Die Erfindung des Automobils vor rund 140 Jahren markierte einen entscheidenden Fortschritt für die individuelle Mobilität moderner Gesellschaften. Heute ist das Auto aus dem Alltag kaum mehr wegzudenken: In der Europäischen Union werden über 80 % aller Wege mit dem Pkw zurückgelegt. Insgesamt sind derzeit etwa 260 Millionen Fahrzeuge in der EU zugelassen, davon rund 50 Millionen in Deutschland – mit weiterhin steigender Tendenz.
Mit dieser Entwicklung gehen jedoch erhebliche Umweltbelastungen einher. Während bei konventionellen Antrieben Abgase entstehen, werden unabhängig von der Antriebsart sogenannte Nicht-Abgasemissionen freigesetzt. Dazu zählen insbesondere Reifen-, Bremsen- und Straßenabrieb. Im Gegensatz zu den Abgasemissionen nehmen diese seit Jahren zu. Vor diesem Hintergrund wurde mit der Verordnung (EU) 2024/1257 die Euro-7-Norm eingeführt, die erstmals auch Abriebemissionen reguliert. Konkrete Grenzwerte für Reifenabrieb stehen jedoch noch aus und werden frühestens ab dem 1. Juli 2028 gelten.
Die Dimension dieses Problems ist erheblich: In der EU entstehen jährlich etwa 1,33 Millionen Tonnen Reifenabrieb, in Deutschland über 100.000 Tonnen. Pro Kopf entspricht dies etwa 1,2 bis 2,4 Kilogramm pro Jahr. Damit trägt Reifenabrieb schätzungsweise rund 30 % zu den gesamten Mikroplastikemissionen bei.
Ähnlich wie ein Radiergummi Partikel von Papier aufnimmt, bindet auch Reifenabrieb weitere Stoffe von der Straßenoberfläche. Dabei entstehen komplexe Partikel, die neben Gummi auch mineralische Bestandteile aus Bremsen- und Straßenabrieb enthalten. Diese Mischung wird als Reifen- und Straßenabrieb (TRWP) bezeichnet.
Nach der Ablagerung auf der Fahrbahn werden diese Partikel insbesondere bei Regenereignissen (ab etwa 2 mm pro Tag) mobilisiert. Etwa 70 % verbleiben im straßennahen Boden, während 20 bis 30 % in Gewässer gelangen. Der Großteil entsteht dabei im urbanen Raum, wo Verkehrsaufkommen und Versiegelung besonders hoch sind.
Die Zusammensetzung von Reifen trägt zusätzlich zur Problematik bei. Um unterschiedlichen Umweltbedingungen standzuhalten, werden bei der Herstellung Additive wie Antioxidantien, Weichmacher und UV-Stabilisatoren eingesetzt. Diese verleihen dem Material eine hohe Stabilität, führen jedoch dazu, dass auch die entstehenden Abriebpartikel persistent in der Umwelt verbleiben.
In aquatischen Systemen können sich diese Additive aus den Partikeln lösen. Für bestimmte Substanzen, wie etwa 6-PPD und dessen Transformationsprodukt 6-PPD-Chinon, wurden bereits schädliche Effekte auf Wasserorganismen nachgewiesen. Auch das im Reifen enthaltene Zink steht im Verdacht, ökologische Auswirkungen zu haben.
Vor diesem Hintergrund konzentriert sich die aktuelle Forschung zunehmend auf die Umweltwirkungen von Reifenabrieb. Ein bislang weniger untersuchter Aspekt ist jedoch seine Rolle als Trägermaterial für weitere Schadstoffe. Erste Studien zeigen, dass Reifenabrieb Substanzen wie Antibiotika, Weichmacher oder Schwermetalle (z. B. Cd und Pb) adsorbieren kann und somit als Transportmedium für Schadstoffe fungiert.
Zusätzlich enthält Reifen- und Straßenabrieb durch die Aufnahme weiterer Partikel Schwermetalle wie Cr, Ni, Cu, Cd und Pb. Zink ist mit etwa 1 % ein wesentlicher Bestandteil, da es in Form von ZnO bei der Vulkanisation eingesetzt wird. Dennoch fehlen bislang naturnahe Untersuchungen, die die Wechselwirkungen zwischen solchen Partikeln und Schwermetallen in Gewässern umfassend beschreiben.
Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Ziel ist es, die Interaktion von Schwermetallen mit Reifen- und Straßenabrieb unter realitätsnahen Bedingungen zu untersuchen. Im Fokus stehen dabei die Bedeutung der Adsorption für die Gewässerqualität, die zugrunde liegenden Mechanismen sowie die Bindungsstärke und Bioverfügbarkeit der gebundenen Metalle. Zudem wird analysiert, wie Umweltfaktoren wie Salinität und gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) diese Prozesse beeinflussen.
Langfristig soll das Gefährdungspotenzial der Anreicherung von Spurenelementen an Abriebpartikeln im Gewässer abgeschätzt werden. Die zugrunde liegende Hypothese lautet, dass biogeochemische Prozesse die Akkumulation und Mobilität dieser Elemente beeinflussen und somit Auswirkungen auf die chemische Gewässerqualität haben können.
Zur Untersuchung wurden verschiedene Arten von Reifen- und Straßenabriebproben eingesetzt. Dazu zählen realitätsnahe Proben aus Verkehrsumgebungen sowie künstlich hergestellte Abriebpartikel. Ergänzt wurden diese durch unterschiedliche Gewässerproben, die sowohl natürliche als auch anthropogen beeinflusste Systeme repräsentieren.
Die experimentelle Vorgehensweise basierte auf Inkubationsversuchen, bei denen Abriebpartikel mit Wasserproben in Kontakt gebracht wurden. Anschließend wurden die Partikel analysiert, um die aufgenommenen oder abgegebenen Schwermetalle zu quantifizieren.
Die Ergebnisse zeigen, dass Schwermetalle wie Cr, Ni, Zn, Cd und Pb in umweltrelevanten Konzentrationen an Reifen- und Straßenabrieb adsorbieren. Dabei spielt die mineralische Beschichtung der Partikel eine zentrale Rolle, da sie bevorzugte Bindungsstellen bietet. Reiner Reifengummi zeigt hingegen eine deutlich geringere Adsorptionsfähigkeit, was darauf hindeutet, dass viele bisherige Studien die tatsächliche Umweltwirkung unterschätzen.
Weitere Analysen zur Bindungsstärke zeigen, dass insbesondere Zn und Cd vergleichsweise leicht mobilisierbar sind, etwa durch pH-Änderungen infolge von Regenereignissen. Auch Pb kann unter anaeroben Bedingungen in Sedimenten freigesetzt werden. Dagegen sind Metalle wie Cu, Ni und Cr deutlich stabiler gebunden. Insgesamt ergibt sich eine Reihenfolge der Bioverfügbarkeit von Zn > Pb > Cd >> Cu >> Ni > Cr.
Umweltfaktoren beeinflussen diese Prozesse erheblich. Ein erhöhter Salzgehalt kann die Adsorption von Cd und Zn verringern und sogar zu deren Freisetzung führen – sowohl in küstennahen Bereichen als auch in urbanen Gewässern durch Streusalzeinsatz. Ähnlich wirkt gelöster organischer Kohlenstoff, wobei insbesondere Huminstoffe eine starke Mobilisierung bewirken.
Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass Reifenabrieb und Schwermetalle nicht isoliert betrachtet werden dürfen. Vielmehr ist ihr Zusammenspiel entscheidend für die Bewertung von Umweltwirkungen. Modellrechnungen zeigen, dass insbesondere nach Regenereignissen erhöhte Konzentrationen auftreten können, die aquatische Organismen gefährden.
Für urbane Räume ergeben sich daraus wichtige Implikationen, insbesondere im Kontext von Konzepten wie der Schwammstadt. Maßnahmen zur Rückhaltung und Behandlung von Straßenabflüssen gewinnen an Bedeutung, um den Eintrag von Schadstoffen in Gewässer zu reduzieren.
Zukünftige Forschung sollte sich verstärkt auf langfristige Effekte, komplexe Stoffgemische und reale Umweltbedingungen konzentrieren. Insbesondere die Kombination verschiedener Stressoren stellt eine Herausforderung für die Bewertung ökologischer Risiken dar.
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass Reifen- und Straßenabrieb eine bedeutende Rolle im Transport und in der Mobilisierung von Schwermetallen spielt. Die Wechselwirkungen zwischen Partikeln, Schadstoffen und Umweltbedingungen können die Gewässerqualität nachhaltig beeinflussen und sollten daher stärker in Umweltbewertung und Regulierung berücksichtigt werden.