Blog

Apr 29, 2023

Luftqualität in Zügen: eine Antwort auf den Bericht des Rail Safety and Standards Board

Veröffentlicht am 5. Juni 2023 © Crown Copyright 2023 Diese Veröffentlichung ist lizenziert

Veröffentlicht am 5. Juni 2023

© Crown Copyright 2023

Diese Veröffentlichung ist unter den Bedingungen der Open Government License v3.0 lizenziert, sofern nicht anders angegeben. Um diese Lizenz einzusehen, besuchen Sie nationalarchives.gov.uk/doc/open-government-licence/version/3 oder schreiben Sie an das Information Policy Team, The National Archives, Kew, London TW9 4DU, oder senden Sie eine E-Mail an [email protected]. Vereinigtes Königreich.

Wenn wir Urheberrechtsinformationen Dritter identifiziert haben, müssen Sie die Genehmigung der betreffenden Urheberrechtsinhaber einholen.

Diese Veröffentlichung ist verfügbar unter https://www.gov.uk/ Government/publications/air-quality-onboard-trains-a-response-to-the-rail-safety-and-standards-board-report/air-quality -onboard-trains-a-response-to-the-rail-safety-and-standards-board-report

Dieser Bericht ist eine Reaktion auf den Bericht des Rail Safety and Standards Board (RSSB) über die Analyse der Luftqualität in Zügen (T1188).

Der Inhalt dieses Berichts liegt allein in der Verantwortung des DfT Science Advisory Council und gibt nicht die Ansichten des Ministeriums für Verkehr (DfT) oder der DfT-Minister wieder.

Schlechte Luftqualität ist ein wesentlicher Umweltfaktor für Krankheiten und Sterblichkeit und führt im Vereinigten Königreich schätzungsweise zwischen 15.000 und 40.000 Todesfällen pro Jahr[Fußnote 1].

Es verursacht erhebliche wirtschaftliche Kosten durch geringere Produktivität und geringere Belastung durch das Gesundheitswesen.

Da sich die Außenluftqualität in Großbritannien in den letzten Jahrzehnten verbessert hat, wird dem Innenraumklima, das den Großteil der individuellen Belastung im Laufe eines Tages ausmachen kann, größere Aufmerksamkeit geschenkt. In Innenräumen kann es häufig zu einer schlechteren Luftqualität als im Freien kommen, obwohl diese stark schwankt und schwer vorherzusagen ist.

Luftverschmutzung und Verkehrsumgebungen werden seit vielen Jahren untersucht und sind bekannte Orte, an denen die Luftqualität potenziell schlecht sein kann. Dies gilt auch am Straßenrand, wo Fußgänger und Radfahrer betroffen sind, sowie für Passagiere in Autos, Bussen, Zügen und Flugzeugen. Auch Verkehrsknotenpunkte wie Bahnhöfe und Busbahnhöfe sind bekanntermaßen anfällig für eine schlechte Luftqualität.

Der RSSB-Bericht T1188 bewertet die Luftverschmutzung in Zuginnenräumen bei Fernreisen und ist eine willkommene Ergänzung der Faktenbasis zur aktuellen Verkehrsbelastung im Vereinigten Königreich.

Es schließt einige wichtige Wissenslücken über die mögliche Exposition von Passagieren bei längeren Fahrten zwischen Städten (der Forschungsschwerpunkt lag bisher hauptsächlich auf Pendlerreisen in Städten).

Bei den untersuchten Schadstoffen handelt es sich um Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub (PM), ausgedrückt als PM2,5 und PM10 (Partikel kleiner als 2,5 und 10 Mikrometer Durchmesser) sowie als Ruß (BC). Stickstoffdioxid stammt fast ausschließlich aus Dieselabgasen, während Feinstaub aus einem breiteren Spektrum von Quellen emittiert wird, darunter Motorabgase und Bremsverschleiß. PM wird auch von den Bewohnern selbst freigesetzt, über die ausgeatmete Luft und durch körperliche Bewegung/Staubaufwirbelung von Innenflächen wie Stoffen und Bodenbelägen.

Der Bericht vergleicht die Innenkonzentrationen, die auf etwa 100 Zugfahrten gemessen wurden, verteilt auf zwei vom Imperial College in London durchgeführte Studien. Die Studien nutzten verschiedene Zugtypen/Fahrten und verglichen die Daten umfassend mit gleichzeitigen Luftqualitätsbeobachtungen an einigen festen Überwachungsstationen in Städten und ländlichen Gebieten. Derartige Vergleiche sollen nur einen Anhaltspunkt für die relativen Konzentrationen liefern, da diese Datenquellen manchmal erhebliche Entfernungen von den durchgeführten Fahrten entfernt waren.

Es erfolgt auch ein Vergleich mit Literaturdaten zu Luftqualitätsparametern für geschlossene Räume in anderen Verkehrsträgern. Letzterer Vergleich ist für Fernzugreisen wichtig. Üblicherweise werden die Luftverschmutzungskonzentrationen in der Kabine den Konzentrationen in der Umgebungsluft und aktiven Reisealternativen gegenübergestellt, wobei letztere mittlerweile häufig zu einer geringeren Gesamtbelastung führen.

Bei Zugreisen über mittlere und lange Strecken im Vereinigten Königreich ist die Luftqualität, die in Autos oder Bussen auf derselben Reise herrschen würde, der geeignetste kontrafaktische Faktor für die Exposition. Da die lokale Meteorologie ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Luftqualität im Alltag ist und keine entsprechenden Kontrollfahrten an denselben Tagen wie die Zugfahrten durchgeführt werden, war es nicht möglich, die Auswirkungen zwischen den Verkehrsträgern quantitativ zu vergleichen.

In dieser Studie wurden Luftqualitätsbeobachtungen mit einer 1-Minuten-Datenmittelung erfasst, eine Häufigkeit, die höher ist als die, die von den meisten Außenluftqualitätsüberwachungsstationen zurückgegeben wird. Eine Folge davon ist, dass die Daten im Zuginneren einige vorübergehend hohe Konzentrationen zeigten (gemeldet im 95. Perzentil).

Es sollte darauf geachtet werden, diese Werte nicht direkt mit den Außenumgebungsüberwachungsdaten der Defra oder der örtlichen Behörden zu vergleichen, die zeitlich gemittelt und geglättet sind. Es gibt einige Vergleiche zwischen den einminütigen Höchstwerten der Züge und den Jahresmittelwerten im Freien. Oberflächlich betrachtet lässt dies den Zugwaggon im Vergleich zur Außenwelt stark verschmutzt erscheinen, allerdings handelt es sich dabei um sehr unterschiedliche Zeiträume für die Belastung.

Die nützlichste Messgröße für den Vergleich dürfte die mittlere Konzentration während der Fahrt sein, die in dieser Studie typischerweise 1–3 Stunden im Zug repräsentierte. In Zukunft könnte es sinnvoll sein, eine Metrik für den „höchsten“ 1-Stunden-Mittelwert der Reise zu erstellen, um eine Konzentration zu erhalten, die direkter auf britische und internationale Richtlinien zur Raumluftqualität, z. B. die der WHO und UKHSA, abgebildet werden kann. Kurzfristige Richtlinien zur Luftqualität in Innenräumen für andere geschlossene Räume werden oft als 1-Stunden-, 8-Stunden- oder 24-Stunden-Mittelwertkonzentrationen ausgedrückt.

Die Experimente zeigen, dass die Art des Zuges einen Einfluss auf die festgestellte Luftqualität im Innenraum hatte, obwohl in den Berichten nicht versucht wird, die beobachteten Unterschiede direkt einzelnen Arten von Nachbehandlungssystemen oder anderen relevanten Faktoren wie Bremssystemen zuzuordnen. Dies ist möglicherweise ein Bereich, der in späteren Analysen mit zusätzlichem Fachwissen weiterverfolgt werden muss.

Ein unerwartetes Merkmal sind einige hohe vorübergehende und durchschnittliche NO2-Konzentrationen während der Fahrt, die bei Verwendung der Bi-Mode-Züge der Klasse 800 beim Betrieb im Dieselmodus auftreten. Diese wiesen im Mittel über die gesamte Reisedauer auf deutlich erhöhte Konzentrationen hin.

Dies scheint eine weitere Untersuchung wert, da es sich bei der Klasse 800 um einen relativ neuen Zug handelt, der über eine Abgasnachbehandlung mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) verfügt. NO2 war auch in anderen Zugtypen, wie den Klassen 755 und 230, konstant erhöht. PM wurde in anderen Zugtypen in erhöhten Konzentrationen (im Vergleich zur Außenluft) beobachtet, was in älteren Zügen ohne Minderungstechnologien wie Dieselpartikelfilter (DPF) vorherrscht auch bei einigen, die DPF enthielten. Die PM-Konzentrationen in dieser Studie stimmten weitgehend mit den zuvor in der Literatur berichteten Werttypen überein.

Um die Konzentrationen im Inneren von Zügen in einen größeren Zusammenhang zu stellen, ist es sinnvoll, einige der beobachteten Werte mit bestehenden Richtlinien zur Luftqualität in Innenräumen für andere Umgebungstypen zu vergleichen. Die relevantesten Richtlinien zum Vergleich sind diejenigen der WHO (2010). Diese lassen sich nicht direkt auf die Daten in der RSSB-Studie abbilden, aber ein gut passender zeitgemittelter Standard ist dennoch nützlich, um ihn mit dem Reisedurchschnitt zu vergleichen (der etwa einen Zeitraum von 1–3 Stunden darstellt). Damit liegt die mittlere Reisedauer irgendwo zwischen einer Stunde und 24 Stunden, wie von der WHO empfohlen.

Nachfolgend werden die höchsten und zweithöchsten durchschnittlichen Reisekonzentrationen aus den beiden Studienzeiträumen aufgeführt und mit dem nächstgelegenen Grenzwert der WHO-Richtlinie für Raumluftqualität verglichen.

Die Daten veranschaulichen, dass es bei einer Zugfahrt im ungünstigsten Fall möglich ist, dass die Luftqualität im Innenraum der Passagiere einen nahezu passenden Richtwert für die Innenluftqualität der WHO übersteigt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass von den ca. 100 durchgeführten Zugfahrten nur eine Minderheit eine Konzentration erlebte, die diesen Richtlinien nahekam oder diese übertraf.

Bei vielen Fahrten zeigte sich, dass die Luftqualität in Zugwaggons im Großen und Ganzen der Luftqualität entsprach, die man in einer typischen städtischen Außenumgebung am Straßenrand vorfinden könnte. Die durchschnittliche Konzentration „aller Fahrten“ in der Studie T1188 Teil 1 lag unter den 1- und 24-Stunden-Richtlinien der WHO für NO2, PM2,5 und PM10 in Innenräumen. Dies ist kein Argument dafür, keine weiteren Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität in Innenräumen zu ergreifen, aber es stellt das Ausmaß der Wirkung in einen angemessenen Zusammenhang. Tatsächlich wäre es relativ ungewöhnlich, dass eine Person regelmäßig mehrere Stunden im Freien, am Straßenrand und in verschmutzter Luft verbringt.

Der Umfang der Studie umfasste nicht die direkte Bestimmung der in Zügen gefundenen Luftverschmutzungsquellen oder die Herstellung umfassender Zusammenhänge zwischen der Verschmutzung und einzelnen Lokomotiven- oder Waggonstypen. Der Bericht stellt zu Recht fest, dass PM von vielen verschiedenen Orten kommen kann. Dies kann von der Wirksamkeit des am Auspuff verwendeten DPF (sofern vorhanden), von der Art des Bremssystems und von der Effizienz der an den Lufteinlässen verwendeten Filterung abhängen. PM können von den Insassen selbst, durch Bewegung und ausgeatmete Atemluft freigesetzt werden.

Die Auslastung und andere physikalische Faktoren wie der Luftwechsel wurden nicht gemeldet, sodass nicht festgestellt werden kann, inwieweit es sich dabei um wesentliche Faktoren handelte. Bei dem Versuch, diese PM-Quellen mithilfe von Ruß als Indikator für die Verbrennung auseinanderzuhalten, war der Einsatz der Quellenaufteilung nur teilweise erfolgreich.

Die Ursache für die erhöhten NO2-Konzentrationen war einfacher zu diagnostizieren, da sie in erster Linie auf das Mitreißen von Dieselabgasen (oder möglicherweise auch auf nahegelegene Züge in Bahnhöfen) zurückzuführen war.

Die genauen Ursachen für den erhöhten NO2-Ausstoß in Zügen der Klasse 800 werden nicht explizit untersucht, sind aber wahrscheinlich auf eine Kombination aus nicht idealen Standorten für den Lufteinlass des Wagens (im Verhältnis zu den Abgassystemen) und einer mangelhaften Abgasnachbehandlung zurückzuführen. Bei moderneren Motoren mit ausgewählter katalytischer Reduktion (SCR) kann es in Zeiten, in denen die Abgassysteme kühl sind, zu Leistungseinbußen kommen. Dies kann beim ersten Start der Fall sein und wenn das Abgassystem auf die Wärmeabgabe des Motors angewiesen ist, um die Katalysatortemperaturen aufrechtzuerhalten.

Motoren, die längere Zeit im Leerlauf oder bei geringer Last arbeiten, können besonders anfällig sein, wenn keine zusätzliche Abgasheizung eingesetzt wird (z. B. direkte elektrische Heizung). Eine Minderleistung des SCR kann auch auftreten, wenn ein Nachbehandlungssystem aus Gründen des Motorschutzes (z. B. bei niedrigen Temperaturen) oder aufgrund eines Mangels an Harnstoffreagenz deaktiviert wird.

Es wurde festgestellt, dass einige der höchsten NO2-Konzentrationen bei Fahrten im Januar beobachtet wurden und niedrige Umgebungslufttemperaturen möglicherweise die mangelhafte SCR-Leistung verstärkt haben.

Richtlinien für die Luftqualität bei Fernzugreisen sollten nach Möglichkeit darauf abzielen, geeignete Mittelungszeiträume zu verwenden, die die integrierte Exposition während der Fahrt widerspiegeln. Diejenigen, die mit der Entwicklung von Empfehlungen für Grenzwerte für die Luftverschmutzung in Zügen beauftragt sind, möchten möglicherweise als Ausgangspunkt die Richtlinien zur Luftqualität in Innenräumen für andere geschlossene Umgebungen in Betracht ziehen, beispielsweise die von UKHSA herausgegebenen oder umfassendere NICE-Ratschläge. Die Entwicklung von Standards oder Richtlinien müsste mit einer fundierten Beratung der Betreiber zu technischen Eingriffen und Anpassungen einhergehen.

Die Studie wurde entwickelt, um die typische Exposition von Fahrgästen auf Einzelfahrten zu bewerten und spiegelt möglicherweise nicht unbedingt die berufliche Exposition des Zugpersonals gegenüber Luftverschmutzung wider. Arbeitsmuster können dazu führen, dass das Personal Zeit in verschiedenen Innenbereichen des Zuges verbringt, die nicht beprobt wurden, und zwar über einen längeren Zeitraum als die Fahrgäste. Dies könnte ein Aspekt der Luftqualität in Zügen sein, der die Durchführung repräsentativerer Messungen erfordern könnte.

Die PM-Konzentrationen waren in Zügen häufig höher als im Freien und übertrafen manchmal die 24-Stunden-Richtlinie der WHO für PM2,5 und PM10 in Innenräumen. Die gemeldeten Werte lagen jedoch weitgehend im Bereich der zuvor in der Literatur berichteten Innenkonzentrationen. Es kann sich lohnen, im Anschluss eine zusätzliche Analyse durchzuführen, um Zusammenhänge zwischen PM und bekannten ursächlichen Faktoren wie Art und Wirksamkeit des Motornachbehandlungssystems, Art des Bremssystems, Innenraumluftwechselrate und Passagierbelegungsgrad zu ermitteln.

Die erhöhten NO2-Konzentrationen in den Zügen der Klasse 800 erfordern weitere Untersuchungen. Das SCR-System funktioniert möglicherweise nicht wie erwartet und/oder die Lufteinlässe in einigen Fahrgasträumen sind möglicherweise nicht optimal konfiguriert, wodurch unbeabsichtigt Motorabgase angesaugt werden. Eine schlechte Leistung kann durch Kühlung im Leerlauf des Motors oder längere Zeiträume geringer Last entstehen. Es dürfte technische Möglichkeiten geben, dies zu beheben, beispielsweise durch eine zusätzliche direkte Beheizung der Abgassysteme, wie sie typischerweise bei den meisten Diesel-Straßenfahrzeugen zum Einsatz kommt.

Die chemische Zusammensetzung der durch Reibung und Verschleiß von Zugsystemen freigesetzten Feinstaubpartikel kann sich von der in der Umgebungsluft vorkommenden unterscheiden. Eine weitere Analyse der chemischen Natur der in Zügen befindlichen Feinstaubpartikel in der Luft würde potenziell gezielte Maßnahmen unterstützen, die sich mit den toxikologisch schädlichsten Bestandteilen (z. B. Spurenmetallen) befassen und zusätzlich zur Reduzierung der Gesamtpartikelmasse beitragen.

Eine Netto-Null-Umstellung weg von dieselbetriebenen Zügen würde das Risiko erhöhter NO2-Emissionen in den Waggons beseitigen. Weitere Vorteile für die Luftqualität im Innen- und Außenbereich ergeben sich aus der Elektrifizierung der Bahn (Oberleitung oder Brennstoffzelle), da vollelektrische Züge im Vergleich zu Dieselalternativen auch weniger Feinstaub ausstoßen. Dennoch sollte die Leistung aller zukünftigen Antriebstechnologien und Wagenbelüftungssysteme (einschließlich der Positionierung der Lufteinlässe) hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Luftqualität im Innenraum bewertet werden.

Der Einsatz aktiver Luftfiltersysteme zur Reinigung der Waggonluft kann einen doppelten Vorteil haben: Sie verringert die Belastung durch Feinstaub, der vom Zug selbst erzeugt wird, und durch andere in der Luft befindliche Partikel wie Atemwegsviren der Fahrgäste. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Filtersysteme bei der Entfernung gasförmiger Schadstoffe wie NO2 wirksam sind, da diese am effektivsten an der Abgasstelle reduziert werden.

Jede langfristige Strategie, die den Verbrennungsantrieb in Zügen mit alternativen kohlenstoffarmen Kraftstoffen wie Wasserstoff, Ammoniak oder Biodiesel beibehält, könnte möglicherweise zu anhaltenden NOx-Emissionen am Motorabgas führen. Dies würde entweder die Verwendung sehr gut optimierter Verbrennungsbedingungen (ein Ansatz, der möglicherweise für H2 funktioniert, für Biodiesel jedoch wahrscheinlich nicht funktioniert) oder den fortgesetzten Einsatz der Abgasnachbehandlung zur Beherrschung der NOx-Emissionen erforderlich machen.

Ein umfassenderes Beweisproblem, das das Ministerium berücksichtigen muss, besteht darin, dass es einen Mangel an aktuellen (d. h. aus den letzten 5 bis 10 Jahren, nach EURO6) und britischen spezifischen Daten zur Innenraumluftqualität in Personenkraftwagen und Bussen gibt. Dies macht es schwierig zu beurteilen, wie die heutige Belastung durch Luftverschmutzung in Zügen im Vergleich zu heutigen kontrafaktischen Fahrten aussehen könnte.

Professor Alastair Lewis, Universität York

Dr. Emma Taylor, Cranfield University / RazorSecure Ltd

Professor Ricardo Martinez-Botas, Imperial College London

Professor William Powrie, Universität Southampton

Royal College of Physicians, (2016). Jeder Atemzug, den wir machen: die lebenslangen Auswirkungen der Luftverschmutzung. Bericht einer Arbeitsgruppe. ISBN 978-1-86016-567-2 ↩