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Umweltatlas Berlin

03.11 Verkehrsbedingte Luftbelastung durch NO2 und PM10 (Ausgabe 2008)

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Emissionsmodelle Hauptverkehrsstraßen (Linienquellen) und Nebenstraßennetz (Flächenquellen)

Die Auspuffemissionen durch den Kraftfahrzeugverkehr hängen von Faktoren ab, die sich in verkehrsspezifische und kraftfahrzeugspezifische Kenngrößen zusammenfassen lassen.

Die verkehrsspezifischen Kenngrößen werden durch die Verkehrsdichte, d.h. die Anzahl der auf dem betrachteten Straßenabschnitt (Quelle) bewegten Fahrzeuge und deren Fahrverhalten (Fahrmodus) beschrieben. Das Fahrverhalten wird den verschiedenen Straßentypen (Stadtkernstraße, Nebenstraße, Hauptverkehrsstraße mit oder ohne Lichtsignalanlage, Autobahn) und Funktionen (Geschäftsstraße, Wohngebietsstraße oder Einfallstraße) zugeordnet.

Die kraftfahrzeugspezifischen Kenngrößen, im Allgemeinen ausgedrückt durch die Abgasemissionsfaktoren, werden bestimmt durch:

  • die Art des motorischen Antriebsverfahrens (Viertakt-, Zweitakt- oder Dieselmotor),
  • die Art der Gemischaufbereitung (durch Vergaser oder Einspritzung beim Otto-Motor),
  • die Art des Kraftstoffes (Zweitaktgemisch, Benzin, Diesel),
  • die Art eventuell vorhandener Reinigungssysteme (geregelter und ungeregelter Katalysator, Abgasrückführung) sowie
  • sonstige, den technischen Zustand des Motors charakterisierende Größen.

Die Emissionsfaktoren hängen auch vom Fahrverhalten (Fahrmodus) ab und werden daher für unterschiedliches Fahrverhalten angegeben. Als wesentliche kraftfahrzeugspezifische Größe werden auch der Kaltstarteinfluss, der zu erhöhten Schadstoffemissionen während der Warmlaufphase des Motors führt, und die Verdunstungsemissionen berücksichtigt.

Die Emissionsfaktoren werden im UBA-Handbuch für Emissionsfaktoren (Version 2.1 vom April 2004) für jedes Jahr seit 1990 bis zum Jahr 2020 zur Verfügung gestellt. Hier finden sich für jede Fahrzeuggruppe (PKW, leichte Nutzfahrzeuge, motorisierte Zweiräder, Busse und schwere Nutzfahrzeuge), für zurzeit mindestens fünf Minderungsstufen (80er Jahre ECE-Zyklus, Euro I, Euro II, Euro III, Euro IV, EURO V- nur bei schweren Nutzfahrzeugen) und für jeden Straßentyp die Emissionsfaktoren aller relevanten emittierten Stoffe.

Die strengere Abgasnorm Euro 5 für Pkw wird ab September 2009 für Neufahrzeuge vorgeschrieben. Die vorgesehene strengere Norm Euro VI für schwere Nutzfahrzeuge und Euro 6 für Pkw werden jedoch voraussichtlich erst ab 2013 in Kraft treten. Diese Abgasnormen können mit der jetzigen Version des UBA-Handbuchs nicht berücksichtigt werden, so dass realistische Prognosen der Kfz-Emissionen nur bis 2010 und mit Einschränkungen bis 2015 möglich sind.

Ermittlung der Emission durch Abrieb und Aufwirbelung des Straßenverkehrs

Nach heutiger Erkenntnis geht man davon aus, dass ein großer Anteil der verkehrsbedingten PM10-Emissionen nicht aus dem Auspuff der Fahrzeuge stammt, sondern über Aufwirbelung von auf der Straßenoberfläche liegenden Partikeln und vom Reifen- und Bremsabrieb herrührt.

Grundlage der Berechnung dieser Emissionen mit IMMISem/luft bildet die modifizierte EPA-Formel aus entsprechenden Untersuchungen. Diese Formel wurde durch Messungen in Berlin an der Schildhornstraße und an der Frankfurter Allee entwickelt und basiert auf der Erkenntnis, dass im Bezugsjahr 2001 ca. 50 % der in Straßenschluchten gemessenen Zusatzbelastung von Feinstaub nicht der Auspuffemission der Kraftfahrzeuge zugeordnet werden kann, sondern durch die fahrzeugbedingten Abriebe (Brems-, Straßen- und Reifenabrieb) und Aufwirbelungen verursacht werden. Da die Auspuffemissionen durch die verbesserte Motortechnik seitdem weiter vermindert wurden, ist der Anteil der nicht Auspuff bedingten Emissionen an der Zusatzbelastung heute deutlich höher als 50 %.

Abbildung 3 stellt die einzelnen Ausgangsgrößen zur Berechnung der Auspuff- und Abriebsemissionen des Verkehrs, wie Fahrleistungsfaktoren, Stop-and-Go-Zuschläge, Kaltstartfaktoren etc. sowie die Ergebnisse vor.

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Abb. 3: Emissionsmodell zur Berechnung der emittierten Schadstoffmengen in Hauptverkehrsstraßen (Liwicki, Garben 1993)

Emissionen für motorisierte Zweiräder können wegen fehlender Verkehrszählungen im Hauptverkehrsstraßennetz nicht angegeben werden. Ihr Beitrag zur Gesamtemission wird auf der Grundlage bundesdeutscher Durchschnittsfahrleistungen und verfügbarer Emissionsfaktoren ermittelt.

Für Gebiete mit ausgeprägter Orographie sind die Straßenabschnitte in Längsneigungsklassen einzuordnen. In Berlin kann dieses jedoch vernachlässigt werden.

Emissionsmodell Nebenstraßennetz (Flächenquellen)

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Abb. 4: EM-NEBEN - Emissionsmodell für das Nebenstraßennetz (Flächenquellen) (Liwicki, Garben 1993)

Die Verkehrbelastung der Nebenstraßen für das Jahr 2005 wurde mit Hilfe des Verkehrsumlegungsprogramms VISUM aus den zugrunde gelegten Quell-Ziel-Relationen berechnet. Die daraus ermittelten Gesamtfahrleistungen und Anteile an schweren Nutzfahrzeugen wurden den Verkehrszellen in der Stadt zugeordnet. Die aus dem Auspuff und durch Aufwirbelung und Abrieb bedingten Emissionen im Nebennetz wurden mit dem Emissionsmodul von IMMISem/luft bestimmt.

Im Nebenstraßennetz werden die Emissionen nicht für einzelne konkrete Straßenabschnitte berechnet, sondern für Rasterflächen von jeweils einem Quadratkilometer. Die Fahrleistung in den Rasterflächen wird auf der Grundlage folgender Angaben ermittelt:

  • überwiegende Nutzung des Gebietes, unterteilt in
    • Wohnen in Außenbereichen,
    • Gewerbe- und Industrie,
    • Innenstadt und Subzentren,
  • Anzahl der Einwohner und der Arbeitsplätze, differenziert nach
    • Handel und Dienstleistungen,
    • produzierendem Gewerbe,
  • daraus abgeleitete Quelle-Ziel-Matrizes des Kfz-Verkehrs.

Die weiteren Eingangsgrößen zur Ermittlung der Gesamtemissionen je Schadstoffkomponente für jede Rasterfläche entsprechen denen für die Berechnung im Hauptverkehrsstraßennetz.

Auspuff- und Abriebemissionen im Stadtgebiet

Tabelle 3 gliedert die im Stadtgebiet von Berlin vom Kraftfahrzeugverkehr erbrachten Fahrleistungen (Mio. Fahrzeug-km/Jahr), den Kraftstoffverbrauch (t) und die Auspuff- und Abriebemissionen des Kraftfahrzeugverkehrs (t/Jahr) nach Fahrzeugarten für das Bezugsjahr 2005.

Tabelle 3 - Dummy
[Ca. 21 KB groß.]

Tab. 3: Fahrleistungen (Mio. Fahrzeug-km/Jahr), Kraftstoffverbrauch (t) und Auspuff- und Abriebemissionen (t/Jahr) nach Fahrzeugarten im Stadtgebiet Berlin - Bezugsjahr 2005

Excel
[Die Tabelle liegt auch im Excel-Format vor (MS-Excel wird benötigt).]

Die für dieses Kataster entwickelte neuartige Emissionsberechnungsmethode ist auch als Grundlage für Ausbreitungsrechnungen zur Ermittlung der Schadstoffbelastungen an Straßen geeignet. Die weitreichende Neugestaltung der Berechnungsmethodik lässt Vergleiche mit vorhergehenden Emissionserhebungen auf der Grundlage einer wesentlich einfacheren Methode nur sehr eingeschränkt zu.

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