Die Umweltrelevanz von Straßen- und Reifenabrieb und Analyse von regulativen und konstruktiven Maßnahmen zur Reduktion

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Auswirkung der Elektrifizierung, also der Umstellung der österreichischen Personen- und Lastkraftwagenflotte auf Fahrzeuge mit klimaneutralen Antrieben. Aufgrund der höheren Reifenabriebemissionen pro zurückgelegtem Kilometer von Elektrofahrzeugen kommt es dadurch zu einer kontinuierlichen Zunahme der gesamten Reifenabriebemissionen pro Jahr. Um die Auswirkungen der bis zum Jahr 2040 fortschreitenden Elektrifizierung zu untersuchen, werden die Fahr- und Transportleistung, sowie die sukzessive Umstellung der Fahrzeugflotte prognostiziert. In weiterer Folge werden Prognosen über die zu erwartenden Emissionen des Personen- und Güterverkehrs berechnet. Die Personenfahrleistung wird auf zwei unterschiedliche Varianten berechnet. Variante 1 bezieht sich auf eine mögliche Reduktion der Fahrleistung durch umfassende regulative Maßnahmen. Variante 2 bezieht sich auf den Fall „business as usual“. Dies bedeutet, dass die durchschnittliche Fahrleistung pro Fahrzeug bis zum Jahr 2040 als konstant angenommen wird. Die gesamte Fahrleistung nimmt daher durch den prognostizierten steigenden Motorisierungsgrad bis zum Jahr 2040 zu. Für die Berechnung der Emissionen des Straßengüterverkehrs werden unterschiedliche Szenarien betrachtet. Einerseits bezieht sich die Berechnung der Abgasemissionen auf die Umlagerung der Transportleistung auf den Schienengüterverkehr, andererseits werden die durch die Elektrifizierung der Lkw-Flotte steigenden Reifenabriebemissionen prognostiziert. Durch die Elektrifizierung werden die Abgasemissionen deutlich verringert, je nach Berechnungsvariante steigen allerdings die Nicht-Abgasemissionen. In allen betrachteten Fällen würde eine Reduktion der Fahr- und Transportleistung bzw. eine Verlagerung auf klimaschonendere Verkehrsträger zu einer Reduktion der Abgas- und Nicht-Abgasemissionen führen. Eine Gegenüberstellung der jährlichen Emissionen ohne Elektrifizierung und der Emissionen mit Elektrifizierung bestätigen, dass Nicht-Abgasemissionen ohne Umstellung der Fahrzeugflotte niedriger ausfallen. Bei Abgasemissionen verhält sich dies umgekehrt. Durch die Berechnung der kumulierten Emissionen wird gezeigt, dass aufgrund der kumulierenden Wirkung von Luftschadstoffen und Mikroplastik durch die Elektrifizierung teilweise nur geringe Einsparungen bis 2040 möglich sind. Um das neu geschaffene und weitreichende Problem des Reifenabriebs aufgrund der Elektrifizierung zu bewältigen, bedarf es neuer regulativer und konstruktiver Maßnahmen, die in dieser Arbeit ebenso erläutert werden.

This thesis focuses on the effects of the electrification, namely the continuous switch of the Austrian passenger and truck fleet to vehicles with climate-neutral engines. Since electric vehicles cause higher tire wear particle emissions per kilometre travelled, an increasing number of such vehicles lead to an overall increase of total tire wear emissions. To examine the effects of the ongoing electrification of the passenger and truck fleet until 2040, the passenger and transport mileage as well as the gradual conversion of the vehicle fleet are forecast. Subsequently, the forecasts of the expected emissions from passenger and freight transport are calculated. The passenger mileage is calculated in two different ways. Variant 1 relates to a possible reduction in mileage through comprehensive regulatory measures. Variant 2 relates to “business as usual”. This means that the average mileage per car is considered as constant until the year 2040. The total mileage will increase due to the predicted increase in motorization. Different scenarios are considered to calculate the emissions from road freight transport. On the one hand, the exhaust emissions due to the transfer of the freight performance to rail freight transport are calculated, on the other hand, the increasing tire wear particles due to the electrification of the truck fleet are forecast. Due to the increased electrification exhaust emissions are significantly reduced, non-exhaust emissions increase depending on the calculation variant. In all cases considered a reduction in driving and transport performance or a shift to more climate-friendly means of transport would lead to a reduction in exhaust and non-exhaust emissions. A comparison of the total annual fleet emissions with and without electrification confirms that non-exhaust emissions are lower without the shift towards increased electrification. The opposite is true for exhaust emissions. The calculation of cumulative emissions shows that due to the cumulative effect of air pollutants and microplastics, only a small reduction of exhaust emission is possible by the year 2040. To cope with the new and extensive problem of tire wear due to electrification, new regulatory and constructive measures are required, which are also analysed in this thesis.