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[Video zum Wochenende] Was Bürgermeister für eine ökologische Stadtentwicklung machen können

Ende Februar 2013 fand am UCLA Institute for Environment and Sustainability eine Podiumsdiskussion zum Thema “Urban Sustainability in North American Cities” statt. Teilnehmer des hochkarätig besetzten Podiums waren der Bürgermeister von Los Angeles, Antonio Villaraigosa, und der ehemalige Bürgermeister von Toronto, David Miller. Beide Bürgermeister sind Vorreiter der ökologischen Stadtentwicklung in Nordamerika und können auch als Beispiel für andere Städte auf der Welt dienen.

Alle Metropolen und Ballungsräume konkurrieren mittlerweile um die besten Köpfe, Unternehmen und Institutionen. Eine hohe Lebensqualität ist ein immer wichtiger werdender Standortfaktor in diesem Wettbewerb. Der Umbau der jeweiligen Verkehrssysteme ist ein wichtiger Teil in diesem globalen Wettkampf. Gewinnen wird diejenige Stadt, die ein möglichst attraktives, sozial und ökologisch verträgliches, energieeffizientes, flächensparendes, günstiges, komfortables, flächendeckendes, unbeschränktes und einfach zu nutzendes Verkehrsangebot anbieten kann.

Aber Verkehr ist nicht alles.

Pacific Electric red car auf einer Stahlbrücke über den Fletcher Drive in Atwater Village, Los Angeles – Foto: Donald Duke, Metro Transportation Library and Archive Collection via Atwater Village Newbie @ FlickrCC BY-SA 2.0

Los Angeles Bürgermeister Antonio Villaraigosa hat in den vergangenen Jahren hart an der Verbesserung verschiedenster Bereiche gearbeitet: Er möchte ein L.A. der Zukunft mit einer höheren Energieeffizienz, einem geringeren Wasserverbrauch, mehr Recycling, einem saubereren Hafen (beispielsweise mit dem SIEMENS eHighway für die Interstate 701), geringeren Schadstoffemissionen, weniger Lärm, weniger Partikel aus Dieselmotoren, weniger Schwefeldioxid und Stickstoffoxiden in der Luft. Aus diesem Grund soll in Los Angeles auch ab 2025 keine Kohle mehr verfeuert werden. Und er startete einen ambitionierten Plan zur Entwicklung der Radverkehrsinfrastruktur (2.500 Kilometer neue Radwege).

Und natürlich hat Los Angeles die Möglichkeit durch die Nähe zu innovativen Startups Technologie und Innovationen für eine bessere Umwelt zu nutzen und zu fördern.

Light Rail in Toronto – Foto: Simon Carr @ FlickrCC BY-SA 2.0

Torontos Ex-Bürgermeister Miller hat in seiner Amtszeit einen milliardenschweren Plan zur Bekämpfung des Klimawandels und zum ökologischen Stadtumbau Torontos aufgestellt. Gegen anfänglichen Widerstand aus dem Stadtrat und der lokalen Wirtschaft. Miller war sich jedoch der breiten Unterstützung aus der Bevölkerung sicher. Er betont intensiv die Wichtigkeit von Führung und der Notwendigkeit relativ schnellen und sichtbaren Erfolges. In Toronto war dies beispielsweise die Reduktion des Smogs.

Miller sprach auch über die Gewinnung von Unterstützung aus der Bevölkerung. Durch kleine Projekte, die von Botschaftern in ihren Nachbarschaften umgesetzt werden, lassen sich große Effekte erzielen. In Toronto startete Miller eine Initiative für zrbane Farmen, Solaranlagen und Geothermie-Projekte, die von den Bürgern selbst gestartet und durchgeführt werden sollen. Dafür stellte die Stadt Mikrokredite in Höhe von 120 Millionen Dollar bereit.

Die Auswirkungen der Innenstadt-Maut in Stockholm auf die Emissionen

Alles Wissenswerte zum Thema Luftverschmutzung durch den Verkehr, Feinstaub, Luftreinhaltepläne und Umweltzonen finden Sie in unserem Dossier.

Die probeweise Einführung der Innenstadtmaut in Stockholm war für die Wissenschaft ein großes Glück. Die Auswirkungen einer City-Maut ließen sich unter echten Bedingungen messen. Ebenso ließ sich feststellen, dass die verkehrslenkende Wirkung eindeutig mit der Maut zusammenhing, da nach Ende der Testphase die Verkehrsmenge wieder auf den ursprünglichen Wert anstieg. Hintergrundinformationen zur Innenstadtmaut in Stockholm erhalten Sie hier und hier.

Da Experimente normalerweise im öffentlichen Raum und in einem solchen Umfang nur sehr schwer durchzuführen sind, konnten in Stockholm einige Forschungsprojekte mit Beginn der Mauterhebung modellierte Werte überprüfen. Während der Testphase wurde von der Stadt Stockholm auch kontinuierlich die Verkehrsstärke, die Luftqualitätswerte, die Reisezeit, die Einflüsse auf den Parksuchverkehr sowie auf den Fuß- und Radverkehr gemessen. Alle Werte und Annahmen stammen aus dem offiziellen Abschlussbericht der Stadt Stockholm 1.

Die Luftqualität wurde während der Testphase wurde mit zwanzig Messstationen innerhalb des Mautgebietes ständig gemessen. Zudem konnten aus der Veränderung der Flottenzusammensetzung neue Emissionsfaktoren abgeleitet werden. Zur Modellierung wurde das Modellierungsverfahren ARTEMIS (Assessment and Reliability of Transport Emission Models and Inventory Systems) genutzt. In dieses flossen Fahremissionen, Kaltstartzuschläge und Zuschläge für Verdunstungskühlung mit ein.

Der Fokus der Untersuchung lag auf den Partikelemissionen (PM 10) und den Stickstoffdioxid bzw. Stickoxid NO2 und NOx. Zudem wurden noch die CO, CO2- und Benzolwerte gemessen. Im Vergleich zum Nullfall sanken die NOx-Emissionen durch den sechsmonatigen Test um etwa 55 Tonnen (-5-10 µg/m3), die PM10-Belastung nahm um 30 Tonnen ab (- 2-3 µg/m3). Die Einsparung kommt sowohl durch geringere Motoremissionen als auch durch weniger Aufwirbelung durch die geringere Fahrzeugmenge zustande. Die CO2-Belastung sank um 41.000 Tonnen.

Die Emissionen im Großraum Stockholm sanken um etwa 1-3 Prozent, in der Stadt Stockholm um 3 – 5 % und in der Innenstadt um acht bis 14 Prozent. Die Luftqualität in Stockholm verbesserte sich nachhaltig. Dennoch können nach Einführung der Maut nicht alle Emissionsgrenzwerte eingehalten werden. An größeren Hauptverkehrsstraßen im Innenstadtbereich werden Grenzwerte weiterhin überschritten.

Einfluss der Wetters

Das Ergebnis der Luftschadstoffmessung ist in einem signifikanten Teil auch vom Wetter abhängig. Während der ersten vier Monaten der Testphase (Januar – April 2006) konnten große Unterschiede zu den Jahren 2003, 2004 und 2005 festgestellt werden. Der Niederschlag im Frühjahr 2006 war hoch und der Schnee schmolz vergleichsweise spät. Dadurch waren die Partikelwerte unüblich niedrig. Aus den Ergebnissen der Testphase lässt sich somit nicht eindeutig eine Verbesserung der Luftqualität durch die Innenstadtmaut ableiten. Durch Zusammensetzen mit den Mittel- und Langfristwirkungen, die nach der dauerhaften Einführung gemessen werden konnten, lassen sich die Ergebnisse des Frühjahrs 2006 jedoch validieren.

Feinbetrachtung der Emissionsmodellierung

Die ermittelten Emissionsminderungen durch die Maut wurden für eine 24 Stunden-Periode an einem Werktag im April 2006 ermittelt. Zum Vergleich diente im Modell ein ebenso langer Zeitraum, dessen Emissionswerte allerdings aus den Werten des Monats April 2005 ermittelt wurden.

Für die zeitliche Differenzierung werden die Zeitscheiben 06:00 – 09:00 Uhr, 09:00 – 15:00 Uhr, 15:00 – 18:00 Uhr und 18:00 – 00:00 Uhr betrachtet, die Fahrzeuge werden in die Fahrzeuggruppen Pkw, leichte Nutzfahrzeuge, schwere Nutzfahrzeuge, Stadtbusse sowie Regionalbusse eingeteilt.

Der Gesamtverkehr in der Mautzone ist über die 24-Stunden-Periode um insgesamt 15 Prozent gefallen und in den Spitzenstunden um 17 Prozent. Die Änderungen für die jeweiligen Verkehrsarten können in der folgenden Tabelle abgelesen werden, wobei Überlandbusse und Stadtbusse zu einer Kategorie zusammengefasst wurden. Der Anteil des Pkw-Verkehrs am Gesamtverkehrsaufkommen ist um 1,2 Prozent gefallen, der Schwerlastverkehr hat sich um 1,1 Prozent erhöht. Die Fahrleistung des Schwerlastverkehrs stieg um über 3.000 Kilometer an.

Veränderung der Fahrleistung im Mautgebiet Stockholms mit / ohne Innenstadtmaut, aufgeschlüsselt nach Fahrzeugklassen und Zeit - Facts and results from the Stockholm Trials, Dezember 2006, Seite 86

Die Pkw-Fahrleistung ist um durchschnittlich 16 Prozent gesunken. Diese überdurchschnittliche Reaktion ist durch die Preissensitivität der Pkw-Nutzer zu erklären. So ist ein Teil beispielsweise auf den ÖPNV umgestiegen. Der Busverkehr stieg über den ganzen Tag gerechnet um 18 Prozent und in den Spitzenstunden sogar um 35 Prozent. Die zusätzlichen 8.000 Buskilometer können allerdings statistisch überbewertet worden sein, da die Erhebung teilweise auf der durchschnittlichen Reiseweite des Jahres 2004 innerhalb der Mautzone beruht. Zusätzliche Fahrten, die nach dem Jahr 2006 durchgeführt wurden, könnten durchaus kürzer gewesen sein, sodass die Beförderungsleistung des Busverkehrs niedriger sein dürfte.

Fahrzeugspezifische Emissionen

In der morgendlichen Hauptverkehrszeit hat sich die Flottenzusammensetzung derart geändert, dass die Stickoxid-Emissionen je Fahrzeugkilometer um 2-3 Prozent gefallen sind. Auf den 24-Stunden-Zeitraum bezogen ergibt sich eine Reduktion um 0,6 – 1 Prozent. Hinzu kommt noch der Emissionsrückgang durch die reduzierte Verkehrsmenge.

Beachtet werden muss jedoch, dass die zusätzliche Fahrleistung des Schwerlastverkehrs schwerer wiegt als die Reduktion des Pkw-Verkehrs, da ein Lkw etwa 25 Mal so viel und ein Bus etwa 28 Mal so viel NO-Emissionen verursachen wie ein Pkw. Durch die Änderung der Flottenzusammensetzung wird die Reduktion der Verkehrsmenge relativiert.

Die folgende Tabelle schlüsselt die Emissionszusammensetzung nach Einführung der Maut auf:

Prozentuale Veränderung der Stickoxid-Emissionen im Vergleich zum Rückgang des Verkehrsaufkommens - Facts and results from the Stockholm Trials, Dezember 2006, Seite 88

Die Emissionen, die durch Kaltstarts entstehen, gehen proportional mit der Verkehrsmenge zurück. Über den 24-Stunden-Zeitraum verringern sich die NO-Emissionen um sieben Prozent. Je nach gewähltem Zeitraum sinken die Emissionen des Busverkehrs um 3 – 4,5 Prozent. Da der Zuwachs der Buskilometer statistisch überschätzt wird, reduzieren sich die NO-Emissionen nochmals um 2 Prozentpunkte (3,5% während der morgendlichen HVZ), wenn 50 Prozent der zusätzlichen Fahrleistung nicht dem Busverkehr, sondern dem Pkw- und dem leichten Nutzfahrzeugverkehr zugeschrieben werden.

Eine nachvollziehbare Bewertung des statistischen Fehlers zeigt, dass die NO-Emissionen über einen 24-Stunden-Zeitraum maximal um 10 Prozent und während der morgendlichen Hauptverkehrszeit um maximal 9 Prozent gesunken sein können.

Partikel

Im Allgemeinen kann angenommen werden, dass die Partikelemissionen im selben Maß zurückgehen wie die Verkehrsmenge (- 15 Prozent). Durch das geringere Stauaufkommen kann eine zusätzliche Reduktion von einem Prozent über den gesamten 24-Stunden-Zeitraum und um 2-3 Prozent zu den beiden Spitzenverkehrszeiten angenommen werden. Die wachsenden Anteile des Schwerlastverkehrs bedeuten wiederum eine Steigerung, aber je nach Partikelgröße bzw. Emissionsart in einem anderen Umfang.

NOx

Die NOx-Emissionen wurden um 150 Kilogramm je Werktag bzw. 6,8 Prozent verringert. Durch den wachsenden Schwerlast- und Busverkehr erreicht die Reduktion nicht die Größenordnung des Verkehrsmengenrückgangs.

Partikel

Die Partikelemissionen gingen um 6,3 Kilogramm je Werktag bzw. um 9,4 Prozent zurück. Aufgrund des steigenden Schwerlastanteils wird auch hier nicht die Größenordnung des Verkehrsmengenrückgangs erreicht.

CO2, CO und Nichtmethankohlenwasserstoffe

Die CO2-Emissionen gehen an Werktagen durchschnittlich um 100 Tonnen oder 14 Prozent zurück. Je Werktag geht die Kohlenstoffmonoxid-Menge um durchschnittlich 1,2 Tonnen bzw. 16 Prozent zurück. Die Nichtmethankohlenwasserstoffe werden um 200 Kilogramm bzw. 15,4 Prozent reduziert.

Nicht-fahrzeugbezogene Emissionen

Etwa 65 Prozent der Emissionen des Pkw-Verkehrs stammen aus Verdunstung und Kaltstarts. Einen weiteren großen Anteil der Feinstäube verursachen Abrieb und Aufwirbelung. Die Emissionen durch Reifen- und Bremsenabrieb korrelieren stark mit der Fahrleistung. In der Mautzone ist die Fahrleistung um 310.000 Fahrzeugkilometer (Konfidenz: ± 91.500 km) gesunken. Durch den verringerten Brems- und Reifenabrieb sinkt die PM 10-Belastung nochmals um 6 – 9 Kilogramm je Werktag. In Summe mit dem reduzierten Straßenabrieb und der Aufwirbelung sinken die PM 10-Emissionen um 45 – 60 Kilogramm.

Veränderung der Fahrleistung im Großraum Stockholm mit / ohne Innenstadtmaut, aufgeschlüsselt nach Fahrzeugklassen und Zeit - Facts and results from the Stockholm Trials, Dezember 2006, Seite 90

Auswirkungen auf den Großraum Stockholm

Durch die Innenstadtmaut ändern sich nicht nur die Fahrleistung und die Flottenzusammensetzung im Mautbereich. Umliegende Gebiete und der gesamte Großraum Stockholm profitieren ebenso davon. Mit 22 Millionen Fahrzeugkilometern ist die Fahrleistung im Großraum um den Faktor 11 größer als im Mautbereich. 

Die Verkehrsleistung ist über den 24-Stunden-Zeitraum um 1,5 Prozent gefallen. Zur morgendlichen Hauptverkehrszeit konnte eine Reduktion um 2,7 Prozent festgestellt werden.

Auch im Großraum konnte ein überproportionaler Rückgang des Pkw-Verkehrs, und ein überproportionales Wachstum des Busverkehrs in der gleichen Größenordnung wie innerhalb der Mautzone (~ 38.000 Kilometer / Werktag) festgestellt werden.

Ein Rückgang des Stauaufkommens konnte im Großraum nicht festgestellt werden. Somit ergeben sich die folgenden Reduktionsmengen innerhalb des Großraums Stockholm (jeweils je Werktag):

  • Stickoxide (NO): 38 Kilogramm (-0,2 Prozent)
  • PM 10: 1,6 Kilogramm (-0,3 Prozent)
  • CO2: 62 Tonnen (- 1,24 Prozent)
  • CO: 1,3 Tonnen (-2,3 Prozent)
  • Nichtmethankohlenwasserstoffe: 170 Kilogramm (-1,85 Prozent)

Fazit

Das Experiment der zeitweisen Einführung einer Innenstadtmaut in Stockholm hat zunächst gezeigt, dass eine Maut eine verkehrslenkende Funktion hat. Zudem kann die Luftqualität zumindest teilweise verbessert werden. Durch entsprechende Begleitmaßnahmen wie die Elektrifizierung des Nahverkehrs und die Minimierung des Schwerlastverkehrs lassen sich die Emissionen weiter verringern. Es zeigt sich aber auch, dass eine Innenstadtmaut zur Reduktion der Luftschadstoffe alleine nicht ausreichend ist. Die dynamischen Effekte sowie die langfristige Adapation der Verkehrsteilnehmer macht weitere Schritte notwendig. Insbesondere die Förderung des ÖPNV aus den zusätzlichen Finanzmitteln, die durch eine Maut eingenommen werden, hat einen großen Effekt. Dieser wirkt langfristig.

Neben der Einführung und dem Aufbau eines Mautsystems sollte für die Mittelverwendung ebenfalls eine Detailplanung durchgeführt werden und jene Maßnahmen umgesetzt werden, die verkehrstechnisch am sinnvollsten wirken.

  1. Facts and Results from the Stockholm Trial – Final version – December 2006, Miljöavgiftskansliet/Congestion Charge Secretariat, City of Stockholm Muriel Beser Hugosson, Ann Sjöberg and Camilla Byström – http://www.stockholmsforsoket.se/upload/Sammanfattningar/English/Final%20Report_The%20Stockholm%20Trial.pdf
[Dossier] Luftschadstoffe im Verkehr: Umweltzonen und andere Maßnahmen

Foto hier und auf der Startseite: Joe Dunckley @ FlickrCC BY-NC-SA 2.0

Lärm und Luftschadstoffe sind die bekanntesten und am längsten diskutierte Umweltprobleme des Verkehrsbereichs. In den vergangenen Jahren hat sich jedoch eine enorme Verbesserung der Luftqualität in deutschen Städten eingestellt. Die Einführung des Katalysators bei Otto-Pkw ab dem Jahr 1985 hat beispielsweise große Fortschritte gebracht. Kohlenmonoxid, Blei, Schwefeldioxid und Benzol sind heutzutage kein großes Problem mehr. Die aktuellen Immissionsgrenzwerte werden deutlich unterschritten.

Problematisch ist jedoch immer noch die Belastung mit Feinstaub (PM 10 / PM 2,5), Stickstoffdioxid (NO2) und Stickoxide (NOx). Luftreinhaltung in den Städten ist ein komplexes und sehr umfangreiches Problem. Neben dem Straßenverkehr tragen viele andere Emittenten wie die Industrie, private Haushalte und die Landwirtschaft zu Grenzwertüberschreitungen bei. Meterologische Einflüsse erschweren eine Minderung zusätzlich.

Bei den Stickstoffdioxiden hat sich das Problem in den letzten Jahren sogar noch verschärft. Durch eine Anpassung der verbrennungsmotorischen Abläufe bei Dieselmotoren sind die NO2-Belastungen in deutschen Städten sogar noch gestiegen. Dieses Dossier soll alle wichtigen Informationen über Luftschadstoffe im Verkehr, Umweltzonen und weitere Maßnahmen zur Reduktion von Feinstaub, NO2, NOx und weiteren Schadstoffen geben.

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[Infografik] Die Wirkungen der unterschiedlichen Verkehrsmittel auf die Gesundheit

Messstationen und Messwerte

Auf der Webseite des Umweltbundesamtes sind die Werte aller Luftmessstationen in Deutschland abrufbar. Die Bundesländer betreiben auf ihrem Gebiet flächendeckend Messstationen. In Städten, Ballungsräumen, Gebieten mit hoher Verkehrsdichte und ländlichen Regionen ermitteln und überwachen sie die Luftqualität. Das Umweltbundesamt

Aktuelle Luftwerte in Deutschland:

u.a.

Stationsdatenbank der Luftmessstationen des Umweltbundesamtes

Liste der Umweltzonen in Deutschland

Liste der Luftreinhalte- und Aktionspläne in Deutschland

Empfehlenswerte Veröffentlichungen

Risikoberechnung zum Einfluss verkehrsbedingter Luftschadstoffe und Straßenverkehrslärm auf die Gesundheit exponierter Personen“, Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen, 2004

Baseline scenarios for the revision of the NEC Emission Ceilings Directive Part 1: Emission projections, Background document for the Conference on Air Pollution and Greenhouse Gas Emission Projection, Brüssel 2006

Feinstaubbelastung in Deutschland, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau, 2009

Feinstaub – Kleine Partikel mit großer Wirkung, FLUGS- Fachinformationsdienst, Ulrike Koller, GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, ÖA-FLUGS Wissenschaftl. Beratung: Prof.Dr.Dr.H.-E.Wichmann, Direktor des GSF-Instituts für Epidemiologie, Mai 2005

Feinstaub durch Straßenverkehr – Bundespolitischer Handlungsbedarf, Stellungnahme des Sachverständigenrats für Umweltfragen, Juni 2005

Feinstaubproblematik und kommunale Verkehrsplanung, Burkhard Horn, Stadt Göttingen / Fachkommission “Verkehrsplanung” des Deutschen Städtetags, Erlangen 2005

Umweltzonen aus der Sicht des Gesundheitsschutzes, Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. Erich Wichmann, Helmholtz Zentrum München Institut für Epidemiologie I, 2011

Feinstaub und NO2 Entwicklung und Validierung einer Methode zur immissionsabhängigen dynamischen Verkehrssteuerung, simuPlan, Dorsten; Institut für Energie- und Umwelttechnik, Duisburg; Stadt Hagen; im Auftrag des Umweltbundesamtes

Wie Dresden versucht, die Notwendigkeit einer Umweltzone zu verhindern

Alles Wissenswerte zum Thema Luftverschmutzung durch den Verkehr, Feinstaub, Luftreinhaltepläne und Umweltzonen finden Sie in unserem Dossier.

Dresdner Theaterplatz mit Semperoper im Hintergrund – Foto: Stuck in Customs @ FlickrCC BY-NC-SA 2.0

In der sächsischen Landeshauptstadt Dresden leben etwa 530.000 Einwohner. Davon waren im Jahr 2009 etwa 29.000 Bürger von Grenzwertüberschreitungen von Feinstaub und/oder Stickstoffdioxid betroffen.

Zum Schutz der Bürger und der lokalen Wirtschaft hat sich Dresden entschlossen, statt einer Umweltzone ein umfangreiches Maßnahmenpaket zu entwickeln. Diese Entscheidung ist mit einigen Herausforderungen verbunden und erfordert ein hohes Maß an Engagement und Handlungswillen bei allen Akteuren.

Der sogenannte „Dresdner Weg“ in der Luftreinhaltung ist äußerst spannend und interessant. Dresden ist eine der wenigen Städte, die nicht den „einfachen“ Weg einer Umweltzone, deren Effekt nicht immer eindeutig und nachhaltig ist, geht. So soll durch die Maßnahmen das Verkehrsverhalten der Dresdnerinnen und Dresdner nachhaltig beeinflusst werden. Eine Umweltzone soll erst als letzte mögliche Maßnahme aktiviert werden. Ich persönlich bin sehr gespannt, ob die aufgestellten Maßnahmen ausreichend zur Einhaltung der Grenzwerte sind.

Brühlsche Terasse in Dresden – Foto: motiqua @ FlickrCC BY 2.0

Die Problematik

An der Messstation Dresden Bergstraße wurde 2009 an 54 Tagen der Grenzwert für Stickstoffdioxid (Jahresmittelgrenzwert 2010: 40)und an 42 Tagen der PM10-Wert (Jahresmittelgrenzwert 2010: 35) überschritten. Am Schlesischen Platz (Bahnhof Neustadt) kam es zu 37 Überschreitungen des PM10-Grenzwerts. Aus diesem Grund muss die Stadt Dresden Maßnahmen zur Verbesserung der Luftreinheit ergreifen.

An der Bergstraße verursachen die Kfz-Verkehrsemissionen mit 71 % den größten Beitrag zur NOx Belastung. Beim Feinstaub beträgt der Ferneintrag an dieser Messstation 61 Prozent, der Kfz-Verkehr verursacht etwa 26 Prozent der Emissionen. Am Schlesischen Platz stammt 55% der NOx-Belastung vom Verkehr, bei den Partikeln sind es 22 Prozent (Ferneintrag: 59%).

Da die Grenzwerte in Dresden überschritten waren / werden, muss die Behörde gemäß § 47 Abs. 1 BImSchG einen Luftreinhalteplan oder einen Plan für kurzfristig zu ergreifende Maßnahmen nach § 47 Abs. 2 BImSchG erstellen.

Um die Grenzwerte einzuhalten, sollen die NOx-Werte an der Bergstraße um mindestens 25 Prozent und die Feinstaubwerte sowohl an der Bergstraße als auch am Schlesischen Platz um bis zu 7 µg/m³ PM10 , um auch bei ungünstigen Wetterverhältnissen die Grenzwerte einhalten zu können.

Bei den kleineren Feinstaubpartikeln (PM 2,5) erfüllt Dresden bereits heute den zu erwartenden Grenzwert von maximal 25 Überschreitungstagen im Jahr.

Ein in Deutschland recht gern genutztes Mittel ist die Einführung einer Umweltzone. Diese hätte in Dresden Kosten für die Beschilderung in Höhe von rund 200.000 Euro verursacht. Der Stadtrat hat sich jedoch dafür entschieden, Luftreinhaltemaßnahmen zu ergreifen, die auch Umweltzone die Einhaltung der Grenzwerte ermöglichen sollen.

Im Allgemeinen sind für Luftschadstoffe vier Emittenten verantwortlich:

  • Industrie (Großfeuerungsanlagen, sonstige Emissionserklärungspflichtige Anlagen),
  • Feuerungen in Haushalten (Hausbrand) und bei Kleinverbrauchern (Gewerbe, Handel, Dienstleistungen und übrige Verbraucher),
  • Verkehr (Straßen-, Luft-, Schiffs- und Schienenverkehr) und
  • Landwirtschaft (Pflanzenbau, Tierhaltung).

Hinzu kommen noch zusätzliche Feinstaubbelastungen durch Baumaßnahmen, die in Dresden nicht selten sind.

Einen Überblick über die Belastungen geben die folgenden Karten:

Da die Grenzwerte in Dresden überschritten waren / werden, muss die Behörde gemäß § 47 Abs. 1 BImSchG einen Luftreinhalteplan oder einen Plan für kurzfristig zu ergreifende Maßnahmen nach § 47 Abs. 2 BImSchG erstellen. (Download des Luftreinhalteplans)

Ich möchte nun interessante Teile des Luftreinhalteplans hier vorstellen.

Ursachenanalyse im Verkehrssektor

Für die effektive Anwendung von Luftreinhaltemaßnahmen ist es zunächst notwendig, ein klares Bild über die Emissionsquellen zu gewinnen. Im nachfolgenden möchte ich mich auf den Verkehr beschränken.

2008 erfüllten bei den Diesel-PKW ca. 48 % die Euro 4-Norm oder besser. Für die PKW mit Benzin, Gas- oder sonstigem Antrieb lag diese Zahl bei ca. 39 %. Etwa ein Prozent aller in Dresden zugelassenen Fahrzeuge hatten keine Schadstoffreduzierung.

Bei schweren Fahrzeugen wie Bussen oder LKW waren die Werte leider schlechter. Etwa 22 Prozent aller Busse erfüllten 2008 die Schadstoffklasse 4 oder besser, bei den LKW bis 3,5 t waren es ca. 11%, den LKW bis 12 t 16 % und den LKW > 12 t 28%. Mehr als 50 Prozent aller Sattelzugmaschinen erreichten zudem Schadstoffklasse 4 oder besser. Bereits hier ist zu erkennen, dass im Güterverkehr und im ÖPNV ein Handlungsbedarf existierte. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass der Schwerlastverkehr die Feinstaubbelastung durch Aufwirbelung stark mitbestimmt.

In Dresden sind etwa 74% der NO Gesamtemissionen und ca. 55 % bis 63 % der PM -Gesamtemissionen (abhängig von der Messstelle) sind auf den Kfz-Verkehr zurückzuführen.

Der Fürstenzug – Das größte Porzellanbild der Welt - Foto: Stuck in Customs @ Flickr - CC BY-NC-SA 2.0

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Anstatt einer Umweltzone: 45 Maßnahmen für bessere Luft in den Städten und weniger Emissionen im Verkehr

Alles Wissenswerte zum Thema Luftverschmutzung durch den Verkehr, Feinstaub, Luftreinhaltepläne und Umweltzonen finden Sie in unserem Dossier.

In den vergangenen Tagen gab es eine größere Diskussion um den Gastartikel “Umwälzzone oder Umweltzone: Sinn und Unsinn der Feinstaubmessung“, den Paul in diesem Blog veröffentlicht hat.

Was wären mögliche Maßnahmen, die effektiver als eine Umweltzone sind? Dr Lehrstuhl für Verkehrsökologie der TU Dresden hat zur Beantwortung dieser Frage im Jahr 2009 eine Übersicht über Maßnahmen zur Emissionsreduktion bei CO2, NOx, NO2 und Partikeln aus dem Verkehr am Beispiel einer herkömmlichen deutschen Großstadt vorgelegt 1.

Einführung

Grundsätzlich möchte ich vorab noch einmal auf den Unterschied zwischen Verkehr und Mobilität hinweisen, der an dieser Stelle eine große Bedeutung hat. Viele Maßnahmen, die für eine bessere Luftqualität und somit einen besseren Schutz der Bevölkerung vor Gesundheitsschäden, ergriffen werden, scheinen auf den ersten Blick wirtschaftlichen Interessen und dem Mobilitätsbedürfnis der Bevölkerung entgegen zu stehen. Dem ist aber keineswegs so!

Eine Reduktion des Verkehrs muss keinesfalls einen Verlust an Mobilität bedeuten. Dies wird klar, wenn man zwischen dem Ziel (Mobilität) und dem Werkzeug (der Verkehr) unterscheidet. Es ist möglich durch eine gute Durchmischung von Vierteln und ein gutes Angebot im unmittelbaren Wohnumfeld ein hohes Maß an Mobilität zu erreichen, ohne viel Verkehr zu erzeugen. Der Verkehr entspricht dem Input, den wird benötigen, um den Output Mobilität zu erzeugen. Natürlich ist mir bewusst, dass zum Decken mancher Bedürfnisse weitere Entfernungen zurückgelegt werden müssen, die einen motorisierten Verkehr benötigen. Durch eine intelligente Stadtplanung können wir allerdings Zustände wie in Los Angeles oder Perth bereits im Vorfeld verhindern.

Das pauschale Verteufeln des Verkehrs ist ebenso schädlich wie das pauschale Ablehnen von Maßnahmen, die das Verkehrsaufkommen regeln und steuern sollen. Jede Einzelmaßnahme hat ihre Vor- und Nachteile, die in einem Abwägungsprozess gegeneinander aufgewogen werden sollten. Zurzeit sind wie von einem solchen Entscheidungsprozess jedoch meilenweit entfernt, da Populismus und Halbwahrheiten den Status quo glorifizieren und für die Allgemeinheit sinnvolle Anpassungen bereits im Keim ersticken.

Das Verhindern einer offenen Diskussion kostet die Volkswirtschaft und die Bevölkerung mittel- und langfristig viel Geld. Steigende Energiepreise, wachsende Gesundheitskosten und höhere Umweltschäden sind die Folgen, mit denen eine Gesellschaft rechnen muss, die sich vor dieser Diskussion drückt. Auch die lokale Wirtschaft, das Handwerk und die Autofahrer profitieren von einer gesunden, ökologisch intakten und dennoch verkehrlich nicht ausgebremsten Stadt. Die Wirkungszusammenhänge sind komplex und kompliziert. Man muss ab und zu über seinen eigenen Schatten und seine eigenen Egoismen springen, um eine für die Stadt optimale Entwicklung einzuschlagen.

Der technologische Fortschritt hat in den letzten Jahrzehnten bereits eine große Verbesserung der Luftreinheit ermöglicht. Langfristig sind die technischen Entwicklungen jedoch begrenzt und werden je nach Komplexität und Wirkungsumfang immer teurer, aufwendiger und ineffizienter. Auch nehmen die Zielkonflikte zu. Durch die Einführung von Oxidationskatalysator und katalytisch beschichteten Partikelfiltersystemen für Dieselfahrzeuge nahm die Partikelemission zwar ab, die absoluten NO2-Emissionen stiegen jedoch stark an. Große Innovationssprünge werden im Bereich der Verbrennungsmotoren nur noch im begrenzten Umfang möglich sein. Durch begleitende Maßnahmen ist es allerdings möglich, den technischen Fortschritt zu begleiten und den positiven Effekt zu verstärken. Neben der Fahrzeugoptimierung spielt also die Optimierung des Gesamtsystems Verkehr eine große Rolle. Dabei sind die gegenseitigen Wechselwirkungen und vor allem die dynamischen Effekte (z.B. Grüne Welle -> höhere Durchschnittsgeschwindigkeit -> bei konstantem Reisezeitbudget Ausweitung der Fahrleistung -> steigende Gesamtsumme der Fahrzeugemissionen) zu beachten.

Ich würde Sie daher bitten, unvoreingenommen die einzelnen Maßnahmen zu durchdenken und selber zu einem Maßnahmenbündel zu kommen, das in ihren Augen sinnvoll erscheint. Ich möchte dabei gerne helfen.

Maßnahmenbeurteilung

Um die einzelnen Maßnahmen beurteilen zu können, werden diese nach Kosten, zeitlicher Dauer und Auswirkungen auf CO2, NO2 bzw. NOx und Partikel eingestuft. Wichtig ist, dass Kommunen nicht nur im Bereich der Luftschadstoffe handeln müssen, sondern auch Maßnahmenpläne gegen Lärm und für eine höhere Verkehrssicherheit aufstellen. Einige Maßnahmen sind geeignet, alle drei Felder abzudecken. Fahrzeug- und motortechnische Maßnahmen sind in den meisten Fällen nur auf die Schadstoffbelastung bezogen.

Die Kosten werden in drei Kostendimensionen (geringe, mittlere, hohe Kosten) angegeben. Als „Kosten“ werden dabei die Kosten der Kommune, der Wirtschaft, der Verkehrsteilnehmer und der Gesellschaft insgesamt verstanden. Durch die unterschiedliche Kostenbelastung kann die Akzeptanz bei den verschiedenen Gruppen unterschiedlich sein. Eine hohe Akzeptanz in der Bevölkerung dürfte für Maßnahmen vorhanden sein, die beispielsweise die Kommune belasten. Kosten für die Verkehrsteilnehmer dürften im Allgemeinen größere Widerstände hervorrufen.

Der zeitliche Wirkungshorizont der Maßnahmen wurde ebenfalls in kurz, mittel und lang eingestuft. Die Zeitspanne umfasst den Zeitraum, der vom Beschluss bis zum mehrheitlichen Eintreten der Maßnahmeneffekte vergeht.

Die Maßnahmenwirkung auf die drei Bereiche CO2-Emissionen, Stickoxid-Emissionen und Partikel-Emissionen kann nur schwer abgeschätzt werden. Die Einschätzung gibt an, ob eine Maßnahme bei einer typisch, mittleren, ernst gemeinten Umsetzung einen geringen, mittleren oder hohen Reduktionseffekt haben kann. Wird für eine Maßnahme kein Reduktionseffekt erwartet bzw. kann sie sogar dazu führen, dass die Emissionen noch ansteigen, wurde dies vermerkt. Ein „hoher Reduktionseffekt“ ist dabei definiert als die Wirkung, die das gesetzlich geltende bzw. zum Klimaschutz geforderte Reduktionsziel im allgemeinen Fall erreicht. Ein „geringer Reduktionseffekt“ wird dabei definiert als Effekt, der im üblichen Rauschen der Immissionsgrenzwerte nicht mehr nachweisbar ist, der also keine oder nur geringe Emissionsreduktionen (von wenigen Prozentpunkten) liefert. Ein mittlerer Reduktionseffekt wird dabei definiert als ein Effekt, der zwischen den beiden anderen Werten liegt: Er ist nachweisbar und spürbar, reicht aber insgesamt auch in der Kombination mit einer Reihe anderer ähnlich großer Effekte nicht aus, um die Verkehrsemissionen spürbar zu senken. (vgl. BECKER et al., S. 84)

Weiterlesen ->

  1. Becker, U.; Clarus, E.; Schmidt, W.; Winter, M.: Stickoxide, Partikel und Kohlendioxid: Grenzwerte, Konflikte und Handlungsmöglichkeiten kommunaler Luftreinhaltung im Verkehrsbereich. Im Auftrag der Landeshauptstadt Dresden, Oktober 2009 – http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/vkw/ivs/oeko/dateien/Bericht_final_Luftreinhaltung_UB_20091126.pdf
Umwälzzone oder Umweltzone: Sinn und Unsinn der Feinstaubmessung

Dies ist ein Gastartikel von Paul Balzer. Er betreibt einen sehr empfehlenswerten Blog über Fahrzeugtechnik. Wenn auch Sie Interesse haben, hier einen Gastartikel zu veröffentlichen, dann schreiben Sie uns bitte. Alles Wissenswerte zum Thema Luftverschmutzung durch den Verkehr, Feinstaub, Luftreinhaltepläne und Umweltzonen finden Sie in unserem Dossier.

Aufgrund der oftmals schlechten Luftqualität und strikten Grenzwerten seitens der EU (siehe auch Umweltzonen in Deutschland – eine Einführung) führen deutsche Städte Umweltzonen ein, welche Fahrzeuge mit roten oder gelben Plaketten aussperren.

Doch macht dieses Instrument eigentlich Sinn?

Feinstaubbelastung in Städten

Das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI hat in den Jahren 2001 – 2003 die PM10 Belastung in den deutschen Städten Frankfurt, Karlsruhe, Mannheim und Stuttgart gemessen und miteinander verglichen. Die Partikelmasse (PM) ist ein Messwert für die Bestimmung der Luftqualität. Der gängige limitierte Wert ist PM10, deren aerodynamischer Durchmesser weniger als 10 Mikrometer (10 µm) beträgt.

Feinstaubbelastung (PM10) zwischen 2001 und 2003 für die Städte FR=Frankfurt, KA=Karlsruhe, MA=Mannheim und S=Stuttgart. Rot gestrichelt=Grenzwert
Quelle: Vorlesung “Modellierung und Simulation” von Dr. Matthias Klingner, Fraunhofer IVI Dresden

Auffällig ist, dass die Belastungen und die damit verbundenen Grenzwertüberschreitungen in allen vier getesteten Städten ungefähr zur gleichen Zeit auftraten. Dies bedeutet, dass entweder unabhängig von der Stadt und dem Tag in allen Städten ungewöhnlich viele Fahrzeuge mit starken Feinstaubemissionen zur gleichen Zeit fuhren oder es eine gemeinsame Variable gibt, deren Auftreten sich in allen Städten zeitlich überlagert.

Klimadaten und Feinstaubbelastung

Das Wetter hat auf die Feinstaubbelastung eines Ortes einen größeren Einfluß, als man zunächst annehmen möchte. Je nach Windrichtung, Windstärke und Temperatur verbleiben die Staubteilchen am Emissionsort oder dessen unmittelbarer Umgebung oder sie gelangen an andere Orte. Im Winter kommt es zudem zu sogenannten austauscharmen “Inversionswetterlagen”, in denen der Feinstaub nicht aus einer Stadt heraustransportiert wird.

Dies lässt sich auch in folgendem Diagramm erkennen:

Darstellung: Dunkelrot=niedrige Feinstaubbelastung und weiß=hohe Feinstaubbelastung für 730 Tage in 1/2h Ryhtmus gemeinsam mit relativer Luftfeuchte, Temperatur und Niederschlag.
Quelle: Vorlesung “Modellierung und Simulation” von Dr. Matthias Klingner, Fraunhofer IVI Dresden

Neben den Partikelwerten werden in den Messstationen auch Wetterdaten wie Luftdruck, Luftfeuchte, Temparatur, usw. erhoben. Die folgende Darstellung zeigt farblich die Feinstaubbelastung über 2 Jahre (horizontal) und in 1/2h-Auflösung (von oben nach unten), wobei dunkelrot eine geringe Belastung und weiß eine sehr starke Belastung darstellt.

Bezieht man die Klimadaten relative Luftfeuchte, Temperatur und Niederschlag in die Analyse mit ein, so lässt sich eine hohe Korrelation zwischen den Klimadaten und der Feinstaubbelastung erkennen. Durch die lange Beobachtungsdauer und die gute Auflösung (1/2h Rythmus) sind diese Daten valide und können für eine qualifizierte Bewertung verwendet werden.

Desweiteren ist auffällig, dass die Feinstaubbelastung sehr stark von der Temperatur abhängt. Erwärmt sich die Luft um ein paar Grad (beispielhaft Temperaturdifferenz zwischen 5 Uhr und 13 Uhr), so verändert sich die Feinstaubbelastung massiv (siehe nachfolgende Abbildung links). Eine stärkere Verkehrsbelastung an der Messstation konnte im gleichen Zeitraum jedoch nicht festgestellt werden (siehe Abbildung rechts).

Links: Gemittelte PM10-Tagesgänge (48 Halbstundenwerte) aller Tage mit entsprechender Temperatur (blau) sowie Temperaturdifferenz nach Klassenbildung (z.B. rot=5…7.5°C wärmere Tage als blau) sowie rechts: an den gleichen Tagen ermittelte durchschnittliche PKW-Verkehrsbelastung

Der Knick um die Mittagszeit lässt sich damit erklären, dass sowohl der horizontale als auch der vertikale Luftaustausch zu dieser Zeit am größten ist. Die Luft wird in den oberen Höhenlagen “gereinigt”. Wärme selbst verbessert die Feinstaubprobleme, im Sommer gibt es keine, da die Mischungsschichthöhe deutlich über der im Winter liegt. Ganz schlecht sind kalte Wintertage mit hoher Sonneneinstrahlung, wenig Luftbewegung und Inversionswetterlagen.

Fraunhofer Feinstaubmodell zur Vorhersage der Feinstaubbelastung

Bislang wissen Kommunen nur in den seltensten Fällen, wie sich die Feinstaubbelastung in einem 24-Stunden-Zeitraum entwickeln wird. Mit Hilfe einer Prognose wäre es möglich, mögliche grenzwertüberschreitungen frühzeitig zu erkennen und dynamisch zu reagieren. Denkbar wären beispielsweise Einfahrverbote für gewisse Fahrzeugtypen, den Schwerlastverkehr oder die Sperrung bestimmter Straßenabschnitte für den gesamten Verkehr. Mit einem solchen Modell würden Fahrzeuge nicht wie heute üblich, generell ausgesperrt werden, sondern nur bei entsprechender Notwendigkeit.

Da die Modellierung der Gesamtsituation extrem Nichtlinear und auch teilweise die Zusammenhänge unbekannt sind, entschied sich das Fraunhofer dazu das Modell mittels Neuronaler Netzwerke abzubilden und mit den vorhandenen Messungen zu trainieren 1.

Die Zuverlässigkeit und Güte des Modells konnte durch folgenden Vorhersageverlauf nachgewiesen werden:

orhersage (grün) und tatsächlicher Feinstaubbelastungsverlauf (blau) des Fraunhofer Feinstaubmodells
Quelle: Klingner, M.; Sähn, E.: Prediction of PM10 concentration on the basis of high resolution weather forecasting. Meteorologische Zeitschrift, Volume 17, Number 3, June 2008, pp. 263-272

Verkehrsbelastung hat kaum Auswirkung auf Feinstaubbelastung

Das Modell bezieht Klimadaten mit ein und sagt die Feinstaubbelastung voraus. Es ist auffällig, dass die Anzahl der passierenden Fahrzeuge kaum relevant ist. Daher sind kurzfristige Maßnahmen, wie die Einführung einer Umweltzone, eher als sinnfrei anzusehen. Wenn man bedenkt, dass mittlerweile 1L/100km Kraftstoff benötigt wird um die Abgasnachbehandlung betreiben zu können, das Fahrzeuggewicht dementsprechend steigt, ist es umso fraglicher, ob wir da die richtigen Maßnahmen ergreifen. Herr Dr. Klingner, Institutsleiter der Fraunhofer IVI, formuliert es politisch korrekt mit:

[...] dabei das Verhältnis zwischen Aufwand und Wirkung bei der Umsetzung von Maßnahmen im Rahmen von Luftreinhalteplänen zu wahren [...]

Was er damit vermutlich sagen möchte: Man sollte keine sinnlosen, kurzfristigen Aktionen starten, welche offensichtlich kaum/keine Wirkung haben. Das Aussperren von Fahrzeugen mit gelber oder roter Plakette hat mitunter keine Auswirkung (man berechnete eine Verringerung um 4% auf die Feinstaubbelastung) aber drangsaliert viele Gewerbetreibende und Besucher von Innenstädten. Sogar das vollständige Aussperren von allen Fahrzeugen ist ein Aktionsplan der genutzt wird.

[Update: 15.11.2012 - Diagramm eingefügt]

Hauptverursacher des anthropogenen (vom Menschen verursachten) Anteils am Feinstaub in Deutschland um 2001 (laut Bundesumweltministerium und ergänzender Quellen), Datengrundlage http://de.wikipedia.org/wiki/Feinstaub

Durch die Umweltzone, welche ja trotzdem alle Fahrzeuge mit grüner Plakette passieren lässt, kann nur der 14% Anteil des 32% Anteils, also insgesamt nur knapp 5%, reduziert werden. Andere Zahlen aus anderen Quellen nennen ähnliche Größenordnungen für das Reduzierungspotential. Es wurde sich bewusst auf die Datengrundlage Wikipedia bezogen, da dort eine gewisse Unabhängigkeit gewahrt wird.

[/Update]

In der Studie “Möglichkeiten und Grenzen verkehrsbeschränkender Maßnahmen zur Einhaltung der zulässigen PM10-Tagesgrenzwerte in der Stadt Ulm”, welche von der IHK Ulm in Auftrag gegeben wurde, sank die Wahrscheinlichkeit die Grenzwerte an mehr als 35 Tagen im Jahr zu überschreiten von 99.9% (ohne Umweltzone) auf 99.8% (mit Umweltzone).

Fazit

Natürlich sind leisere, verkehrsberuhigte und/oder fußgängerfreundlichere Städte angenehmer. Aber darum soll es an dieser Stelle nicht gehen. Problematisch ist vor allem die Wahl unserer Maßnahmen und Werkzeuge. Mit viel (Verwaltungs)Aufwand werden Umweltzonen geschaffen, Fahrzeuge ausgesperrt und Kosten, beispielsweise für Partikelfilter, verursacht, ohne dass dies eine signifikante Auswirkung auf die Feinstaubbelastung und die Luftqualität in den Innenstädten hat. Das ist schade, denn man könnte das Engagement ja auch in eine sinnvolle Richtung bündeln.

Zusammenfassend kann man sagen:

Das Wetter bestimmt weitgehend die Feinstaubbelastung, weil es die Luft mehr oder weniger umwälzt.

Nicht der LKW und schon gar nicht der PKW.

Wie man hört waren die EU Kommissare nicht sehr interessiert an den Ergebnissen, denn sie würden das bisherige in Frage stellen. Zumindest wurde erreicht, dass die Grenzwerte für Jahresdurchschnittswerte wieder etwas gelockert wurden. Das Fraunhofer IVI ist seither allerdings nicht mehr mit der Modellierung solcher Sachverhalte betraut worden.

Vielen Dank an Elke Sähn vom Fraunhofer IVI für die wissenschaftliche Beratung zu diesem Artikel.

Umweltzonen in Deutschland – eine Einführung

Alles Wissenswerte zum Thema Luftverschmutzung durch den Verkehr, Feinstaub, Luftreinhaltepläne und Umweltzonen finden Sie in unserem Dossier.

Es gibt nur wenige verkehrs- bzw. umweltpolitischen Maßnahmen in Deutschland, die so umstritten sind wie die Umweltzone. Da der Kfz-Verkehr zur Belastung der Luft mit Feinstaub in Innenstädten besonders stark beiträgt, richten zahlreiche deutsche Städte Umweltzonen mit dem Ziel ein, die Luftqualität in diesen Zonen zu verbessern und die Gesundheit der Bevölkerung zu schützen.

Deutsche Städte mit Umweltzonen (Stand: Januar 2012) – Grafik: Markus Baumer @ Wikimedia Commons - CC BY-SA 2.0

Mehr als 43 Städte und Gemeinden, wobei sich darunter auch – als eine Zone gezählt – die Umweltzone Ruhrgebiet mit den Städten Bochum, Bottrop, Castrop-Rauxel, Dortmund, Duisburg, Essen, Gelsenkirchen, Gladbeck, Herne, Herten, Mülheim, Oberhausen, Recklinghausen befindet, haben mit Stand November 2012 eine Umweltzone eingerichtet. Zur Zeit wird die Neueinführung oder Ausweitung in acht Städten und Gemeinden geplant. Insgesamt existieren in über 300 Gemeinden aus elf Ländern Europas Umweltzonen.

Die rechtlichen Grundlagen

Rechtsgrundlage für die Umweltzonen sind die europäischen Richtlinien zur Luftqualität (96/62/EG und 2008/50/EG) und zu den Grenzwerten (1999/30/EG), die durch die Verordnung zum Erlass und zur Änderung von Vorschriften über die Kennzeichnung emissionsarmer Kraftfahrzeuge mit der Ermächtigungsgrundlagen durch § 40 Abs. 3 Bundes-Immissionsschutzgesetzes sowie durch die Straßenverkehrs-Ordnung (StVO) in nationales deutsches Recht übernommen wurden. Seit dem 1. März 2007 gilt die Kennzeichnungsverordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (35. BImSchV), laut der Kfz je nach Schadstoffklassen mit farblich unterschiedlichen Plaketten gekennzeichnet werden müssen.

Seit dem 1. Januar 2005 gelten europaweit Grenzwerte für Feinstaub. Als Grenzwerte für Feinstaub der Korngröße kleiner als 10 Mikrometer (PM10) sind ein Jahresmittelwert von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m3) und ein Tagesmittelwert von 50 µg/m3 festgelegt. Um den möglichen negativen Einfluss des Wettergeschehens durch Inversionswetterlagen zu berücksichtigen, darf der Tagesmittelwert von 50 µg/m3 an 35 Tagen pro Kalenderjahr überschritten werden. 

Überschreitungen 2012 (Stand: 11.11.2012)

In diesem Jahr haben den Grenzwert bereits folgende Messstationen überschritten (Anzahl der Überschreitungstage in Klammer):

  • Herne, Recklinghauser Straße (64)
  • Stuttgart, Am Neckartor (54)
  • Gelsenkirchen, Kurt-Schumacher-Straße (53)
  • Reutlingen, Lederstraße Ost (44)
  • Oberhausen, Mülheimer Straße 117 (42)
  • Duisburg-Bruckhausen (37)
  • Dortmund Brackeler Straße (36)
  • Leipzig-Mitte (36)
  • kurz davor: Essen, Gladbecker Straße (35)
  • kurz davor: Schwerte, Hörder Straße (35)
  • kurz davor: Halle/Paracelsusstraße (35)
Die Folgen der Überschreitung

Werden die Grenzwerte überschritten muss gemäß § 47 des Bundes-Immissionsschutzgesetzes 

  • ein Luftreinhalteplan erstellt werden, der Maßnahmen zur dauerhaften Verminderung der Luftverunreinigungen festlegt, und
  • zusätzliche, kurzfristig zu ergreifende Maßnahmen in Form von Aktionsplänen angeordnet werden, die mittelfristig wirksam werden. 

Die zuständigen Behörden müssen dabei nachweisen, das sie alle zur Verfügung stehenden Mittel der Luftreinhaltepolitik ausgeschöpft haben. Aus diesem Grund werden auch recht viele Umweltzonen eingerichtet. Ebenfalls wichtig, aber meistens ignoriert wird, dass Ausbaumaßnahmen unzulässig sind, wenn sie zu einer Überschreitung führen und die Grenzwerte mit den Mitteln des Luftreinhalteplans nicht eingehalten werden können.

Interessanterweise wird nicht zwingend eine absolute Einhaltung der Grenzwerte verlangt. Es reicht bereits aus, wenn die Kommunen bei Unmöglichkeit der Vermeidung Maßnahmen wenigstens zur Verminderung der Grenzwertüberschreitungen treffen.

Pro Überschreitungstag kann die EU Strafen in Höhe von bis zu 50.000 Euro verhängen.

Einführung Partikel

Partikel, die direkt und indirekt dem Verkehr zuzurechnen sind, entstehen aus Verbrennung und thermischen Prozessen (direkt und indirekt) sowie aus Abrieb (Reifen, Bremsen, Getriebe) und Aufwirbelung. Der Anteil des Verkehrs an den in der Luft befindlichen Partikels beträgt je nach Betrachtungsgebiet 17 – 85%. In Gesamtdeutschland verursacht der Verkehr 17 – 30 Prozent der PM10-Emission, der Rest stammt aus Industriebetrieben, Heizungen, Kraftwerke, Landwirtschaft, usw. In Städten trägt der Verkehr zu 25 – 55 Prozent zu den PM10-Emissionen bei, im Bereich einer Straße zu 35 – 85 Prozent.

In Berlin hat der Straßenverkehr einen Anteil von 34 % an den Feinstaubemissionen, während die sonstigen Quellen 41% verursachen:

Anteile verschiedener Verursacher an den Feinstaubemissionen in Berlin 2002 – Aus:Anlass und rechtliche Rahmenbedingungen Die Luftqualität in Berlin — Situation, Probleme, Ursachen — Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität, Senatsverwaltung für Stadtentwicklung — Luftreinhalte- und Aktionsplan Berlin 2005 – 2010 — August 2005

Viele Partikel- und Schwebstoffe haben einen Einfluss auf die menschliche Gesundheit. Viele von ihnen sind karzinogen. Des Weiteren wirken die meisten Partikel wie elementarer oder organischer Kohlenstoff erwärmend auf die Atmosphäre.

Partikelmasse, Partikelzahl, Partikeldurchmesser oder Partikeloberfläche?

Partikel lassen sich mit Hilfe verschiedener Kenngrößen messen und bestimmen. Dabei ist die Wirkung und Gesundheitsgefahr durchaus unterschiedlich. Die Wirkung von Partikeln korreliert laut Studien eher mit der Oberfläche und der Partikelanzahl. Heutige Grenzwerte werden allerdings in Partikelmasse angegeben. Durch eine Aufspaltung mittels Filter o.ä. kann die Masse jedes einzelnen Partikels verringert werden, die Anzahl steigt jedoch. Problematisch ist, dass kleinere Partikel viel weiter in den Organismus eindringen können, als dies größere Partikel wie PM1 können. Aus diesem Grund wäre ein gesetzlicher Grenzwert für die Partikelanzahl wünschenswert.

Was bestimmt eigentlich die Schadstoffemission auf einer Straße?

Die Schadstoffemissionen wird durch verschiedene Parameter bestimmt. Dies sind zum einen die Verkehrsstärke, also wie viele Fahrzeuge einen Streckenabschnitt befahren, der Lkw-Anteil, die Straßenkategorie (Fahrgeschwindigkeit, Fahrzustände, Kaltstartanteile) und die Flottenzusammensetzung (Anteil Dieselfahrzeuge, Kat-Fahrzeuge usw.). 

Die Verkehrsstärke beeinflusst die Schadstoffemissionen zunächst proportional, steigt aber bei Stop-and-Go-Verkehr überproportional an. Ein zunehmender Lkw-Verkehr erhöht die Belastung mit Stickoxiden (NOx) und Ruß. Beide Stoffe werden von Pkw im Vergleich zu Lkw nur zu einem Zwanzigstel oder geringer ausgestoßen.

Die Einflussgrößen Verkehrsstärke und Lkw-Anteil lassen sich am Beispiel einer innerörtlichen, ampelgeregelten Hauptverkehrsstraße erklären:

Abhängigkeit der NOx-Emission auf einer ampelgeregelten Hauptverkehrsstraße von Verkehrsbelastung und Lkw-Anteil - Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 10

Auf der Abszisse ist die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke (DTV) an einem Werktag abgetragen. Als Verkehrsstärke bezeichnet man die Anzahl der Verkehrselemente eines Verkehrsstromes je Zeiteinheit an einem Querschnitt (lokale Beobachtung). Bei der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke wird diese über einen ganzen Tag ermittelt. 

Auf der Ordinate ist der Lkw-Anteil über 2,8 Tonnen am Gesamtverkehrsstrom aufgezeichnet. Man erkennt, dass bei einer geringen Verkehrsstärke über den Tag von beispielsweise nur 2.500 Kraftfahrzeugen ein Scherlastverkehrsanteil von 11 Prozent bereits eine stärkere Belastung hervorruft. Besonders stark belastet sind Straßen mit einer Verkehrsstärke von 15.000 Fahrzeugen und einem Lkw-Anteil von über 11,5 Prozent. Hier wird bis zu ein Kilogramm NOx innerhalb einer Stunde auf einem Kilometer Strecke emittiert. Stark belastete Straßen mit einem DTV von > 15.000 Kfz sind beispielsweise Bundesautobahnen und in Städten viele Hauptstraßen.

Straßen mit mittlerer Verkehrsstärke (DTV 5000 – 15000 Kfz) sind die meisten Landes- und Bundesstraßen und von den Ortsstraßen die meisten Hauptstraßen zuzurechnen. Die meisten Kreisstraßen, viele Landesstraßen und in Ortschaften die meisten Anliegerstraßen weisen eine DTV von 300 bis 5000 Kfz auf.

Abhängigkeit der Ruß-Emission auf einer ampelgeregelten Hauptverkehrsstraße von Verkehrsbelastung und Lkw-Anteil - Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 10

Die Ruß-Emissionen sind in hohem Maße vom Lkw-Verkehr abhängig. Bei vollständigen Fehlen des Lkw-Verkehrs werden bis zu einer Verkehrsstärke von 13.000 Kfz / Tag nur 4,0g/(km*h) emittiert. Die Belastungen steigen mit wachsendem Lkw-Verkehr stark an, die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke (DTV) hat nur einen geringen Einfluss auf die Rußemissionen. Je höher der Anteil der Dieselfahrzeuge ohne Partikelfilter ist, desto höher ist auch die Rußbelastung. In den vergangenen Jahren konnte die Rußemission von Dieselmotoren durch verbesserte Verbrennungstechnik erheblich verringert werden. Hinzu kommt der Einbau von Partikelfiltern, die jedoch besonders bei den gesundheitlich relevanten Feinstpartikeln nur unzureichend arbeiten.

Abhängigkeit der Ruß-Emission auf einer ampelgeregelten Hauptverkehrsstraße von Verkehrsbelastung und Lkw-Anteil - Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 11

Da Benzol hauotsächlich durch Abgase von Benzinmotoren freigesetzt wird, hat der Lkw-Anteil am Verkehr faktisch keinen Einfluss. Die Benzolbelastung wird hauptsächlich durch die Verkehrsstärke bestimmt. Für die Benzol-Emissionen sind zudem die Kaltstartanteile von Bedeutung. 

75 Prozent der Benzol-Emissionen gehen auf Kraftfahrzeuge zurück. Der Benzolanteil des Motorenbenzins ist ab dem Jahr 2000 europaweit nach DIN EN 228 auf maximal ein Volumenprozent begrenzt worden; der Durchschnitt im Jahre 2003 betrug ~0,7 Volumenprozent. Die durchschnittliche Belastung der Bevölkerung beträgt im Mittel zirka 2 µg/m3 Luft, dieser Wert kann je nach Umgebung jedoch wesentlich höher sein. Zwischen 1997 bis 2005 reduzierte sich sowohl an den städtischen, verkehrsnahen Messstationen als auch an den städtischen Hintergrundstationen die Benzolbelastung erheblich, so dass schon im Jahr 2005 die erst seit dem Jahr 2010 geltenden Grenzwerte von 5 µg/m³ unterschritten wurden.

Einfluss von Geschwindigkeit und Ausbauzustand der Straße

Die Feinstaubbelastung wird nicht nur durch die Anzahl und Art der Fahrzeuge bestimmt, sondern auch durch die Fahrgeschwindigkeit und die Anzahl der Brems- und Beschleunigungsvorgänge.

Geschwindigkeitsniveau und Geschwindigkeitsverlauf auf konventionellen Straßen werden vor allem durch die zulässige Höchstgeschwindigkeit, den Ausbauzustand, die Verkehrsstärke (volle Straßen sind meistens langsamer) und den Abstand der Knotenpunkte, d.h. Kreuzungen mit Lichtsignalanlagen oder mit Vorfahrtsregelungen/ Rechts-vor-Links-Regelung versehenen Kreuzungen, bestimmt. Auf derselben Straßenkategorie, zum Beispiel eine Hauptverkehrsstraße mit 50 km/h Höchstgeschwindigkeit, können durchaus unterschiedliche Geschwindigkeiten gefahren werden. So ist die durchschnittlich gefahrene Geschwindigkeit im Innenstadtbereich durch Parksuchverkehr, ein höheres Verkehrsaufkommen und das häufigere Auftreten konfliktierender Verkehrsströme (Abbieger) viel geringer als beispielsweise auf Ausfallstraßen. Probelmatisch ist jedoch, dass die Feinstaubbelastungen bei großen Schwankungen im Geschwindigkeitsverlauf (häufiges Bremsen und Beschleunigen) höher sind als bei gleichmäßigem Verkehrsfluss. Dies bedeutet aber im Umkehrschluss nicht, dass der Verkehr aus Umweltschutzgründen immer möglichst flüssig fließen soll. Eine Diskussion dieses Sachverhaltes ist vielschichtiger.

Denn: “Flächenhafte und in ein Gesamtkonzept eingebundene Verkehrsberuhigungsmaßnahmen führen zu einer Verstetigung der Geschwindigkeitsverläufe und damit bei gleicher Durchschnittsgeschwindigkeit überwiegend auch zu niedrigeren Schadstoffemissionen.” 1 Dies lässt sich auch in den folgenden Diagrammen ablesen:

Spez. HC-Emissionen eines Gkat-Pkw auf konventionellen Straßen und verkehrsberuhigten Straßen bei unterschiedlichen Reisegeschwindigkeiten - Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 13

Aus der Abszisse ist die Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h abgetragen, auf der Ordinate die Kohlenwasserstoff (HC)-Emission in g/km. Man erkennt, dass eine Geschwindigkeit von etwa 75 km/h die geringste HC-Emission hervorruft. Höhere und insbesondere niedrigere Geschwindigkeiten erhöhen die HC-Emission in g/km. Die Werte wurden am Beispiel eines Pkw mit Ottomotor und geregeltem 3-Wege-Katalysator bestimmt. Die Verkehrsberuhigung von Straßen hat bei Fahrzeugen mit Ottomotor keine positive Bedeutung.

Ein stetiger Verkehrsfluss mit relativ hohen Durchschnittsgeschwindigkeiten kann die Kohlenwasserstoff-Emissionen des Verkehrs durchaus senken. Allerdings ist hier zu beachten, dass einen höhere Geschwindigkeit bei gleichbleibendem Reisezeitbudget eine höhere Fahrweite ermöglicht und dadurch die Einspareffekte durch den induzierten Mehrverkehr oftmals aufgefressen werden.

Bei Fahrzeugen mit Dieselmotor (EURO I) sieht die Grafik folgendermaßen aus:

Spez. HC-Emissionen eines Diesel-Pkw auf konventionellen Straßen und verkehrsberuhigten Straßen bei unterschiedlichen Reisegeschwindigkeiten - Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 13

Der Graphenverlauf zwischen den Fahrzeugen mit Diesel- und Ottomotor sind in etwa gleich. Zu beachten ist jedoch, dass die Ordinatenachse beim Dieselfahrzeug anders skaliert ist. Ein Dieselfahrzeug emittiert auf den Kilometer weniger Kohlenwasserstoffe als ein vergleichbares Benzinfahrzeug. Hinzu kommt, dass flächendeckende Verkehrsberuhigungsmaßnahmen einen positiven Effekt haben und die HC-Emission bei geringen Fahrgeschwindigkeiten auf das Niveau eines Fahrzeugs, das etwa 60 km/h fährt, verringern können.

Bei Stickoxid-Emissionen ist der Effekt umgekehrt. Mit wachsender Geschwindigkeit steigen auch die NOx-Emissionen an. Das Minima befindet sich in etwa bei 50 km/h oder knapp darunter. Durch Verkehrsberuhigungsmaßnahmen lassen sich die NOx-Emissionen enorm verringern. Zu beachten ist jedoch, dass die Abszisse bei 0,1 g/km beginnt und dann in 0,5 Gramm-Schritten steigt.

Spez. NOx-Emissionen eines Gkat-Pkw auf konventionellen Straßen und verkehrsberuhigten Straßen bei unterschiedlichen Reisegeschwindigkeiten - Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 14

Bei Fahrzeugen mit Dieselmotor verläuft der Graph ähnlich:

Spez. NOx-Emissionen eines Gkat-Pkw auf konventionellen Straßen und verkehrsberuhigten Straßen bei unterschiedlichen Reisegeschwindigkeiten – Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 14

Beachtet werden muss jedoch die Skala der Abszisse, die erst ab 0,3 g/km beginnt und damit im Vergleich mit dem Fahrzeug mit Ottomotor um den Faktor 3 höher liegt. Bei sehr niedrigen und sehr hohen Geschwindigkeiten ist der NOx-Ausstoß am größten. Das Minimum liegt bei etwa 65 km/h. Verkehrsberuhigungsmaßnahmen können die NOx-Emissionen verringern, liegen aber dennoch im Vergleich zum Benzinmotor um ein Vielfaches höher.

Eine Wirkungsanalyse der einzelnen Maßnahmen zur Reduktion von Feinstaub, NOx, SOx und Benzol folgt in den nächsten Tagen.

  1. Richard, Jochen; Steven, Heinz: Planungsempfehlungen für eine umweltentlastende Verkehrsberuhigung. Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an Wohn- und Verkehrsstraßen; Forschungsbericht 291 54 507 im Auftrag des Bundesumweltamtes, Berlin, November 2000, Seite 12
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Schlußstrich

[The automobile] will never, of course, come into as common use as the bicycle.
The Literary Digest, 1899.

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In diesem Blog möchten wir die Strategien für die Mobilität von morgen skizzieren, informieren und diskutieren. Wir möchten uns mit diversen Problemen unserer Zeit beschäftigen und dabei alle Verkehrsträger im Blick behalten. Dieser Blog soll dabei helfen, die Herausforderungen von morgen ein wenig mehr ins Bewusstsein zu rücken, Alternativen und mögliche Lösungsansätze vorzustellen und umfassend zu informieren:

Denn man muss die Vergangenheit kennen, die Gegenwart analysieren um die Zukunft entwickeln zu können. (Mehr...)

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