Neben Abgasemissionen haben Abriebsemissionen von Reifen und Bremsen bei der Bewertung der Umweltbelastung durch Verkehr zunehmend an Bedeutung gewonnen. Der Fokus lag hierbei allerdings auf Straßenfahrzeugen, die Schiene wurde kaum betrachtet. In einer im Auftrag des Deutschen Zentrums für Schienenverkehrsforschung (DZSF) erstellten Studie konnten Forschende des Instituts für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme der TU Graz nun belegen, dass so genannte Non-Exhaust-Emissionen des Schienenverkehrs ebenfalls einen relevanten Einfluss auf Luftgüte und Bodenverunreinigung haben.
Hälfte des täglichen Feinstaub-Grenzwertes allein durch Züge
Dies trifft besonders auf Gebiete entlang von Bahnstreckenabschnitten zu, auf denen vermehrt gebremst wird; dazu gehören Bahnhofszufahrten und Teilstücke mit Geschwindigkeitsbegrenzungen. Die Abriebsemissionen von Schienenfahrzeugen allein erreichten im für die Studie untersuchten Augsburg entlang von Bahntrassen Werte von bis zu 25 Mikrogramm Feinstaub der Kategorie PM10 (Partikel mit einem Durchmesser kleiner als zehn Mikrometer) pro Kubikmeter als Tagesmittelwert. Das entspricht bereits der Hälfte des zulässigen Grenzwerts von 50 Mikrogramm je Kubikmeter.
Mit zunehmender Entfernung von den Bahntrassen - ab etwa zehn Metern - geht die Belastung durch den Abrieb der Schienenfahrzeuge zwar rasch zurück, doch die Feinstaubpartikel gelangen auch in den Boden und Gewässer und lagern sich dort ab. In den Emissionen von Eisenbahnen ist der Schwermetallanteil wesentlich höher als bei anderen Verkehrsträgern, was sich in stärker belasteten Ablagerungen niederschlägt. Am Projekt beteiligte Chemiker*innen des DZSF konnten diese Rückstände in Gewässern nachweisen.
Beitrag zum Schließen der Datenlücke
Um die Zusammensetzung und Quelle der Abriebspartikel bestimmen zu können, wurden die beteiligten Komponenten in verschiedenen Laboren untersucht. Das Team um Daniel Fruhwirt testete mehrere Bremsbeläge im neuen Bremsenprüfstand für Schienenfahrzeuge an der TU Graz. Am Politecnico di Milano untersuchten die Forschenden den Abrieb des Fahrdrahtes und des Stromabnehmers, um die Feinstaubemissionen von Zügen an Oberleitungen ebenfalls einordnen zu können. Und bei DB Systemtechnik in Berlin nahm das Team den Rad-Schiene-Kontakt unter die Lupe. Mit den dadurch gewonnen Daten war es möglich, die Emissionen in Luft, Böden und Gewässern den Schienenfahrzeugen zuzuordnen.
„Auf Basis unserer Studie können wir klar sagen: Die Non-Exhaust-Emissionen der Schiene sind nicht vernachlässigbar“, erklärt Daniel Fruhwirt vom Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme der TU Graz. „Bevor wir diese Studie gemacht haben, gab es eine riesige Datenlücke, was die Abriebsemissionen der Schienenfahrzeuge betrifft, und wir konnten einen wesentlichen Beitrag leisten, um sie zu schließen. Die Emissionen sorgen zwar nicht im Alleingang dafür, dass Schadstoffgrenzwerte überschritten werden, aber im Gesamtmix spielen sie durchaus eine Rolle. Daher ist es wichtig, dass es Bestrebungen gibt, bei der Bremszertifizierung in Zukunft auch das Emissionsverhalten zu beurteilen.“
Dieses Projekt ist in den beiden Fields of Expertise „Sustainable Systems“ und „Mobility & Production“ angesiedelt, zwei von fünf wissenschaftlichen Stärkefeldern der TU Graz.
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