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Photokatalytische Oberflächen zur Minderung von Stickoxidbelastungen an Straßen – TiO2 Pilotstudie Lärmschutzwand

BASt-Bericht V 309

Anja Baum, Sebastian Lipke, Udo Löffler, Sergej Metzger und Jan Sauer, Bundesanstalt für Straßenwesen
69 Seiten
Erscheinungsjahr: 2018
Preis: 16,50 €

Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH

Dieser Bericht steht auch kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Innerhalb eines mehrere Projekte umfassenden Pilotprogramms sollte das Stickoxid-Minderungspotential von Titandioxid unter Realbedingungen an verschiedenen Bauwerken hoch frequentierter Verkehrswege untersucht werden. Die vorgelegte Studie beschreibt die durchgeführten Arbeiten an einer Lärmschutzwand, auf deren Oberfläche eine TiO2-Suspension appliziert wurde.

Die Untersuchungen fanden an der A 1 zwischen den Anschlussstellen Osnabrück-Nord und Osnabrück-Hafen statt. Das betrachtete Untersuchungsgebiet umfasste eine Länge von circa zwei Kilometern. Die sechsstreifige Autobahn ist in diesem Abschnitt auf beiden Seiten mit einer Lärmschutzwand eingefasst, auf die im September 2011 auf einer Länge von 1 km beidseitig eine TiO2-haltige Suspension im Airless-Verfahren aufgetragen wurde. Die beschichtete Fläche beträgt circa 25.000 m2. Ein 1 km langes Teilstück ohne Suspension diente im Zuge der Untersuchung als Referenzfläche.
Vor dem Einsatz der photokatalytischen Materialien mussten zunächst mehrere Voruntersuchungen durchgeführt werden. Hierzu zählten zum Beispiel Modellrechnungen und Schalluntersuchungen, um auszuschließen, dass die für die Lärmschutzwand gewählte TiO2-Suspension die akustischen Eigenschaften des offenporigen Wandmaterials beeinflusst.

Darüber hinaus fanden verschiedene projektbegleitende Untersuchungen statt, wie Bodenanalysen, Bewitterungen von Prüfkörpern oder eine Nitratbilanzierung des Abflusswassers an der Lärmschutzwand.

Die Hauptuntersuchungen haben NO2-Minderungen von einstelligen Prozentzahlen ergeben. Dabei waren die höchsten Minderungsraten auf der Ostseite der Autobahn zu beobachten, auf der sich die Schadstoffe durch die vorherrschende Queranströmung vermutlich über längere Zeiträume an der photoaktiven Wand aufhalten konnten als auf der Westseite. Unterstützt wird diese Beobachtung durch die projektbegleitenden Modellrechnungen. Die Entwicklung der Minderungsraten in Verbindung mit den Bewitterungsuntersuchungen über die Jahre der Messdatenaufnahme hinweg 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. Kontraproduktiv wirken hier in Straßennähe sicher auch die verkehrsbedingten Verunreinigungen auf den photoaktiven Oberflächen.

Messungen mit Passivsammlern in mehreren Entfernungen zur Autobahn zeigten darüber hinaus, dass eine Lärmschutzwand alleine schon eine deutliche Verminderung der NO2-Konzentration im direkten Hinterland des Bauwerks ergibt. Jedoch handelt es sich hierbei nicht – wie bei der Photokatalyse – um einen Abbau oder eine Umwandlung des NO2, sondern nur um eine Verfrachtung der Schadstoffe in höhere Luftschichten und dortige Verdünnung in sauberer Luft.

Photocatalytic surfaces for the reduction of nitrogen oxide pollution on roads – TiO2 pilot study noise barrier

Within a pilot programme comprising several projects, the nitrogen oxide reduction potential of titanium dioxide was to be investigated under real conditions on various structures of highly frequented traffic routes. The presented study describes the work carried out on a barrier on the surface of which a TiO2 suspension was applied.

The investigations took place on the A1 between the junctions Osnabrück-Nord and Osnabrück-Hafen. The investigated area covered a length of approximately 2 km. In this section, the 6-lane motorway is enclosed on both sides by a noise barrier, to which a suspension containing TiO2 was applied in an airless process over a length of 1 km on both sides in September 2011. The coated area is approx. 25,000 m2. A 1 km long section without suspension was used as a reference area during the investigation.

Before the photocatalytic materials could be used, several preliminary investigations had to be carried out. These included, for example, model calculations and sound investigations to exclude the possibility that the TiO2 suspension selected for the noise barrier influences the acoustic properties of the open-porey wall material.

In addition, various project-accompanying investigations were carried out, for example soil analyses, weathering of test specimens or nitrate balancing of the discharge water on the noise barrier.

The main inspections showed NO2 reductions in the single-digit percentage range. The highest reduction rates were observed on the eastern side of the motorway, where the pollutants could probably remain on the photoactive wall for longer periods than on the western side due to the prevailing transverse flow. This observation is supported by the model calculations accompanying the project.

The development of the reduction rates in connection with the weathering investigations during the years of measurement data acquisition suggests that photocatalytic suspensions sometimes take several months to burn themselves free and allow the active TiO2 particles to surface. The traffic-related impurities on the photoactive surfaces certainly also have a counterproductive effect in the vicinity of roads.

Measurements with passive collectors at several distances from the motorway also show that a noise barrier already results in a significant reduction in the NO2 concentration in the immediate area behind the structure. However, this is not – as with photocatalysis – a degradation or conversion of the NO2, but only a transport of the pollutants into higher layers of air and dilution in clean air up there.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
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    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.