrischen Analyse (TGA) nach DIN 51006 bestimmt. Die Auswertung ergibt, dass wie vermutet Zink in teilweise sehr hohen Konzentrationen eingesetzt wird, aber auch, dass Cadmium und Blei im Vergleich zum verbreiteten Elementverhältnis Cd/Zn und Pb/Zn in Reifenmaterial mit geringeren Anteilen vorkommen. Dementsprechend sind die hier erstmals ermittelten emittierten Cadmiumfrachten aus Reifenabrieb geringer als zu erwarten war. Kupfer- und Bleiemissionen aus Reifenmaterial wurden nach Literatur- und Herstellerangaben als problematisch eingeschätzt. Dies kann anhand der vorliegenden Messungen und Abschätzung der emittierten Mengen nicht bestätigt werden. Ebenso wurden keine bedenklichen Emissionen der anderen untersuchten Elemente gefunden. Der zeitliche Verlauf der Konzentrationen von Zink und Cadmium in den Reifenlaufflächen bildet mit einer seit den 1980er Jahren leicht sinkenden Tendenz die Bemühungen um geringere Zinkemissionen ab. Im Zeitverlauf sinkende Rußanteile und steigende Glührückstände zeichnen den zunehmenden Einsatz neuer Füllermaterialien wie Silica nach. Auf Basis der Gesamtabriebmenge von 111.420 Tonnen pro Jahr in Deutschland kann die Freisetzung von circa 1.530 Tonnen leichtflüchtiger Substanzen und 22.000 Tonnen flüchtiger Substanzen pro Jahr abgeschätzt werden. Den größten Massenanteil machen die Gummi- und Polymeranteile mit etwa 43.000 Tonnen und Ruß mit etwa 38.000 Tonnen aus. Die emittierte Metallmenge von 1.375 Tonnen pro Jahr besteht hauptsächlich aus Zink. Die hier abgeschätzte Zinkemission von 1.205 Tonnen pro Jahr und Cadmiumemission von 180 kg pro Jahr aus sedimentierbaren Stäuben basiert auf der ermittelten Reifenabriebmasse von 111.420 Tonnen pro Jahr. Diese Masse beinhaltet Lkw- und Pkw-Abrieb, dieser beträgt jedoch nur etwa die Hälfte. Die wenigen Angaben zur Zusammensetzung des Reifenabriebs von Lkw-Reifen lassen um 60 - 80 Prozent höhere Konzentrationen an Blei und Zink erwarten, sodass die Abschätzung an der Untergrenze der tatsächlichen Emissionen liegt. Die Rolle der Ruß- und Gummibestandteile der Abriebe als organischer Bestandteil der Straßenrandböden sollte näher untersucht werden. Es sollte vor dem Hintergrund der EU-Wasserrahmenrichtlinie geklärt werden, ob Bankette und straßennahe Böden sowie die im Straßenbauregelwerk vorgesehenen Entwässerungseinrichtungen auch für bisher wenig untersuchte Stoffe eine ausreichende Reinigungsfunktion haben.
Jahresbericht 2006
(2007)
Der Jahresbericht der Bundesanstalt für Straßenwesen gibt einen Überblick über die Arbeitsschwerpunkte der BASt im Jahr 2006. Neben grundlegenden Informationen über die BASt werden 31 Projekte aus den fünf Forschungsabteilungen der BASt vorgestellt. Abgerundet wird der Jahresbericht mit den Aktivitäten der Öffentlichkeitsarbeit, der Internationalen Zusammenarbeit, einer Zusammenstellung der zum Teil in der BASt entwickelten und gepflegten Datenbanken und -sammlungen sowie Zahlen und Fakten des Jahres 2006.
Im Jahresbericht 2007/2008 wird das 25-jährige Standortjubiläum der Bundesanstalt für Straßenwesen in Bergisch Gladbach-Bensberg zum Anlass genommen, auf die Arbeitsergebnisse der vergangenen Jahre zurückzublicken und den Blick in die Zukunft zu richten. Ausgewählte Beiträge aus allen Fachdisziplinen der BASt zeigen, welche Themen von den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der BASt in den letzten Jahren bearbeitet wurden, wo die Schwerpunkte heute liegen und wie die Aufgaben der Zukunft aussehen.rnAußerdem wird ein kurzer Rückblick auf den Bau der Dienstgebäude in Bensberg und die Entwicklung der BASt in den letzten 25 Jahre gegeben sowie über den Tag der offenen Tür berichtet, an dem das Standortjubiläum in Bensberg zusammen mit etwa 4.000 Gästen gefeiert wurde.rnDie letzten Jahre waren altersbedingt geprägt von vielen personellen Wechseln " auch in der Leitungsebene. Der Generationswechsel ist damit in der BASt nahezu abgeschlossen. Das Kapitel "Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter" informiert über die personellen Entwicklungen und Auszeichnungen der Beschäftigten sowie über den Wechsel des Präsidenten im Jahr 2008.rnAbgerundet wird der Jahresbericht mit den Aktivitäten der Öffentlichkeitsarbeit, der Internationalen Zusammenarbeit, einer Zusammenstellung der Publikationen der Jahre 2007 und 2008 sowie Datenbanken und -sammlungen. rn
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.