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Bestimmung von Expositionen gegenüber elektromagnetischen Feldern der Elektromobilität

Bestimmung von Expositionen gegenüber elektromagnetischen Feldern der Elektromobilität Projektleitung: Dr.-Ing. Gernot Schmid, Seibersdorf Labor GmbH Beginn: 18.03.2021 Ende: 11.11.2025 Finanzierung: 449.025 Euro Hintergrund Elektromobilität gilt als Schlüssel für eine klimafreundliche Mobilität. Elektroantriebe arbeiten weitgehend schadstoffemissionsfrei. Betriebsbedingt entstehen allerdings Magnetfelder, die von dem elektrifizierten Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs ausgehen und auf Fahrer*in und Passagier*innen einwirken. Expositionen ( d.h. Situationen, in denen Personen solchen Feldern ausgesetzt sind) in relevanten Größenordnungen können dabei nicht von Vornherein ausgeschlossen werden. Gründe sind der geringe Abstand der Sitze zu den Komponenten, die Magnetfelder erzeugen, und die hohen Stromstärken in leistungsstarken Fahrzeugen. Darüber hinaus können bei rein batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) und bei Plug-In-Hybriden (PHEV) Expositionen bei Fahrzeugstillstand während des Ladevorgangs auftreten. Magnetfeldquellen sind dann zum Beispiel die Ladeeinrichtung selbst, das Ladekabel im Fall konduktiven Ladens, als Gleichrichter arbeitende Leistungselektronik sowie die Leitungen im Fahrzeug und die Fahrzeugbatterie. Magnetfeldquellen nur in Elektroautos und Hybriden Zielsetzung In dem Vorhaben wurde die Exposition von Personen gegenüber elektromagnetischen Feldern der Elektromobilität bestimmt. Einbezogen wurden Expositionsbeiträge durch den Fahrzeugfahrbetrieb und durch Batterieladevorgänge bei Fahrzeugstillstand. Die Studie ist aussagekräftig für Elektroautos und Elektro-Zweiräder ( d.h. ein- und zweispurige Personenkraftfahrzeuge). Als Fahrräder eingestufte Elektrofahrzeuge ( sog. E-Bikes) waren ausgenommen. Die Ergebnisse können mit Werten einer im Jahr 2009 abgeschlossenen Studie des BfS und mit in der Literatur veröffentlichten Werten verglichen werden. Zudem geben die Ergebnisse Hinweise für die Standardisierung. Durchführung Untersucht wurden gemessen an den Zulassungszahlen besonders beliebte E-Auto-Modelle und zusätzlich auch leistungsstarke E-Auto-Modelle von verschiedenen Herstellern. Dazu wurden Magnetfeldmessungen an mehreren Stellen im Fahrgastraum der Elektroautos und an den Sitzpositionen der Elektro-Zweiräder ( d.h. Elektroroller bzw. -motorräder) durchgeführt, während sich die Fahrzeuge auf einem Rollenprüfstand und in vorab festgelegten Betriebszuständen befanden. Die Betriebszustände umfassten das Beschleunigen, das Bremsen sowie das Fahren mit konstanten Geschwindigkeiten gegen verschiedene Lastmomente, um Luftwiderstände, Streckensteigungen und -gefälle zu simulieren. Anschließend wurden Magnetfeldmessdaten während eines Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle (WLTC) aufgezeichnet. Dabei handelt es sich um einen ca. 30-minütigen genormten Fahrzyklus, der ursprünglich für vergleichbare Abgas- und Verbrauchsmessungen festgelegt wurde. Daten für Zweiräder wurden während eines World Motorcycle Test Cycle (WMTC) aufgezeichnet. Die auf dem Prüfstand ermittelten Daten wurden mit Messungen bei Fahrten auf einer abgesperrten, ebenen Teststrecke und bei einer etwa 90-minütigen Fahrt im öffentlichen Straßenverkehr validiert. Anschließend wurden die im Zeitbereich aufgezeichneten Messdaten entsprechend der spektralen Zusammensetzung analysiert und bewertet. Situationen, die basierend auf den Messungen die höchsten Expositionen erwarten ließen, wurden zusätzlich dosimetrisch analysiert. Die betreffenden Expositionssituationen wurden dazu in einer Simulationssoftware nachgebildet. Ziel war die rechentechnische Bestimmung, der im Körper einer exponierten Person hervorgerufenen elektrischen Feldstärken. Hierfür musste vorab die lokale Verteilung der Magnetfeldstärken in der Fahrgastzelle bzw. im Bereich der Sitze der Elektro-Zweiräder bekannt sein. Stellvertretend für die exponierten Personen wurden hochaufgelöste, digitale Menschmodelle eingesetzt, die anatomisch möglichst korrekt waren und Gewebetypen mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften unterschieden. Die Untersuchungen zum Aufladen bei Fahrzeugstillstand berücksichtigten Positionen in und außerhalb der Fahrzeuge. Ebenso wurden die Untersuchungen an Normal- und Schnellladepunkten durchgeführt. Hartschaum-Dummy mit zehn Messsonden im Fond eines Elektroautos Ergebnisse Die Studie stellt nach Kenntnis des BfS die bislang detaillierteste Untersuchung zu Magnetfeldexpositionen in Elektrofahrzeugen dar. Die Messungen wurden in aktuellen, für den deutschen Straßenverkehr zugelassenen Fahrzeugen unter realen Bedingungen im öffentlichen Straßenverkehr sowie auf Teststrecken und Prüfständen durchgeführt. Erstmals wurden auch Zweiräder einbezogen. Die Fahrzeughersteller waren nicht an den Untersuchungen beteiligt. Die Magnetfeldexposition innerhalb der Fahrzeuge war räumlich sehr ungleichmäßig. Hohe Werte traten im Fahrberieb vorrangig im Bereich der Beine auf, während der Oberkörper und der Kopf deutlich weniger exponiert waren. Die Exposition variierte je nach Fahrmanöver: Beim Beschleunigen und Bremsen waren die Werte höher als bei konstantem Fahren. Die maximale Motorleistung der Fahrzeuge hing nicht systematisch mit der Magnetfeldexposition zusammen. Langzeit-Effektivwerte aus Messungen während Fahrten im realen Straßenverkehr zeigten höhere Werte als die Daten, die während genormter Fahrzyklen auf einem Fahrzeugprüfstand ermittelt wurden. Alle Magnetfeldexpositionen wurde mit den Referenzwerten der EU -Ratsempfehlung und den ICNIRP -2010-Leitlinien verglichen. Bei sanfter Fahrweise lagen die Ausschöpfungen der EU -Referenzwerte meist im niedrigen zweistelligen Prozentbereich. Eine sportliche Fahrweise führte in mehreren Elektrofahrzeugen sowie in einem zu Vergleichszwecken untersuchten Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zu Überschreitungen der EU -Referenzwerte. Bei Anwendung der moderneren ICNIRP -2010-Leitlinien ergab sich nur in einem Fall eine Überschreitung. Trotz der kurzfristigen Überschreitungen der Referenzwerte wurden keine Überschreitungen der empfohlenen Höchstwerte für im Körper induzierte elektrische Felder festgestellt. Die während des Ladens innerhalb der Fahrzeuge gemessenen magnetischen Flussdichten waren überwiegend niedriger als die während des Fahrens gemessenen Werte. Gleichstrom-Laden ( DC -Laden) führte, trotz höherer Ladeleistungen, zu geringeren Expositionen als Wechselstrom-Laden ( AC -Laden). Magnetische Flussdichten oberhalb der ICNIRP -Referenzwerte traten nur in unmittelbarer Nähe des Ladekabelsteckers bzw. der Fahrzeugbuchse ( bzw. beim induktiven Laden nahe dem Straßenniveau) unmittelbar neben dem Fahrzeug auf. Neben dem Antriebssystem erzeugen weitere Fahrzeugkomponenten Magnetfelder, z.B. die Sitzheizungen, Fensterheber oder Fahrzeugeinschaltung. In einigen Fällen waren diese Expositionen höher als die durch das Antriebssystem verursachten Felder. In vielen Fahrzeugen traten die höchsten Werte beim Einschalten oder Starten auf. Die mittleren Langzeitwerte in Elektroautos (0,5 bis 2,5 Mikrotesla/ µT ) entsprachen weitgehend denen in etablierten elektrisch angetriebenen Verkehrsmitteln wie Straßenbahnen oder U-Bahnen (2 bis 3 µT ). In doppelstöckigen Zügen wurden auf der oberen Fahrgastebene Werte bis zu 13 µT gemessen, also potenziell höhere Expositionen als in Elektroautos. Stand: 24.11.2025

Verkehrsmodellierung, -simulation und -optimierung auf mikroskopischer Systemebene

Der Straßenverkehr kann auf unterschiedlichen Ebenen untersucht werden. Die im folgenden beschriebenen Forschungsvorhaben betrachten das System Straßenverkehr aus einer mikroskopischen Sicht, also die der einzelnen Verkehrsteilnehmer und ihrer Fahrzeuge. Ein Schwerpunkt liegt in der Unterstützung der Koordination von Mobilität im individuellen Personenverkehr, da sich hier häufig eine geringe Effizienz der eingesetzten Ressourcen. Dies ist bspw. am durchschnittlichen Besetzungsgrad von Pkw im Berufsverkehr zu beobachten. Hier liegt also ein erhebliches Potenzial für den Einsatz von rechnerbasierten Vermittlungs- und Optimierungsverfahren vor. Dazu wird ein Modell der Mobilität im individuellen Personenverkehr als ganzzahliges lineares Programm erstellt, das sich als Grundlage für die Anwendung von Optimierungsverfahren eignet. Ziele der Optimierung sind global betrachtet die Steigerung der Effizienz, ausgedrückt etwa durch die Reduzierung der gefahrenen Kilometer, und individuell gesehen die Erfüllung des eigenen Mobilitätswunsches. Als Verfahren werden zum einen exakte Optimierungsmethoden, hier speziell Branch-und-Cut-Verfahren mit Spalten-Erzeugung, zum anderen praktisch einsetzbare, heuristische Online-Algorithmen verwendet. Dieser duale Ansatz erlaubt die Bewertung der entwickelten Heuristiken. Um das Vermittlungssystem auch praktisch einsetzen zu können, entsteht derzeit eine Internet-basierte Benutzungsoberfläche. Ein anderer Schwerpunkt liegt auf der simulativen Untersuchung von Straßenverkehr mittels individuenorientierter Modelle. Zur Erstellung derartiger Simulationsmodelle entsteht derzeit ein Framework, das die elementaren Modellbestandteile abstrakt enthält und für spezielle Fragestellungen weiterentwickelt und mit einer graphischen Benutzungsoberfläche versehen wird.

Lkw-Verbotszonen

Als eine Maßnahme des Luftreinhalteplans wurde 2011 die LKW-Verbotszone in der Landeshauptstadt Dresden eingerichtet. Der Kfz-Verkehr ist entsprechend einer Analyse der Immissionssituation der wesentliche Verursacher der Grenzwertüberschreitungen gesundheitsrelevanter Luftschadstoffe zu diesem Zeitpunkt. Lkw-Verkehre tragen in hohem Maße zur Schadstoffbelastung im Stadtgebiet bei. Anliegen der Maßnahme ist es, den LKW-Verkehr weiter zu minimieren. Zur Vermeidung dieser Fahrten wird dieser Verkehr mit dem StVO-Zeichen 253 (Verbot für Kraftfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 3,5 t, einschließlich ihrer Anhänger und für Zugmaschinen, ausgenommen Personenkraftwagen und Kraftomnibusse) mit dem Zusatzzeichen "Dienstleister, Anlieferer und Wohnmobile frei" in großen Teilen des Stadtgebietes verboten. Die Lkw-Verbotszonen wurden erstellt auf Grundlage des Straßenknotennetz 1:5000 (SKN5) . Dieser Layer kann und sollte für die Planung von LKW-Fahrten, z.B. mittels Einspielen in Navigationssoftware genutzt werden.

Verkehrsmengen DTV 2019 (Umweltatlas)

Anzahl der Kraftfahrzeuge je 24 Stunden inkl. Lkw und Motorräder (durchschnittliche tägliche Verkehrstärken DTV), Bearbeitungsstand 2019.

Monitoring of CO2 emissions from passenger cars Regulation (EU) 2019/631

The Regulation (EU) No 2019/631 requires Countries to record information for each new passenger car registered in its territory. Every year, each Member State shall submit to the Commission all the information related to their new registrations. In particular, the following details are required for each new passenger car registered: manufacturer name, type approval number, type, variant, version, make and commercial name, specific emissions of CO2 (NEDC and WLTP protocols), masses of the vehicle, wheel base, track width, engine capacity and power, fuel type and mode, eco-innovations and electricity consumption. Data for EU-27 and UK are reported in the main database.

Demonstrating a Circular Carbon Economy in Transport along the Value Chain, Demonstrating a Circular Carbon Economy in Transport along the Value Chain (DeCarTrans)

Stadtteil-Profile Hamburg

Die Datensammlung "Stadtteil-Profile" enthält Strukturdaten für 105 Hamburger Stadtteile, sieben Bezirke und Hamburg insgesamt zu den Themenbereichen Bevölkerung, Wohnen, Bürgerschaftswahlen, Sozialstruktur, Infrastruktur, und Verkehr. Die Daten ermöglichen eine Standortbeschreibung eines Stadtteils und den Vergleich mit dem zugehörigen Bezirk und der Stadt Hamburg. Die Datensammlung enthält Angaben seit 1987 und wird jährlich fortgeschrieben. Eine aktuelle Fassung der "Stadtteil-Profile" erscheint einmal im Jahr in der Reihe "HAMBURG.regional" und enthält seit 2002 auch Daten für ausgewählte Hamburger Quartiere.

Vergleich zyto- und gentoxischer Wirkungen des Abgaspartikulats von verschiedenen Dieselfahrzeugen bei Betrieb mit fossilem Brennstoff und Rapsoelmethylester (Biodiesel)

Dieselmotoremissionen (DME) haben sich bei Verbrennung fossiler Kraftstoffe als mutagen erwiesen. Die Karzinogenitaet wurde von der IARC im Tierversuch als gesichert (sufficient evidence) und fuer den Menschen als wahrscheinlich (limited evidence) eingestuft. In unseren Studien werden die DME beim Betrieb von PKW und Traktoren mit Rapsoelmethylester (RME) und herkoemmlichem Dieselkraftstoff (DK) untersucht. Das filtergesammelte Abgaspartikulat wird schonend extrahiert, mit HPLC auf PAH analysiert und im direkten Vergleich zwischen RME und DK im AMES-Test auf seine mutagenen Eigenschaften und im Neutralrot-Test auf Zytotoxizitaet untersucht. In den bisher durchgefuehrten Versuchen waren die Filterextrakte bei RME-Betrieb trotz hoeherer absoluter Masse in fast allen Laststufen und Fahrzyklen deutlich weniger mutagen als die DK-Extrakte. Dies ist wahrscheinlich auf die niedrigere PAH-Konzentration im Abgas bei RME-Betrieb zurueckzufuehren. Sollte sich bestaetigen, dass RME-Abgase eine niedrigere mutagene Potenz aufweisen als DK-Abgase, so muss ein Ersatz von DK durch RME beim Betrieb von Dieselfahrzeugen an besonders kritischen Arbeitsplaetzen (in Hallen, unter Tage) und anderen Stellen (z.B. Taxis und Busse in Innenstaedten) diskutiert werden.

Ruecknahmeverpflichtungen als abfallwirtschaftliches Instrument

Ruecknahmeverpflichtungen finden zunehmend Anwendung in der Abfallwirtschaft. Sie sollen den Zielsetzungen 'Schonung natuerlicher Ressourcen' und 'Umweltvertraegliche Entsorgung von Abfaellen' des 1996 in Kraft getretenen Kreislaufwirtschaftsgesetzes (KrW-/AbfG) dienlich sein, indem die Stoffstroeme der jeweiligen Produkte weitestgehend geschlossen werden. Fragestellungen sind beispielsweise, unter welchen Voraussetzungen Rezyklierungsaktivitaeten gesamtwirtschaftlich wuenschenswert sind, welche Auswirkungen auf das bestehende Entsorgungssystem durch derartige punktuelle Eingriffe zu erwarten sind sowie wie die Anreizstrukturen der Akteure im Hinblick auf Allokationseffizienz beeinflusst werden sollten und koennen. Als Anwendungsbeispiele dienen insbesondere die Produktbereiche 'Personenkraftwagen' und 'Elektrogeraete'.

Untersuchung von Möglichkeiten und Erfordernissen zur Beurteilung der Energieeffizienz bei Traktoren (Tractor efficiency )

Zielsetzung: Ziel des Forschungsprojektes ist die Erarbeitung eines Vorschlags für eine Traktor-Energieeffizienz-Kennzahl. Diese ist vergleichbar mit der Normverbrauchsangabe eines PKW's, der entsprechend einem standardisierten Fahrzyklus unter Laborbedingungen am Prüfstand ermittelt wird. Auch soll diese Kennzahl den Ergebnissen des DLG Power Mix Tests gegenübergestellt werden und ggf. als vereinfachte Methode vorgeschlagen werden. Um die Leistungsangaben von Traktoren durch Aussagen zur Energieeffizienz ergänzen zu können, soll eine Ermittlung von Bewertungsparametern über den Betrieb des Traktors im Vollast- und Teillastbereich erfolgen. Gemeinsam mit Parametern des Traktoreinsatzes soll daraus eine Traktor-Energieeffizienz-Kennzahl abgeleitet werden. Diese kann eine wichtige Entscheidungshilfe für den Landwirt beim Traktorenkauf sein. Bedeutung des Projekts für die Praxis: Außer dem DLG-Power-Mix-Test gibt es noch keine Bewertung der Energieeffizienz von Traktoren. Eine derartige Kennzahl kann aber eine wichtige Entscheidungshilfe für den Landwirt beim Traktorenkauf sein. Die Kraftstoffeinsparung bei Arbeiten mit Traktoren in der Land- und Forstwirtschaft kommt auch unmittelbar der Umwelt und letztlich auch Wasserwirtschaft zu gute. Der enorme Vorteil einer in diesem Projekt ausgearbeiteten Methode wäre, dass historische Daten ausgewertet werden können und dass keine oder kaum zusätzliche Messungen notwendig wären.

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