Etwa 47.000 Menschen in Deutschland sterben nach Schätzungen der WHO jährlich durch Feinstaub. Als forschendes Filtrationsunternehmen entwickelt MANN+HUMMEL bessere, sauberere Lösungen für Menschen und Maschinen. Unser aktueller Feldtest: ein Versuchsfahrzeug im feinstaubbelasteten Stuttgart.

In den letzten Jahren sind hohe Belastungen der Luftqualität in Städten auch in Europa in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Schadstoffe, die zur Luft­ver­schmutzung beitragen, sind Stickstoff­dioxid und andere Stickoxide (NOx), Schwefeloxide (SOx), Kohlen­dioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Ammoniak (NH3), flüchtig organische Verbindungen (VOC) und Ozon (O3). Besonders schädlich für die Gesundheit des Menschen ist Feinstaub (PM). Die kleinsten Partikel (PM2.5) können tief in die Lunge eindringen und chronische Lungen- und Herzerkrankungen hervorrufen.

Feinstaub ist eine Mischung aus festen oder flüssigen organischen und anorganischen Stoffen. Natürliche Quellen wie Vulkane, Staubstürme und Waldbrände verursachen 90 Prozent der Feinstaubpartikel in der Luft. Der Mensch ist für die verbleibenden 10 Prozent verantwortlich. Ursachen sind Kraftwerke, Industrie und Haushalte. Im Verkehr entsteht Feinstaub durch die Verbrennung von Kraftstoffen sowie den Verschleiß von Bremsen, Reifen und Straßenoberflächen.

Die Streuung und Konzentration von Feinstaub ist abhängig vom Wetter und der räumlichen Umgebung. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat Grenzwerte für Feinstaub festgelegt. Im Jahresdurchschnitt betragen diese 10 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) für die kleinsten Feinstaubpartikel (PM2,5) und 20 µg/m³ für größere Partikel (PM10). Im Tagesdurchschnitt lauten die Grenzwerte der WHO für PM2,5 25 µg/m³und für PM10 50 µg/m³.

Gesundheitsrisiko: Feinstaub

Das Projekt Feinstaubfresser

In der öffentlichen Diskussion wird ein wesentlicher Anteil der Feinstaubemission einer Stadt dem Straßen­verkehr als Verursacher zugeschrieben. Immer wieder werden Maßnahmen wie Fahrverbote diskutiert. Dabei stehen meist Abgas­emissionen im Fokus. Zu den Feinstaubemissionen eines Fahrzeuges gehört allerdings mehr. Auch durch den Brems­vorgang und die Abnutzung von Reifen und Straßenbelag gelangen Partikel in die Luft. Diese Feinstaub­quellen sind unab­hängig vom Antriebs­­system - gelten also auch für Elektro­fahrzeuge. Es ist daher notwendig die Gesamt­bilanz der Feinstaub­emissionen eines Fahrzeuges zu betrachten.

Der Filtrationsspezialist MANN+HUMMEL aus Ludwigs­burg hat dies erkannt und führt im Zuge seiner Forschungs­aktivitäten unter dem Titel "Feinstaubfresser" seit einiger Zeit Feldtests mit Versuchsfahrzeugen durch. Die Filtrationsexperten haben vier Anwendungen entwickelt, die zur Verringerung der Feinstaubbelastung beitragen sollen. Ein auf dem Dach der Fahrzeuge installierter Filter fängt Feinstaub aus der Umgebungsluft auf. Ein Bremsstaubpartikelfilter an der Bremsanlage soll die Abgabe von Bremsstaub an die Umgebung verhindern. Insassen werden durch einen NO2 Feinstaubkombifilter geschützt. Die Fahrzeuge sind durch die auffällige Gestaltung als "Feinstaubfresser" während ihrer Versuchsfahrten im Raum Stuttgart kaum zu übersehen. Darüber hinaus können auch stationäre Feinstaubpartikelfilter zur Verbesserung der Luftqualität beitragen.

Durch den Einsatz zahlreicher Filter könnte die Feinstaubbelastung in einer Stadt reduziert werden. Je mehr PKW, Nutzfahrzeuge, Busse,  S- und U-Bahnen oder auch Litfaßsäulen mit den Filtern ausgestattet werden, desto mehr Feinstaub filtern diese aus der Luft. Das gilt besonders an Tagen mit sehr hoher Feinstaubkonzentration. Von Fahrverboten bedrohte Fahrzeuge könnten durch den Einsatz der Filter ihre Feinstaubbilanz aufbessern.

StreetScooter

Die Deutsche Post DHL Group erspart ihrer Umwelt durch den Einsatz seiner über 5.000 StreetScooter Liefer­fahrzeuge schon heute erhebliche Mengen an Schadgasen wie Kohlendioxid, Stickoxid und auch Lärm. Mit Hilfe einer schwäbischen Entwicklung rückt man jetzt auch dem Feinstaub zu Leibe. Der Ludwigsburger Filtrations­spezialist MANN+HUMMEL entwickelte den Feinstaub­partikelfilter, mit dem jetzt das weltweit erste emissions­neutrale Fahrzeug vorgestellt wird.

Die Filter­module werden zunächst in fünf StreetScooter Testfahrzeugen verbaut, die ab sofort in deutschen Innenstädten in Dienst gehen. Nach erfolgreichem Test ist ein serien­mäßiger Einsatz des Feinstaub­filters möglich. Dann könnten mit dem StreetScooter die ersten quasi emissions­freien Fahrzeuge in Serie gehen.

Vollständig emissions­neutral ist das Fahrzeug, bezogen auf die Gesamt­bilanz im Fahrbetrieb, das heißt:

  • kein Kohlendioxid (CO2)
  • kein Stickoxid (NOx)
  • kein Lärm
  • kein Feinstaub

Der weltweit führende Logistiker Deutsche Post DHL Group hat jetzt 5.000 StreetScooter in der Brief- und Paketzustellung im Einsatz. Die rund 3.700 StreetScooter des Typs WORK und die etwa 1.300 WORK L sparen jährlich mehr als 16.000 Tonnen CO2 ein und leisten damit einen wichtigen Beitrag für mehr Klima- und auch Lärmschutz.

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Mobile Feinstaubpartikelfilter

In einer Stadt produzieren Kraftwerke, Fabriken und Haushalte Emissionen. Auch Autos, Transport­fahr­zeuge, Busse und Bahnen belasten Menschen und Umwelt. Sie bewegen sich auf engem Raum häufig mehrmals am Tag hin und her. Gelänge es die Fein­staub­­emissions­­bilanz dieser Fahrzeuge zu ver­bes­sern, könnte die Luft­belastung reduziert werden.

Mit dem Feinstaubpartikelfilter versetzt MANN+HUMMEL Fahrzeuge in die Lage, die von ihren ausgestoßenen Emissionen auszugleichen. Angebracht zum Beispiel auf dem Dach oder am Unterboden eines Fahrzeuges nimmt der Filter Feinstaubpartikel aus der Luft auf. Ventilatoren führen dafür Luft aus der Fahrzeugumgebung an den Filter heran.  Über Sensoren und eine Cloud erfassen und bewerten die Filtrationsspezialisten die Filtrationsleistung sowie Luft- und Wetterdaten.

Die ersten Tests haben gezeigt, dass der Filter etwa so viel Feinstaubpartikel aus der Luft auffängt, wie ein modernes, mit Benzin oder Diesel betriebenes Fahrzeug bei der Verbrennung ausstößt.

Stationäre Feinstaubpartikelfilter

An Orten mit viel Verkehr oder starken Emissionen aus Schornsteinen und geringem Luftaustausch ist die Belastung der Luft besonders hoch. Halten sich hier regelmäßig Menschen auf - wie an großen Kreuzungen, Bahnhöfen oder Unterführungen - ist der Einfluss auf ihre Gesundheit besonders schädlich. An solchen Orten kann ein statio­närer Feinstaub­partikel­filter zur Verbesserung der Luftqualität beitragen.

Vor seinem Technologie­zentrum an der Schwieberdinger Straße in Ludwigsburg testet MANN+HUMMEL eine Filtersäule. Die Filtrations­experten haben einen Feinstaubpartikelfilter und Ventilatoren in eine Litfaßsäule integriert. Die Ventilatoren ziehen Umgebungsluft an und der Filter fängt Feinstaub aus der Luft auf. Je nach Stärke der Luft­belastung lässt sich die Filterleistung steuern, so dass nur so viel Energie verbraucht wird wie nötig. An Bushaltestellen oder Bahnhöfen lässt sich der Feinstaub­partikel­filter in Werbetafeln oder Informationswände integrieren.

Bremsstaubpartikelfilter

Bei einem Bremsvorgang entsteht durch die Abnutzung der Bremsscheibe und des Bremsbelags Staub. Und zwar um ein Vielfaches mehr als durch Abgase. Der Großteil dieser Staubpartikel gelangt bisher in die Umgebungsluft und trägt zu der schlechten Luftqualität in vielen Städten bei. Über 90% des Bremsstaubes sind feine Partikel, die tief in die Lunge des Menschen eindringen können.

Der Bremsstaubpartikelfilter von MANN+HUMMEL verhindert den Austritt von Partikeln in die Luft direkt an der Quelle. Der Filter fängt 80 Prozent des Bremsstaubes auf. Das haben die Filtrationsexperten im Labor gemessen. Bei den Versuchsfahrten der Feinstaubfresser im Großraum Stuttgart testen sie nun die Leistung des Filters im Straßen­verkehr. Bei PKW, Nutzfahrzeugen, Schienenverkehr und in der Industrie kommt der Filter zum Einsatz - das gilt für alle Antriebsarten: von Elektro- über Hybrid- zu Benzin- oder Dieselmotoren.

NO2 Feinstaubkombifilter

Bei starker Belastung der Luft in Städten gelangen Partikel und Schadgase auch in die Innenräume von Fahrzeugen. Die Konzentra­tionen der Schadstoffe kann dort besonders hoch sein. Der NO2 Feinstaubkombifilter von MANN+HUMMEL schützt Fahrzeuginsassen vor solchen Gesundheitsgefahren in der Luft. Durch den Einsatz verschiedener Aktivkohleschichten schützt der Innenraumfilter vor einer Vielzahl schädlicher Gase wie zum Beispiel giftigen Stickoxiden. Eine besondere Beschichtung des Filters hält zudem hohe Mengen an Ammoniak zurück, während eine biofunktionelle Schicht Allergene bindet und die Ausbreitung von Bakterien auf dem Filter verhindert. Unangenehme Gerüche werden so vermieden. Feinste Nanofasern ermöglichen zudem einen verbesserten Schutz vor Feinstaub. Der NO2 Feinstaubkombifilter  ist wie der Feinstaubpartikelfilter und der Bremsstaubpartikelfilter in den Feinstaub­fressern installiert. Generell ist er sowohl für PKW als auch für Nutzfahrzeuge, Schienenverkehr und Industrieanwendungen geeignet.

Der aktuelle Stand des Projekts

In den Wintermonaten hat MANN+HUMMEL die verschiedenen Filtrationsanwendungen unter hoher Feinstaubbelastung und Witterungsbedingen mit Matsch, Schnee, Eis und Schmutz getestet. Durch den Einsatz weiterer Fahrzeuge und Sensorik sind die Testfahrten noch effektiver und zuverlässiger geworden. Nach den bisherigen Testergebnissen erfüllen die Filter die selbst gesetzten Ziele und die Erkenntnisse aus der Simulation. Je näher sie an der Feinstaubquelle sind, desto effektiver sind die Systeme.

Mit dem Einsatz einer Filtersäule in Ludwigsburg hat MANN+HUMMEL zudem den Schritt von mobiler zu stationärer Feinstaubfiltration gemacht. Diese Technologie ist unmittelbar auf Interesse gestoßen: Ab Oktober 2018 stattet MANN+HUMMEL das Stuttgarter Neckartor mit stationären Filtrationsanlagen aus. Das Projekt zielt darauf ab, die Tage mit Überschreitungen der Feinstaub-Grenzwerte zu reduzieren.

Zu allen Filtrationstechnologien führt MANN+HUMMEL Gespräche mit Interessenten aus dem öffentlichen und privaten Bereich. Dies gilt nicht nur für Deutschland, in anderen Teilen der Welt ist die Feinstaubbelastung in urbanem Umfeld um ein Vielfaches höher. MANN+HUMMEL nutzt sein globales Netzwerk und hat sein Feinstaubfresser-Projekt nach China, Indien und Korea ausgeweitet.

Ausblick

Ihre Ansprechpartner

Thomas Michalak
Sales & Business Development Manager - Fine Dust Eater