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

Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) erforschte in einem Pilotprojekt das Stickoxidminderungspotenzial von Titandioxid unter Realbedingungen. Die Ergebnisse erbrachten wichtige Erkenntnisse zur Durchführung weiterer Untersuchungen.

Das Bild zeigt Arbeiter an einer Lärmschutzwand Auftragen der TiO2-haltigen Suspension (Bild: BASt)

Aufgabenstellung

Zum Schutz der menschlichen Gesundheit und der Vegetation ist es erforderlich, die Luftschadstoffe an hoch belasteten Standorten zu minimieren. Dazu gehört auch die Verbesserung der Luftqualität an Verkehrswegen. Durch weitreichende Maßnahmen konnte in der Vergangenheit bereits eine weitestgehende Einhaltung der Grenzwerte für Feinstaubpartikel erzielt werden. Derzeit liegt der Fokus auf einer Verringerung der Stickoxidbelastung in Ballungsräumen sowie an hoch frequentierten Verkehrswegen. Die BASt initiierte deshalb ein mehrere Projekte umfassendes Pilotprogramm, in dem unter Realbedingungen das Stickoxidminderungspotenzial von Titandioxid (TiO2) erforscht wurde. Die vorgelegte Studie beschreibt die durchgeführten Arbeiten im Zusammenhang mit der Applikation einer TiO2-Suspension an einer Lärmschutzwand.

Untersuchungsmethode

Die Untersuchungen fanden an der A 1 zwischen den Anschlussstellen Osnabrück-Nord und Osnabrück-Hafen statt. In diesem Abschnitt ist die sechsstreifige Autobahn auf beiden Seiten mit einer Lärmschutzwand eingefasst. Beidseitig wurde hier auf einer Länge von je einem Kilometer eine TiO2-haltige Suspension im Airless-Verfahren aufgetragen. Die beschichtete Fläche betrug etwa
25.000 m2. Ein ebenfalls etwa ein Kilometer langes Teilstück ohne Suspension diente im Zuge der Untersuchung als Referenzfläche.

Vor dem Einsatz der photokatalytischen Materialien wurden zunächst mehrere Voruntersuchungen durchgeführt. Hierzu zählten beispielsweise Modellrechnungen und Schalluntersuchungen. Damit sollte eine Beeinflussung der akustischen Eigenschaften des offenporigen Wandmaterials durch die für die Lärmschutzwand gewählte TiO2-Suspension ausgeschlossen werden. Die projektbegleitend durchgeführten Untersuchungen umfassten unter anderem Bodenanalysen, Bewitterungen von Prüfkörpern sowie eine Nitratbilanzierung des Abflusswassers an der Lärmschutzwand.

Ergebnisse

In den Hauptuntersuchungen zeigten sich aufgrund der TiO2-Beschichtungen Stickstoffdioxid (NO2)-Minderungen im Bereich einstelliger Prozentwerte. Die höchsten Minderungsraten waren auf der Ostseite der Autobahn zu beobachten. Hier konnten sich die Schadstoffe durch die vorherrschende Queranströmung vermutlich länger an der photoaktiven Wand aufhalten und somit längere Zeit chemisch reagieren als auf der Westseite. Unterstützt wird diese Beobachtung durch projektbegleitende 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“ also die photokatalytisch aktiven TiO2-Partikel an die Oberfläche treten zu lassen. Verkehrsbedingte Verunreinigungen auf den photoaktiven Oberflächen können sich kontraproduktiv auswirken. Messungen mit Passivsammlern in unterschiedlichen Abständen zur Autobahn zeigten, dass eine Lärmschutzwand alleine schon eine deutliche Verminderung der NO2-Konzentration im direkten Hinterland des Bauwerks ergibt. Im Gegensatz zu Photokatalyse wird das NO2 jedoch nicht abgebaut oder umgewandelt. Schadstoffe werden in diesem Fall nur in höhere Luftschichten verfrachtet. Für künftige Untersuchungen wurden Randbedingungen und Voraussetzungen für einen geeigneten Standort zusammengetragen.

Folgerungen

Zusammenfassend zeigte sich, dass selbst bei großflächigen Anwendungen von photokatalytischen Oberflächen die im Laborversuch erzielten, sehr hohen Minderungsraten nicht zwangsläufig in die Praxis übertragbar sind. Zuverlässige Minderungen der Schadstoffe sind in geringerem Maß möglich, sofern es gelingt, Verunreinigungen durch Applikation zur richtigen Jahreszeit zu vermeiden. Zur Verbesserung der Wirkung sollen weitere Untersuchungen unter möglichst stabilen Umgebungsbedingungen erfolgen, beispielsweise im Tunnel.

Forschung kompakt als Download: 01/2019

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    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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