Entwicklung eines Alternativverfahrens zur chemischen Vegetationskontrolle auf Gleisanlagen

Abstract

Eisenbahnbetreiber sind verpflichtet, die Eisenbahninfrastruktur sicher zu bauen und zu unterhalten. Einen wichtigen Bestandteil bildet dabei das Vegetationsmanagement zur Erhaltung der Funktions fähigkeit von Bahnanlagen und der Sicherheit des Schienenverkehrs, um möglichen Betriebsgefahren vorzubeugen. Es erfolgte in den letzten Jahrzehnten in Deutschland und Europa primär durch den Einsatz chemischer Blatt- und Bodenherbizide. Während die Ausbringung von Herbiziden als gängige Methode anerkannt ist, trägt sie allerdings auch zur Umweltbelastung bei. Die Eisenbahninfrastruk- turbetreiber stehen daher unter gesellschaftlichen Druck, umweltfreundlichere Ersatzverfahren ein zusetzen und sehen sich vermehrt Einschränkungen bei der Anwendung von Herbiziden ausgesetzt. Daher steht die Entwicklung eines nichtchemischen Alternativverfahrens zunehmend im Fokus vieler Forschungsarbeiten. Im Rahmen des hier beschriebenen Projekts wurde gezielt nach Möglichkeiten einer nichtchemi- schen Vegetationskontrolle gesucht, um ein geeignetes Verfahren auszuwählen und weiterzuentwi- ckeln. Die Grundlage bildete eine umfangreiche Literatur- und Datenrecherche zur Bewertung be- stehender und neuer Alternativverfahren in Bezug auf die Eignung zur Vegetationskontrolle im Gleis bereich. Zudem wurde in einem dreijährigen Monitoring die Wachstumsdynamik der Vegetation im Gleisbereich untersucht und damit ein erweitertes Verständnis für die Bewertung der Alternativver fahren zur Vegetationskontrolle geschaffen. Ergänzend zur Literaturrecherche wurden einige Orien- tierungsversuche unternommen, um die Verfahrensauswahl zu unterstützen. Aus diesen Untersu- chungen leiteten sich drei als geeignet erscheinende Alternativverfahren ab. Es handelt sich um das maschinelle Jäten (MJ, Zupfen der Pflanzen), das sog. Elektroweeding (El, Schädigung der Pflanzen durch elektrischen Strom) und die Verwendung von mit Abrasivmittel versetztem Druckwasser (Schneiden oder Zerfasern von Pflanzenteilen). Diese drei Verfahren wurden im weiteren Projektverlauf konzeptionell weiterentwickelt und durch Vorversuche wurden geeignete Parameter zur Nutzung im Gleisbereich ermittelt. Anschließend wur- den die gewonnenen Erkenntnisse als Grundlage für die Entwicklung und den Bau eines Versuchs- trägers verwendet. Es handelt sich hierbei um ein angetriebenes Zweiwegefahrzeug und ein sog. Trä- germodul, ein Anhänger, auf dem die Applikatoren der drei ausgewählten Verfahren montiert sind. Im Rahmen von umfangreichen Versuchsfahrten erfolgte die Erprobung des Versuchsträgers. Die Ergebnisse zeigten die grundsätzliche Eignung der Einzelverfahren für den Einsatz im Gleisbereich. Insgesamt konnte durch die Kombination der drei Verfahren eine Leistungssteigerung im Vergleich zu den Einzelverfahren erzielt werden. Die Verfahrenskombination wird den durch aufeinanderfolgenden Einsatz der drei entwickelten Ver- fahren erzeugt. Zunächst wird durch die Anwendung des MJ die Wuchshöhe der Pflanzen auf ca. 20 cm reduziert. Im Versuch ließ sich das bei 5 km/h mit zwei Überfahrten realisieren. Durch das Zählen der nötigen Überfahrten konnte festgelegt werden, wie viele Applikationseinheiten ein zu- künftiges Fahrzeug benötigt, um denselben Effekt bei nur einer Überfahrt zu erreichen. Die anschlie- ßende Behandlung mittels El führte zu einer Abnahme der Vegetationsdichte (VD) um 80 % bis 90 %. Dazu waren entsprechend der vorhandenen Vegetation vier bis acht Überfahrten bei einer Fahrgeschwindigkeit von bis zu 10 km/h notwendig. Schließlich wurde der Nahbereich entlang der Schienen durch zwei bis drei Überfahrten mit dem Druckwasser behandelt. Für eine krautige Vege tation war es effektiver, die Düsen mit drei verschiedenen Winkeln für jede Überfahrt einzustellen, um eine größere Fläche behandeln zu können. Bei verholzender bis verholzter Vegetation (z. B. Brombeerranken, Bäume) blieb der Düsenwinkel unverändert, um die Schneidleistung an einer Stelle zu erhöhen. Basierend auf der Auswertung der Versuchsergebnisse wurden Handlungsempfehlungen für den weiteren Einsatz des Versuchsträgers und die zukünftige Forschung erarbeitet. Die entwickelte Tech- nologie kann eine hohe VD und -höhe (ca. 50 cm) mit geringerem Energiebedarf als andere Alterna- tivverfahren behandeln. Sie stellt somit eine gute Alternative für die Behandlung von Strecken in Schutzgebieten oder mit geringem Verkehrsaufkommen, welche einen hohen Bewuchs aufweisen können, dar. Darüber hinaus stehen nach dem Bau und der Erprobung der Verfahrenskombination die Ergebnisse dieser neuen Methode zur Vegetationskontrolle für den Bahnsektor offen. Der Erpro- bungsträger kann in zukünftigen Projekten eingesetzt und weiterentwickelt werden. Datei-Upload durch TIB Railway operators are obligated to safely construct and maintain railway infrastructure. Vegetation management is an important component of this to maintain the functionality of railway facilities and the safety of rail traffic, preventing potential operational hazards. In recent decades, this has primar ily been achieved in Germany and Europe through the use of chemical foliar and soil-based herbi- cides. While the application of herbicides is recognized as a common method, it also contributes to environmental pollution. Railway infrastructure operators are therefore under social pressure to use more environmentally friendly alternative methods and are increasingly facing restrictions on the use of herbicides. Therefore, the development of a non-chemical alternative method is increasingly the focus of much research. Within the scope of the project described here, a targeted search was conducted for non-chemical vegetation control options in order to select and further develop a suitable method. The research was based on extensive literature and data studies to evaluate existing and new alternative methods with regard to their suitability for vegetation control in track areas. Furthermore, a three-year moni- toring program examined the growth dynamics of vegetation in track areas, thus providing a broader understanding for evaluating alternative vegetation control methods. In addition to the literature research, several orientation experiments were conducted to support the method selection process. These investigations resulted in three alternative methods that appeared suitable. These are mechan- ical weeding (pulling out plants), electro weeding (damaging plants with electrical current), and the use of pressurized water mixed with abrasive agents (cutting or shredding plant parts). These three processes were further developed conceptually over the course of the project, and suit- able parameters for use in track areas were determined through preliminary tests. The findings were then used as the basis for the development and construction of a test vehicle. This consists of a pow- ered road-rail vehicle and a so-called carrier module, a trailer on which the applicators of the three selected processes are mounted. The test vehicle was tested during extensive test drives. The results demonstrated the fundamental suitability of the individual processes for use in track areas. Overall, the combination of the three processes achieved an increase in performance compared to the indi- vidual processes. The combined treatment is achieved through the sequential application of the three developed methods. First, mechanical weeding reduces the plant height to approximately 20 cm. In the test, this was achieved at a speed of 5 km/h with two passes. By counting the required passes, it was possible to determine how many application units a future vehicle would need to achieve the same effect in just one pass. The subsequent treatment with electro weeding resulted in a reduction in vegetation density of 80% to 90%. Depending on the existing vegetation, this required four to eight passes at a speed of up to 10 km/h. Finally, the immediate area along the tracks was treated with two to three pressurized water passes. For herbaceous vegetation, it was more effective to set the nozzles at three different angles for each pass in order to treat a larger area. For woody to lignified vegetation (e.g. blackberry vines, trees), the nozzle angle remained unchanged in order to increase the cutting performance in one area. Based on the evaluation of the test results, recommendations for further use of the test vehicle and future research were developed. The developed technology can treat high vegetation density and height (approximately 50 cm) with lower energy requirements than other alternative methods. It therefore represents a good alternative for treating routes in protected areas or with low traffic vol- umes that may have high vegetation cover. Furthermore, after construction and testing of the com- bined method, the results of this new vegetation control method will be available for the railway sector. The test vehicle can be used and further developed in future projects.