Untersuchung der Partikelemissionen des Schienenverkehrs

Projektdauer: 2021 - 2022

Standort: Niederösterreich, Österreich

Kategorie: Forschungsprojekt

Auftraggeber: ÖBB Infrastruktur AG

Beschreibung des Projektes

Der Verkehrsträger Bahn gilt im allgemeinen Verständnis als grünes Verkehrsmittel. Dies ist primär auf einen hohen Grad an Elektrifizierung zurückzuführen. Nichts desto trotz entstehen bei der Fahrt von Zügen durch Aufwirbelung und Abriebprozesse so gennannte non-exhaust Emissionen. Die Quellen dieser Emissionen (z.B. Bremsen) wurden bereits in vergangenen Untersuchungen identifiziert. Die Quantifizierung der Emissionen ist im Vergleich zum Straßenverkehr jedoch nur in Ansätzen behandelt worden. Die wenigen veröffentlichten Daten unterliegen einer erheblichen Streubreite (0.1 – 23 g/km PM10). Diese Bandbreite ist mitunter ein Resultat einer Vielzahl von Parametern (Fahrgeschwindigkeit, Streckenverlauf, Rollmaterial, Beladung der Züge, Niederschlag, etc.), die einen Einfluss auf die tatsächlichen Emissionen von Zügen haben.

Die anfallenden Staublasten stellen die Bahnbetreiber vor große Herausforderungen. Diese treten vor allem in Tunnelanlagen auf, welche wie Erfahrungen aus der Schweiz zeigen, mehrmals die Woche für Wartungs- und Reinigungszwecke gesperrt werden müssen. Um die Datenlage hinsichtlich der Quantifizierung der Emissionen zu verbessern, mögliche Einflussfaktoren zu identifizieren und um eine bessere Planbarkeit für den Betrieb zu schaffen, wurde das IVT von der ÖBB Infrastruktur AG beauftragt, ein zweijähriges Forschungsprojekt durchzuführen.
Bereits seit Anfang Juni 2021 werden im Burgstaller Tunnel auf der Westbahnstrecke die Emissionen von Zügen erfasst. Der Messaufbau zur Erfassung der Partikelemissionen umfasst Staubmonitore im Tunnel sowie im Freien (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: links – Staubanalysatoren zur Bestimmung der Massenkonzentrationen; Mitte – Videomonitoring; rechts – Messstation zur Erfassung von Wind, Niederschlag und Hintergrundkonzentration

Abbildung 2 zeigt die gemessenen Partikel-Massenkonzentration für die Fraktion PM10 als Vergleich zwischen optischen und gravimetrischen Messverfahren. Hierbei ist deutlich ersichtlich, dass es zu einer Unterschätzung bei der optischen Bestimmung der Partikelmasse kommt.

Abbildung 2: Vergleich der PM10 Massenkonzentration zwischen optischem und gravimetrischem Messverfahren auf Basis von Tagesmittelwerten

Von den Verläufen der PM Massenkonzentrationen abgeleitet, wurden bisher für ca. 2.600 Zugfahrten, Emissionsfaktoren für die Größenfraktionen PM1, PM2.5 und PM10 ermittelt. Es zeigt sich, dass die Fahrgeschwindigkeit und die Länge der Züge die dominanten Einflussfaktoren für die auftretenden Emissionen sind. Zudem wirkt sich Niederschlag in Form von Regen massiv auf die Emissionen durch Aufwirbelung aus. In weiterer Folge soll mit den gewonnen Daten ein Tool generiert werden, welches eine Planung von Reinigungszyklen und Wartungstätigkeiten in Abhängigkeit eines definierten Fahrplans und den maßgebenden Einflussparametern zulässt.