Die Wirkung einer grünen Welle auf die Verkehrsemissionen 10. Internationale Energiewirtschaftstagung Freitag 17. Februar 2017 DI Martijn Kiers Chris Visser BBE MSc
Problemdefinition Derzeit lebt 20% der Bevölkerung in Gebieten, in denen die 24-Stunden-Luftqualitätsgrenze von PM 10 mit 50 μg/m³ mehr als die maximal gesetzlich vorgeschriebenen 25-Tage pro Jahr überschritten wird. Die Stadt Kapfenberg, in der diese Forschung durchgeführt wurde, liegt laut österreichischem Immissionsschutzgesetz-Luft [IG-L] in einem Sanierungsgebiet und muss daher Maßnahmen zur Reduktion der Emissionen vorbereiten. 17. Februar 2017 IEWT Kiers 2
Energetischer Endverbrauch Quelle: BMWFW: Energiestatus 2016 17. Februar 2017 IEWT Kiers 3
Verschiedene Energieträger Quelle: BMWFW: Energiestatus 2016 17. Februar 2017 IEWT Kiers 4
THG-Emissionen pro Verursacher Quelle: Umweltbundesamt: Zehnter Umweltkontrollbericht Klimaschutz, 2013 17. Februar 2017 IEWT Kiers 5
Energiebedingte THG-Emissionen Quelle: BMWFW: Energiestatus 2016 17. Februar 2017 IEWT Kiers 6
Emissionen in Mio. t CO 2 -Äquivalente 17. Februar 2017 IEWT Kiers 7
Projektziel Verschiedene Forschungsarbeiten identifizieren Kohlenmonoxid, Stickoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Feinstaub als die wichtigsten Treibhausgas-Emissionen von Benzinund Dieselmotoren. Das Projektziel ist daher, zu erforschen, ob und welche Auswirkungen eine grüne Welle auf die Emissionen von Verkehr und die Luftqualität hat. 17. Februar 2017 IEWT Kiers 8
Immissionsschutzgesetz Luft Emissionen 30-Minuten Grenze 8-Stunden Mittelwert Tägliches Limit Jährliche Obergrenze CO - 10 mg/m³ - - NO 2 200 μg/m³ - 80 μg/m³ 40 μg/m³ PM 10 - - 50 μg/m³ 40 μg/m³ PM 2,5 - - - 25 μg/m³ SO 2 200 μg/m³ - 120 μg/m³ - Source: Bundeskanzleramt Rechtsinformationssystem, 2014 17. Februar 2017 IEWT Kiers 9
Sanierungsgebiete IG-L Kapfenberg Quelle: Umweltbundesamt 17. Februar 2017 IEWT Kiers 10
Mögliche Lösungen zur Emissionsreduktion Zeitfaktor: Technische Erneuerungen der Euro-Klassen (EC regulation 443/2009) Erneuerbare Treibstoffe (Elektro / Wasserstoff,..) Verkehrsmaßnahmen: Modal Split: Verlagerung zur ÖV Geschwindigkeitsreduktion von 50 km/h auf 30 km/h Homogenisieren des Verkehrsflusses (Grüne Welle) 17. Februar 2017 IEWT Kiers 11
Verkehrsmaßnahmen Unterschiedliche Geschwindigkeiten haben Einfluss auf die THG-Emissionen. Die Reduktion der CO 2 - und NO x -Emissionen um ca. 25% wurde festgestellt, wenn die Geschwindigkeiten in Wohngebieten von 50 auf 30 km/h gesenkt werden Die Abgasemissionen sind jedoch bei niedrigen Drehzahlen aufgrund unvollständiger Verbrennung am höchsten Der ideale Geschwindigkeitsbereich zur Begrenzung der beiden Emissionen NO x und PM 10 liegt zwischen 60 und 100 km/h 17. Februar 2017 IEWT Kiers 12
Durchführung der Homogenisierung des Verkehrsflusses (Grüne Welle) Methode: GIS (Straßenverlauf) PTV VISSIM (Simulation) 4-Mal Beobachtungen Vorort HBEFA (Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs) CAR2 (Emissionsberechnungsprogramm) 17. Februar 2017 IEWT Kiers 13
Darstellung der Regionalstraße B116 und der modellierten Seitenstraßen Weglänge: 4,5 Kilometer 10 Verkehrslichtanlagen 4-Spurig Quelle: Google Maps Earth, adaptiert 17. Februar 2017 IEWT Kiers 14
Verkehrsintensitäten Kapfenberg Kreuzung Tragöß 25.200 durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke Werktags (DTVw) 10% Lastkraftwagen Kreuzung Tragöß - Bruck a/d Mur 21.400 DTVw 8% Lastkraftwagen Kreuzung Tragöß Ort Tragöß 5.900 DTVw 7% Lastkraftwagen 17. Februar 2017 IEWT Kiers 15
VISSIM Basisdaten: Verkehrsgenerierendes Modell "Rekentool verkeersgeneratie" des niederländischen Verkehrsforschungsinstituts CROW 1 Stunde Stoßzeit ist 11% der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke Morgenstoßzeiten (von 7 bis 9.30 Uhr) Abendstoßzeiten (von 17 bis 18.30 Uhr) Die Emissionsdaten erhält man über Auswerteknoten, die auf jedem Teil der Straße platziert werden können. Einschränkungen VISSIM: VISSIM nutzt das TRANSYT 7-F-Programm (Version 7, basierend auf Daten des Oak Ridge National Laboratory des US-amerikanischen Energieministeriums), welches statt der österreichischen oder europäischen Flotte, die Zusammenstellung und den Verbrauch der amerikanischen Fahrzeugflotte hat. 17. Februar 2017 IEWT Kiers 16
Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs (HBEFA) Arbeitsschritte: 1. Auswahl der bevorzugten Fahrzeugkategorien (Pkw, leichte Nutzfahrzeuge, Lastkraftwagen, Busse, Reisebusse und Motorräder) 2. Auswahl der Emissionen, welche berechnet werden sollen 3. Auswahl der zu berechnenden Jahre: 2005 und 2015 4. Änderung der Zusammensetzung der Flotte auf die österreichische Flotte 5. Auswahl der Durchflussgegebenheiten (Ungehinderter Durchfluss, gehinderter Durchfluss, gesättigter Durchfluss; Stop and Go) 17. Februar 2017 IEWT Kiers 17
CAR2 Das CAR 2-Modell für Flanders ist ein schnelles Berechnungswerkzeug für Luftverschmutzung entlang von Straßen, entwickelt durch das niederländische TNO- Forschungsinstitut für Angewandte Wissenschaften. CAR2 berechnet den Jahresdurchschnitt der Verkehrsemissionen an einer Straße auf einer Höhe von 1,5 Metern. Die Emissionen werden berechnet, indem die Menge des Verkehrs, mögliche Stausituationen, die Hintergrundkonzentrationen, der Baumfaktor und die Art der Straße kombiniert werden. Um CAR2 richtig nutzen zu können, ist es wichtig die Hintergrundemissionen zu kennen. 17. Februar 2017 IEWT Kiers 18
Ergebnisse Emissionen Jahr 2005 Jahr 2015 Jahr 2015 Stop and go Stop and go Grüne Welle CO 2.546,57 kg 1.705,17 kg 1.019,17 kg HC 749,10 kg 332,38 kg 221,95 kg NO 2 351,36 kg 334,25 kg 130,00 kg NO x 4.736,30 kg 3.538,06 kg 1.370,70 kg PM 176,78 kg 62,32 kg 29,66 kg SO 2 40,43 kg 2,77 kg 1,55 kg CO2 465.284,47 kg 405.710,28 kg 226.885,40 kg 17. Februar 2017 IEWT Kiers 19
Gesamte Reduktion der Emissionen Jahr 2005 Jahr 2015 Totale Reduktion Stop and go Grüne Welle Stop and go 2005/ Grüne Welle 2015 CO 2.546,57 kg 1.019,17 kg 59,98% HC 749,10 kg 221,95 kg 70,37% NO 2 351,36 kg 130,00 kg 63,00% NO x 4.736,30 kg 1.370,70 kg 71,06% PM 176,78 kg 29,66 kg 83,22% SO 2 40,43 kg 1,55 kg 96,17% CO 2 465.284,47 kg 226.885,40 kg 51,24% 17. Februar 2017 IEWT Kiers 20
Reduktion durch Zeit (2005 2015) Jahr 2005 Jahr 2015 Zeitfaktor 2005-2015 Stop and go Stop and go 2005-2015 CO 2.546,57 kg 1.705,17 kg 33,04% HC 749,10 kg 332,38 kg 55,63% NO 2 351,36 kg 334,25 kg 4,87% NO x 4.736,30 kg 3.538,06 kg 25,30% PM 176,78 kg 62,32 kg 64,75% SO 2 40,43 kg 2,77 kg 93,15% CO 2 465.284,47 kg 405.710,28 kg 12,80% 17. Februar 2017 IEWT Kiers 21
Reduktion durch Grüne Welle (2015) Jahr 2015 Jahr 2015 Reduktion durch Grüne Welle Stop and go Grüne Welle 2015 CO 1.705,17 kg 1.019,17 kg 40,23% HC 332,38 kg 221,95 kg 33,22% NO 2 334,25 kg 130,00 kg 61,11% NO x 3.538,06 kg 1.370,70 kg 61,26% PM 62,32 kg 29,66 kg 52,41% SO 2 2,77 kg 1,55 kg 44,06% CO 2 405.710,28 kg 226.885,40 kg 44,08% 17. Februar 2017 IEWT Kiers 22
Gesamte Reduktion der Emissionen Jahr 2005 Jahr 2015 Jahr 2015 Stop and go Stop and go Grüne Welle Totale Reduktion Stop and go 2005 Grüne Welle 2015 Reduktion durch Zeit Stop and Go 2005-2015 Reduktion durch Grüne Welle Stop and go Grüne Welle 2015 CO 2.546,57 kg 1.705,17 kg 1.019,17 kg 59,98% 33,04% 40,23% HC 749,10 kg 332,38 kg 221,95 kg 70,37% 55,63% 33,22% NO 2 351,36 kg 334,25 kg 130,00 kg 63,00% 4,87% 61,11% NO x 4.736,30 kg 3.538,06 kg 1.370,70 kg 71,06% 25,30% 61,26% PM 176,78 kg 62,32 kg 29,66 kg 83,22% 64,75% 52,41% SO 2 40,426 kg 2,769 kg 1,549 kg 96,17% 93,15% 44,06% CO 2 465.284,47 kg 405.710,28 kg 226.885,40 kg 51,24% 12,80% 44,08% 17. Februar 2017 IEWT Kiers 23
Reduktion der Emissionen 17. Februar 2017 IEWT Kiers 24
Schlussfolgerung Bei genauer Betrachtung der verschiedenen Emissionen zeigten einige einen bemerkenswerten Rückgang. Stickoxide und Feinstaub haben eine Abnahme von mehr als 50% Andere Emissionen wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxide, Schwefeldioxid zeigten weniger signifikante Abnahmen. Die Reduktion von CO 2 betrug 178,824,88 kg pro Tag, wenn man die aktuelle grüne Welle mit dem festen Programm vergleicht. Somit hat eine grüne Welle einen ziemlich großen Einfluss auf die Emissionen, wenn sie von einer Stop-and-go- Situation in eine homogenisierte grüne Wellensituation geändert wird. 17. Februar 2017 IEWT Kiers 25
DI Martijn Kiers FH-JOANNEUM GmbH Institut Energie-, Verkehrs- und Umweltmanagement Kapfenberg Martijn.kiers@fh-joanneum.at