Reifen- und Fahrbahnabrieb als größte Quelle von Partikelemissionen im Straßenverkehr

 Beim Feinstaub sind Auspuffgase bei Weitem nicht mehr der wichtigste Emissionsfaktor von Kraftfahrzeugen: Dies zeigt eine groß angelegte Studie der TU Graz für die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen in Deutschland, in der auch die Nicht-Abgas-Emissionen für die aktuelle europäische Pkw-Fahrzeugflotte erhoben wurden. Durch den größer werdenden Anteil an Elektrofahrzeugen sowie die Reduktion der Abgase seit der Einführung von Abgas-Partikelfiltern der Abgasnormen EURO 5 und EURO 6 machen Emissionen von Verbrennungsmotoren in den gängigsten Verkehrssituationen mittlerweile weniger als zehn Prozent der Gesamt-Partikelemissionen von Kraftfahrzeugen aus. Stattdessen sind Bremsemissionen sowie Reifen- und Straßenabrieb und die Wiederaufwirbelung von Partikeln durch den Autoverkehr für den Löwenanteil verantwortlich.

Brems- und Abgasemissionen werden stark abnehmen


„Durch die Einführung der Euro-7-Emissionsnorm im Jahr 2026 rechnen wir bis 2040 allerdings mit einem Rückgang der Bremsemissionen von circa 80 Prozent bei den Neufahrzeugen“, sagt Studienleiter Stefan Hausberger vom Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme der TU Graz. „Erreicht wird das durch neue Bremstechnologien, etwa Hartmetallbeschichtungen sowie die zunehmende Elektrifizierung der Automobilflotte, da Elektroautos viel Bremsenergie durch Rekuperation statt durch herkömmliches Bremsen erzeugen. Und weil die Partikelfiltertechnologie immer besser sowie die Zahl der E-Autos zunehmen wird, dürften die Abgaspartikel-Emissionen laut unseren Simulationen bis 2040 noch einmal um bis zu 90 Prozent zurückgehen.“

Anders sieht es beim Reifenabrieb aus. Der Bedarf einer guten Haftung und hoher Sicherheit passt mit dem Wunsch nach stark reduziertem Reifenabrieb nicht zusammen. Die Reifen müssen mit der Straße mittels Reibung interagieren, damit die Fahrzeuge nicht wie auf Glatteis darauf herumrutschen. Darum rechnen die Studienautor*innen mit einem maximalen Reduktionspotenzial von zehn bis 20 Prozent in der nächsten Dekade. Durch niedrigere Tempolimits wäre noch etwas mehr zu erreichen. Fahrzeugseitig kaum Einfluss nehmen lässt sich auf den Straßenabrieb und wieder aufgewirbelte Partikel, weswegen diese in Zukunft wohl den stärksten Anteil an Verkehrsemissionen ausmachen werden.


Neue Grenzwerte ab 2030 nur schwer erreichbar


Weil sich Reifen- und Straßenabrieb sowie die aufgewirbelten Feinstaubpartikel nur in eingeschränktem Maße reduzieren lassen, erwarten die Studienautor*innen, dass es trotz geringerer Abgas- und Bremsemissionen an vielen Messstellen schwierig werden könnte, die neuen EU-Luftqualitätsgrenzwerte ab 2030 einzuhalten. Dann werden die Grenzwerte für die Masse an Partikeln kleiner als zehn Mikrometer (PM10) von 40 auf 20 Mikrogramm pro Kubikmeter halbiert. „Unsere Berechnungen zeigen, dass die Einhaltung der EU-Luftqualitätsgrenzwerte ab 2030 äußerst knapp wird. Besonders an Standorten mit hohem Verkehrsaufkommen mit ungünstigen Bedingungen, etwa Tunnelportale oder Straßenschluchten“, sagt Stefan Hausberger.

Für die Studie haben die Forschenden die Software PHEM (Passenger car and Heavy duty Emission Model) genutzt, die die TU Graz gemeinsam mit der Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik (FVT) entwickelt hat. Ursprünglich für die Simulation von Abgasemissionen verschiedenster Fahrzeugtypen vorgesehen, haben die Forschenden die Software mittels selbst durchgeführter Messungen und der Datensammlung für das TU Graz-Leadprojekt NExT sowie in Projekten für das Schweizer BAFU und EU-Horizon um die Nicht-Abgas-Emissionen erweitert, um diese konsistent und auf Basis physikalischer Zusammenhänge zu simulieren. Durch die Zusammenarbeit mit den im EU-Projekt LENS forschenden Kolleg*innen am Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme sind diese Simulationen auch für Zweiräder möglich.