Auteur: Wim van Keulen
Inleiding
Elektrische voertuigen (EVs) worden steeds populairder in Europa nu het continent stappen onderneemt om de uitstoot van broeikasgassen terug te dringen en de klimaatverandering te bestrijden. Verschillende factoren dragen bij aan de groei van elektrische auto’s in Europa, waaronder stimuleringsmaatregelen van de overheid, strengere emissievoorschriften en verbeterde technologie. In 2021 reden er ruim 2,2 miljoen elektrische voertuigen op de Europese wegen.
Noorwegen heeft het hoogste EV-adoptiepercentage, waarbij EVs goed zijn voor meer dan de helft van alle registraties van nieuwe auto’s [1]. Andere Europese landen met een hoge acceptatiegraad van elektrische voertuigen zijn Nederland, IJsland, Zweden en Denemarken. Na 2030 zijn in Nederland geen nieuwe voertuigen met een verbrandingsmotor (ICV: diesel of benzine) meer toegestaan. De Europese Unie heeft ambitieuze doelstellingen gesteld voor het terugdringen van de uitstoot, en de transitie naar elektrische voertuigen is een belangrijk onderdeel van haar plan. De EU streeft ernaar de CO2-uitstoot van auto’s tegen 2030 met 37,5% te verminderen ten opzichte van het niveau van 2021, wat een aanzienlijke toename van het gebruik van elektrische voertuigen vereist.
Tijdens Statistische Pass-by en andere metingen aan vrij doorstromend verkeer valt het toenemende aantal EVs in het verkeer op. De algemene aanname is dat EVs een veel lagere geluidemissie hebben dan ICVs. In Nederland werd dit een politieke waarheid. Citaat van een woordvoerder van de Nederlandse overheid: “wij zijn ervan overtuigd dat EVs tot veel lagere geluidniveaus leiden. Metingen hieraan zijn niet nodig en dus onwenselijk.” Het doel van dit artikel is om enkele gegevens te tonen van verschillende metingen onder verkeer en onder normale omstandigheden.
Enkele eerdere onderzoeken
Vanwege grote politieke belangen hebben studies over dit onderwerp vaak geleid tot discussie over de objectiviteit ervan (zie bijvoorbeeld het citaat in de vorige paragraaf). Een betrouwbaar literatuuroverzicht is daarom vrij lastig te verkrijgen. Dit is echter niet het doel van dit artikel. Als voorbeeld nemen we een Nederlands onderzoek uit 2019. In dit onderzoek werd geschat dat als alle voertuigen door elektrische voertuigen zouden worden vervangen, de totale geluidreductie zou variëren van ongeveer 2 tot 3 dB(A) voor lichte voertuigen op hoge snelheid [2], afhankelijk van het wegdek. De auteurs schatten ook dat het geluidreducerende effect van geluidarme banden groter is voor elektrische voertuigen.
Een belangrijke parameter bij het ontstaan van verkeersgeluid in het algemeen en rolgeluid in het bijzonder is het gewicht van het voertuig. Er is veel onderzoek gedaan naar dit onderwerp. Omdat de meetresultaten sterk uiteenlopen, is het lastig om het emissie-effect van hogere belastingen in te schatten. Op basis van oudere gegevens kan bij een verdubbeling van de belasting een toename van maximaal 4 dB(A) worden verwacht [3]. De tweede belangrijke parameter is de breedte van de band. Over het algemeen produceren bredere banden meer weggeluid dan smallere banden. Dit komt omdat bredere banden een groter contactvlak met de weg hebben, waardoor er meer trillingen en geluid kunnen ontstaan als de band over het wegdek rolt [3]. Tabel 1 toont enkele gegevens van een populaire middelgrote auto in Europa met zowel een verbrandingsmotor als een elektrische motor.
Generatiemechanismen van verkeerslawaai
Om het effect van EVs op de emissie van verkeersgeluid te analyseren en te voorspellen, is het belangrijk om de belangrijkste mechanismen te kennen die dit geluid genereren. Met name het relatieve gewicht van de verschillende bijdragen hierin verdient nadere aandacht. In veel publicaties blijkt dat deze onderliggende kennis onvoldoende aanwezig is waardoor er foute conclusies zijn getrokken. In dit artikel zullen we ons concentreren op zowel het verbrandings- of voortstuwingsgeluid als het rol- of band-/weggeluid (voor een gedetailleerde beschrijving zie [4]). Figuur 1 toont de respectieve geluidemissies van aandrijfgeluid en band-/weggeluid als functie van de voertuigsnelheid voor personenauto’s volgens Cnossos [5]. Figuur 1 toont de bekende eigenschap dat band-/weggeluid de dominante bron is bij snelheden boven 40 km/h (uit recente metingen blijkt dat deze resultaten voor lage snelheden mogelijk te hoog zijn). Het emissie-effect van EVs in het verkeer is ten eerste: het voortstuwingsgeluid van elektrische motoren is lager dan dat van verbrandingsmotoren, en ten tweede: de daarmee gepaard gaande bandenbelasting is aanzienlijk hoger.
Om de gemeten geluidniveaus voor ICVs en EVs nauwkeurig te vergelijken, is het belangrijk om de
betreffende immissies zo nauwkeurig mogelijk te berekenen.
Tijdens SPB-metingen volgens ISO 11819-1 [1] worden verschillende voertuigtypen onderscheiden, inclusief nieuwe zoals EVs. Het middelen van alle meetresultaten van EVs en ICVs en het berekenen van het verschil tussen deze categorieën is echter statistisch gezien een onjuiste methode. Dit heeft in sommige onderzoeken tot vertekende conclusies geleid. Ten eerste zijn de populatiegroottes zeer verschillend , ten tweede is het effect op geluidarme verhardingen (waarschijnlijk) verschillend, aangezien geluidarme verhardingen voornamelijk invloed hebben op het band/weggeluid, ten derde zijn de gemiddelde snelheden van beide categorieën nooit hetzelfde en ten slotte verschillen de omgevingstemperaturen. Daarom moeten voor elke meting de snelheidsafhankelijke regressiecoëfficiënten volgens ISO 11819-1 worden vergeleken, waarbij de bijbehorende 95% betrouwbaarheidsintervallen als weegfuncties in aanmerking moeten worden genomen. Dit is een uitgebreide methode gebaseerd op de bekende C wegdek -procedure. Daarom is het mogelijke effect een functie van de algehele geluidreductie, snelheid en voertuigcategorie. De geluidmetingen zijn uitgevoerd op een aantal standaard Nederlandse geluidreducerende verhardingen.
De gemiddelde geluidniveaus worden berekend door aan te nemen dat het betrouwbaarheidsinterval een schatting is voor de dichtheid van datapunten. Het voordeel van deze methode is dat metingen bij verschillende snelheden nauwkeurig kunnen worden vergeleken zonder dat de resultaten van onafhankelijke voertuigpassages afzonderlijk bekend zijn.
betrouwbaarheidsinterval kleiner is dan 0,3 dB(A).
Uit tabel 2 blijkt dat de gemiddelde geluidreducties van EVs op verschillende dunne deklagen ruim 1
dB(A) lager zijn dan die voor ICVs.
Enkele gevolgen
4.1 Akoestisch
Een direct gevolg van het drukke verkeer is dat geluidschermen hoger moeten worden om aan de wettelijke immissieniveaus te voldoen. Uit indicatieve berekeningen volgens het Reken- en meetvoorschrift blijkt dat, ondanks dat 1 dB(A) een klein effect is, de betreffende schermen tot een halve meter hoger moeten worden. De kosten die met deze maatregel gepaard gaan bedragen enkele 10-tallen miljoenen euro’s.
4.2 Duurzaamheid
Mechanische schade aan het wegdek is een niet-lineaire functie van hoge orde van de asbelasting, en dus van de bandbelasting. De belangrijkste schade aan geluidarme verhardingen is spoorvorming. Door de zwaardere lichte voertuigen (zie Tabel 1) zal de levensduur korter zijn wat zal leiden tot een hogere geluidemissie gedurende de levensduur van de weg en meer onderhoud met bijbehorende (geluid) emissies.
Bovendien hebben zware motorvoertuigen een maximaal totaalgewicht. Dat impliceert dat de maximale vrachtbelasting door zware accu’s lager zal zijn, wat tot meer verkeersbewegingen zal leiden. Dit zal tevens leiden tot hogere geluidemissies en bovendien tot een kortere levensduur van (geluidarme) wegdekken. De daarmee gepaard gaande kosten van extra onderhoud als gevolg van verminderde duurzaamheid bedragen jaarlijks tevens enkele 10-tallen miljoen euro.
Referenties
[1] Observatory, European Alternative Fuels. https://alternative-fuels observatory.ec.europa.eu/interactive- map. 2021.
[2] Peeters, B. and E. de Graaff, Quieter traffic at last, thanks to electric vehicles. (in Dutch). Geluid, 21 June 2019. 2: p. 9-12.
[3] Sandberg, U. and J.Ejsmont, Tyre/Road Noise Reference Book. 2002, Kisa, Sweden: Informex.
[4] Keulen, W. van, Experiencing Noise-Reducing Pavements (On the Interaction of Acoustics, Road Construction, Psychology, Legislation and Policy), keynote lecture, 22nd International Congress on Sound and Vibration. 2015: Florence.
[5] Commision, European. Common Noise Assessment Methods in Europe (CNOSSOS-EU). 12-09-2012.
[6] ISO 11819-1, Acoustics — Measurement of the influence of road surfaces on traffic noise — Part 1: Statistical Pass-By method. 1997.