Strassen als Schadstoffquelle: Neue Herausforderungen

Beim Eintrag von gefährlichen Stoffen von Strassen in die Umwelt rücken neben klassischen Schadstoffen und Partikeln zunehmend neuartige, teils unbekannte Substanzen in den Fokus. Das Oekotoxzentrum untersucht die ökotoxikologische Wirkung von Strassenabwässern und Reifenabrieb und versucht, die kritischsten Stoffe zu identifizieren.

Strassen spielen eine wichtige Rolle für unsere Mobilität und sind aus dem Alltag nicht wegzudenken. Doch sie sind gleichzeitig eine bedeutende Quelle für den Eintrag von Chemikalien in Gewässer und Böden. Was bereits in den 1960er-Jahren mit den ersten Gewässerschutzrichtlinien für den Strassenbau begann, erweist sich heute als eine komplexe Herausforderung: Während zunächst klassische Schadstoffe wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Schwermetalle aus Asphalt und Benzin für Besorgnis sorgten, kam später Reifenabrieb dazu. Dieser stellt eine wichtige Quelle für den Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt dar, enthält aber auch zahlreiche Chemikalien. Mehrere aktuelle Projekte des Oekotoxzentrums zeigen, wie vielfältig die Belastungen aus dem Strassenverkehr sind – und wie wichtig es ist, diese differenziert zu untersuchen.

Reifenabrieb: Schädliche Zusatzstoffe und Transformationsprodukte

Ein Meilenstein in der internationalen Diskussion über Schadstoffe aus Strassen war es, als Wissenschaftler 2021 herausfanden, dass die aus Reifenabrieb gebildete Substanz 6PPD-Quinon die Ursache für das Massensterben von Silberlachsen in Nordamerika war. Der Stoff entsteht aus dem Reifenzusatzstoff 6PPD, der als Antioxidans in Gummimischungen eingesetzt wird. Zwar kommen die betroffenen Silberlachse in Europa nicht vor. Der Befund machte aber deutlich, wie wenig wir noch über die Transformationsprodukte und Umweltwirkungen von Reifenchemikalien wissen. Reifenabrieb zählt zu den wichtigsten Verkehrsemissionen – und hat potenziell weitreichende ökologische Folgen.

Pilotstudie zum Einfluss von Strassenabwasser

Das Oekotoxzentrum hat in der Stadt Zürich in einer Pilotstudie zusammen mit Entsorgung und Recycling Zürich untersucht, welchen Einfluss Strassenabwasser auf urbane Gewässer hat. Dabei untersuchten die Forschenden zwei Quartierbäche in Schwamendingen mit unterschiedlichen Infrastrukturen: Der Schwamendinger Dorfbach ist weitgehend offen geführt und erhält nur wenig direkten Strassenabfluss, während der Spitalerbach mehrheitlich eingedolt ist und einen erheblichen Anteil seines Wassers aus Strassenabfluss bezieht. Beide Bäche münden in die Glatt.

Die Forschenden nahmen Gewässerproben aus den beiden Bächen und analysierten diese auf die Anwesenheit der drei Substanzen 6PPD-Quinon, 1,3-Diphenylguanidin (DPG), einem Vulkanisationsbeschleuniger, und Hexamethoxymethylmelamin (HMMM), einem Haftvermittler zwischen Reifenschichten. «Diese Stoffe funktionieren als Marker für den Eintrag von Strassenabwasser», erklärt Projektverantwortlicher Alan Bergmann. «Zusammen liefern sie uns eine charakteristische Signatur für verkehrsbedingten Strassenabfluss und erlauben es, den Einfluss von Reifenabrieb in komplexen Umweltproben besser einzuordnen.»

Nach Niederschlägen mehr Eintrag von Strassenabwasser

Zwei Probenahmekampagnen im November 2024 und Mai 2025 zeichneten ein konsistentes Bild: Im Spitalerbach wurden deutlich höhere Konzentrationen der drei Marker gemessen als im Schwamendinger Dorfbach. Besonders nach Niederschlagsereignissen stiegen die Werte stark an, was unterstreicht, dass Regen, Strassenabfluss und chemische Belastung eng zusammenhängen. Neben den Reifenchemikalien fanden die Forschenden auch das Fassadenbiozid Diuron, teilweise in Konzentrationen oberhalb chronischer Umweltqualitätskriterien. Die chemischen Analysen zeigten also nicht nur, dass der Spitalerbach stärker mit Strassenabfluss belastetet ist, sondern auch, dass urbane Gewässer vielen unterschiedlichen Quellen von Schadstoffen ausgesetzt sind.

Effektbasierte Analysen helfen, gefährliche Stoffe zu identifizieren

Um die ökotoxikologische Wirkung der Gewässerproben zu untersuchen, kamen zusätzlich Biotests zum Einsatz, die mit Hochleistungs-Dünnschichtchromatographie gekoppelt waren. So wurden die Proben auf Bakterientoxizität, östrogene Wirkungen sowie auf die Aktivierung des Aryl-Hydrocarbon-Rezeptors untersucht, der auf die Anwesenheit von PAK-ähnlichen Chemikalien hinweist. «Diese Methoden zeigen die Anwesenheit von biologisch wirksamen Substanzen, auch wenn wir deren Struktur nicht kennen», erklärt Alan Bergmann. «So können wir unbekannte toxische Stoffe nachweisen und beginnen, diese zu identifizieren.»

Auch hier zeigte sich, dass der Spitalerbach die stärkste Bioaktivität aufwies – im Einklang mit den höheren Konzentrationen der Marker für Strassenabwasser. Gleichzeitig wurden jedoch auch in weniger belasteten Proben bioaktive Substanzen detektiert. «Das deutet darauf hin, dass neben dem Reifenabrieb weitere, bisher unbekannte Stoffe zur toxischen Wirkung beitragen», sagt Bergmann. Einige der beobachteten Bioaktivitätsmuster stimmten mit denen von Extrakten aus Reifenmaterial überein, was auf eine Beteiligung von Reifenchemikalien hinweist.

«Die Zürcher Fallstudie zeigt exemplarisch, wie stark Strassenablauf Stadtgewässer beeinflusst», sagt Alan Bergmann. «Je nach der genauen Einleitungssituation des Strassenabwassers gibt es dabei deutliche Unterschiede zwischen einzelnen Gewässern.» Ob und in welchem Ausmass dadurch Risiken in aufnehmenden Gewässern wie der Glatt entstehen, hängt von der Verdünnung, von zusätzlichen Quellen und von der biologischen Empfindlichkeit der dort lebenden Organismen ab. Viele der nachgewiesenen Substanzen sind zudem neu oder unzureichend charakterisiert, so dass die Grundlagen für eine Bewertung fehlen.

Grossprojekt zur Ökotoxizität von Reifenabrieb

Die Erkenntnisse fügen sich in ein langjähriges Projekt zur Ökotoxizität von Reifenabrieb ein, das das Oekotoxzentrum gemeinsam mit Eawag und EPFL im Auftrag der Reifenindustrie durchführt. Ziel des Projekts ist es, die Bioverfügbarkeit und Toxizität von Schadstoffen in Reifenabrieb sowie die direkten Auswirkungen der Reifenpartikel auf Organismen besser zu verstehen. Reifenpartikel enthalten Stoffe, die potenziell östrogene, gentoxische und bakterientoxische Wirkungen haben und in die Umwelt abgegeben werden können. Versuche mit Kiemenzellen und Darmzellen von Regenbogenforellen legen nahe, dass die Konzentrationen an Reifenabrieb, die in der Umwelt gefunden werden, nicht akut toxisch für Fische sind. Andere Versuche zeigten jedoch, dass Regenwürmer Boden meiden, der stärker mit Reifenpartikeln belastet ist.

Strassenreinigung im Fokus

In mehreren anderen Projekten in Zusammenarbeit mit Kantonen stand die Reinigung von Strassenbelägen im Fokus. In der Schweiz wird für solche Beläge immer häufiger Flüsterasphalt verwendet, da dieser durch seine poröse Struktur Verkehrslärm mindert. Die Hohlräume verstopfen jedoch mit der Zeit und der Asphalt kann so seine akustische Wirkung verlieren. Um die akustische Funktionalität wiederherzustellen, werden die Strassen oft unter hohem Druck mit Wasser gereinigt. Im Kanton Genf hat das Oekotoxzentrum die Wirksamkeit verschiedener Reinigungsverfahren für Flüsterasphalt getestet. «Wir haben gesehen, dass Hochdruckverfahren und simulierte Regenereignisse beide zur Mobilisierung von Schadstoffen führen können», sagt der Projektverantwortliche Etienne Vermeirssen. «Dies hat sich direkt in den Ergebnissen der Biotests gezeigt, die wir zur Charakterisierung der toxischen Wirkung durchgeführt haben.»

In Zukunft möchte das Oekotoxzentrum untersuchen, wie sich die Freisetzung von Schadstoffen bei der Strassenreinigung durch innovative Reinigungstechnologien und Betriebsstrategien reduzieren lässt. Diese Ergebnisse sind nicht nur für die Gewässerqualität relevant, sondern auch für die Bewertung, wie nachhaltig und pflegeintensiv bestimmte Strassenbeläge sind. Ausserdem wird die Toxizität von Strassenabwasser in Strassenabwasser-Behandlungsanlagen genauer unter die Lupe genommen.

Strassen als Schadstoffquelle rücken damit zunehmend ins Zentrum der Gewässerschutzdiskussion. «Die Kombination aus chemischer Analytik und effektbasierten Tests ermöglicht es uns, bekannte und unbekannte Belastungen gemeinsam zu betrachten und Prioritäten für weiterführende Untersuchungen zu setzen», so Vermeirssen. Das Oekotoxzentrum strebt es an, diese Wissenslücken systematisch zu schliessen und eine belastbare Grundlage für Behörden, Politik und Praxis zu schaffen – damit Mobilität und Gewässerschutz auch in Zukunft miteinander vereinbar bleiben.

Projektbericht

Bergmann, A.J., Vermeirssen, E.L.M. (2025) Bioactive chemicals in Zürich streams in context of road runoff and tire wear particles

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