Mikroplastik wird zwischen Land- und Wasseroberflächen und der Atmosphäre ausgetauscht und kann luftgetragen über weite Strecken transportiert werden, bevor die Mikroplastikpartikel wieder aus der Atmosphäre entfernt und abgelagert werden. Obwohl diese Transportprozesse für die Verteilung und die wirksamen Abbaumechanismen von Mikroplastik sehr wichtig sind, gibt es bislang keine systematischen Untersuchungen zum atmosphärischen Transport von Mikroplastik. Der luftgetragene Transport von Mikroplastik wird im vorliegenden Teilprojekt in einem Windkanal als idealisiertem Modellsystem experimentell untersucht und mit einem strömungsauflösenden Transportmodell numerisch simuliert, um die grundlegenden Prozesse verstehen und quantifizieren zu können.
Die ubiquitäre Kontamination der Umwelt durch Mikroplastik (MP), die damit verbundenen potenziellen Risiken für Ökosysteme und letztendlich für unsere Gesundheit ist in letzter Zeit sehr stark in den Blickpunkt des öffentlichen und wissenschaftlichen Interesses gerückt. Das junge Forschungsfeld MP hat sich bis dato vorwiegend auf die Entwicklung geeigneter Monitoringverfahren, auf die quantitative Abschätzung der Kontamination der Umwelt, auf die Identifikation relevanter Eintragspfade und auf erste Eintragsminimierungsansätze beschränkt. Ökotoxikologische Fragestellungen wurden zumeist mit Hilfe fabrikneuer Kunststoffe untersucht. Bei all diesen Ansätzen fehlte jedoch bislang ein fundamentales Verständnis von den physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen, denen MP in der Umwelt unterworfen ist. Die wissenschaftliche Komplexität der Thematik MP erfordert für ein ebensolches Verständnis jedoch einen interdisziplinären Ansatz, der die traditionellen Fachgrenzen überbrückt. Das Ziel dieser SFB-Initiative ist es daher - ausgehend von Modellsystemen für Kunststoffe, Organismen und Umweltkompartimente - ein grundlegendes Verständnis jener Prozesse und Mechanismen zu erlangen, die in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kunststoffe (A) die biologische Effekte von MP in limnischen und terrestrischen Ökosystemen bedingen, (B) die Migrationsbewegungen der MP-Partikel in und zwischen Umweltkompartimenten beeinflussen sowie (C) die Bildung von MP ausgehend von makroskopischen Kunststoffen verursachen. Diese Erkenntnisse werden erstmals eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für die Bewertung der Umweltrisiken von MP existierender Massenkunststoffe bieten. Darauf aufbauend sollen - bereits in der ersten Antragsphase beginnend - neue umweltfreundliche Kunststoffe im Sinne einer nachhaltigen Polymerchemie entwickelt und anhand von Modellsystemen verifiziert werden. Diese neuen Kunststoffe werden unter anderem schnellere Abbauprozesse durch die Applikation von Beschleunigern und strukturellen Modifikationen aufweisen und werden zur Vermeidung bzw. Reduzierung von MP beitragen. Aufgrund der gewonnenen umfassenden Erkenntnisse aus Phase I sollen zudem auf längere Sicht (Phase II und III) Kunststoffe gezielt so modifiziert werden, dass sie aufgrund ihrer neuen Eigenschaften keine schädigenden Effekte auf Organismen und auf die Umwelt insgesamt mehr aufweisen. Die Komplexität der untersuchten Modellsysteme soll im Verlauf des SFB 1357 gesteigert werden, um eine möglichst hohe Relevanz in Bezug auf reale Ökosysteme zu erreichen.
Projektbeginn: 2020 / Projektende: 2024 Mithilfe eines erweiterten Umweltsensitiven Verkehrsmanagement (eUVM) soll die Luftschadstoffbelastung in hochbelasteten Straßen und städtischen Teilräumen gesenkt werden. Darüber hinaus sollen langfristig der Verkehr verringert und die Mobilität umweltverträglicher gestaltet werden. Für die Umsetzung von verkehrlichen Maßnahmen bedarf es einer umfassenden Datenbasis im Bereich Verkehr und Umwelt. Das eUVM Projekt schafft hierfür die Grundlagen und erfasst u.a. erstmals alle öffentlichen Parkplätze in Berlin und analysiert die Auswirkung neuer Parkraumbewirtschaftungsgebiete . Weiterhin wird die Digitale Plattform Stadtverkehr (DPS) weiterentwickelt und umweltsensitive Funktionserweiterungen vorgenommen. Darüber hinaus wird erstmals eine KI-basierte Luftschadstoffprognose entwickelt. Konkrete Maßnahmen zur Stärkung des Radverkehrs werden im Rahmen des eUVM Projektes ab 2024 umgesetzt. Sie umfassen unter anderem den Aufbau von Fahrradreparaturstationen , eine clevere Ampelschaltung für den Radverkehr sowie den Aufbau von „Grüne-Welle-Assistenten“ („Green-Light-Optimal-Speed-Advisory“ – GLOSA) für Fahrradfahrende. Die GLOSA-Anzeigen weisen die Fahrradfahrenden darauf hin ob sie die nächste Ampel bei grün oder rot erreichen. Mit diesen Informationen soll der Radverkehr durch weniger Stop-and-Go attraktiver gemacht werden. Zusätzlich zu den konkreten Maßnahmen sensibilisiert die Kommunikationskampagne Weniger Dicke Luft die Bevölkerung für verkehrsbedingte Luftschadstoffe und macht auf den Nutzen von Verkehrsdaten für einen optimierten Verkehrsablauf aufmerksam Damit soll auch die Verkehrsmittelwahl beeinflusst werden und der Umweltverbund (ÖPNV; Fuß- und Radverkehr) gestärkt werden. Zum Ende des Projektes sollen die eingeführten Maßnahmen hinsichtlich ihres Effektes und ihrer Akzeptanz bewertet werden. Im Rahmen des eUVM-Projektes fanden in 11 Parkzonen vom Zeitraum Juni 2022 – März 2024 Vor- und Nachbefahrungen mit Scanfahrzeugen statt um die Wirkung der Parkraumbewirtschaftung zu untersuchen und zu bewerten. Die Lage der Parkzone kann im Geoportal des Landes Berlins eingesehen werden. Die Ergebnisse jeder im Detail untersuchten Zone werden in einem „Parkzonen-Report“ zusammengefasst. Diese werden auf der Website „Weniger dicke Luft“ nacheinander veröffentlicht. Die ersten Reports sind dort bereits zu finden. Ein Endbericht wird voraussichtlich bis Herbst 2025 folgen. Die Erfassung des Angebots an Parkplätzen im öffentlichen Straßenraum mittels Scan-Fahrzeugen innerhalb des S-Bahn Rings ist abgeschlossen und auf der Website der Verkehrsinformationszentrale (VIZ) Berlin veröffentlicht. Auf der gesamten Landesfläche wurden rund 1,2 Millionen Straßenparkplätze erfasst. 14% des erfassten Angebots sind bewirtschaftet. Die Erfassung der Straßenparkplätze außerhalb des S-Bahn Rings wird Ende des Jahres 2024 veröffentlicht. In den Parkzonen 65, 77, 81, 82, 84–88, 89 und 92 wurde die Wirkung der Parkraumbewirtschaftung genauer untersucht. Für diese Zonen werden derzeit zonenspezifische Reports erstellt. Im geplanten Endbericht sollen bis Ende 2024 übergreifende Ergebnisse zusammengefasst werden. Methodik der Kartierung von öffentlichen Straßenparkplätzen Zum Datensatz (Karte, VIZ Berlin) Download des Datensatzes Weitere Informationen Im Rahmen des eUVM Projektes wurde eine KI-basierte Vorhersage der Luftschadstoffe für die nächsten vier Tage erstellt. Seit Juni 2024 steht die Prognose über die Digitale Plattform Stadtverkehr zur Verfügung. Dargestellt werden die Vorhersagen für Stickstoffdioxid (NO 2 ), das zum aller größten Teil durch den Berliner Verkehr verursacht wird, und für Partikel kleiner 10 Mikrometer (µm) (PM 10 ) und kleiner 2,5 µm (PM 2,5 ), die besonders gesundheitsschädigend sind. Weitere Informationen Abschlussbericht – Luftschadstoffprognose in Berlin mit Machine-Learning-Methoden Mit 20 neuen Fahrradreparaturstationen soll der Radverkehr in allen Berliner Bezirken gestärkt werden, in dem alle die Möglichkeit bekommen, grundlegende Reparaturen selbstständig vorzunehmen. An den Stationen können die Räder, Kinderwägen und Rollstühle aufgepumpt und mit Werkzeugen repariert werden. Die Reparaturstationen sind an Orten platziert, an denen starke Radverkehrsaufkommen gemessen wurden oder gezielt der Radverkehr gefördert werden soll. Dazu wurden verschiedene Radverkehrsdaten verschnitten und die Einschätzung der Sachverständigen aus den Bezirken, sowie Quartiers- und Stadtteilzentren, berücksichtigt. Weitere Informationen Im eUVM-Projekt wurden vielfältige Verkehrsdaten analysiert, darunter Mobilfunkdaten und GPS-Trip-Daten. Dabei wurden Aspekte wie Abbiegeverhalten, Reisezeitverzögerungen, Pendlerverhalten, Fuß- und Radverkehr sowie Stauschwerpunkte untersucht. Die Top 10 Stauschwerpunkte in Berlin wurden genauer betrachtet. Es ist auffällig, dass diese überwiegend im Osten der Stadt liegen. Das liegt daran, dass die im Westen gelegenen Stadtautobahnen in der Analyse nicht berücksichtigt wurden, da der Verkehrsfluss auf den städtischen Hauptverkehrsstraßen untersucht werden sollte. Platz 1 der Berliner Stauschwerpunkte nimmt die Karl-Marx-Allee ein, gefolgt von Karl-Marx-Straße und Landsberger Allee. Die Analysen bilden die Grundlagen um zielgerichtete Maßnahmen zur Verbesserung des Verkehrs zu entwickeln. Die Ergebnisse sind auf der Digitalen Plattform Stadtverkehr veröffentlicht. Digitale Plattform Stadtverkehr Aktuelle Pressemitteilungen zum eUVM Projekt Projektleitung “Digitalisierung kommunaler Verkehrssysteme” – Teil des Sofortprogramms Saubere Luft
In einer Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme der Universität Duisburg-Essen wird eine Software (BinEm) entwickelt, die mithilfe der Messung von Luftschadstoffen auf Binnenschiffen unter realen Betriebsbedingungen kalibriert und validiert werden soll.
Aufgabenstellung und Ziel
Die Schifffahrt soll nach Vorgaben der EU bis zum Jahr 2050 klimaneutral werden. Zur zwischenzeitlichen Reduktion der Treibhausgas- und Schadstoffemissionen werden verschiedene Technologien (z. B. Abgasreinigung) eingesetzt. Um den Einfluss von neuen Technologien auf die Schiffsemissionen abschätzen zu können, sind realistische Angaben zu den emittierten Schadstoffen durch die Binnenschifffahrt notwendig. Die bisher veröffentlichten Emissionsdaten, die der Binnenschifffahrt zugerechnet werden, basieren auf Modellen mit vielen Annahmen, die die Betriebsparameter im realen Einsatz sehr vereinfacht abschätzen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens der BAW und der Universität DuisburgEssen ein Verfahren zur Berechnung der Binnenschiffsemissionen entwickelt.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Mit der im Rahmen der Forschungskooperation mit dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme (ISMT) entwickelten Software können Emissionen der Binnenschifffahrt für beliebige Regionen und Schiffsflotten modelliert werden. Damit steht der BAW eine Methode zur Verfügung, die es ermöglicht, den Anteil der Binnenschifffahrt an den Luftschadstoffen abzubilden und den Erfolg von Emissionsminderungsmaßnahmen zu bewerten. Auf Basis dieser Ergebnisse können Entscheidungsträger im BMDV und in der GDWS erfolgversprechende Maßnahmen zur Minderung von Binnenschiffsemissionen gezielt ableiten, geltende Vorschriften anpassen oder neue erlassen.
Untersuchungsmethoden
Das entwickelte Verfahren besteht aus mehreren Modulen. Zunächst wird der Schiffswiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit über Grund und der Strömung berechnet (Noß und Kossmann 2021). In dem aktuellen Verfahren wird nun auch der zusätzliche Widerstand bei Kurvendrift berücksichtigt. Hierfür greift das Programm auf einen äquivalenten Geradeauswiderstand zurück und addiert in Abhängigkeit des Driftwinkels einen in einer Datenbank hinterlegten Beiwert für den zusätzlichen Widerstand durch Schräganströmung. Anschließend werden der Gütegrad der Propulsion und die Propellerdrehleistung ermittelt. Mithilfe charakteristischer Propellerfreifahrtdiagramme und Motorenkennfelder sowie leistungsbezogener Faktoren werden final der Kraftstoffverbrauch und die Schiffsemissionen berechnet (Noß und Kossmann 2022). Die Spannweite an Schiffs- und Motorenparametern ist sehr groß. Basierend auf Simulations- und Modellversuchsergebnissen charakteristischer Schiffe (Noß und Kossmann 2021, 2022; Kossmann und Wierczoch 2022) wurden einzelne Widerstandsbeiwerte und der Gütegrad der Propulsion in Abhängigkeit von Schiffsgeschwindigkeit und Wassertiefenverhältnis zu Abladetiefenverhältnis berechnet. Der für die Propulsion verwendete Propeller ähnelt in seiner Geometrie einem charakteristischen Binnenschiffs-Düsen-Propeller. In Abhängigkeit von der berechneten Propulsions- bzw. Bremsleistung, der Schiffsgröße und der Anzahl der Propeller wählt das Verfahren einen passenden Motor in einer Datenbank aus. Diese beinhaltet für schnelllaufende Dieselmotoren mit Leistungen zwischen 400 und 1200 kW Daten zur Motorleistung, Drehzahl und zum spezifischen Kraftstoffverbrauch. Der gewählte Ansatz ist für den Großteil der Flotte sowie Betriebspunkte während einer typischen Streckenfahrt anwendbar. Situationen wie Ausweichmanöver, Ausweichmanöver, Schleusenfahrten oder An- und Ablegemanöver lassen sich mit diesem Ansatz jedoch nicht abbilden.