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Monitoring verkehrsbedingter Abriebpartikel an Bundesautobahnen

Grob- und Feinstaubpartikel in der Luft sind weltweit ein bedeutendes Umweltproblem. Der Straßenverkehr wird als Partikel-Quelle an Bedeutung gewinnen, da der Leicht- und Schwerverkehr weiter zunehmen werden.

Das Bild zeigt ein Auto auf einer Straße (Bild: jamesteohart/iStock / Getty Images Plus/Getty Images)

Die Partikelemissionen aus dem Straßenverkehr basieren nicht ausschließlich auf Verbrennungsprozessen. Sie beinhalten zusätzlich Abriebpartikel, die durch Abnutzung von Bremsen, Reifen und Fahrbahnoberfläche erzeugt werden. Darüber hinaus können Korrosion an Fahrwerk und Karosserie sowie Verwitterung von Verkehrsinfrastrukturen (wie Brücken und Schutzeinrichtungen) zu mechanisch generierten Abriebpartikeln in der Luft beitragen. Aufgrund technischer Verbesserungen, wie Partikelfilter für Dieselmotoren, wird eine Verringerung der Emissionen von Verbrennungspartikeln erwartet, wenn die genutzten Technologien vorschriftsmäßig betrieben werden. Für die Abriebpartikel ist eine ähnliche Entwicklung nicht erkennbar. Während die Abgasemissionen im Mittelpunkt der europäischen Umweltvorschriften stehen, treffen die Emissionen der Abriebpartikel aus dem Straßenverkehr auf wenig Aufmerksamkeit.

Langzeit-Monitoring-Programm

Um diese Partikelfraktion genauer zu untersuchen, haben der Deutsche Wetterdienst (DWD) und die BASt, in Zusammenarbeit mit den Universitäten Straßburg, Freiburg und Pennsylvania, im Jahr 2013 ein Langzeit-Monitoring-Programm für die Partikelprobenahme und -analyse an hoch frequentierten Bundesautobahnen in Deutschland initiiert. Ziel dieses Projektes ist die kontinuierliche Messung und Überwachung des Beitrags von verkehrsbedingten Abriebpartikeln im Hinblick auf die Gesamtbelastung durch den Verkehr. Außerdem werden die möglichen Einflüsse und Auswirkungen der sich veränderten meteorologischen Bedingungen im Rahmen des weltweiten Klimawandels auf die zukünftige Entwicklung verkehrsbedingter Abriebpartikel untersucht.

Standort

Für das Monitoring wurden die Bundesautobahnen A 555 und A 4 ausgewählt. Der Probenahmestandort an der A 555 repräsentiert eine hoch frequentierte, Nord-Süd ausgerichtete Autobahn mit überwiegend fließendem Verkehr. Der Autobahnabschnitt ist umgeben von landwirtschaftlich genutzten Flächen. Der Standort an der A 4 liegt in unmittelbarer Nähe des Autobahnkreuzes Köln-Gremberg und zeichnet sich durch eine West-Ost Ausrichtung und durch erhöhten Berufs- und Pendlerverkehr aus, der in regelmäßigen Abständen zu "stop-and-go" Verkehr führt. Dieser Autobahnabschnitt führt durch Industrie- und Wohngebiete.

Probenahme und Analyse

Die Partikel-Probenahme wurde mit Hilfe der Passivsammlertechnik Sigma-2 durchgeführt. Das Design des Sammlers schützt die Partikelprobenahme vor direkter Sonneneinstrahlung, Wind und Niederschlag. Die Staubpartikel werden auf einer transparenten Klebstofffolie (Akzeptorfläche) gesammelt, die während des Routinebetriebes für sieben Tage ausgelegt wird. Eine automatisierte lichtmikroskopische Einzelpartikelanalyse ermöglicht die Berechnung von Partikel-Massenkonzentrationen und die entsprechenden Größenverteilungen. Anschließend wird mittels Rasterelektronenmikroskopie eine individuelle Partikelanalyse durchgeführt, die in Kombination mit einer Röntgenspektroskopie eine detaillierte chemisch-mineralische Partikelcharakterisierung ermöglicht. Meteorologische Faktoren haben einen signifikanten Einfluss auf die Partikel-Konzentrationen. Aus diesem Grund wurden für die Studie meteorologische Daten der DWD-Wetterstation am nahegelegenen Flughafen Köln/Bonn hinzugezogen, zum Beispiel Temperatur und Niederschlag. Um die Interpretation der Partikel-Messungen zu verbessern und mögliche Korrelationen mit unterschiedlichen atmosphärischen Strömungssituationen und Mischungsbedingungen zu evaluieren, wurden die wöchentlich dominierenden Großwetterlagen mit einbezogen. Das operative numerische Wetteranalysesystem des DWD lieferte hierfür die meteorologische Datenbasis.

Das Bild zeigt verkehrsbedingte Abriebpartikel unter dem Rasterelektronenmikroskop mit Röntgenspektroskopie für eine detaillierte chemisch-mineralische Einzelpartikelanalyse Verkehrsbedingte Abriebpartikel unter dem Rasterelektronenmikroskop mit Röntgenspektroskopie für eine detaillierte chemisch-mineralische Einzelpartikelanalyse.

Messergebnisse

Die Messergebnisse und lichtmikroskopischen Einzelpartikelanalysen des ersten Jahres (Mai 2013 bis Mai 2014) sowie die weitergeführten Untersuchungen wurden in bisher zwei Beiträgen im Journal "Aerosol and Air Quality Research" veröffentlicht.