Abteilung Straßenverkehrstechnik
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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.
Anwendungsmöglichkeiten und erste Ergebnisse aus Pilotstudien zur Photokatalyse an Straßenbauwerken
(2015)
Zur Frage, ob photokatalytisch aktive Oberflächen im Straßenbau eine Lösung des Stickoxidproblems darstellen können, stellt der Beitrag erste Ergebnisse aus Pilotstudien zu TiO2-Anwendungen vor. Diese betreffen die Untersuchung einer Lärmschutzwand mit TiO2-Beschichtung (A1, Niedersachsen), eine photokatalytisch aktive Straßenoberfläche (NOxer(R)-Belag, B433 in Hamburg, Decke mit Ti02-haltiger Zementschlämme, derzeit noch in Auswertung) sowie einen Tunnel (Tunnelkassetten mit TiO2-Matten im Tunnel Rudower Höhe in Berlin, A113, fortgeführt in Bezug auf die Untersuchung der Haltbarkeit der Kassettensysteme). Ausführlich dargestellt werden die Untersuchungen zur Beschichtung der Lärmschutzwand an der Al mit Titandioxid-haltiger Suspension, den zugehörigen forschungsbegleitenden Studien, sowie den Ergebnissen in Bezug auf die NO2-Minderungsrate. Die bisher durchgeführten Auswertungen haben NO2-Minderungen von einstelligen Prozentzahlen ergeben. Die Entwicklung der Minderungsraten lässt vermuten, dass photokatalytische Suspensionen zum Teil mehrere Monate benötigen, um sich frei zu brennen und die aktiven TiO2-Partikel an die Oberfläche treten zu lassen. Schon die Lärmschutzwand allein bewirkt eine deutliche Verminderung der NO2-Konzentrationen im direkten Hinterland durch Verfrachtung der Luftschadstoffe in höhere Luftschichten.
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).
Measuring and characterizing airborne particulate matter (PM) is an important research area because PM can lead to impacts on health and to visibility reduction, material damage and groundwater pollution. In regard to road dust, suspension and re-suspension and the contribution of non-exhaust PM to total traffic emissions are expected to increase as a result of predicted climate scenarios. European environmental regulations have been enforced to reduce exhaust particle emissions from road traffic, but little attention has been paid to reducing non-exhaust coarse particle emissions due to traffic. Therefore, a monitoring program for coarse PM has been initiated in early 2013 to assess the predicted increase in the abundance of non-exhaust particles. Particle sampling was performed with the passive-sampler technique Sigma-2. The subsequent single-particle analysis allows for characterization of individual particles, determination of PM size distribution, and calculation of PM mass concentrations. Two motorways n ear Cologne (Koeln), Germany were selected as sampling sites, and the experimental setup in the field was realized with a so-called twin-site method. The present study reports single-particle analysis data for samples collected between May 31, 2013 and May 30, 2014. Coarse PM, generated through multi-source mechanisms, consists of, e.g., tire-wear, soot aggregates, and mineral dust. The highest mass concentration occurs at both motorways in spring, and the observed PM mainly contains traffic-abrasion particles. The field measurements show that the minimum PM concentration was found in the 5 to 12-°C temperature range, whereas the maximum concentration was observed in both the "5 to 5-°C and the 12 to 24-°C ranges, in agreement with previous laboratory measurements. Correlation between super-coarse (d p 10"80 μm, geometric equivalent diameter) PM concentration and precipitation displays a significant increase in concentration with decreasing number of precipitation events (dry weather periods).
Ermittlung der Schadstoffbelastung in einem Tunnelbauwerk mit geschlitzter Decke an der EB 42 n
(1987)
Eine Schnellstraße durch einen Tunnel mit einer in der Mitte geschlitzten Decke zu führen, wie an der EB 42n im Bereich Königswinter-Oberdollendorf, ist in der Bundesrepublik Deutschland ohne Vorbild. Zur Klärung, welche Umweltbelastungen von einem derartigen Bauwerk ausgehen können, wurde in einer Messkampagne untersucht, welche Schadstoffbelastungen im Tunnel und außerhalb des Tunnels auftreten. Bei einem Verkehrsstau auf einer Richtungsfahrbahn von mehreren Kilometern Länge im Bereich des Tunnelbauwerkes wurden im Tunnel Kohlenmonoxidkonzentrationen gemessen, die um mehr als den Faktor 5 unter dem Grenzwert aus den Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) lagen. Die Schadstoffbelastungen am Schlitz des Tunnels sind gering. Sie unterschreiten sowohl die Grenzwerte nach TA Luft, wie auch die Grenzwerte nach der VDI-Richtlinie 2310, die wegen fehlender Grenzwerte für den Straßenbau als Orientierungshilfen herangezogen wurden. Betrachtet wurden die Stoffe Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid und Ozon. Durch die Entwicklung eines physikalischen Modells zur Berechnung der Konzentrationsprofile in den beiden Tunnelröhren könnte das Prinzip der natürlichen Lüftung erklärt und gezeigt werden, dass ca. 75 % bis 78 % der im Tunnel emitierten Schadstoffe über den Schlitz in der Tunneldecke und die restlichen 22 % bis 25 % über die beiden Portale abgeführt werden. Unter dem Aspekt der Luftreinhaltung ist dieses Bauwerk als umweltfreundlich anzusehen.
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.
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.
Luftqualität an BAB 2007
(2008)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2007 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an der BAB A4 und der BAB A61 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Die Messwerte dienten auch weiteren AP- und FE-Projekten als Datengrundlage. Die aufgenommenen Schadstoffdaten der verkehrsbedingten Immissionsbelastung durch Stickoxide, Ozon und Partikel wurden im Hinblick auf die stark abgesenkten Grenzwerte der novellierten 22. und der neuen 33. Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für das Kalenderjahr 2007 ausgewertet. Betrachtet man den Verlauf der NO- und NO2-Immissionen der vergangenen 20 Jahre an dem BASt-Messquerschnitt an der A4, zeigt sich für die NO-Komponente auch im Jahr 2007 weiterhin eine stetige Abnahme. Die NO2-Konzentration dagegen nimmt am Mittelstreifen nach einem Abfall in den vergangenen drei Jahren wieder zu, stagniert jedoch an den anderen Messstellen. An den beiden Messquerschnitten der BASt konnte der NO2-Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchV von 40 μg/m-³ an keiner Messstelle eingehalten werden. Auch wenn die Toleranzmarge von 6 μg/m-³ für das Kalenderjahr 2007 mitberücksichtigt wird, konnte diese Anforderung nicht erfüllt werden. Der maximale Stundenmittelwert lag an beiden Messquerschnitten über dem Grenzwert von 200 μg/m-³ (ab 2010) bzw. 230 μg/m-³ (mit Toleranzmarge für das Jahr 2007); lediglich der maximale Stundenmittelwert an der Messstelle in Fahrtrichtung Koblenz (A61) lag unter dem Grenzwert plus Toleranzmarge für 2007. Die Anzahl der Überschreitungen lag an drei Messstellen unter der maximal zulässigen Zahl von 18 pro Kalenderjahr. An der A4 in Fahrtrichtung Olpe konnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden. In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalenderjahr 2007 an der A4 der PM10-Jahresmittelgrenzwert der 22. BImSchV von 40 μg/m-³ eingehalten. Der Tagesmittelgrenzwert von 50 μg/m-³ wurde an der A4 in beide Richtungen 8 Mal und an der A61 10 bzw. 1 Mal überschritten mit Maximalwerten von 88,5 μg/m-³ (A4) bzw. 91,8 μg/m-³ (A61). Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stundenmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr 2007 an der BAB A4, der BAB A61 und seit Juni 2007 an der BAB A555. Die Anhänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heft beigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Luftqualität an BAB 2008
(2008)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2008 Messungen an den Messquerschnitten der BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffdaten an den Bundesautobahnen A 4, A 61 und A 555 durchgeführt. Der Messquerschnitt an der A 61 weist dabei im Vergleich zu dem Standort an der A 4 einen gut doppelt so hohen Schwerverkehrsanteil auf. Den geringsten Schwerverkehrsanteil weist die A 555 auf. Die Messwerte dienten auch weiteren AP- und FE-Projekten als Datengrundlage. In Bezug auf die Qualitätsziele der Datenerfassung konnten die Anforderungen der 22. Verordnung zur Durchführung des Bundes- Immissionsschutzgesetzes an einigen Messstellen nicht eingehalten werden. Dabei ist anzumerken, dass die Messstelle am Mittelstreifen der Bundesautobahn A61 am 03. April 2008 stillgelegt wurde, da eine sichere Wartung der Ansaugstellen nicht mehr gewährleistet werden konnte. Aufgrund dieser Stilllegung basieren die angegeben Daten nur auf etwa 25% des Gesamtjahresdatensatzes. Die Messungen im Kalenderjahr 2008 zeigten an den Querschnitten der Bundesanstalt für Straßenwesen deutliche Überschreitungen der NO2-Jahresmittelgrenzwerte (2008) an allen drei Standorten. Darüber hinaus wurde an den Bundesautobahnen A4 und A555 auch die maximal zulässige Überschreitungshäufigkeit des NO2-Stundemittelgrenzwertes (2010) nicht eingehalten. Bei den Feinstaubkonzentrationen traten Überschreitungen des Tagesmittelgrenzwertes auf, jedoch lagen diese unterhalb der zulässigen Anzahl von 35 pro Kalenderjahr. Der Großteil dieser Überschreitungen konnte mit einer lang andauernden Inversionswetterlage im Februar 2008 sowie einem Saharastaubereignis im Mai 2008 in Verbindung gebracht werden. Diese führten deutschland- bzw. europaweit dazu, dass an zahlreichen, auch normalerweise weniger belasteten Messstandorten der Grenzwert nicht eingehalten werden konnte.rnIn Bezug auf die Schwellenwerte für Ozon O3 wurden weder Informations- noch Alarmschwelle überschritten. Lediglich der ab dem Jahr 2008 geltende Zielwert wurde an allen O3-Messstellen überschritten. Bei der Bewertung dieser Ergebnisse muss jedoch beachtet werden, dass die Mindestdatenerfassung von 90% an keiner O3-Station eingehalten werden konnte. Bezüglich der langjährigen Entwicklung ist festzustellen, dass insbesondere an der A4 auch im Jahr 2008 der zunehmende Trend in der NO2-Konzentration beobachtet werden kann, der schon seit Mitte der 90er Jahre verzeichnet wird.rn