Sauberer Straßenverkehr in urbanen Ballungsräumen

Abstract

Trotz kontinuierlicher Absenkung der Abgas-Emissionsgrenzwerte für Kraftfahrzeuge in der Europäischen Union, kam es in Österreichs Städten in der Vergangenheit bei verkehrsnahen Luftgütemessstellen vermehrt zu Immissions-Grenzwertüberschreitungen bei den Stickstoffoxiden NOx und den Partikeln PM. Die im Zuge dieser Arbeit untersuchten Städte Wien, Salzburg und Feldkirch weisen hinsichtlich der NO2-Immissionsmesswerte bei den erhobenen, stark frequentierten Messstellen rund doppelt so hohe Werte aus, wie der angestrebte Luftgüte-Jahresgrenzwert (JMW) von 30 µg/m³.<br />Ebenso wurde der zulässige Feinstaub PM10-Tagesgrenzwert (TMW) von 50 µg/m³ in allen drei Städten an markanten Messpunkten regelmäßig überschritten. Mit Hilfe eines Rechenmodells basierend auf den in der Fachliteratur angeführten Emissionsfaktoren für Kraftfahrzeuge war es möglich verschiedenen Fahrzeugkategorien bzw. -klassen den jeweiligen Emissionsanteil zuzuweisen. Anhand dieser ersten Berechnungen konnten die problematischen Verkehrsträger im städtischen Straßenverkehr in Wien identifiziert werden. Das dabei verwendete Basisrechenmodell wurde in einer aufwändigen Validierung im Zuge von Immissionsmessungen und Emissionsberechnungen hinsichtlich Genauigkeit und Reproduzierbarkeit überprüft.<br />Eine weitere angewandte Methode zur Erfassung der real emittierten Abgasmenge bzw. zur Ermittlung von Emissionsfaktoren stellte das On-board Messsystem dar. Dieses in Eigenentwicklung gefertigte On-board Messsystem wurde direkt in die Messfahrzeuge eingebaut und ermittelte so auf beliebigen Fahrstrecken die Abgasmassenemissionen des Fahrzeuges.<br />Somit konnten unterschiedliche Fahrzeugkategorien hinsichtlich der gesetzlich reglementierten Abgaskomponenten Kohlenwasserstoffe HC, Kohlenmonoxid CO, Stickstoffoxide NOx sowie dem Treibhausgas Kohlendioxid CO2 untersucht werden. Im speziellen wurden im Ballungsraum Wien Real-Life Emissions-Messkampagnen mit konventionell und alternativ angetriebenen Fahrzeugen durchgeführt. Mit Hilfe der ermittelten Emissionsfaktoren der getesteten Fahrzeuge Opel Zafira und Opel Combo sowie einem MAN Gelenksbus wurden die möglichen Emissionsreduktionen für typische Straßenzüge im Ballungsraum Wien berechnet. Angenommen wurde eine Substitution von 10 % konventionell betriebenen Fahrzeugen durch die genannten CNG-Fahrzeuge. Wie aus der Emissionsberechnung hervorgeht, wirkt sich eine Substitution der bisherigen konventionell betriebenen Fahrzeuge durch die getesteten CNG-Fahrzeuge mit fünf bis zehn Prozent bei den Abgaskomponenten Stickstoffoxide NOx und den Partikeln PM aus. Eine Reduktion des CO2-Ausstoßes in betrachteten Straßenzügen Wiens in Höhe von ein bis knapp drei Prozent kann ebenfalls erwartet werden. Erdgasbetriebene Fahrzeuge mit moderner Motor- und Abgasreinigungstechnologie sind damit aus heutiger Sicht ein effektives Hilfsmittel, um mittelfristig die Luftqualität in Ballungszentren nachhaltig zu verbessern.

In the European Union emission limit values for motor vehicles have continuously been being lowered. Nevertheless near-traffic measuring stations in Austria's cities increasingly suffered from exceeding exhaust-gas limits, both with nitrogen dioxide (NO2) and particulate matters (PM).<br />Within the framework of this thesis three Austrian cities have been surveyed: Vienna, Salzburg, and Feldkirch. At highly frequented measuring points in these cities, NO2 emission was approximately double as high as the air quality limits strived for as an aim, i.e. 30 µg/m³ per year. In all three cities the particulate matter limits per day (PM10) were equally exceeded at certain measuring points.<br />A mathematical model based on the emission factors, which are normally used in the relevant literature on motor traffic, made it possible to allot their specific emission share to the various categories and classes of motor vehicles. So the problematic carriers in Vienna's city traffic could be identified. The mathematical model used was scrutinized in an elaborate validation process by checking its accuracy and repeatability through comparing emission measuring results with calculation results.<br />The on-board measuring system of our research group was applied as another method of collecting the emitted emission quantities respectively of detecting emission factors. We developed and built our own on-board measuring system, one to be placed on board the measuring vehicles. Thus we could measure the exhaust emission of various vehicles on a variety of test routes. This on-board measuring system allowed us to study various vehicle categories as to the regulated emission components in exhaust fumes: hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) as well as the greenhouse gas carbon dioxide (CO2).<br />Special real-life emission measuring campaigns in the congested urban area of Vienna were conducted, both with conventionally and alternative powered vehicles (CNG).<br /> Potential emission reductions for typical roads and streets in the congested urban area of Vienna were calculated based on measurements of emission factors of the following test vehicles: Opel Zafira, Opel Combo, and MAN articulated bus. This hypothesis assumes a substitution of 10 % of conventionally powered vehicles by the aforementioned CNG vehicles.<br />As this calculation proves that the substitution of conventionally powered vehicles by the tested CNG vehicles will result in a reduction of nitrogen oxides NOx and the particles PM. An additional reduction of the CO2-emission in urban roads by one to three percent can be expected.<br />It can be concluded that CNG vehicles (compressed natural gas) equipped with modern engine technology and purification of exhaust gases will be an effective measure to achieve sustained and long-term success, i.e. to improve the air quality in congested urban areas and in CO2 reduction as well.<br />