Abstract

Bei Eltern mit Babys ist häufig ein Rückgang der Fahrradnutzung zu beobachten. Eine Sorge der jungen Eltern ist, dass die Babys bei der Fahrradfahrt im Vergleich zum Auto einer erhöhten Luftschadstoffbelastung ausgesetzt sind. Die Feinstaubbelastungen beim Transport von Babys mit dem Fahrrad oder Pkw wurde mit einem an der Hochschule Karlsruhe entwickelten SensorBike erfasst. Aufgrund der kurzen Dauer mobiler Messungen und der täglichen Schwankung der Hintergrundbelastung werden keine absoluten Werte bestimmt, sondern ein relativer Vergleich zwischen der Mitnahme des Babys im Fahrrad und Pkw vorgenommen. Zwei Typen von Routen werden verglichen. Zum einen die Feinstaubbelastung, wenn das Fahrrad und das Pkw dieselbe Strecke an eine Hauptverkehrsstraße fahren. Zum anderen die Feinstaubbelastung, wenn das Fahrrad und das Pkw den gleichen Start- und Zielort haben, aber die für das jeweilige Verkehrsmittel angemessene und realitätsnahe Route fahren. Beim Vergleich sind Babys bei der Mitnahmen im Fahrradanhänger höheren Feinstaubbelastungen ausgesetzt als im Pkw mit geschlossenen Fenstern. Bei angemessenen und realitätsnahen Routen für Fahrrad abseits von Hauptverkehrsstraßen wird jedoch der Unterschied deutlich geringer. Um die Feinstaubbelastung für Babys bei der Mitnahme in Fahrradanhängern zu reduzieren, ist die Wahl von Routen abseits von Hauptverkehrsstraßen, die Wahlen von Zeiten mit geringer Luftschadstoffbelastung, kein halten direkt hinter LKW sowie die Fahrt mit offenem Verdeck hilfreich.

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1. Problemstellung Feinstaubbelastung von Babys in Fahrradanhängern

Radverkehr ist einer der Verkehrsträger der Zukunft. Radfahren vereint persönliche (aktive Mobilität, körperliche Fitness) und gesellschaftliche (emissionsfrei, leistungsfähig, flächensparsam, stadtverträglich) Vorteile für eine zukunftsfähige und nachhaltige Mobilität in Stadt und auf dem Land. Bei Eltern mit Babys ist häufig ein Rückgang der Fahrradnutzung zu beobachten. Im F+E-Vorhaben „Fördern und Stärken der Fahrradnutzung bei jungen Familien nach der Geburt von Kindern“ (Eberhardt/Giering 2020), wurde untersucht welche Hemmnisse bei der Fahrradnutzung von jungen Eltern bestehen und wie diese beseitigt werden können. Eine häufige Sorge junger Eltern war, dass die Babys bei der Fahrradfahrt im Vergleich zum Auto einer erhöhten Luftschadstoffbelastung ausgesetzt sind. Da diese Fragestellung im Rahmen des F+E-Vorhaben nicht abschließend geklärt werden konnte, wurde diese durch studentische Forschung an der Hochschule Karlsruhe (Sommer et al. 2020) untersucht. Analysiert wurde, wie sich die Luftschadstoffbelastung von Babys bei der Mitnahmen im Fahrradanhänger im Vergleich zum Pkw darstellt. Im Vergleich der Belastung der beiden Verkehrsmittel werden Empfehlungen für die Eltern abgeleitet.

2. Erkenntnisse der Fachliteratur zur Feinstaubbelastung beim Radfahren

Die nachfolgende Analyse der Luftschadstoffbelastung von Babys konzentriert sich auf den Aspekt der Feinstaubbelastung. Weltweit sind zahlreiche Menschen hohen Feinstaubbelastungen ausgesetzt und durch Gesundheitsbeeinträchtigungen betroffen (WHO 2018; EPA 2016). Babys und Kleinkinder sind besonders verwundbar für die Folgen durch Feinstaubbelastungen, da ihre Schutzmechanismen sich erst entwickeln und sie in Relation zum Körpergewicht höhere Dosen aufnehmen (Salvi 2007). Bei der Feinstaubbelastung wird unterschieden zwischen groben Feinstaub PM10, der alle Partikel bis zu einem Durchmesser von 10 Mikrometer (μm) umfasst, sowie feinen Feinstaub PM2,5, der Partikel von bis zu 2,5 μm umfasst. Die schädlichen Wirkungen auf die Gesundheit nehmen mit sinkender Teilchengröße zu (WHO 2015). So können die feineren Partikel tief in die Lungen vordringen, die Lungenbarriere durchbrechen und in das Herz-Kreislauf-System eindringen. Im Folgenden werden sowohl die PM10 sowie PM2,5-Belastungen betrachtet.

Es gibt bereits zahlreiche Studien zur Luftschadstoffbelastung von Radfahrenden (Burtscher/Schüepp 2012; Cepeda et al. 2017; Panis et al. 2010; Nazelle et al. 2012; O'Donoghue et al. 2007; Rank et al. 2000; Quiros et al. 2013; Apparicio et al. 2016, Boogaard et al. 2009; Sharma/Prashant 2018, Ramos et al. 2016, Vaupel 2019). Lediglich Burtscher/Schüepp (2012) und Sharma/Prashant (2018) befassen sich jedoch speziell mit Babys und Kleinkindern. So haben Burtscher/Schüepp (2012) Luftschadstoffmessungen direkt an einem Kinderfahrrad sowie einem Fahrradanhänger durchgeführt.

Die meisten Studien wählen für die Analyse die gleichen Routen für Kfz und Fahrrad, um die Ergebnisse miteinander vergleichen zu können. Dennoch vernachlässigt dieses Studiendesign, dass Radfahrende häufig Routen durch Nebenstraßen oder Grünanlagen wählen und daher von den Routen des Kfz-Verkehrs abweichen. Um die Realität besser abzubilden, untersuchte Boogaard et al. (2009) daher die kürzeste Route für den jeweiligen Verkehrsteilnehmer zwischen definierten Start- und Zielpunkten. Chertok et al. (2004) gaben die Routen nicht vor, sondern erfassten die Luftschadstoffbelastungen auf den täglichen Wegen der Testpersonen. So werden in den Belastungsspitzen in der Morgenstunde sowie entlang von Hauptverkehrsstraßen (HVS) deutlich höhere Belastungen gemessen, als in Nebenstraßen sowie in den Nebenverkehrszeiten erfasst (Apparicio et al. 2016; Boogaard et al. 2009). Die Wahl der untersuchten Routen hat damit große Auswirkung auf die Feinstaubbelastung (Boogaard et al. 2009).

Die Entfernung zur Emissionsquelle beeinflusst die Luftschadstoffbelastung. Sharma/Prashant (2018) zeigt auf, dass Babys im Kinderwagen oder Fahrradanhänger, die sich mit Ihrem Kopf auf gleicher Höhe mit den Auspuffen befinden, höheren Luftschadstoffbelastungen ausgesetzt sind. Nach Burtscher/Schüepp (2012) sind die Belastungen in einem Fahrradanhänger ca. 35% höher als für Erwachsene.

Meteorologische Rahmenbedingungen sowie der Luftaustausch in Straßenräumen haben entscheidenden Einfluss auf die Luftschadstoffbelastung (Vogt et al. 2017; European Commission 2009). So sind bei Wetterlagen mit einer hohen atmosphärischen Stabilität höhere Feinstaubbelastungen zu erwarten (Panis et al. 2010). Im Ergebnis gibt es daher stündlich und täglich Schwankungen der Feinstaubbelastung (Elen et al. 2012).

Durch die körperliche Betätigung beim Radfahren erhöht sich die Atemfrequenz und damit die eingeatmete Dosis Feinstaubpartikel. Daher berücksichtigen zahlreiche Studien nicht allein die Feinstaubbelastung, sondern die auf den Organismus wirkende Dosis (Burtscher/Schüepp 2012; Cepeda et al. 2017; Panis et al. 2010; Nazelle et al. 2012; O'Donoghue et al. 2007; Quiros et al. 2013). Die Spannbreite reicht dabei von einer immer noch niedrigeren Dosis trotz der erhöhten Atemfrequenz (Rank et al. 2000) bis hin zu einer Steigerung um 400 – 900% im Vergleich zum Ruhezustand (Panis et al. 2010). Die Luftschadstoffexpositionen können daher für Radfahrende höher sein, als die städtische Hintergrundkonzentration. Daher können selbst die vergleichsweise kurzen Verweildauern im Verkehr relevant zur täglichen Exposition beitragen (Bigazzi/Figliozzi 2014). Panis et al. (2010) heben jedoch hervor, dass die positiven gesundheitlichen Wirkungen der körperlichen Bewegung durch das Radfahren den Beeinträchtigungen durch eine erhöhte Luftschadstoffexposition überwiegen. Rank et al. (2000) zeigt auf, dass die mit dem Fahrrad transportierten Kinder einer geringeren Dosis als die Radfahrenden ausgesetzt sind, da ihre Atmung als Mitfahrer nicht erhöht ist. Burtscher/Schüepp (2012) weist jedoch darauf hin, dass Kleinkinder häufiger durch den Mund atmen und daher deren Belastung höher als die von Erwachsenen ist.

3. Messdesign für mobile vergleichende Feinstaubmessung Mitnahme Fahrrad oder Kfz

3.1 SensorBike der Hochschule Karlsruhe

Mobile Messungen können helfen, die individuellen Luftschadstoffbelastung von Verkehrsteilnehmern räumlich und zeitlich nachzuvollziehen (Scherzer 2017). Als Plattform für mobile Luftschadstoffmessungen wurden bereits konventionelle Pkw (Düring et al. 2010; Katulski, et al., 2009), Elektroautos (Westerdahl et al. 2005) oder Straßenbahnen (Hagemann et al., 2014) eingesetzt. Fahrräder wurden bereits von (Elen et al., 2013, Velasco et al. 2016, Apparicio et al. 2016) als mobile Messplattfomen genutzt. Trotz der zahlreichen Studien haben sich jedoch noch keine einheitlichen Qualitätsstandards für mobile Messungen der Luftschadstoffbelastung beim Radfahren etabliert (Kaur et al. 2007).

An der Hochschule Karlsruhe wurde ein SensorBike als Untersuchungsinstrumentarium für die angewandte Forschung im Radverkehr entwickelt. Das SensorBike basiert auf einem handelsüblichen Trekkingrad, welches durch den Anbau von diversen Sensoren für die zeitgleiche Erhebung und Verknüpfung von Daten geeignet ist. Die Einflussgrößen, die sich auf den Kraftbedarf beim Radfahren auswirken wie Längsneigung, Windgeschwindigkeit, Fahrbahnoberfläche, Reifendruck, Gewicht etc. werden erfasst und dem Energieverbrauch der Radfahrenden sowie weiteren Vitalparametern wie Puls gegenübergestellt. Einflussgrößen, die sich auf den Fahrkomfort der Radfahrer auswirken wie Witterung/Klima, Erschütterungen, Luftqualität, Lärmbelastung, Belichtung etc., bilden wichtige Einflussgrößen für die Verkehrsmittelwahl und Routenwahl der Radfahrenden. Die Erhebung der Einflussgrößen der Verkehrssicherheit wie Seitenabstände und Geschwindigkeit des umliegenden Verkehrs, Bremsbeschleunigungen, Verkehrskonflikte etc. ermöglichen neue Ansätze zur Bewertung der Verkehrssicherheit des Radverkehrs. Um die Feinstaubbelastungen bei der Mitnahme von Babys in einem Fahrradanhänger in Echtzeit zu messen, wurde das SensorBike mit dem Messgerät Fidas® Frog der Firma Palas ausgestattet. Das handliche Gerät (Maße 100x240x150mm, Gewicht 2,1kg) (Palas 2019) erlaubt eine mobile Messung der Feinstaubbelastung. Mit Hilfe eines genormten Messeinlasses wurde die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrrades normalisiert und durch ein Verlängerungsrohr des Messeinlasses jeweils die Kopfhöhe des Babys berücksichtigt. Zusätzlich werden die Messfahrten mit einer Kamera dokumentiert, um eine Zuordnung der Messwerte zu Standorten und einzelnen Ereignissen zu ermöglichen. Da Babys, im Gegensatz zu den Radfahrenden, bei der Mitnahme im Fahrradanhänger nicht aktiver als beim Mitfahren im Auto sind, wurde eine veränderte Atemfrequenz nicht berücksichtigt.

3.2 Vorstudie zur mobilen Feinstaubmessung

In die Entwicklung des Messdesigns für die Erhebung der Feinstaubbelastung von Babys gingen Erkenntnisse aus einer Vorstudie mit dem SensorBike ein (Schmid 2019). Dabei wurde die Feinstaubbelastung mit dem Messgerät Fidas® Frog der Firma Palas erfasst. Aufgrund der kurzen Dauer mobiler Messungen und der täglichen Schwankung der Hintergrundbelastung ist es nicht möglich, absolute Belastungswerte zu bestimmen, sondern kann nur ein relativer Vergleich erfolgen. Um trotz des hohen Einflusses von Einzelereignissen (Halten neben LKW an LSA etc.) repräsentative Ergebnisse zu erheben, ist eine mehrfache Wiederholung der Messfahrten in einem kurzen Zeitraum erforderlich. In der Vorstudie wurde untersucht, ob bei der mobilen Messung die verkehrlichen Belastungsschwerpunkte zuverlässig erkannt werden können. Dafür wurden drei städtische Teststrecken identifiziert, die sich in ihrem Verkehrsaufkommen unterscheiden. Abschnitte mit einem hohen Verkehrsaufkommen weisen dabei sowohl für PM10 als auch PM 2,5 deutlich höhere Feinstaubbelastungen auf. Zudem wurde untersucht, inwieweit sich die detaillierte Führung des Radverkehrs im Straßenraum auf die Feinstaubbelastung auswirkt. Die Messungen auf Fahrbahn, Radfahrstreifen sowie Seitenraumradweg zeigen für die Partikelkonzentration und PM2,5 vergleichbare Feinstaubbelastungen. Weiterhin wurde untersucht, wie sich die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrrades trotz des normierten Messeinlasses auf die Messung auswirkt. Für die Fahrgeschwindigkeiten 10, 20 und 30 km/h werden bei PM 2,5 nahezu die gleichen Werte wie bei der stationären Messung erfasst. Bei PM10 gibt es kleine Unterschiede zwischen mobiler und stationärer Messung die jedoch nicht signifikant sind.

3.3 Messdesign für eine mobile Feinstaubmessung

Die Erfahrungen aus der Literatur sowie der Vorstudie flossen in die Entwicklung des Messdesigns für die mobile Messung der Feinstaubbelastung (Sommer et al. 2020) ein. Ziel der Messung ist der Vergleich der Feinstaubbelastung für Babys bei einer Mitnahme im Fahrradanhänger oder dem Pkw. Die Messung der Feinstaubbelastung umfasst die Parameter PM 10 und PM 2,5.

Die Fahrten mit dem Fahrrad und dem Pkw haben den gleichen Start- und Zielort und werden abwechselnd dreimal hintereinander wiederholt, um die Messwerte vergleichbar zu machen und Einzelereignisse auszumitteln. Aufgrund der kurzen Dauer mobiler Messungen und der täglichen Schwankung der Hintergrundbelastung steht der relative Vergleich der Mitnahme in den verschiedenen Verkehrsmitteln im Vordergrund. Die Messungen erfolgen an vier Messtagen mit günstigen meteorologischen Bedingungen (kein Niederschlag oder starker Wind). In die Messungen in einem innerstädtischen Quartier in Karlsruhe wurden neben stark belasteten Hauptverkehrsstraßen auch innerstädtische Sammelstraßen und Hauptverkehrsstraßen mit einbezogen, um eine realitätsnahe Mischung abzubilden. Im Ergebnis wird ermittelt, wie sich die Feinstaubbelastung für die beiden Verkehrsmittel darstellt, wenn weitestgehend identische Ausgangsbedingungen bestehen.

Zwei Typen von Routen werden verglichen. Zum einem werden in einem direkten Routenvergleich das Fahrrad und der Pkw dieselbe Strecke nutzen. Die Route in Karlsruhe mit Startort an der Kreuzung Yorckstraße/Sophienstraße führte über die Sophienstraße (Sammelstraße) und die Rheinhold-Franck-Straße zum Zielort am Hochschulcampus in der Moltkestraße. Die Route ist 2,2 km lang, hat eine Fahrtdauer von ca. 6 - 9 Minuten und bildet einen Alltagsweg aus einem innerstädtischen Wohngebiet zur Kita bei der Hochschule ab. Zum anderen wurde verglichen, wenn das Fahrrad und der Pkw zwar den gleichen Start- und Zielort haben, aber eine für das jeweilige Verkehrsmittel angemessene und realitätsnahe Route wählen. So wurde für das Fahrrad eine direkte Route unter Nutzung von Nebenstraßen und Grünanlagen (Scheffelstraße, Stabelstraße, Moltkestraße) gewählt, während der Pkw die bereits beschriebene Route über die Hauptverkehrsstraße Rheinhold-Franck-Straße nutzt.

Zudem werden ergänzende Messungen durchgeführt, um weitere Faktoren für die Feinstaubbelastung zu bestimmen. Um einem Vergleich zwischen der mobilen Messung und stationären Messtationen zu ermöglichen, führen die Messfahrten an einer ortsfesten Luftmessstation der LUBW in der Rheinhold-Franck-Straße vorbei. Zudem werden mobile Messungen im Vergleich mit offenem und geschlossenem Verdeck des Fahrradanhängers durchgeführt. Weiterhin wird verglichen, ob das Baby oder Kleinkind in einem Fahrradanhänger oder in einem Kindersitz auf dem Fahrradgepäckträger mitgenommen wird. Zudem wird in einer stationären Messung die Feinstaubbelastung auf Kopfhöhe eines Erwachsenen (Messhöhe 150 cm) sowie eines Babys/Kleinkindes (Messhöhe 35 cm) bei 1,5 m Abstand zum Fahrbahnrand erfasst.

Die Messfahrten werden mit einem Trekkingrad mit einem Fahrradanhänger der Firma Thule durchgeführt. Das Verdeck des Fahrradanhängers wird während der Messfahrten offengelassen. Der Messeinlass im Fahrradanhänger wir in der Höhe so justiert, dass er der Kopfhöhe des sitzenden Babys entspricht. Die Vergleichsmessungen im Pkw finden mit einem Skoda Fabia mit Benzinmotor statt. Die Fenster sind während der Messung geschlossen und die Lüftung sowie die Klimaanlage sind moderat angeschaltet. Das Messgerät wird auf der Rückbank aufgestellt und der Messeinlass auf die Kopfhöhe des Babys justiert.

Da nur ein Echtzeitmessgerät zur Verfügung steht, werden die zu vergleichenden Messfahrten zeitnah hintereinander wiederholt. So erfolgt immer abwechselnd eine Hin- und Rückfahrt mit dem Pkw sowie dem Fahrrad (zwei Messungen) und dies wird drei Mal wiederholt (3x2 Messungen je Verkehrsmittel). Die Messfahrten erfolgen in einer alltagsgerechten Fahrweise. Die Straßenverkehrsordnung wird befolgt, es werden für das Verkehrsmittel angemessene Geschwindigkeiten gefahren, sowie ein kleinkindergerechtes Fahrverhalten (z. B. kein direktes Aufstellen hinter einem Lkw) umgesetzt.

4. Darstellung und Diskussion Ergebnisse der mobilen Feinstaubmessung

Gemessen wurde an fünf Tagen im Juni 2020. Das Messprogramm umfasste einen Tag Pretest, vier Tage Vergleich auf gleicher Route, zwei Tage Vergleich auf jeweils angepasster Route sowie ein Tag erweiterte Messungen mit offenen oder geschlossenen Verdeck, auf dem Gepäckträger sowie die stationäre Messung auf Höhe von Erwachsenen oder Kleinkindern. Insgesamt wurden 102 Messfahrten durchgeführt.

4.1 Aggregation der Ergebnisse der Messfahrten

Die Auswertung der einzelnen Messfahrten wird anhand einer typischen Messung im Fahrradanhänger illustriert. Mit Hilfe der Videoaufzeichnung ist eine Zuordnung der Messspitzen möglich (Abbildung 1).

Abb.1: Fahrt Nr. 4 Feinstaubbelastung Messfahrt Fahrradanhänger Yorkckstraße und Moltkestraße

Der Durchschnittswert der Messung wird in erster Linie durch einige Messspitzen geprägt. Die Messspitzen von PM10 und PM2,5 stimmen weitgehend überein, wobei die Ausschläge bei PM10 ausgeprägter sind wie für PM2,5. Zu Beginn der Fahrt treten Spitzen durch das Warten hinter einem Kfz an einer LSA auf. Dann folgt eine Spitze auf einem Streckenabschnitt, bei dem Baumkronen die Straße fast komplett überdecken. Die Messspitze ist vermutlich auf Baumpollen sowie einen geringen Luftaustausch durch das Blätterdach zurückzuführen. Dieses Phänomen trat bei allen Messfahrten auf. Im darauffolgenden Abschnitt in der Reinhold-Frank-Straße, wird die stationäre Messstation der LUBW passiert. Der Messwerte der stationären Messtation beträgt für PM2,5 bei 6 μg/m³, was dem im Fahrradanhänger gemessenen Wert entspricht. Es folgen weitere Messspitzen jeweils an den Knotenpunkten Reinhold-Frank-Straße/Kaiserallee sowie Reinhold-Frank-Straße/Moltkestraße durch den Rückstau der LSA sowie durch die Fahrt neben einem Transporter. Der Mittelwert der Messfahrt liegt für PM2,5 bei 5,7 μg/m³ und der Median bei 5,0 μg/m³. Für PM10 war der Mittelwert 13,8 μg/m³ und der Median 5,6 μg/m³. Die Auswertung für Messfahrten im Pkw erfolgt vergleichbar. Dabei sind ebenfalls Messspitzen zu erkennen, diese sind deutlich weniger ausgeprägt wie beim Fahrradanhänger.

Für jeden Messtag werden die Fahrten je Verkehrsmittel für die verschiedenen Routen zusammengefasst und der gemeinsame Mittelwert sowie der Median ermittelt. Dabei liegt der Median immer niedriger als die Mittelwerte und illustriert, wie die Messspitzen den Mittelwert in die Höhe treiben. Die Werte für die Messtage werden zudem in Boxplots zusammengefasst, die neben dem Mittelwert und Median auch die Streuung der Ergebnisse in Form von Quartilen illustrieren.

Die Messwerte für PM2,5 und PM10 schwanken von Tag zu Tag deutlich, was auf unterschiedliche Witterungsverhältnisse und damit einhergehende Hintergrundbelastung zurückzuführen ist (siehe Abbildung 2). Die Schwankungen zwischen den Tagen sind deutlich ausgeprägter als die Unterschiede zwischen den Verkehrsmitteln an einem Tag. Aufgrund der starken täglichen Schwankungen ist ein Vergleich zwischen den verschiedenen Verkehrsmitteln jeweils nur an einem Tag möglich.

4.2 Vergleich Mitnahme Baby mit Fahrradanhänger und Auto auf gleicher Route

Zunächst wird die Feinstaubbelastung für die Mitnahme von Babys in einem Fahrradanhänger sowie in einem Kfz auf der gleichen Route verglichen (siehe Tabelle 1 und Abbildung 2). An allen Messtagen ist sowohl der Median als auch der Mittelwert für PM2,5 und für PM10 für das Fahrrad höher wie für den Pkw. Der Mittelwert ist für den Fahrradanhänger um 178% bei PM2,5 und 326% bei PM10 höher wie beim Pkw. Beim Median ist der Unterschied zwischen Fahrradanhänger und Pkw mit 164% bei PM2,5 und 183% bei PM10 weniger stark ausgeprägt. Der Faktor, um wie viel die Belastung höher liegt, ist tagesabhängig und für die Tage 2 und 4 deutlich ausgeprägter wie für die Tage 1 und 3. Auch bei der detaillierten Betrachtung hintereinander ausgeführter Messfahrten ist die Belastung mit dem Fahrradanhänger immer höher wie mit dem Pkw. Die Differenzen zwischen Mittelwert und dem Median fällt beim Fahrradanhänger höher aus als beim Pkw. Dies illustriert, dass die Messspitzen beim Fahrradanhänger, im Vergleich zum Pkw, stärker ausfallen. Ursächlich sind dafür insbesondere Belastungsspitzen wie z. B. beim Warten an einer LSA. Alle Ergebnisse illustrieren, dass bei der gleichen Route die Feinstaubbelastung für Babys bei der Mitnahme im Fahrradanhänger höher sind wie bei der Mitnahme im Pkw.

Tab.1: Mobile Messung Fahrrad und Pkw auf gleicher Route

Abb.2: Vergleich mobile Messungen Fahrrad und Pkw auf gleicher Route

4.3 Vergleich Mitnahme Baby mit Fahrradanhänger und Auto auf jeweils angepasster Route

An zwei Messtagen erfolgte ein Vergleich der Feinstaubbelastung zwischen Fahrradanhänger und Pkw auf jeweils angepassten Routen (siehe Tabelle 2 und Abbildung 3). Auf der angepassten Route ist der Mittelwert der Feinstaubbelastung im Fahrradanhänger um 33% für PM2,5 und 57% für PM10 geringer als auf der Pkw-Route.

An Tag 2 ist die Differenz zwischen Fahrradanhänger und Pkw für PM2,5 mit 23% Mehrbelastung auf der angepassten Route geringer als mit 59% Mehrbelastung auf der gleichen Route (bei PM10 56% Mehrbelastung angepasste Route und 169% Mehrbelastung gleiche Route). Bei Tag 4 gibt es eine Auffälligkeit, die nicht geklärt werden konnte. So weicht die Differenz zwischen Fahrradanhänger und Pkw für PM2,5 mit 166% Mehrbelastung auf der angepassten Route versus 98% Mehrbelastung auf der gleichen Route (bei PM10 249% Mehrbelastung angepasste Route versus 460% Mehrbelastung gleiche Route) von der Beobachtung an Tag 2 ab. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Messfahrten für die angepasste Route beim Kfz mit PM2,5 2,0 μg/m³ eine deutlich niedrigere Belastung aufweist wie die am selben Tag erfolgte Messfahrten für die gleiche Route mit PM2,5 4,4 μg/m³. Bei der Messung im Fahrradanhänger sowie bei PM10 trat nicht ein vergleichbar großer Unterschied auf. Ursache können Messfehler oder Sondereinflüsse sein, konnten jedoch nicht ermittelt werden. Wenn an Tag 4 als Vergleichswert für die angepasste Route ein Wert PM2,5 von 4,4 μg/m³ angesetzt wird (der sich aus vorherigen Messungen auf der Route am selben Tag ergibt) dann ist die Mehrbelastung zwischen Fahrradanhänger und Pkw für PM2,5 mit 98% Mehrbelastung für die gleiche Route und 21% Mehrbelastung für die angepasste Route gegeben. Trotz des ungeklärten Wertes lässt sich daher die Aussage treffen, dass durch eine angepasste Route die Mehrbelastung für die Mitnahme von Babys im Fahrradanhänger im Vergleich zum Pkw deutlich reduziert wird.

Tab.2: Mobile Messung Fahrrad und Pkw auf jeweils angepasster Route

Abb.3: Vergleich mobile Messungen Fahrrad und Pkw auf jeweils angepasster Route

4.4 Vergleich erweiterte Rahmenbedingungen

Die Feinstaubbelastung im Fahrradanhänger mit offenem oder geschlossenem Verdeck wird verglichen (siehe Tabelle 3). Die Feinstaubbelastung für PM2,5 und PM10 ist bei geschlossenem Verdeck gegenüber dem geöffneten Verdeck deutlich erhöht. Der erhöhte Luftaustausch bei offenem Verdeck ermöglicht demnach Belastungsspitzen schnell wieder abzubauen.

Tab.3: Mobile Messung Vergleich offenes oder geschlossenes Verdeck Fahrradanhänger

Bei einer stationären Messung an der Kreuzung Sophienstraße/Schillerstraße mit 1,5 m Abstand zum Fahrbahnrand wird die Feinstaubbelastung auf Kopfhöhe des Babys (35cm) sowie eines Erwachsenen (150cm) verglichen. Die Belastung auf Kopfhöhe des Erwachsenen ist sowohl für PM2,5 als auch PM10 im Mittelwert und dem Median geringer als auf Kopfhöhe des Babys (siehe Tabelle 4).

Tab.4: Stationäre Messung Höhe Baby oder Erwachsener

Die Feinstaubbelastung auf Höhe eines auf dem Gepäckträger montierten Kindersitzes sowie auf Höhe eines Fahrradanhängers mit geöffnetem Verdeck wird in Messfahrten verglichen (siehe Tabelle 5). Die Feinstaubbelastung auf dem Gepäckträger (Kindersitz) sind nur unwesentlich geringer als im Fahrradanhänger. Dies unterscheidet sich von den Ergebnissen der stationären Messung, bei der die Messhöhe einen wesentlichen Einfluss auf die Feinstaubbelastung hatte. Im Verlauf längerer Strecken scheinen die Belastungen auf den unterschiedlichen Höhen zu variieren und sich auszugleichen.

Tab.5: Mobile Messung Mitnahme Kindersitz auf Gepäckträger oder Fahrradanhänger

5. Fazit und Ausblick

5.1 Hinweise zur Feinstaubbelastung bei der Mitnahmen von Babys im Fahrradanhänger

Im Ergebnis der vergleichenden Messungen lassen sich Faktoren bestimmen, von denen die Feinstaubbelastung von Babys bei der Mitnahme im Fahrradanhänger oder Pkw abhängen. Bei den durchgeführten Messungen sind Babys im Fahrradanhänger höheren Feinstaubbelastungen ausgesetzt wie Babys in Pkw. Bei angemessenen Routen für das Fahrrad abseits von Hauptverkehrsstraßen wird der Unterschied zwischen Fahrrad und Kfz jedoch deutlich geringer. Die Schwankung der Feinstaubbelastung zwischen den einzelnen Tagen aufgrund der Witterungsverhältnisse ist dabei deutlich größer als die Unterschiede zwischen der Mitnahme mit dem Fahrrad oder dem Pkw. Der Unterschied zwischen Fahrrad und Pkw liegt damit innerhalb der Spannbreite, die sich durch die schwankende Hintergrundbelastung ergibt.

Auf Basis der Messungen können Hinweise gegeben werden, wie die Feinstaubbelastung für Babys bei der Mitnahme im Fahrradanhänger reduziert werden kann. Die Feinstaubbelastung ist geringer, wenn Routen abseits von Hauptverkehrsstraßen gewählt werden, Zeiten mit geringer Feinstaubbelastung genutzt werden, mit offenem Verdeck gefahren wird und warten direkt hinter Lkw/Transportern vermieden wird. Nicht relevant ist, ob die Mitnahme in einem Fahrradanhänger oder in einem Kindersitz auf dem Gepäckträger erfolgt.

Ein Vergleich der gemessenen Feinstaubbelastung mit den gesetzlichen Grenzwerten oder den Grenzwerten der WHO ist aufgrund der Momentaufnahmen mobiler Messungen nicht unmittelbar möglich. Jedoch entsprechen die auf dem Fahrradanhänger gemessenen Feinstaubbelastungen ungefähr den Werten der stationären Messstation der LUBW. Bei Messungen im Pkw fallen die Werte an gleicher Stelle ungefähr halb so hoch aus. Mit Hilfe der stationären Messtationen lassen sich daher Aussagen über die gesundheitlichen Gefahren der Feinstaubbelastung ableiten. Wenn die stationäre Messtation unter den Grenzwerten liegt, werden auch beim Radfahren die Grenzwerte eingehalten. An der Messtation Rheinhold-Franck-Straße werden bereits seit mehreren Jahren die gesetzlichen Grenzwerte für PM10 und PM2,5 eingehalten. Die gesundheitlichen Auswirkungen der Feinstaubbelastung bei der Mitnahme von Babys im Fahrradanhänger im Vergleich zum Pkw sind damit von geringer Bedeutung.

Über die Frage der Feinstaubbelastung hinaus ist zudem zu betrachten, wie förderlich das generelle Mobilitätsverhalten für die Gesundheit der Babys ist. Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass trotz einer erhöhten Exposition von Luftschadstoffen Personen, die regelmäßig Fahrrad fahren, aufgrund der körperlichen Bewegung in der Gesamtbilanz einen gesundheitlichen Vorteil gegenüber regelmäßigen Pkw-Nutzern besitzen. Zudem ist bekannt, dass die Mobilitätsbiographie im Kindesalter auch das langfristige Mobilitätsverhalten im Erwachsenenalter prägt. Daher ist zu untersuchen, ob Babys und Kleinkinder die mit dem Fahrrad statt dem Pkw sozialisiert wurden mit einer höheren Wahrscheinlichkeit auch langfristig Fahrrad fahren und damit gesundheitliche Vorteile genießen.

5.2 Hinweise zur Mobilen Messung der Feinstaubbelastung

Aus den Erfahrungen der Untersuchung lassen sich Hinweise für die mobile Messung von Luftschadstoffen ableiten. Mobile Messungen sind durch zahlreiche kleinräumige und zeitliche Schwankungen geprägt. Daher sind zahlreiche Wiederholungen der Messung auf der gleichen Route (um Schwankungen durch Einzelereignisse zu mitteln) innerhalb eines kurzen Zeitraums (um Veränderung der Hintergrundbelastung auszuschließen) erforderlich, um repräsentative Werte zu gewinnen. Um einen Standort repräsentativ zu erfassen, sind mehrere Wiederholungen pro Stunde erforderlich.

Aussagen zu absoluten Luftschadstoffbelastungen sind durch mobile Messungen nicht möglich. Ortsfeste Messungen über einen längeren Zeitraum sind für die Erfassung der Belastung eines Standortes unverzichtbar. Mobile Messungen können als vergleichende Messungen einen Beitrag leisten, genauer zu verstehen, welches Verkehrsverhalten zu höheren oder niedrigeren Luftschadstoffbelastungen führt.

Bei mobilen Messungen ist es hilfreich, die Rahmenbedingungen der Messfahrten durch GPS-Tracks sowie Videoaufzeichnungen zu erfassen. Dies ermöglicht besser, die gemessenen Werte zu verstehen und einzuordnen. Bei dem Geschwindigkeitsniveau von Radfahrenden wirkt sich bei Verwendung normierter Messköpfe die Anströmgeschwindigkeit der Luft nicht auf die Messergebnisse aus. Jedoch können Abweichungen im Messdesign (Messhöhe auf Fahrrad, genau Position des Fahrrades im Straßenraum, Einzelereignisse wie warten Hinter LKW etc.) einen Einfluss auf die Messergebnisse haben. Daher sind diese Rahmenbedingungen bei der Messung soweit möglich durch Vorgaben zu normieren. Eine Orientierung an den Alltagsbedingungen der Radfahrenden bietet sich an.

Um die Erkenntnisse zur Luftschadstoffbelastung von Babys bei der Mitnahme in Fahrradanhänger zu verifizieren, bietet sich die Wiederholung der Messungen für eine größere Spannbreite von Alltagsrouten sowie für weitere Luftschadstoffe (NO2, NOx, O3 etc.) an. Zudem sollten sich die Untersuchungen nicht allein auf die Frage der Luftschadstoffbelastung konzentrieren. Vielmehr sollte auch untersucht werden, wie sich die Mitnahme von Babys und Kleinkindern im Fahrradanhänger auf deren langfristige Mobilitätsbiographie insbesondere die Fahrradnutzung in späteren Lebensphasen auswirkt. So sind die gesundheitlichen Vorteile des Fahrrades durch körperliche Bewegung im Alltag zu berücksichtigen.

Dank

Bei der Firma Palas in Karlsruhe, bedanken wir uns für das Ausleihen des Echtzeitmessgerät Fidas® Frog. Ein besonderer Dank gilt Herrn Dr. Hogekamp der zu Fragen der Messung und Auswertung immer zur Verfügung stand. Bedanken wollen wir uns zudem beim Verein „Fahrrad & Familie e.V.“ aus Heidelberg, insbesondere Frau Eberhardt, die den Fahrradanhänger zur Verfügung gestellt hat. Weiterhin gilt unser Dank der Dr. Schmidt Stiftung für Verkehr und Umwelt, dem Verbund der Stifter der Hochschule Karlsruhe sowie der Carl-Zeiss-Stiftung, die die Anschaffung und Ausstattung der SensorBikes unterstütz haben.

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