Internationales Verkehrswesen (74) 3 | 2022 90 Digital vorsorgen: Saubere Städte gestalten Datenmodell schafft Grundlage für die Reduktion von-Mikroplastikemissionen im öffentlichen urbanen Raum Mikroplastik, Mobilität, Verkehr, Emissionen, Hotspot, Urbane Räume, Datenmodell, Datenbedarf Ein Großteil des Mikroplastiks entsteht im Straßenverkehr, etwa durch Reifen- und Fahrbahnabrieb. Im Projekt mMEU wurde ein datenbasiertes, prototypisches Modell für die Ermittlung und Überwachung von Mikroplastikemissionen entwickelt, das Städten sowie kommunalen Dienstleistern eine belastbare Grundlage zur zukünftigen Gestaltung ihrer öffentlichen Aufgaben liefert. Die Erkenntnisse wurden auf verschiedene im Beitrag beschriebene Anwendungsfälle übertragen, um den Nutzen der Anwendung für die Anspruchsgruppen zu verdeutlichen. Clara Herkenrath, Gerrit Hoeborn M ikroplastik lässt sich zunehmend in der Umwelt nachweisen. Die Ursachen und daraus resultierenden Auswirkungen sind jedoch in vielerlei Hinsicht noch unerforscht. Bekannt ist, dass ein Großteil des Mikroplastiks im öffentlichen Raum entsteht, etwa durch den Abrieb von Reifen oder durch Besen und Kehrmaschinen. Im Forschungsprojekt mMEU - Mobilitätsbedingte Mikroplastikemissionen in der Umwelt entwickelten das FIR an der RWTH Aachen und das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH ein datenbasiertes, prototypisches Modell, mit dem Mikroplastikemissionen und deren Quellen ermittelt und überwacht werden können. Für Städte sowie kommunale Dienstleister liefert das Modell eine datenbasierte Grundlage zur Gestaltung ihrer öffentlichen Aufgaben. Um den Nutzen des Modells für die Anspruchsgruppen zu verdeutlichen, wurden im Projekt Anwendungsfälle identifiziert und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit betrachtet. Hierbei haben sich insbesondere die Hotspotkarte für städtische Institutionen und das Modell als Grundlage für Beratungsleistungen zu unternehmerischen Nachhaltigkeitsstrategien als vielversprechend erwiesen. Mikroplastik in der Umwelt Die Entdeckung von Mikroplastik im Schnee der Antarktis, fernab menschlicher Siedlungen, unterstrich Mitte 2022 das Ausmaß der weltweiten Plastikverschmutzun- Foto: Wal172619 / pixabay TECHNOLOGIE Emissionen Internationales Verkehrswesen (74) 3 | 2022 91 Emissionen TECHNOLOGIE gen, die von uns Menschen verursacht werden [1]. Wenn die biologisch nicht abbaubaren synthetischen Polymere bereits an die entlegensten Regionen der Welt gelangen, wie gravierend beeinflusst Mikroplastik dann unsere direkten Lebensräume, etwa unsere Städte? Die hohe Aktualität dieser Frage führt national und international zu steigender Aufmerksamkeit für das Thema Mikroplastik. Forschungsprojekte nehmen dabei vorrangig eine makroökonomische Perspektive ein [2, 3, 4]. Bislang lassen sich weder auf europäischer noch auf Bundesebene gültige Rechtsvorschriften bezüglich der Regulierung von Mikroplastik finden. Laut Hochrechnungen der ECHA könnte ein EU-weiter Beschränkungsvorschlag für absichtlich zugesetzte Mikrokunststoffe die Belastung der Umwelt über einen Zeitraum von 20 Jahren um etwa 400.000 Tonnen Mikrokunststoffe verringern [5]. Ein dezidiertes Verständnis über das Auftreten von Mikroplastikemissionen fordert Detailwissen über Herkunft und Menge ebendieser. Erst wenn man weiß, warum und wieviel Mikroplastikemissionen entstehen, lassen sich angemessene Handlungsmaßnahmen zur Verminderung ableiten. Die Mobilität zählt zu den Hauptverursachern von Emissionen, das gilt auch für Mikroplastik im städtischen Raum. Das Forschungsprojekt mMEU beschäftigte sich über einen datengetriebenen Ansatz mit der Frage, wo und wie viel Mikroplastik im städtischen Raum im Mobilitätskontext anfällt. Anhand von Stakeholder-Anforderungen, Qualitätskriterien und emissionsbestimmenden Faktoren konnten Datenquellen identifiziert und bewertet werden. Eine prototypische Modellierung von Hotspotkarten ermöglichte es, lokale mobilitätsbedingte Mikroplastikemissionen zu ermitteln. Darauf aufbauend wurde im Projektverlauf die wirtschaftliche Nutzbarkeit des Modells anhand von Geschäftsmodellen beurteilt und für zentrale Akteure bezüglich ihrer Rentabilität analysiert. Mobilitätsbedingtes Mikroplastik im-städtischen Raum Das Projekt mMEU setzt bei den Emissionen an, um die negativen Umweltwirkungen von mobilitätsbedingtem Mikroplastik zu verringern. Die genaue Kenntnis der Emissionspfade ist ein elementarer Bestandteil zur Reduktion der Emissionen und ihrer Verbreitung. Der Fokus des Forschungsprojekts liegt auf den lokalen Mikroplastikemissionen in innerstädtischen Räumen, die durch den Individual-, Öffentlichen- und Güterverkehr im Straßenraum entstehen. Derzeit gibt es keine einheitliche wissenschaftliche Festlegung auf relevante Stoffgruppen oder auf eine Ober- und Untergrenze der Partikelgröße. Stöven et al. [6] beschreiben die Entstehung von Mikroplastik als Zersetzungsprodukt von hauptsächlich auf Erdöl basierenden Polymeren bzw. Kunststoff- und Plastikprodukten. Die synthetisch hergestellten Kunststoffteilchen sind kleiner als 5 mm und können sich im Wasser, in der Luft und im Boden verteilen. Mikroplastik wird als unter Standardbedingungen festes Objekt aus Kunstoffen verstanden, welches durch das menschliche Handeln auf direktem Weg als primäres Mikroplastik oder indirekt als sekundäres Mikroplastik in die Umwelt gelangt [7]. Beim primären Mikroplastik unterscheidet man zwischen Typ A und Typ B. Primäres Mikroplastik Typ A entsteht während der Herstellung eines Produkts, beispielsweise Strahlmittel oder Kunststoffpellets. Typ B hingegen bildet sich während der Nutzungsphase in Folge von Verwitterung, Degradation oder Fragmentierung großer synthetischer Kunststoffe [7]. Für alle Formen von Mikroplastik gilt: Je länger die Partikel im Ökosystem bleiben, desto stärker verbreiten sie sich und desto schwerer sind sie zu entfernen. Das Umweltbundesamt untersuchte im Rahmen einer Studie, in welchen übergeordneten Bereichen besonders viel Mikroplastik vorkommt und welche Risiken davon ausgehen [8]. Zu diesen Bereichen zählen Kläranlagen, industrielle Abwässer und Gebiete mit starkem Reifenabrieb. Letzteres wird größtenteils durch verschiedene Nutzungen im städtischen Raum hervorgerufen, wobei die größte emittierte Menge im Kontext der Mobilität entsteht, also der Bewegung von Personen und Gütern im Individualverkehr, den öffentlichen Verkehrsmitteln und dem Güterverkehr [7]. Der Fokus des Projekts liegt auf den mobilitätsbedingten lokalen Mikroplastikemissionen im städtischen Raum. Mobilitätsbedingtes Mikroplastik wird durch die verschiedenen Arten von Mikroplastik und den Betrachtungsraum eingegrenzt, wie in Bild 1 dargestellt. Gemäß der Definition von Mikroplastik handelt es sich bei mobilitätsbedingtem Mikroplastik um primäres Mikroplastik Typ B. das durch Fortbewegung der entsprechenden Verkehrsmittel entsteht Im Projekt mMEU umfasst dies sechs Abriebarten: Abrieb von (1) Fahrbahnmarkierungen, (2) Besen und Kehrmaschinen, (3) Zahnrädern, Gleitlagern und Gleitschienen, (4) Schuhsohlen, (5) Bitumen und (6) Reifen. Primäres Mikroplastik Typ A und sekundäres Mikroplastik sind nicht berücksichtigt. Datenbedarfe und das Dilemma der-Datenlücken Übergeordnetes Ziel des Projekts MmEU war es, mobilitätsbedingte Emissionen zu minimieren. Dazu wurde ein datenbasiertes Modell entworfen, für das zunächst relevante Qualitätskriterien und Anforderungen an die Datengrundlage definiert werden mussten. Dabei nutzten die Forscher vorhandene Umgebungsdaten als digitale Datenquellen, um Mikroplastikemissionen zu ermitteln, die sie im nächsten Schritt anhand von spezifischen Kriterien bewerteten. In einem dritten Schritt wurde ein mathematisches Modell zur lokalen Ermittlung und Visualisierung der Mikroplastikemissionen entwickelt. Die Erarbeitung erfolgte in enger Abstimmung mit weiteren Forschungsprojekten im Themenfeld Mikroplastik [3, 4]. Welche Daten für die Ermittlung relevant waren, wurde aus den Anforderungen der zentralen Stakeholder abgeleitet, etwa Landesumweltämter, Stadtwerke oder Verkehrsbetriebe. Darauf aufbauend wurden die inhaltlichen sowie formalen Anforderungen der Stakeholdergruppen in einem Anforderungskatalog aufbereitet. Darüber hinaus identifizierte das Forschungsteam Bild 1: Identifizierte Emissionsquellen für mobilitätsbedingtes Mikroplastik im Projekt mMEU Eigene Darstellungen Internationales Verkehrswesen (74) 3 | 2022 92 TECHNOLOGIE Emissionen weitere Datenbedarfe anhand der verschiedenen, o. a. Abriebarten, und beschrieb im nächsten Schritt die Wirkungszusammenhänge. Hier zeigte sich, dass die komplexen Wirkungszusammenhänge hinsichtlich der Quantifizierung von Mikroplastikabrieb nicht hinreichend erforscht sind und es bisher nur wenige forschungsseitige Messungen gibt. Vor diesem Hintergrund wurde für die prototypische Modellierung ein Top- Down-Ansatz gewählt, für den Daten sowohl zu den Gesamtmengen als auch zu räumlich differenzierten Parametern verfügbar waren. Grundsätzlich stellt neben der Datenverfügbarkeit auch die Kompatibilität verschiedener Datenquellen, etwa in Hinblick auf ihren räumlichen und zeitlichen Bezug, einen limitierenden Faktor für die Umsetzbarkeit dar. Anhand des Anforderungskatalogs wurden anschließend Datenquellen identifiziert. Mit Hilfe der Relevanzbaumanalyse, einer Kreativtechnik zur Generierung von Problemlösungen, wurde eine Longlist aus den Möglichkeiten zur Datenerhebung erstellt [9]. Die Longlist spiegelt die Vielfalt der verschiedenen Datenerhebungen sowie die Komplexität des Themenfelds wider. Die Zusammenhänge wurden, aufbauend auf dem festgestellten Datenbedarf, retrograd erarbeitet. Als hinreichend relevant und verfügbar eingestufte Datenquellen wurden im Anschluss auf ihre Datenqualität hin analysiert. Zu den Qualitätskriterien zählen die Beurteilung der Glaubwürdigkeit und der räumlichen Abdeckung sowie die Bewertung der zeitlichen und räumlichen Auflösung. Im Fokus der Datenbeschaffung lagen offene Daten, sogenannte „Open Source Data“, die lizenzfrei verwendet werden dürfen. Entwicklung der Hotspotkarte Zur Erstellung der Hotspotkarte wurden die Datenquellen, angelehnt an das Modell von Krotova und Spiekermann [10] hinsichtlich Relevanz, Qualität, Kosten beurteilt und entsprechend ausgewählt. Beispielhafte Datenquellen sind u. a. die Art des Reinigungsfahrzugs als detaillierte Information zur Gesamtheit aller Reinigungsfahrzeuge der aktiven Flotte oder die chemischen Inhaltsstoffe von in Deutschland durchschnittlich getragenen Schuhsohlen. Benötigte Daten, die bereits durch andere Forschungsprojekte gedeckt sind, lassen sich über Datenschnittstellen in das prototypische Modell integrieren. Insgesamt wurden im Projekt MmEU neun Datenquellen als hinreichend bei der Auswahl für die Modellierung bewertet. Als Ausgangspunkt für die Hotspotkarte wurde zunächst ein Anwendungsfall definiert, in dessen Kontext das Modell eingegliedert wird. Als Betrachtungsraum wurde das Straßennetz Berlins gewählt, für das ein maschinenlesbarer und georeferenzierter Datensatz vorliegt. Der Prototyp der Hotspotkarte adressiert den Abrieb von Besen und Kehrmaschinen, da nach Kenntnis des Forscherteams bislang keine Modellierung einer räumlichen Verbreitung dieser Emissionen existiert. Diese konnte nun auf Basis vorliegender Daten zu pro-Kopf-Emissionen der vorgegebenen Mindest-Reinigungshäufigkeit auf den öffentlichen Straßen Berlins sowie der Bevölkerungszahl aus dem untersuchten Bereich bestimmt werden [7], wobei sich weitere Zusammenhänge, etwa in Verbindung mit den tatsächlichen Reinigungshäufigkeiten oder der Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn, aufgrund fehlender Daten nicht bestimmen ließen. Die Modellierung wurde in Form einer prototypischen Hotspotkarte umgesetzt. Sie repräsentiert eine Abschätzung der räumlichen Verteilung der Mikroplastikemissionsmengen aus dem Abrieb von Besen und Kehrmaschinen auf Berlins Straßen (siehe Bild 2). In den Modellergebnissen ist zu erkennen, dass die Emissionsmengen im Zentrum Berlins sowie in zentralen Lagen der einzelnen Stadtteile stärker ausgeprägt sind als in den peripheren Lagen. Einsatz der prototypischen Hotspotkarte Die prototypische Hotspotkarte ermöglicht eine detaillierte Kenntnis über die Hotspots von Mikroplastikemissionen. Darauf aufbauend lassen sich gezielte Gegenmaßnahmen entwerfen, die dazu beitragen, die negativen Umweltauswirkungen von Mikroplastik zu reduzieren. Lokale Verursacher des Mikroplastiks, etwa Entsorgungsanlagen, Kunststoffindustrieunternehmen oder Baufirmen, können durch gezielte wirtschaftliche Anreize und geschaffene Transparenz einen Ausgangspunkt zur Reduktion von Mikroplastik darstellen. Der im Forschungsprojekt entwickelte Anwendungsfall veranschaulicht beispielhaft das wirtschaftliche und gesellschaftliche Potenzial der zugrunde liegenden Modellierung. Gleichzeitig belegt das Projekt sehr eindrücklich die lückenhafte bundesweite Datenlage, insbesondere hinsichtlich Open Source Data, die den Impact dieses und ähnlicher Projekte erheblich reduziert. Insgesamt wurden fünf übergreifende Themenfelder für die wirtschaftliche Anwendbarkeit des Datenmodells identifiziert: Hotspotkarte mobilitätsbedingtes Mikroplastik einsetzen, bestehende Datenmodelle erweitern, bestehende Datenmodelle bündeln, Marktscreening und Umweltschutz durch Nachhaltigkeitsworkshop. Analog zum vorab genannten Beispiel wurden in den fünf Themenfeldern zehn Daten zum Projekt Titel: mMEU - Mobilitätsbedingte Mikroplastikemissionen in der Umwelt Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) Förderkontext: mFUND Projektpartner: Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH; FIR e. V. an der RWTH Aachen Mehr Informationen: mfund.fir.de Bild 2: Digital vorsorgen: Saubere Städte gestalten Prototypische Hotspotkarte für den Abrieb von Besen und Kehrmaschinen anhand der Reinigungshäufigkeit in Berlin Internationales Verkehrswesen (74) 3 | 2022 93 Emissionen TECHNOLOGIE Anwendungsfälle betrachtet und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit analysiert. Um das Modell wirtschaftlich nutzen zu können, wurden fünf der zehn Anwendungsfälle priorisiert und dafür prototypische Geschäftsmodelle in Form des Business Model Canvas beschrieben. Nachhaltiger Impact kann nur durch eine Umsetzung der Geschäftsmodelle gelingen. Die fehlende gesetzliche Grundlage für die Bewertung von Mikroplastikaufkommen ist dabei eine zentrale Hürde, da sie den wesentlichen Anreiz zur Umsetzung bietet. Eine Ausnahme bildet das Workshopformat zur Aufklärung von Mikroplastikemission im Kontext von Nachhaltigkeitsstrategien seitens der Industrie. Kommunale Fördertöpfe könnten die Bereitschaft der Industrie ebenfalls stärken, da sie einen Teil der für die Industrie entstehenden Kosten abfangen. Experten sind sogar der Meinung, dass eine langanhaltende Verhaltensänderung nur dann herbeigeführt werden kann, wenn der finanzielle Aufwand gering ist bzw. die Kosteneinsparung beziffert werden kann. Mikroplastik als zentrales Zukunftsthema Das Projekt mMEU hat eindrucksvoll gezeigt, dass vorhandene Datenquellen auch bei eingeschränkter Datenverfügbarkeit für die Modellierung von Mikroplastikemissionen nutzbar sind. Obwohl nicht für alle identifizierten Einflussfaktoren ausreichende Daten zur Verfügung stehen, der räumlichen Abdeckung sowie der Datenqualität Grenzen gesetzt sind, bestehen Potenziale zur wirtschaftlichen Anwendbarkeit. Für eine echte Transformation hin zu einer nachhaltigeren Verhaltensweise müssen die gesetzlichen Regulatorien festgelegt und Unternehmen auch finanziell in die Verantwortung genommen werden. Die aktuellen moralisch-gesellschaftlichen Verpflichtungen und Implikationen lösen keinen hinreichenden Transformationsdruck aus. Derzeit werden die Folgekosten der Mikroplastikemissionen vom Ökosystem getragen. Unternehmen sollten sich auch mit diesem Thema stärker auseinandersetzen, um der zunehmenden Notwendigkeit zur Nachhaltigkeit zu entsprechen und ihr Geschäft auch in Zukunft wettbewerbsfähig aufzustellen. ■ LITERATUR [1] GEO (2022): Erstmals Mikroplastik im Schnee der Antarktis nachgewiesen. www.geo.de/ natur/ erstmals-mikroplastik-im-schnee-derantarktis-nachgewiesen-31932128.html, zuletzt aktualisiert am 08.06.2022, zuletzt geprüft am 15.06.2022. [2] Barjenbruch, M.s; Venghaus, D. (2021): Reifenabrieb in der Umwelt. Plastik in der Umwelt, 20.04.2021. https: / / bmbf-plastik.de/ de/ publikation/ reifenabrieb-der-umwelt-rau-abschlussbericht/ , zuletzt geprüft am 18.05.2021. [3] Fraunhofer Umsicht (2021): Schlussbericht TyreWearMapping. Digitales Planungs- und Entscheidungsinstrument zur Verteilung, Ausbreitung und Quantifizierung von Reifenabrieb in Deutschland. Hrsg. v. BMVI (Schlussbericht, 19F2050A-C). [4] He, D.; Bristow, K.; Filipović, V.; Lv, J.; He, H. (2020): Microplastics in Terrestrial Ecosystems: A Scientometric Analysis. In: Sustainability 12 (20), S. 1-15. DOI: 10.3390/ su12208739. [5] UBA (2021): EU plant Beschränkung der Verwendung von Mikroplastik ab 2022. Hrsg. v. Umweltbundesamt. www.umweltbundesa m t . d e / e u p l a n t b e s c h r a e n k u n g d e r v e r w e n d u n g von#undefined, zuletzt geprüft am 14.05.2021. [6] Stöven, K.; Jacobs, F.; Schnug, E. (2015): Mikroplastik: Ein selbstverschuldetes Umweltproblem im Plastikzeitalter. In: Journal für Kulturpflanzen 67 (7), S. 241-250. [7] Bertling, J.; Bertling, R.; Hamann, L. (2018): Kunststoffe in der Umwelt. www.umsicht.fraunhofer.de/ content/ dam/ umsicht/ de/ dokumente/ publikationen/ 2018/ kunststoffe-id-umwelt-konsortialstudie-mikroplastik.pdf [6] Liebmann, B. (2015): Mikroplastik in der Umwelt. Vorkommen, Nachweis und Handlungsbedarf. https: / / www.umweltbundesamt. at/ fileadmin/ site/ publikationen/ rep0550.pdf [9] Boysen, W. (2012): Grenzgänge im Management. Quellen für neue Lösungsansätze. Hrsg. v. Springer Gabler. https: / / link.springer.com/ content/ pdf/ 10.1007%2F978-3-658-01024-9.pdf, zuletzt geprüft am 24.09.2021. [10] Krotova, A.; Spiekermann, M. (2020): Data Valuation Model. Handbuch für Bewertung von Daten in Unternehmen. Hrsg. v. Fraunhofer-Institut für Software- und Systemtechnik ISST. Clara Herkenrath, M. Sc. Projektmanagerin Business Transformation, FIR-an der RWTH Aachen clara.herkenrath@fir.rwth-aachen.de Gerrit Hoeborn, M.Sc., M.Sc. Bereichsleiter Business Transformation, FIR an der RWTH Aachen gerrit.hoeborn@fir.rwth-aachen.de Lesen Sie Internationales Verkehrswesen und International Transportation lieber auf dem Bildschirm? Dann stellen Sie doch Ihr laufendes Abo einfach von der gedruckten Ausgabe auf ePaper um - eine E-Mail an service@trialog.de genügt. Oder Sie bestellen Ihr neues Abonnement gleich als E-Abo. 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