Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe V: Verkehrstechnik
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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.
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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
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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.
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Luftschadstoffe an BAB 2006
(2007)
Im Rahmen dieses Projektes wurden über das Kalenderjahr 2006 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 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 2006 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 fahrbahnnahen Messstellen in der NO-Komponente nach einem stetigen Abfall in den zurückliegenden Jahren der Messwertaufnahme gegenüber dem Vorjahr eine minimale Zunahme im Jahr 2006. Die NO2-Konzentration dagegen nimmt am Mittelstreifen nach einem steilen Anstieg seit zwei Jahren wieder ab, stagniert jedoch an den anderen Messstellen. An den beiden Messquerschnitten der BASt konnte der Jahresmittelgrenzwert gemäß 22. BImSchV von 40 -µg/m-³ an keiner Messstelle eingehalten werden. Wenn die Toleranzmarge von 8 -µg/m-³ für das Kalenderjahr 2006 mitberücksichtigt wird, wurde diese Anforderung lediglich an einer Messstelle (Richtung Koblenz, A61) erfüllt. Im Gegensatz dazu lag an beiden Messquerschnitten der maximale Stundenmittelwert über dem Grenzwert von 200 -µg/m-³ (ab 2010) beziehungsweise 240 -µg/m-³ (mit Toleranzmarge für das Jahr 2006); die Anzahl der Überschreitungen lag an drei Messstellen unter der maximal zulässigen Zahl von 18 pro Kalenderjahr. An der A4 in Fahrtrichtung Köln konnte auch diese Anforderung nicht erfüllt werden. In Bezug auf die Partikelbelastung wurde im Kalenderjahr 2006 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 6 beziehungsweise 9 Mal und an der A61 19 beziehungsweise 2 Mal überschritten mit Maximalwerten von 91,0 -µg/m-³ (A4) beziehungsweise 77,7 -µg/m-³ (A61). Der Originalbericht enthält als Anhänge die Stundenmittelwerte NO2 für das gesamte Kalenderjahr 2006 an der BAB 4 und an der BAB 61. Diese Anhänge befinden sich auf der dem vorliegenden Heft beigefügten CD. Verweise auf die Anhänge im Berichtstext wurden zur Information des Lesers beibehalten.
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Es wurde eine Datenauswertung von Schadstoffgehalten in Bankettmaterial an 840 Proben und 40 Parametern durchgeführt. Bei getrennter Betrachtung der Straßentypen zeigen sich Autobahnen als die am stärksten belasteten Straßen. Hier ist für Blei, Cadmium, Kupfer und Zink sowohl bei den Feststoffgehalten als auch bei den Eluatgehalten ein deutlicher Unterschied zu den deutlich weniger belasteten Bundes-, Landes- und Kreisstraßen zu sehen. Die Vorsorgewerte vieler Stoffe sind an Autobahnen deutlich häufiger überschritten. Bei den anderen Schwermetallen tritt dieser Unterschied nicht in Erscheinung. Die Feststoffgehalte der organischen Schadstoffe PAK, MKW, PCB und EOX überschreiten häufig die Vorsorgewerte. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass 95% der Eluatkonzentrationen von Blei, Zink und Cadmium ebenso wie von Chlorid, Sulfat, Cyanid, Arsen, Nickel, Chrom und Quecksilber die Geringfügigkeitsschwellen und Prüfwerte für Sickerwasser unterschreiten. Bei Kupfer dagegen wird die Geringfügigkeitsschwelle auch bei niedrigen Verkehrsstärken oft überschritten, und bei den Autobahnen liegen mehr als 50% der Messwerte oberhalb des Z0/Z0*-Wertes für die uneingeschränkte Verwertung von Bodenmaterial. Über 90% der Kupfer-Eluatwerte unterschreiten jedoch den derzeit gültigen Prüfwert der Bodenschutzverordnung. Auf Anregung des UBA wurden Säulenversuche mit feldfrischem Bankettmaterial durchgeführt. Es ist vorgesehen, diese Methode zukünftig zur Bewertung der löslichen Schadstoffanteile in Böden und mineralischen Abfällen anzuwenden. Die Versuche zeigten eine sehr starke Bindung der PAK und aller Schwermetalle außer Kupfer an das Bankettmaterial. Die Geringfügigkeitsschwellen der LAWA werden von allen Stoffen außer Kupfer eingehalten. Eine vergleichende Auswertung von Labor- und Felduntersuchungen zur Reinigungsleistung von Straßenbankettböden und Entwässerungseinrichtungen zeigte für MKW, PAK und alle Schwermetalle sehr guten Rückhalt der eingetragenen Konzentrationen und Frachten mit Wirkungsgraden von 70 bis 95%. Kupfer erreichte in Sandböden nur einen Fracht-Wirkungsgrad von 50 %, die Konzentrationen im Sickerwasser überschritten jedoch nicht die Prüfwerte der Bodenschutzverordnung. Anhand dieser Informationen wurden problematische Stoffe in Bankettmaterial identifiziert. Das sind Kupfer, polychorierte Biphenyle (PCB) und extrahierbare halogenierte Kohlenwasserstoffe (EOX). Die Recherche möglicher Ursachen ergab, dass der Abrieb von kupferhaltigen Bremsbelägen die Hauptquelle für hohe Kupfergehalte und wahrscheinlich auch für die hohen eluierbaren Anteile im Bankett ist. Er ist nach Angaben des UBA und der EU-Kommission auch eine Hauptquelle für Kupferemissionen insgesamt. Eine vergleichbar eindeutige Quelle konnte für die hohen PCB- und EOX-Konzentrationen mancher Bankettproben nicht gefunden werden. Das belastete Material emittiert nicht, sondern bindet weiterhin Schadstoffe. Die partikulären Stoffe im Straßenabfluss tragen zum Erhalt der Schadstoffbindungsfähigkeit in den Banketten bei. Insofern steht einer weiteren Verwendung oder Verbleib im Bankett durch Umlagerung lediglich die umstrittene Einstufung als zu entsorgender Abfall entgegen, nicht jedoch die Funktionsfähigkeit in Bezug auf die Reinigungsleistung. Quellen und Rückhalthaltevermögen des Banketts für PCB und EOX sollten geprüft werden. Die Emissionen von Kupfer aus dem Straßenverkehr sollten deutlich gesenkt werden.
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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.
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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.