Fragestellung
In diesem Projekt soll die Frage beantwortet werden, wie groß der Beitrag der Abriebemissionen der Straßenbahnen an der gesamten PM10-Belastung an Hauptverkehrsstraßen ist. Grund für diese Studie ist die Vermutung, dass in Luftschadstoffgutachten verwendete Emissionsfaktoren für Straßenbahnen zu hoch angesetzt sind, da sie aus Messungen zu bedeutend schwereren, längeren und schnelleren Schienenfahrzeugen abgeleitet wurden. Straßenbahnen im Strombetrieb emittieren keine Partikel durch Verbrennung, jedoch werden durch mechanischen Abrieb der Bauteile sowie Verwirbelungen Partikel freigesetzt. Dies geschieht hauptsächlich an den Bremsen, den Schienen, den Radreifen und dem Stromabnehmer. Aus Studien zu Abrieben von Zügen ist bekannt, dass die Bremsen mit Abstand die stärksten Emittenten sind. Ziel dieser Studie ist es, den Gesamtbeitrag der Straßenbahnen zur Luftschadstoffbelastung mit PM10 zu ermitteln. Dies wurde mittels eines Ansatzes aus der Kombination von statistischen Bewertungen und chemischer Analytik durchgeführt.
Kurzbeschreibung
Im Zeitraum von Ende Oktober 2020 bis Anfang Januar 2021 wurden tägliche PM10-Filterproben an drei Luftgütemessstationen genommen und auf Inhaltsstoffe analysiert. Eine Messstation lag in der Nähe einer Straßenbahnhaltestelle an einer Verkehrsstraße mit Straßenschluchtcharakter im Zentrum von Brandenburg an der Havel (Neuendorfer Straße), eine zweite Messstation lag an einer Hauptverkehrsstraße an der Schildhornstraße in Berlin-Steglitz, die dritte Messstation an der Brückenstraße in Berlin-Mitte, die die Hintergrundbelastung im Innenstadtbereich Berlins sehr gut widergibt. Da sich keine der Berliner Luftgütemessstationen in der Nähe einer Straßenbahnlinie befindet, wurden in Zusammenarbeit mit dem Landesamt für Umwelt, Brandenburg, PM10-Messungen von der Luftgütemessstation an der Neuendorfer Straße verwendet.
Die PM10-Filter wurden mittels Totalreflexions-Röntgenfluoreszenz auf Metalle und mittels Ionenchromatographie auf Ionen analysiert. Zudem wurden die Filter anhand eines Transmissionsmeters auf „back carbon“ untersucht.
Um Einblicke in die Materialzusammensetzung der Straßenbahnen und der Schienen zu erlangen, wurden des Weiteren Abstriche an abriebrelevanten Kontaktflächen einer Straßenbahn genommen.
Zunächst wurden alle Daten nach Windrichtung, Stabilität der Atmosphäre und nach Werktagen bzw. Feier- und Ferientagen stratifiziert, um meteorologische und anthropogene Einflüsse zu quantifizieren.
Mittels der statistischen Rezeptormodellierung „Positive Matrix Factorisation (PMF)“ wurden dann für das gesamte Ensemble an Filtern und für ausgewählte meteorologische und verkehrliche Situationen Profile mit charakteristischen chemischen Zusammensetzungen erstellt. Diese wurden mit Profilen aus der Datenbasis der Gemeinsamen Forschungsstelle (JRC) der Europäischen Kommission sowie den Abstrichen an der Straßenbahn und den Schienen verglichen und entsprechend zugeordnet.
Ergebnisse
Über die regionale Differenzenbildung der Mittelwerte der Zeitreihen an den drei Untersuchungsstandorten konnte eine Zusatzbelastung von 1,0 Mikrogramm pro Kubikmeter PM10 ermittelt werden. Dies entspricht einer Zusatzbelastung von 0,025 Mikrogramm pro Kubikmeter pro einzelnem Straßenbahnfahrzeug. Es ist zu beachten, dass aufgrund der Lage der Messstation an einer Kurve und Straßenbahnhaltestelle dort eine Fahrsituation mit häufigem Bremsen – dem größten Beitrag zum Abrieb an Zugfahrzeugen – vorliegt. Die gemessenen Zusatzbelastungen von 1,0 Mikrogramm pro Kubikmeter stellen also eine obere Abschätzung dar. Damit zeigt das Ergebnis dieser Studie, dass bisherige Emissionsfaktoren für Straßenbahnen überarbeitet werden sollten.