5.2 Anhang II - Erweiterung von PANTA RHEI um Luftschadstoffemissionen im Straßenverkehr
5.2.2 Vereinfachte Modellierung von klassischen Luftschadstoffen im Straßenverkehr
Die Modellierung von Luftschadstoffen im Verkehr wurde bereits in früheren Versionen von PANTA RHEI umge-setzt (Meyer u. a. 1999). Die Fortschreibung der Emissionen erfolgte bereits dort über die Verknüpfung der Emissi-onsfaktoren und der emissionsverursachenden Aktivitäten. Die EmissiEmissi-onsfaktoren stellen dabei den aktuellen Stand der Technik dar. Dieser Ansatz wird auch bei der Emissionsberichterstattung des UBA mit dem Modell TRE-MOD (Transport Emission Model) angewendet (Ifeu 2012).
Im Vergleich zu der sehr umfassenden Modellierung der Luftschadstoffemissionen im Modell TREMOD ist die Mo-dellierung in PANTA RHEI nicht so umfassend. Das TREMOD-Modell ist sehr komplex. Für alle Fahrzeugkategorien werden die Verkehrs- und Fahrleistungen, Energieverbräuche und Emissionen berechnet. Die Fahrleistungen wer-den auch in die Straßenkategorien innerorts, außerorts und Autobahn unterteilt. Die Fahrzeugtypen werwer-den des Weiteren nach den Emissionsstandards EURO-I bis EURO-VI und Fahrzeuge ohne EURO-Norm unterschieden.
5.2.2.1 Verkehrsmodellierung in PANTA RHEI
In PANTA RHEI werden die verkehrsbedingten Einsätze von Benzin und Diesel in Abhängigkeit von den Fahrleis-tungen, der Antriebsart und den durchschnittlichen Treibstoffverbräuchen abgebildet. Die Modellierung des Gü-ter- und Personenverkehrs erfolgt getrennt.
Die Güterverkehrsmodellierung ist in Abbildung 49 schematisch dargestellt. Die Güterbeförderungsleistung wird in Abhängigkeit von der wirtschaftlichen Entwicklung und den zu zahlen-den Preisen im Transportwesen gegen-über der gesamtwirtschaftlichen Preisentwicklung modelliert. Hergestellte Güter, die für den Export oder den hei-mischen Verbrauch bestimmt sind, müssen an ihren Bestimmungsort gebracht werden. Steigende Transportkosten können den Güterhandel über weite Strecken unattraktiver machen und die Güterbeförderungsleistung reduzie-ren oder zur Verlagerung auf andere kostengünstigere Verkehrsträger führeduzie-ren. Bei der Aufteilung auf die verschie-denen Verkehrsträger werden die in der Vergangenheit beobachteten Substitutionsbeziehungen zwischen den Verkehrsträgern berücksichtigt, die z. B. durch Preisänderungen und geänderte Güterstrukturen ausgelöst wur-den.
Abbildung 49: Modellierung des Güterverkehrs
Quelle: Eigene Darstellung.
Für jeden Verkehrsträger (Straße, Schiene, Luft, Wasser) wird die Verkehrsleistung abgeleitet und unter Berück-sichtigung der Durchschnittsverbräuche die Energieverbräuche der Verkehrsträger berechnet.
Die Personenverkehrsmodellierung erfolgt ähnlich zum Güterverkehr. In einem ersten Schritt wird die Personen-beförderungsleistung insgesamt bestimmt. Einflussgrößen sind u. a. das reale verfügbare Einkommen, demografi-sche Entwicklungen und Relativpreise (Abbildung 50).
Abbildung 50: Modellierung des Personenverkehrs
Quelle: Eigene Darstellung.
In einem weiteren Schritt wird die Personenbeförderungsleistung auf die Verkehrsträger auf-geteilt. Die Nutzung eines Verkehrsträgers ist u. a. vom Preisverhältnis des motorisierten Individualverkehrs (z. B. Treibstoffkosten) und dem öffentlichen Personennahverkehr (Ticketpreis) abhängig.
Für alle betrachteten Verkehrsträger wird in einem letzten Schritt aus dem Durchschnittsverbrauch und der durch-schnittlichen Fahrleistung eines Verkehrsträgers der Energieverbrauch ermittelt. Für die Pkw geschieht dies mit-hilfe einer detaillierten Abbildung von Beständen und Fahrleistungen nach Kraftstoffart. Eine Differenzierung der Fahrleistung nach Straßenkategorien (innerorts, außerorts und Autobahn) und den jeweiligen Verbräuchen wurde in PANTA RHEI nicht umgesetzt. Für die Pkw erfolgt noch ein grobe Unterteilung in die Emissionsstandards EUR-0 bzw. konventionelle Pkw und Pkw mit EUR-I und besser.
Der Kraftstoffverbrauch in Litern multipliziert mit den Literpreisen geht in die monetäre Vorleistungsnachfrage der Industrie und die Konsumnachfrage der privaten Haushalte ein. Änderungen der Steuersätze auf Treibstoffe führen dann einerseits zu geänderten Steuereinnahmen und vielfältigen ökonomischen Anpassungsprozessen. Anderer-seits lösen die Preisänderungen für Treibstoffe ihrerAnderer-seits Verhaltensanpassungen aus, die im Modellzusammen-hang erfasst werden.
5.2.2.2 Luftschadstoffemissionen im Straßenverkehr
Die Erweiterung der Modellierung um wichtige Luftschadstoffe wird für den Straßenverkehr vorgenommen. Der Luft-, Schienen- und Schiffsverkehr wird nicht berücksichtigt. Dadurch werden die Luftschadstoffemissionen durch Verkehrsverlagerungen auf die Schiene unterschätzt.
Die Luftschadstoffmodellierung im Straßenverkehr unterscheidet zwischen (A) den Emissionen aus der Kraftstoff-verbrennung, (B) den Emissionen aus Reifen-, Brems- und Straßenabrieb und (C) den Emissionen aus der Verduns-tung von Ottokraftstoff.
(A) Modellierung der Luftschadstoffemissionen aus der Kraftstoffverbrennung
Die Datenbasis sind die Emissionen je Fahrzeugkategorie und Treibstoffeinsatz sowie die Emissionsfaktoren als Bindeglied zwischen der zugrundeliegenden Aktivität und dem Luftschadstoffausstoß. Es werden fünf Fahrzeug-kategorien unterschieden, zwei Antriebsarten (Otto- und Dieselmotoren) und sechs Energieträger.
Die Fahrzeugkategorien sind:
▪ Personenkraftwagen (Pkw),
▪ Leichte Nutzfahrzeuge (LNF),
▪ Lastkraftwagen (Lkw) bzw. schwere Nutzfahrzeuge (SNF),
▪ Busse und
▪ Motorisierte Zweiräder (MZR).
Für Pkw und LNF wird nach Otto- und Dieselmotoren differenziert. Lkw und Busse haben einen Dieselmotor und MZR einen Ottomotor.
Für Pkw werden die Emissionsstandards EURO-0 bzw. ab EURO-1 unterschieden sowie der eingesetzte Treibstoff (Diesel, Biodiesel, Erdgas, Flüssiggas, Benzin, E10).
Die Fortschreibung der Luftschadstoffemissionen (ELS) im Modell erfolgt dann über die Verknüpfung des Kraft-stoffverbrauchs (KV) im Straßenverkehr für die jeweiligen Fahrzeugkategorien (FK) und den dazugehörigen Emis-sionsfaktoren (EF) je Luftschadstoff (LS).
𝐸𝐿𝑆= ∑
𝐹𝐾=1𝑛
(𝐸𝐹𝐹𝐾𝐿𝑆∙ 𝐾𝑉𝐹𝐾)
Die Emissionsfaktoren entsprechen dem aktuellen Stand der Technik des Jahres 2013. Sofern gesetzliche Regelun-gen die Emissionsgrenzwerte herabsetzen, wurden diese in den Emissionsfaktoren der Kraftfahrzeuge unter Be-rücksichtigung der Anteile der EURO-Normen bei den Neuzulassungen erfasst (IFEU 2012). Abweichende Ergeb-nisse durch manipulierte Abgaswerte sind nicht berücksichtigt.
Beispielsweise wurden die erlaubten NOx-, CO und Partikelemissionen begrenzt, um europäische Zielvorgaben einzuhalten. Bei den NOx-Emissionen hat sich Deutschland verpflichtet nicht mehr als insgesamt 1.051 kt auszusto-ßen (NEC-Richtlinie). Mit der Novellierung des Multikomponentenprotokolls hat Deutschland einer weiteren Re-duktion bis zum Jahr 2020 um 39 % gegenüber dem Jahr 2005 zugesagt. Der Zielwert liegt damit bei 893 kt NOx
(United Nations Economic and Social Council 2013). Die Zielgrößen beziehen sich dabei auf alle Sektoren. Der Verkehr hat bei den NOx-Emissionen einen Anteil von ca. 40 %.
Zur Erreichung des Ziels wurden im Verkehr mit der EURO-VI Norm die zulässigen Grenzwerte für Pkw, LNF, Lkw, Busse und MZR weiter abgesenkt. Für Diesel-Pkw reduzierte sich der Grenzwert um 55 % auf 0,08 g/km und für Lkw und Busse um 80 % auf 0,4 g/kWh (UBA o. J.; UBA 2013b).Auch bei den Partikelemissionen wurden die Grenz-werte verschärft. Gegenüber dem Jahr 2005 sollen die PM2.5 um 26 % bis zum Jahr 2020 auf ca. 90 kt gesenkt werden (United Nations Economic and Social Council 2013). Der Verkehr trägt zu den Staubemissionen aber nur in ge-ringem Umfang (13 %) bei. Mit der EURO-V Norm wurden die Grenzwerte für PM bei Diesel-Pkw um 82 % gesenkt.
Die EURO-VI Norm reduzierte die Grenzwerte für Lkw und Busse um 67 % gegenüber der EURO-V Norm.
Die CO-Grenzwerte wurde mit Einführung der EURO-IV Norm zuletzt für Pkw, Lkw und Busse angepasst. Seitdem liegen diese Werte bei 1 g/km für Benziner und 0,5 g/km für Diesel-Pkw. Für Lkw und Busse ist der max. erlaubte Werte bei 1,5 g/kWh. Auch bei den MZR wurden sowohl die CO-, NOx- und PM-Grenzwerte schrittweise reduziert.
(B) Modellierung der Luftschadstoffemissionen aus Reifen-, Brems- und Straßenabrieb
Die Emissionen aus Abrieb werden für die oben genannten Fahrzeugkategorien unterschieden. Eine Differenzie-rung nach Reifen-, Brems- und Straßenabrieb wird nicht vorgenommen. Die Luftschadstoffe (LS) PM 2.5 und PM 10 werden über die Fahrleistung (FL) der Fahrzeuge nach Kategorie (FK) und den gegebenen Emissionsfaktoren (EF) ermittelt. Je mehr Kilometer pro Fahrzeug zurückgelegt werden desto höher die Emissionen aus Reifen-, Brems- und Straßenabrieb.
𝐸𝐿𝑆= ∑ (𝐸𝐹𝐹𝐾𝐿𝑆∙ 𝐹𝐿𝐹𝐾)
𝑛
𝐹𝐾=1
(C) Modellierung der NMVOC-Emissionen aus der Verdunstung von Ottokraftstoff
Bei Fahrzeugen, die mit Ottokraftstoff betrieben werden (Pkw, LNF, Moped, Motorrad) können flüchtige organi-sche Verbindungen ohne Methan bei der Verdunstung von Ottokraftstoff entstehen. Die NMVOC-Emissionen und Emissionsfaktoren liegen für Pkw, LNF und MZR vor. Die Projektion der NMVOC-Emission erfolgt über die Ver-knüpfung der insgesamt verbrauchten Ottokraftstoffen (OKV) pro Fahrzeugkategorie (FK) und den Emissionsfak-toren (EF).
𝐸𝑁𝑀𝑉𝑂𝐶= ∑ (𝐸𝐹𝐹𝐾𝑁𝑀𝑉𝑂𝐶∙ 𝑂𝐾𝑉𝐹𝐾)
𝑛
𝐹𝐾=1
In TREMOD erfolgt die Verknüpfung mit der Menge an Ottokraftstoffen, die innerorts verbraucht werden (IFEU 2012). Das ist in PANTA RHEI nicht möglich, da keine Unterscheidung nach Straßenkategorien vorgenommen wird.
Die Verknüpfung mit dem gesamten Ottokraftstoffverbrauch erfolgt daher unter der Annahme, dass sich die Ver-teilung der Fahrleistung innerorts, außerorts und auf der Autobahn nicht verändert.