Wie stark verschmutzt ein einzelnes Auto die Luft im Stadtverkehr? Dank eines neuen Messgeräts müssen Umweltphysiker einem Fahrzeug nur noch hinterher fahren, um diese Frage zu beantworten. Das spektroskopische Messinstrument liefert verlässliche Abgaswerte bei alltäglichem Fahrverhalten im Straßenverkehr. Die Hauptverursacher von hoher Schadstoffbelastung sollen mit solchen mobilen Messungen zuverlässiger ermittelt werden als mit bisherigen Modellrechnungen.
Die Abgas-Skandale der vergangenen Monate haben gezeigt, wie unzuverlässig an Autos gemessene Abgaswerte sein können: Entweder die Werte sind unter Laborbedingungen völlig anders als im Straßenverkehr, oder sie lassen sich unter realistischen Bedingungen nur schwer messen. Dabei sind die ausgestoßenen Schadstoffe ein großes Problem für Gesundheit und Umwelt. Besonders die Stickoxidemissionen (NOx) tragen wesentlich zur schlechten Luftqualität in Städten bei.
Datenproblem beim Stickstoffdioxid
Vor allem hohe Konzentrationen von Stickstoffdioxid (NO2) sind dabei problematisch. Sie schwanken aber stark von Fahrzeug zu Fahrzeug, und die zugrundeliegenden Faktoren sind nicht alle ausreichend bekannt, meint Denis Pöhler von der Universität Heidelberg. Unter anderem haben Fahrzeug- und Motortyp, Abgasbehandlung, Alter, Zustand und Fahreigenschaften einen Einfluss.
Ein weiteres Problem sind die Daten, die Behörden und Wissenschaft für ihre Modellrechnungen benötigen, um die NOx-Emissionen verschiedener Fahrzeuge abschätzen und deren Beitrag zur Luftverschmutzung bestimmen zu können. Sie brauchen nicht nur verlässliche Fahrzeugemissionsdaten unter realen Fahrbedingungen, sondern auch Untersuchungen der tatsächlich gefahrenen Kilometer verschiedener Fahrzeugtypen. „Beide Datensätze sind jedoch nur sehr unzureichend vorhanden oder schwer zu erheben“, sagt Pöhler.
Messgerät im Praxistest
Auch durch dieses Datenproblem entstehen die zum Teil großen Unterschiede zwischen den Abgaswerten, die auf dem sogenannten Rollenprüfstand oder tatsächlich während der Fahrt gemessen werden. Pöhler und sein Team haben jedoch nun eine Lösung dafür entwickelt: Mit ihrem mobil einsetzbaren Gerät „NO2 ICAD“ können sie NO2 in den Abgasen eines Fahrzeugs messen, indem sie einfach hinterher fahren.
Das NO2 ICAD-Gerät nutzt die spektroskopische Absorption von Molekülen, um genaue NO2-Messungen zu ermöglichen – es misst damit quasi den optischen Fingerabdruck der Gase. „Dieses Messgerät ist daher unempfindlich gegenüber Störungen wie zum Beispiel Intensitätsschwankungen durch Temperaturänderungen oder Vibrationen“, erklärt Pöhler. „Auch andere Gase und Partikel haben keinen Einfluss auf die Messungen.“
Einen Praxistest mit einem Prototyp des Messgeräts führten die Forscher bereits im März und April 2014 in Mainz durch. Im Auftrag der Stadt erfassten die Umweltphysiker mehr als 730 Fahrzeuge im realen Stadtverkehr und bestimmten den NO2-Anteil in der jeweiligen Abgasfahne. Diesen Wert verglichen sie mit der Hintergrundkonzentration des NO2 in der Luft. Auf diese Weise zogen sie Rückschlüsse auf die Emissionen der einzelnen Fahrzeuge.
„Umweltbelastung könnte nahezu halbiert werden“
Das Ergebnis: Nur 7,6 Prozent aller Fahrzeuge überschritten einen NO2-Wert von 500 parts per billion (Teile pro Milliarde, ppb). Dies war vor allem bei Bussen älterer Modelle, aber auch bei einzelnen PKW und Motorrädern der Fall. „Diese machen nach unserer Datenanalyse aber 45 Prozent der gesamten Emissionen aus“, so Pöhler. „Somit könnte die Umweltbelastung durch technische Nachbesserungen an nur wenigen Fahrzeugen bereits nahezu halbiert werden.“
Ziel der Forscher ist es, das neue Gerät zur Messung von NO2 in der Luft zur Marktreife zu bringen. Derzeit erweitern sie das System, so dass sich damit auch Stickstoffmonoxid und Kohlendioxid messen lassen. Damit wäre eine Vielzahl weiterer Umweltbeobachtungen und Emissionsmessungen möglich, sowohl in der Wissenschaft als auch zur Überwachung der Luftqualität. In mehreren deutschen Städten führen die Physiker zurzeit weitere Messungen durch.
(Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 23.12.2015 – AKR)
