TER-Methode: Ein neuer Ansatz zur Evaluierung von Schadstoffemissionen

Ziele/Ideen

Gesetzliche Grenzwerte von Stickoxide – allen voran das regulierte NO2 – werden im urbanen Raum immer wieder in ganz Europa überschritten. Messstellen, die dabei als Monitoring verwendet werden, sind selten unmittelbar an den Emittenten positioniert, sondern messen meist das Ensemble vieler verschiedener Quellen über ein großes Gebiet. Daraus können zwar die Gesamtbelastungen (Immissionen) bestimmt werden, eben aber nicht die einzelnen Anteile verschiedener Emissionstypen. Die Forschungsarbeit sollte nun klären, welche Anteile an den Messwerten vom Verkehr verursacht werden und wie gut die durch die neue Messmethode gewonnenen Daten mit dem europaweit angewendeten COPERT III Emissionsmodell übereinstimmen. Da es sich um eine neue Methode handelt ging man auch der Frage, der Anwendbarkeit der Messmethode im urbanen Raum, nach.

Kurzbeschreibung

Der europäische Straßenverkehr zählt heute zu den größten Schadstoffemittenten – hier v.a. Stickoxide (NOx) – und spielt daher eine wesentliche Rolle als „Luftverschmutzer“. Die Europäische Kommission geht davon aus, dass mehr Menschen an den indirekten Folgen der Luftverschmutzung sterben als durch tödliche Autounfälle. Luftqualitätsmanagement ist daher ein wichtiges Instrument sowohl auf europäischer als auch auf nationaler Ebene, welches seit den 1970iger Jahren angewandt wird, um mit verschiedenen Maßnahmen im Straßenverkehr die Luftgüte zu verbessern. Basis vieler politischer Entscheidungen sind dabei die Ergebnisse sogenannter Emissionsmodelle (zB COPERT III), die die Auswirkungen der Verkehrsemissionen in Raum und Zeit berechnen. Da regulative Maßnahmen bei den Verkehrsteilnehmern oft unerfreulich aufgenommen werden (zB IG-L auf der Inntalautobahn A12), sind gezielte effektive „Verkehrseingriffe“ politisch sehr erwünscht. Das bedeutet jedoch auch, dass ein hoher Anspruch an Emissionsmodelle in Auflösung und Qualität der Ergebnisse gestellt wird. Da Modelle die Realität nur vereinfacht wiedergeben, bedarf es eines immer wiederkehrenden Monitorings und Soll-Ist Vergleichs zwischen den Realwerten (Messungen) und den vorhergesagten Werten. Ein Problem von Modellen stellen die Eingangsdaten dar, die für die Vorhersageberechnung verwendet wird. Gerade die Emissionsfaktoren der einzelnen Fahrzeugtypen werden oft in Labormessungen vorgenommen, die im Realverkehr so nicht auftreten, da Einflüsse wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Verkehrsaufkommen oder Handling durch den Verkehrsteilnehmer nicht vollumfänglich im Labor simuliert werden können. Zusätzlich kommt es im Straßenverkehr zu einer Vermischung verschiedener Fahrzeugklassen und zusätzlicher Quellen (zB Heizungsanlagen), was eine differenzierte Quantifizierung nochmals erschwert. Genau hier setzt die neue Messmethode – genannt „Turbulence Enhancment Ratios (kurz TER)“-Methode – an, die dieses Problem der Überlagerung verschiedener Quellen zu lösen versucht und dadurch den wahren Anteil des Verkehrs an den Gesamtemissionen extrahieren kann. Dies wird einerseits durch eine zeitlich schnelle (z.B. größer oder gleich 5Hz) Messung der benötigten Schadstoffe (hier: NOx und CO2) und andererseits durch Anwendung mathematischer nichtlinearer Routinen erreicht. Diese Daten sind dann repräsentativ für die Region und einen - aus Verkehrsdatenerhebung - bekannten Flottendurchschnitt und können mit Emissionsmodellen verglichen werden. Daraus gewonnene Erkenntnisse tragen zum einen zur Verbesserung der Modellierung bei, zum anderen können nun erstmals die Anteile verschiedener Quellen zugeordnet werden, was zu einem gezielteren Luftqualitätsmanagement führen kann.

Resultate

Die erweiterte Messmethode dient in erster Linie zur besseren Quantifizierung von Schadstoffemittenten (zB Stickoxide). Daraus ergeben sich viele weitere Möglichkeiten die gewonnenen Daten zu verwenden. Emissionsmodelle können durch Vergleiche optimiert und angepasst werden, was deren Qualität für die Zukunft verbessert. Für Entscheidungsträger dürften die Anteile der Emittenten für ein besseres und zielgerichteteres Luftgütemanagement interessant sein. Wissenschaftler könnten kleinräumige Auswirkungen anhand der Turbulence Enhancement Ratios – zB im städtischen Raum – untersuchen. Bei Langzeitmessungen können nun Veränderungen an verschiedenen Quellen direkt abgeleitet werden, da diese in der Atmosphäre separierbar sind. Die Methode kann in Zukunft durch zusätzliche Messung anderer Schadstoffe (z.B. CO, Nichtmethankohlenwasserstoffe) erweitert werden, um chemische Fingerprints unterschiedlichster Schadstoffquellen zu quantifizieren.

Partner

Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften: Projektleiter

Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissensch: Berater