Das weltweit größte Verkehrsexperiment

Von: Dipl.-Ing. (FH) Udo Golka, Sachverständiger, Walzbachtal

Die tragischen Bilder von leidenden Menschen aus China, Italien und Spanien veranlassten viele Regierungen weltweit, eine Ausgangs- und Kontaktsperre zu verordnen. Unsere Regierung hat uns so die notwendige Zeit verschafft, uns vorzubereiten und zu lernen, mit dem Corona-Virus zu leben.

Damit haben die meisten Regierungen auch ein unerwartetes Experiment angestoßen – das wohl größte Verkehrsexperiment aller Zeiten: die Verkehrspause. Kaum ein Flieger ist geflogen. Und im Straßenverkehr? Genaue Zahlen sind noch nicht verfügbar, aber nach einer Erhebung in NRW waren an Wochenenden bis zu 70 % weniger Autos unterwegs, unter der Woche in Ballungsräumen bis zu 40 % weniger. Das war begleitet vom Umstieg der Massen vom öffentlichen Nah- und Fernverkehr auf das private Fahrzeug. Nah- und Fernverkehr sind betrieben worden – allerdings fast leer. Der Gewinner der Vorgaben war das Fahrrad, was sich von 2 % Verkehrsleistung auf 7 % verbessern konnte. Durch Verzicht auf nicht systemrelevante Produktion und auf Produktion für den Export sind die industriellen Emissionen von Luftschadstoffen ebenfalls deutlich zurückgefahren worden.

Die Luftbelastung ist das Ergebnis aus dem Ausstoß (Emission) von Schadstoffpartikeln aus einer Vielzahl natürlicher und künstlicher Quellen. Diese Partikel erleben Transport und Umwandlung (Transmission) in der Atmosphäre. Die Immission bezeichnet die Luftbelastung mit Schadstoffen, die wir einatmen, wie Stickstoffdioxid (NO2) und Partikel PM10 („Feinstaub“).

Der europäische Satellit „Sentinel-5P“ zeigt weltweit einen starken Rückgang (> 30 %) von Stickstoffdioxid, verglichen mit dem vergangenen Jahr 2019, sowohl in China als auch in Italien und in ganz Europa.

Feinstaub sieht man nicht

Feinstaub kann man so nicht beurteilen, man sieht ihn ja nicht. Und die chemische Zusammensetzung variiert sehr stark. In weiten Teilen Europas sorgten dieses Jahr saubere Polarluft und eine andauernde Westwindlage, bei der sich die Schadstoffe nicht anreichern konnten, bereits für ungewöhnlich saubere Luft.

Der Satellit „sieht“ eine gesamte Luftsäule, er kann nicht bestimmen, in welcher Luftschicht sich welche Schadstoffkonzentration befindet. In zunehmender Höhe können Winde Luftschadstoffe verfrachten, verdünnen oder Belastungen aus entfernten Regionen hereintragen. Auch am Boden, und das interessiert uns als Immitenten am meisten, werden durch Winde und Niederschläge Schadstoffe verlagert oder ausgewaschen. Dazu kommen Inversionswetterlagen, die einen Luftaustausch mit den höheren Schichten verhindern. Die Bedingungen an tiefer gelegenen Autobahnabschnitten, Autobahnen mit Schallschutzmauern und an Straßen mit durchgängiger mehrstöckiger Bebauung führen durch den Canyon-Effekt zu einer Re-Zirkulation der Luft, angetrieben durch die Luftbewegungen des Verkehrs. Was am Boden erzeugt wurde, bleibt dann auch am Boden.

Bild 2 zeigt den normalen Verlauf der Grobfraktion der Partikel an zwei Autobahnen in Köln in 2013 und 2014. Während die A 555 mit 5,6 % LKW-Anteil eher einen flüssigen Verkehrsverlauf hat, steht die A 4 mit 13,4 % LKW-Anteil für mehr Stop and Go. Bemerkenswert ist, dass mit zunehmender mittlerer Fahrgeschwindigkeit die Reifen-Partikelgrößen abnehmen. Es scheint, dass, wenn der Abriebprozess schneller geht, kleinere Partikel abgerissen werden. Auf der A 555 liegen die Partikelgrößen zwischen 10 und 20 μm, auf der A 4 zwischen 20 und 40 μm.Zwischen 5 und 12° C ist der geringste Reifenabrieb, mit steigenden Temperaturen sinkt er bei Winterreifen und steigt bei Sommerreifen. Vermutet wird hier ein Zusammenhang mit dem höheren Silica-Anteil von Sommerreifen, was den Reifen erlaubt, sich besser mit dem Untergrund zu „verkrallen“.

Der Verkehr ist reduziert – Der Dunst ist geblieben

In Corona-Zeiten wäre ein Rückgang der Stickoxide logisch. Schließlich stammen diese ganz überwiegend aus dem Verkehr, und der ist in der Corona-Krise deutlich zurückgegangen. Bisher wird geschätzt, dass PKW die Verursacher von 65 % des städtischen Stickstoffdioxids sind. LKW, Busse und Bahnen sind für die anderen 35 % verantwortlich. Der Verkehr wird für die 20–40 % der Feinstauberzeugung verantwortlich gemacht. Wenn jetzt etwa die Hälfte der PKW nicht gefahren ist, wäre ein Rückgang der NOx-Emission um etwa 32,5 % und der Feinstaubemission um etwa 15 % zu erwarten.

Doch die Messwerte am Boden zeigen deutschlandweit kein eindeutig positiveres Bild. Der Verkehr ist deutlich reduziert, der Dunst geblieben. Ein paar Beispiele:

• Halle/Saale: Mehr Feinstaub als 2019

• Dresden: NOx gleich wie in 2019

• Hamburg: NOx erst reduziert, dann 75 % der Messstationen über dem Grenzwert

• Gelsenkirchen: Feinstaub und NOx in der ersten Aprilwoche über den Grenzwerten

• München und Nürnberg: NOx ist am Beginn des Experiments plötzlich stark gesunken für eine Woche,
  danach sieht alles genauso aus wie 2019.


Was sich geändert hat, sind die Verkehrsspitzen. Die übliche „Kamelform“ im Diagramm mit morgen- und abendlichem Berufsverkehr ist zu einer „Dromedarform“ um die Tagesmitte geworden.

Was allerdings passiert ist und zu denken gibt: Der ultrafeine Staub in der Nähe von Flughäfen hat sich halbiert (bei Reduzierung der Flüge um 90%). Hier bezieht sich der Autor auf Messungen am Flughafen Frankfurt am Main.

Die nicht gesunkene Schadstoffbelastung in den Städten bringt die Wissenschaftler in Erklärungsnot. Häufig rettet man sich in allgemeine Sätze wie beim DLR: „Erst das kombinierte Betrachten von Satellitenmessungen, In-situ-Daten, also vor Ort erfasste Daten, und Computermodellierungen ermöglicht einen wissenschaftlich stichhaltigen Nachweis des Corona-Effekts. Für pauschale Bewertungen ist das atmosphärische Geschehen zu komplex.“

Die Luftreinhaltungsgesetze zwingen den Stuttgarter Bürgermeister immer wieder zu unpopulären Maßnahmen, wohl wissend, dass diese pauschal und kurzfristig nichts bringen. Anhand der ersten Messergebnisse in Zeiten des „Experiments“ kann man durchaus die Wirksamkeit der (Diesel-) Fahrverbote anzweifeln. Die, die nicht gefahren sind, waren dann wohl nicht schuld. Vielleicht eher veraltete und nicht nachgerüstete Lieferflotten und die Nahverkehrsfahrzeuge?

Die zwei giftigen Brüder

Verkehrsverursachter Feinstaub und Stickstoffdioxid treten immer gemeinsam auf. Während das NOx eine Folge der Verbrennung ist (der Stickstoff der Luft oxidiert bei hohen Brennraumtemperaturen), ist der vom Verkehr verursachte Feinstaub meist Abrieb von Reifen, Bremsen und Straße. Beide treten immer gemeinsam auf, d.h., bei epidemiologischen Untersuchungen kann man die Ursache gar nicht auseinanderhalten.

Feinstaub ist der Schwebstaub (engl. Particulate Matter = PM), also Teilchen, die nicht sofort zu Boden sinken. Sie sind nur bei bestimmten Wetterlagen als Dunstglocke sichtbar.

Ultrafeiner Staub beginnt ab 1 nm = 0,000001 mm und geht bis 100 nm = 0,1 μm = PM 0,1. Die Feinfraktion des Feinstaubes beginnt ab 0,1 μm bis 1 μm = PM1,0 bzw. 2,5 μm = PM 2,5.

Die grobe Fraktion des Feinstaubes geht bis zu einer Größe von 10 μm = 0,01mm = PM 10.

Ursprünglich erfolgte die Quantifizierung und damit auch die Einschätzung des Gefahrenpotenzials über die Masse, bezogen auf das Luftvolumen, also mg/m3. Inzwischen hat man gelernt, dass ultrafeine Stäube deutlich gefährlicher sind. Bei gleicher Masse haben sie eine viel größere Oberfläche bei einer viel größeren Anzahl. 3 mg PM10 z.B. entsprechen einer Anzahl von x Partikeln, 3 mg PM 2,5 entsprechen dann einer 64-fachen Anzahl von x. Darum wird bei der Quantifizierung ultrafeiner Partikel besser die Anzahl bezogen auf das Luftvolumen verwendet.

Den vollständigen Beitrag lesen Sie in Ausgabe 04/2020. 



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