Kitabı oku: «Unsere Luft»
Norbert Metz
Unsere Luft
Deutlich besser als ihr Ruf?
expert verlag
© 2020 · expert verlag
Dischingerweg 5 · D-72070 Tübingen
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ISBN 978-3-8169-3491-2 (Print)
ISBN 978-3-8169-8491-7 (ePub)
Inhalt
Vorwort
Einleitung
Zusammensetzung der Luft
Der Straßenverkehr als Schlüssel für erhöhte Werte am Straßenrand
Zusammenhang der Verkehrszunahme und der Emissionsentwicklung
Diskussion der Luftqualitätsgrenzwerte für (NO2) und Feinstaub (PM10 und PM2,5)
Stickstoffoxide NOx, Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2
Feinstaub PM10
Feinststaub PM2,5
Kohlenmonoxid CO
Kohlenwasserstoffe ohne Methan NMHC beziehungsweise NMVOC
Benzol
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAH beziehungsweise PAK
Benzo(a)pyren BaP
Ozon O3
Schwefeloxide (SO2)
Blei Pb
Technische Maßnahmen und Fortschritte zur Emissionsverminderung
Persönliche Möglichkeiten des Einzelnen
Zusammenfassung
Weiterführende Literatur
Danksagung
Register
Vorwort
In der Süddeutschen Zeitung vom 1. Oktober 2019 war in einem Artikel die Überschrift „Münchens Luft wird immer besser“ zu lesen, und darunter: „An der Landshuter Allee ist die Belastung aber weiter kritisch.“1 Das bringt die aktuelle Lage auf den Punkt. Seit Jahren nimmt die Konzentration des Stickstoffdioxids – die Abgaskomponente, die derzeit im Fokus steht – stetig ab. Die Verbesserungen bei den anderen Abgaskomponenten werden nicht mit einem Wort erwähnt. Dies verweist auch auf die Problematik, dass mit dem Messort an der ungünstigsten Stelle dem Bürger suggeriert wird, die Luftqualität in München wäre schlecht. Auch weil der entsprechende Jahresgrenzwert mit 40µg/m3 deutlich tiefer angesetzt ist als z.B. in Kalifornien, das für seine strikten Umweltstandards bekannt ist.
Aufgrund der wachsenden Stadtbevölkerung und der damit verbundenen Zunahme an Aktivitäten und Mobilität entsteht allgemein der Eindruck, dass die Luftqualität auch in anderen Städten schlechter wird. In erster Linie werden der Straßenverkehr und insbesondere die Pkws und Lieferfahrzeuge mit Dieselmotoren dafür verantwortlich gemacht.
Die jüngsten Diskussionen über die Manipulationen am Prüfstand eines Herstellers haben das Vertrauen beim Bürger weiter erschüttert. Zusätzlich führt die Diskrepanz zwischen den Angaben bei den vorgeschriebenen Prüfstandtests und den tatsächlichen Werten beim Kunden, sowohl bei den Abgasemissionen als auch den Kraftstoffverbräuchen, zu einer weiteren Verunsicherung in der Bevölkerung. Zuletzt beschlossene Testverfahren sollen realistischere Werte zutage fördern. Das neue europäische Zulassungsverfahren, das die Kriterien bei der Typprüfung jetzt deutlich strenger festlegt und auch Straßentests mit einbezieht, ist bereits seit dem 1. September 2017 gültig. Werden die Abgasemissionen neuer Fahrzeuge unter allen Betriebsbedingungen absinken? Wird sich bald die Ersetzung älterer Fahrzeuge durch emissionsarme neue Fahrzeuge auf die gemessenen Konzentrationen an den Verkehrs-Messstationen auswirken?
Die immer anspruchsvolleren gesetzlichen Regelungen und der Erfolg technischer Fortschritte auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene werden kaum wahrgenommen beziehungsweise deren Wirkungen unterschätzt. Offenbar hat die Autoindustrie nicht intensiv genug die massiven Anstrengungen und Verbesserungen der Öffentlichkeit vermitteln können.
Es werden daher in den nachfolgenden Kapiteln die Entwicklungen der Luftqualität und der Abgasemissionen des Straßenverkehrs in den letzten Jahrzehnten in Deutschland aufgezeigt. Städte mit kritischen Werten – die sogenannten „Mega-Cities“ – mit einer weiterwachsenden Bevölkerung sind das abschreckende Beispiel mit ihrer heute noch schlechten Luftqualität.
Die Rolle der meteorologischen Parameter im Zusammenhang mit der Luftqualität und das Zusammenwirken der Emissionen aller Quellen und der Gesetzgebung auf der Emissions- und Immissionsseite werden erklärt.
Abgasemissionen stationärer und mobiler Quellen werden sowohl global wie regional und lokal zusammengestellt, um deren Ausbreitung und Einfluss auf die Immissionssituation in Deutschland aufzuzeigen. Die Entwicklung wird – soweit Daten verfügbar sind – meist von 1990 bis 2018/2019 beschrieben. Örtliche wie zeitliche Sondersituationen werden angesprochen. Kritische Messorte und Episoden werden analysiert und relativiert.
Die für die Luftqualität maßgeblichen Komponenten werden beispielhaft in einigen Bundesländern und Städten Deutschlands zusammengefasst. Ihre Entwicklung wird seit 1990 verfolgt und teilweise auch prognostiziert. Die Darstellung ist abhängig von der Verfügbarkeit der Daten. In weiteren Kapiteln werden sowohl technische als auch behördliche Maßnahmen zur Verringerung von Abgasemissionen und unerwünscht hohen Konzentrationen in der Umgebungsluft zusammengestellt.
Durch die gemeinsamen Anstrengungen der Behörden und der Industrie werden bei den Abgaskomponenten Kohlenmonoxid [CO], der Summe der methanfreien Kohlenwasserstoffe [NMHC], Stickstoffoxide [NOx] mit Stickstoffmonoxid [NO] und Stickstoffdioxid [NO2], Benzol [C6H6], der Summe der aromatischen Kohlenwasserstoffe [PAH] mit der Leitkomponente Benzo(a)pyren [BaP], Feinstaub [PM10] und Feinststaub [PM2,5], Blei [Pb] und Schwefeldioxid [SO2] alle Immissionsgrenzwerte eingehalten. Auch auf das sekundär entstehende Ozon [O3] wird eingegangen. Um die aktuelle Debatte über den Klimawandel aufzunehmen, ist ein Kapitel über das klimarelevante Spurengas CO2 angehängt.
Alte Grenzwerte für Stickstoffmonoxid NO wurden schon früh fallen gelassen, da NO für die menschliche Gesundheit keine Rolle spielt und sich relativ schnell in der Atmosphäre zu Stickstoffdioxid NO2 umwandelt. Auch 2019 wird an starkbefahrenen Straßen in vielen Städten der ambitionierte NO2-Jahresmittelgrenzwert von 40µg/m3 noch nicht ganz erreicht. Bei Feinstaub werden nur in wenigen Städten Grenzwerte leicht überschritten. Zusätzlich zu den weiteren oben bereits angeführten Abgaskomponenten wird sowohl die Emissionsentwicklung als auch der Trend der Luftqualität über einen längeren Zeitraum für vier ausgewählte Bundesländer angegeben. Kriterien der Auswahl waren die Datenverfügbarkeit, die Bevölkerungsdichte und die Bedeutung der Länder. Die Wirkung bei bestimmten Konzentrationen wird generell und bei in der Umwelt auftretenden Werten je Kapitel erläutert.
Zusätzlich werden Empfehlungen gegeben, wie der Einzelne durch persönliches Verhalten einen Beitrag zur Verbesserung der Luftqualität für sich und für die Allgemeinheit leisten kann.
Die Verbesserung wird durch Langzeitverläufe der Abgaskomponenten, durch Emissionsverbesserungen der Straßenverkehrsfahrzeuge und durch die Stufen der Emissionsgesetzgebung beim Straßenverkehr dokumentiert.
Herrsching im Januar 2021 Norbert Metz
Einleitung
Der Umweltschutz hat in den letzten Jahren einen immer höheren Stellenwert bekommen. Der Bürger hat den Wunsch, sorglos in einer heilen Umgebung zu leben. Wer möchte keine hohe Wasserqualität beim Trinkwasser und in den Badeseen, wer keine saubere Umgebungsluft atmen? Daneben möchte niemand auf die Annehmlichkeiten verzichten, die die Umwelt belasten: ein warmes Heim, ausgewogene und gehaltvolle Mahlzeiten, Flugreisen und Autofahrten zu selbstbestimmten Zeiten und vieles mehr. Zu beiden Aspekten kursieren viele Klischees und Halbwahrheiten. Dieses Buch soll ein Vermittler sein, der die oft vereinfachten Zusammenhänge in der Berichterstattung der Medien einerseits aufdeckt und die umfangreichen Fakten der Wissenschaft andererseits allgemeinverständlich erklärt. Zu Beginn muss deshalb erst einmal beschrieben werden, aus was unsere Luft eigentlich besteht.
Zusammensetzung der Luft
Unsere Luft ist neben Wasser die wichtigste Lebensgrundlage, da wir 10000 bis 20000 Liter Luft täglich einatmen. Deshalb zählt saubere Luft zu den wertvollsten Elementen. Das folgende Bild 1 zeigt ihre einzelnen Komponenten. Die Hauptanteile werden in Prozent angegeben, Spurengase in ppm (parts per million) bzw. ppb (parts per billion).
Bild 1:
Zusammensetzung der Atmosphäre1
Neben den im Bild 1 genannten Gasen enthält die Luft noch Wasser in wechselnder Konzentration und in allen drei Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig), Staubpartikel, ein Gemisch aus festen oder/und flüssigen Schwebeteilchen und in der Atmosphäre erzeugte reaktionsfreudige Moleküle, die zu veränderten Volumenanteilen der oben angeführten Komponenten führen.
Diese Zusammensetzung wird vom Straßenverkehr im ppm-Bereich beeinflusst. In Bild 2 werden die Anteile der einzelnen Abgaskomponenten angegeben, die direkt aus dem Auspuffende kommen.
Bild 2:
Relation einzelner Komponenten am Auspuffende2
Die Abgaskomponenten CO, NMVOC, NOx, Benzol, PAH, BaP, PM10, PM2,5, Blei und SO2 sowie das sekundär gebildete O3 werden in den folgenden Kapiteln näher erläutert.
Einflüsse der Meteorologie auf die Luftqualität
Meteorologische Faktoren spielen eine wichtige und weitgehend unterschätzte Rolle, obwohl sie die komplexen Vorgänge auf dem Weg von der EmissionEmission einer Komponente bis hin zur lokalen beziehungsweise regionalen LuftqualitätLuftqualität maßgeblich beeinflussen.
Im Folgenden werden die wesentlichen Einflussfaktoren zusammengefasst. Über der Erdoberfläche werden verschiedene Schichten unterschieden. Die ersten 10 km bezeichnet man als Troposhäre, begrenzt durch die Tropopause, darüber beginnt die Stratosphäre. In der untersten Schicht der Troposphäre bestimmt die planetare Grenzschichthöhe (Inversionshöhe3) die Konzentration der Abgaskomponenten. In dieser unteren Schicht der Atmosphäre unterliegen die Luftströmungen dem Einfluss der Bodenreibung. In der Troposphäre herrschen teilweise höhere horizontale Windgeschwindigkeiten, die die Luftmassen in zwei Wochen rund um den Globus transportieren können.
Bild 3:
Definition der Schichten in der unteren Troposphäre4
Die planetare Grenzschicht ändert sich im Tagesverlauf und auch mit den Jahreszeiten. Morgens steigt sie im Sommer von ca. 500 m auf etwa 2000 m. Das führt dazu, dass Abgasemissionen des beginnenden Berufsverkehrs und von Heizungen zur Warmwassergewinnung die Konzentration in der Luft weniger stark verringern als die Emissionen zur Mittagszeit. Abends sinkt sie wieder allmählich auf die ursprüngliche Höhe ab. Dann sind die Abgasemissionen des Berufs- und Lieferverkehrs geringer und auf einen längeren Zeitraum verteilt, daher fallen die Konzentrationen der meisten Komponenten in den Abendstunden verglichen mit den Vormittagsstunden auch geringer aus.
Windgeschwindigkeit und Windrichtung
Bodennah können Abgasemissionen vom Entstehungsort abhängig von der Windgeschwindigkeit weitertransportiert werden und an Stellen landen, die nicht zusätzlich belastet werden sollten, zum Beispiel in Häuserschluchten, in denen ohnehin ungünstigere Verhältnisse vorherrschen. In der Troposphäre trägt der Wind zum weiträumigen Transport belasteter Luftmassenweiträumiger Transport belasteter Luftmassen bei, die innerhalb von zwei Wochen einmal die Erde umrunden können. Die bei uns vorherrschende Windrichtung ist West, damit erhalten wir Abgasemissionen auch von westlich gelegenen benachbarten Staaten. Bei auch auftretenden Ostwinden spielen die Abgasemissionen der östlichen Nachbarstaaten eine Rolle.
Stoffe aus Verbrennungsprozessen werden sowohl lokal, regional als auch global emittiert und bestimmen mit der Meteorologie und den örtlichen Gegebenheiten die Luftqualität vor Ort. Wie bereits kurz beschrieben, reichern sich Emissionen unter der sogenannten planetaren Grenzschicht an. Ist beispielsweise die planetarische Grenzschicht – die im Sommer etwa bei 2000 m Höhe und im Winter bei einer Inversionswetterlage in bis zu 200 m Höhe liegen kann – relativ tief, so dominieren die lokal erzeugten Emissionen die Luftqualität. Herrscht ein mittlerer Westwind vor, so können die regionalen Emissionen der Nachbarländer im Westen die Luftqualität mitbestimmen. Bei stärkeren Windgeschwindigkeiten – wie sie im Höhenbereich von 3000 m bis 7000 m in der mittleren Troposphäre häufig auftreten – können auch die Emissionen von Amerika und Asien in Deutschland für erhöhte Immissionen verantwortlich sein, da sie von der mittleren Troposphäre in den bodennahen Bereich unter die planetare Grenzschicht gemischt werden.
Belastete Luftmassen können in circa zwei Wochen von Asien rund um den Erdball transportiert werden. Lelieveld und Dentener vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz haben vorhergesagt, dass zukünftig die wachsenden asiatischen Emissionen die hemisphärischen Ozon-Hintergrundkonzentrationen mehr als regionale gesetzliche Maßnahmen in Europa und den USA beeinflussen werden.5
Bild 4:
Die GAW-Stationen der World Meteorological Organization WMO6
Zur Kontrolle der internationalen Aktivitäten und Luftreinhaltestrategien misst die World Meteorological Organization (WMO) an über die Kontinente verteilten Messstationen nach einheitlichen Vorgaben die Abgaskonzentrationen von weiträumig und grenzüberschreitend transportierten Luftmassen.7 Ramanathan V. vom Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego, und Feng Y. aus England berichten, dass der städtische Dunst, Partikel unter einer Größe von 10µm (PM10) und der Rauch aus der Biomassenverbrennung zu atmosphärischen braunen Abluftfahnen werden, die zusätzlich aus Sulfaten, Nitraten, unzähligen Kohlenwasserstoffen, Ruß, Bodenstaub, Flugasche und anderen Aerosolen bestehen. Diese nehmen speziell in Entwicklungsländern immer mehr zu. Dies wurde bisher als asiatisches Phänomen bezeichnet; es kann durch die weiträumige Verfrachtung aber auch in anderen Teilen der Welt auftreten.8 Im außeralpinen Raum spielt Ferntransport sowohl primärer wie sekundärer Partikel eine wesentliche Rolle. So können beispielsweise PM10- und SO2-Emissionen aus Ost- und Mitteleuropa (vor allem Rumänien, Serbien, Bosnien, Slowenien, Tschechien, Polen) als Quellen für Belastungen in Nordostösterreich identifiziert werden.9
Wetterlage
Hochdruckgebiete drehen im Gegenuhrzeigersinn und transportieren die Luft nach unten, während Tiefdruckgebiete im Uhrzeigersinn drehend die Luft nach oben drücken.10 Unterhalb der planetarischen Grenzschicht in der unteren Schicht der Atmosphäre unterliegen die Luftströmungen dem Einfluss der Bodenreibung.
Diese Phänomene tragen dazu bei, dass Abgasemissionen bodennah emittiert in die mittlere Troposphäre bis hin zur Stratosphäre transportiert werden und so infolge der höheren Windgeschwindigkeiten von Asien und Amerika bis zu uns gelangen können. Sie haben damit einen nicht unerheblichen Einfluss auf die lokale Luftqualität.
Niederschläge wie Regen und Schneefall
Niederschläge reinigen die Luft je nach Intensität und Dauer. Am deutlichsten ist dies an der Sichtweite zu sehen, wenn nach Regen beispielsweise in Bayern die Alpen – von München 60 km entfernt – gut zu sehen sind.
Die Feuchtigkeit hat beispielsweise einen Einfuss auf die Teilchengröße emittierter Partikel und ihre Depositionsmechanismen.11
Mit dem Anstieg der Luftfeuchtigkeit lagert sich Wasser an die Partikel in der Atmosphäre an, so können zum Beispiel die Partikel bei einem Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit von 30% auf 85% doppelt so groß werden. Bei noch höherer Luftfeuchtigkeit steigt das Wachstum überproportional und die Partikel erreichen bei 99% Luftfeuchtigkeit das 10-fache ihrer ursprünglichen Größe. Durch die Aufnahme von Feuchtigkeit vergrößerte Partikel streuen beispielsweise die Sonnenenstrahlung. Auch der Wind verringert unter anderem die Partikelkonzentration. Eine Windgeschwindigkeit von 5m/s bedeutet eine Absenkung der Partikelkonzentration um 25%, bei 10m/s halbiert sie sich.12
Sonneneinstrahlung
Die Sonneneinstrahlung ist wesentlich an der Ozonbildung beteiligt und trägt zur chemischen Umwandlung organischer Substanzen bei. Die Globalstrahlung beträgt in Deutschland durchschnittlich 100 bis 130W/m², woraus sich eine Jahressumme von durchschnittlich 900 bis 1200kWh/m² ergibt. Dabei sind die höchsten Werte im Nordosten und im Süden zu finden. Zum Vergleich: In Spanien etwa liegt die Globalstrahlung bei durchschnittlich 230W/m². Unter Globalstrahlung versteht man die gesamte an der Erdoberfläche auf eine horizontale Empfangsfläche auftreffende Solarstrahlung.
Im Sommer ist die Einstrahlung dabei um das 5-fache höher als im Winter. Die Höhe der Sonneneinstrahlung ist abhängig von der Bewölkung, der Tageslänge und der Höhenlage über dem Meeresspiegel.
UV-Strahlung
Die UV-Strahlung spielt bei photochemischen Reaktionen und der Ozonbildung eine Rolle. Im Jahr 1993 haben das Bundesamt für Strahlenschutz BfS und das Umweltbundesamt den Betrieb an den vier Stationen des UV-Messnetzes in Zingst (Ostseeküste), Langen (Rheingraben bei Frankfurt), Schauinsland (Südschwarzwald) und Neuherberg (Stadtrand von München) aufgenommen. Später wurde das Messnetz zusammen mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD) und assoziierten Institutionen, wie der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin in Dortmund (BAuA), der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) mit der Station in Westerland/Sylt, dem Meteorologische Observatorium Lindenberg, dem Bayerischen Landesamt für Umwelt (LfU) mit der Messstation in Kulmbach, und der Niedersächsische Gewerbeaufsicht mit den Stationen in Rinteln und Norderney, zu einem bundesweiten UV-Messnetz ausgebaut.13
Jahreszeiten
Neben den schon angeführten Einflüssen werden Abgasemissionen durch verschiedene Heizgewohnheiten, die Verwendung offener Kamine in Innenräumen sowie die Außentemperatur beeinflusst. Im Winter sind die Werte von NO, NO2, PM10, PM2,5 und CO daher deutlich ungünstiger.14
Die Ausführungen zur Meteorologie sind sehr vereinfacht dargestellt; sie sollen lediglich ihre Bedeutung für die Luftqualität dokumentieren. Für weitere Details siehe Metz.15
Zusammenhang zwischen den Emissionen und der Luftqualität
EmissionEmissionen werden vom Menschen durch Industrie, Kraftwerke, Hausbrand und Verkehr, und von der Natur durch Blitze, Waldbrände und Vulkanausbrüche verursacht. Sie unterliegen zusätzlich den meteorologischen Prozessen wie Regen und Wind (Windrichtung und Windgeschwindigkeit) und werden zum Beispiel durch die Sonnenstrahlung umgewandelt, bevor sie die lokale Luftqualität (Immission) bestimmen. Zur Erhaltung einer guten Luftqualität gibt es bei den anthropogenen (vom Menschen verursachten) Emissionen zwei Grenzwertoptionen:
Immissionsgrenzwerte für jede einzelne Komponente für unterschiedliche Zeitbezüge, die gegebenenfalls verschärft werden können.
Emissionsgrenzwerte je Abgaskomponente für verschiedene Quellen, die auch nach einer definierten Laufzeit weiter verschärft werden können.
Bild 5:
Zusammenspiel von Emission und Immission, inklusive der Grenzwerte16
Dabei beeinflusst naturgemäß die Höhe der Emissionen die lokalen, regionalen und teilweise auch die globalen Auswirkungen, die ihrerseits die Luftqualität und damit auch die Höhe der Immissionsgrenzwerte bestimmen. Die Wirkung jeder Abgaskomponente auf den Menschen und zum Schutz der Pflanzen muss einbezogen werden.
Überwachung der Luftqualität und Wirkungseinschätzung
Umweltministerien und Landesämter für Umweltschutz überwachen die LuftqualitätLuftqualität.
Erste Messungen in den siebziger Jahren wurden zum Beispiel in München von Meteorologen durchgeführt, bis 1974 in Berlin das Umweltbundesamt gegründet wurde. Später wurden Umweltministerien und Landesämter in allen Bundesländern eingeführt. Als erstes deutsches Bundesland hat am 8. Dezember 1970 der Bayerische Landtag die Gründung des Bayerischen Staatsministeriums für Landesentwicklung und Umweltfragen beschlossen. Das Bayerische Landesamt für Umwelt ging 2005 aus den drei ehemaligen Landesämtern für Geologie, Umweltschutz und Wasserwirtschaft sowie aus Teilen des Landesamts für Arbeitsschutz, Arbeitsmedizin und Sicherheitstechnik hervor.
Baden-Württemberg hat 1987 das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft aus dem „Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Umwelt und Forsten“ herausgelöst. Die LUBW in Baden-Württemberg entstand zum 1. Januar 2006 aus der Zusammenlegung der Landesanstalt für Umweltschutz (LfU) mit dem Zentrum für Umweltmessungen, Umwelterhebungen und Gerätesicherheit (UMEG).
Zusätzlich kümmern sich viele Institute und Hochschulen um Messungen zur. Auch der Deutsche Wetterdienst veröffentlicht praktische Hinweise, insbesondere bei erhöhten Ozonwerten. Die Europäische Kommission erarbeitet für alle EU-Länder Richtlinien, die zeitnah von den Ländern in das nationale Recht übernommen werden. Die Weltgesundheitsorganisation WHO gibt Empfehlungen zur Grenzwertgestaltung.
Expositions-Wirkungsbeziehung
Um herauszufinden, welche Konzentration eines Stoffes eine negative Wirkung hat, werden verschiedene Methoden eingesetzt. Das Spektrum reicht von In-Vitro-Tests, wie bakteriologische Zelltests, Zelltransformationstests bis In-Vivo-Tests, also bei lebenden Probanden. Dazu werden Tierversuche meist mit Ratten, Mäusen und Hamstern herangezogen. Aus ethischen Gründen sind sie in der Kritik. Da beim Menschen solche Tests ausscheiden, werden sogenannte epidemiologische Untersuchungen genutzt.
Die Epidemiologie untersucht, wie Gesundheitsstörungen und krankheitsverursachende Faktoren in der Bevölkerung oder bei speziellen Gruppen von Menschen verteilt sind. Ist man einem krankheitsverursachenden Faktor ausgesetzt, spricht man von Exposition. So wird zum Beispiel bei der Untersuchung, ob Rauchen zu Lungenkrebs führt, Rauchen als Exposition bezeichnet.
Seit 2005 erhöhen die Behörden den Druck zur Emissionsverminderung mit Zahlen über Todesfälle, Krankenhauseinweisungen und verkürzte Lebenszeiten im Zusammenhang mit erhöhten Abgas-Konzentrationen. Begründet wird das mit Expositions-Wirkungsbeziehungen, die mit einem einfachen Rechenansatz und einigen unsicheren Annahmen für Deutschland konstruiert wurden. Für die Gesamtmortalität, also die Sterblichkeit generell, für Todesfälle durch Herz-Kreislauf und Atemwegserkrankungen sowie für Todesfälle durch Lungenkrebs werden aus amerikanischen epidemiologischen Studien Assoziationen zur Luftqualität hergestellt.17
Die Interpretation von Krankheitslaststudien ist schwierig, da Institutionen, wie die Europäische Umweltagentur (EEA) und das Umweltbundesamt (UBA), in einem Forschungsprojekt des UBA der Autoren Schneider, Cyrys et al. unterschiedliche Annahmen zugrunde gelegt haben. Keineswegs kann aus epidemiologischen Studien abgeleitet werden, ob eine bestimmte Person konkret aufgrund schlechter Luft erkrankt ist.18
Warum sind das Stickstoffdioxid und die Partikelfraktionen PM10 und PM2,5 die am meisten diskutierten Abgaskomponenten?
Partikelfraktionen PM10 und PM2,5Stickstoffdioxid ist die Abgaskomponente, die in einigen Städten noch über dem Jahresmittelwertgrenzwert liegt. Die Partikelgrenzwerte werden seit wenigen Jahren eingehalten und von Lufthygienikern als am wichtigsten eingestuft.
Durch die laufende Zunahme von Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen und Motorrädern entsteht der Eindruck, dass damit automatisch eine Verschlechterung der Luftqualität verbunden sei. Das wäre der Fall, wenn nicht die seit den siebziger Jahren eingeführten Emissionsgesetze und die damit einhergehende Verbesserung der Abgaswerte den Anstieg der Kraftfahrzeugemissionen verhindert und überkompensiert hätten.
Insbesondere an Tagen mit erhöhten Konzentrationen wird vor allem der Kfz-Verkehr als Verursacher angeprangert. Die steigende Zahl von Pkw in den Städten und die langen Autoschlangen zur „Rush Hour“ im Berufsverkehr lassen das ja auch logisch erscheinen. Dazu kommt noch der verstärkende Kommentar in den Medien mit dem Appell weniger zu fahren. Nicht die Zahl der Kraftfahrzeuge ist für ihren Beitrag zu den Abgasemissionen entscheidend, sondern die Flottenzusammensetzung mit Fahrzeugen der neuen Emissionsstufe.
Die gute Nachricht ist, dass neue Fahrzeuge immer niedrigere Abgasemissionen einhalten müssen und ältere Fahrzeuge mit deutlich höheren Abgasemissionen ersetzen. Die Berechnung der Gesamtemissionen des Kfz-Verkehrs zeigt bei allen Abgaskomponenten seit 1970 eine stetige Abnahme. Generell sind ungleichmäßige Fahrweisen, zum Beispiel bei Stop-and-Go-Verkehr, ungünstiger als ein gleichmäßiger Verkehrsfluss und damit ein Hauptpunkt für eine nachhaltige Lösung insbesondere der NO2-Problematik.
Die Medien berichten in ihren Schlagzeilen meistens über die Probleme bei örtlichen oder zeitlichen Sondersituationen, zum Beispiel an Verkehrsknotenpunkten bei Inversionswetterlagen oder bei Windverhältnissen, die kaum einen Luftaustausch mit der Atmosphäre zulassen.
Weitgehend unbemerkt sind auch die positiven Entwicklungen bei den stationären Quellen, insbesondere durch die technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft, kurz TA Luft genannt. Diese Emissionsminderungen wirken sich nicht immer lokal durch Transportvorgänge, aber meist regional und überregional aus.
Vor allem werden die NOx-Emissionen des Dieselmotors für die Überschreitungen der NO2-Immissionsgrenzwerte an Verkehrsmessstationen verantwortlich gemacht. Der Dieselmotor hat 1976 nach dem Einstieg von VW in die Dieseltechnologie als Antriebsaggregat im Pkw hohe Zuwachsraten verzeichnet und sich einen bleibenden Platz im Bestand gesichert. Bei Nutzfahrzeugen hat der Dieselmotor bereits 1923 andere Antriebsaggregate ersetzt. Wegen seinem niedrigeren Kraftstoffverbrauch dominiert der Dieselmotor bis heute den Nutzfahrzeugsektor auch bei leichten Nfz im Lieferverkehr. Seine niedrigeren CO2-Emissionen haben dem Dieselmotor auch im Pkw zu immer größeren Flottenanteilen verholfen.
Die jüngsten Diskussionen haben in Deutschland zu einem Rückgang der Diesel-Pkw bei den Neuzulassungen geführt. Nur der Einbruch im Jahr 2009 ist durch den Zusammenbruch der US-Investmentbank Lehman und der folgenden weltweiten Finanzmarkt- und Wirtschaftskrise noch stärker ausgefallen.
Beim Dieselmotor wurden zunächst mit innermotorischen Maßnahmen, der Abgasrückführung und später der Speicherkatalysator- und SCR-Technologie die Stickstoffoxidemissionen verringert. Aufgrund des Luftüberschusses bei der dieselmotorischen Verbrennung sind Reduktionsprozesse zum Stickstoffoxidabbau deutlich schwieriger zu beherrschen. Als nachhaltiger Lösungsansatz ist heute die Harnstoffzumischung, insbesondere bei schwereren Fahrzeugen, der eingeschlagene Weg. Wegen der Nachteile eines zweiten Tanks, seiner Platzprobleme, der Sicherstellung der richtigen Dosierung und auch der Wintertauglichkeit wurde dieser Weg nicht früher eingeschlagen.
Beim Nutzfahrzeug wurde die Harnstoff-Technologie schon früher eingesetzt, da dort einige der aufgezeigten Probleme weniger stark ins Gewicht fallen. Bei leichteren Pkw konnten mit den Speicherkatalysatoren die Emissionsgrenzwerte bisher eingehalten werden. Mit dem neuen WLTP-Zulassungsverfahren19 wird auch bei den leichten Lieferfahrzeugen und den meisten Pkw die Harnstoffzumischung Stand der Technik werden.
Deutschland ist in der Dieseltechnologie Weltspitze und sollte den Dieselmotor zur Verringerung der CO2-Emissionen des Straßenverkehrs trotz mancher Gegenstimmen nicht preisgeben. Diesen Vorteil sollten Politiker nicht leichtfertig verspielen und unsinnige Forderungen eines Dieselverbots nicht weiterverfolgen.
Die „Wissenschaftliche Gesellschaft für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik“ WKM mit Professoren deutscher, österreichischer und schweizerischer Universitäten, die als Institutsleiter, Leiter von Fachgebieten oder Lehrstühlen auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug- und/oder Motorentechnik tätig sind, hat sich klar zum Dieselmotor bekannt.
Das Resümee der 23 Professoren lässt sich in einem Satz zusammenfassen: Der Dieselmotor bleibt auch zukünftig ein Antrieb mit niedrigen Stickstoffoxid-Emissionen, der für das Erreichen der CO2-Klimaziele unabdingbar ist.
Sinnvoll ist ein Wettbewerb von Antriebskonzepten mit dem Ziel, die Emissionen auf das gewünschte Maß zu senken. Nach allen Vorhersagen werden im Jahr 2030 mehr Verbrennungsmotoren weltweit gebaut werden als heute, weshalb eine intensive Forschung und Weiterentwicklung notwendig ist. Die Technologieführerschaft muss erhalten bleiben. Die Professoren sehen auch für die Zukunft eine sehr lange andauernde Notwendigkeit verbrennungsmotorischer Antriebe, insbesondere auch des Dieselmotors.
Für alle umweltrelevanten Komponenten in der Umgebungsluft haben die Behörden Grenzwerte erlassen. Bei Stickstoffdioxid liegt die Konzentration an verkehrsnahen Messstellen in einigen Städten über dem Jahresmittelwert von 40µg/m3. In den letzten Jahren nahmen die Werte aber kontinuierlich ab. Durch die aktuellen Gesetze und die technischen Fortschritte bei Pkw und Lieferfahrzeugen wird das in den kommenden Jahren noch schneller gehen. Da sich neue Fahrzeuge erst einen größeren Anteil in der Fahrzeugflotte erobern müssen, reagieren Behörden mit Luftreinhalteplänen, der Einführung von Umweltzonen und teilweise mit Fahrverboten für ältere Fahrzeuge der Abgasnorm E4 und älter (zu den Abgasnormen siehe Anhang).
Bei den Feinstäuben mit der Bezeichnung PM10 und PM2,5 werden die Jahresmittelwerte seit wenigen Jahren unterschritten. Trotzdem werden die Konzentrationen dieser Komponenten intensiv verfolgt, da ihre Wirkung auf die Gesundheit kritischer eingeschätzt wird. Aus umfangreichen Studien wird die Sorge abgeleitet, dass sich erhöhte Konzentrationen auf Kreislaufkrankheiten und Herzinfarkte auswirken könnten. Durch die Einführung des Rußfilters bei Dieselfahrzeugen haben die Messwerte an verkehrsnahen Messstellen aber deutlich abgenommen und liegen unter den Luftqualitätsgrenzwerten.
Ein weiterer Punkt, den man im Zusammenhang mit der Entwicklung der Luftqualität ansprechen muss, ist die Diskussion über die Diskrepanzen zwischen Emissionsangaben, die im Zusammenhang mit dem Zulassungsverfahren am Prüfstand ermittelt werden und den Emissionen, die ein Fahrzeug im realen Fahrzeugbetrieb auf der Straße aufweist.
Zu Beginn der Abgasgesetzgebung wurde versucht einen Testzyklus aufzustellen, der das Fahrverhalten widerspiegelt. Der Zyklus war auch als Basis für die Vergleichbarkeit der Fahrzeuge untereinander gedacht. Das Fahrverhalten jedes Autofahrers ist aber individuell und so verschieden, dass gravierende Unterschiede auftreten können. Dazu kommt, dass Wetter, Straßenbeschaffenheit, Steigungen, Kraftstoffqualität, Gewicht, Ausstattung und Reifen ecetera im Alltagsbetrieb stark differieren. Das gilt dementsprechend dann auch für die Abgasemissionen, den CO2-Ausstoß und den Kraftstoffverbrauch. Mit den laufenden Emissionsgrenzwertverschärfungen haben diese Diskrepanzen zugenommen.
Die seit langem bestehenden Bestrebungen einen möglichst praxisnahen Bewertungsmaßstab zu etablieren, führten zu der ab dem 1.9.2017 gültigen „Worldwide Harmonized Light-Duty Test Procedure“ WLTP, die auch Messungen auf der Straße vorsieht, siehe auch Details im Anhang. Mit der Einführung der Gesetzgebung zu den Realfahremissionen (RDE) muss ein breites Spektrum an Fahrrandbedingungen berücksichtigt werden. Dies sind nicht nur Fahrbedingungen im städtischen Umfeld, sondern ebenfalls Fahrzustände auf Landstraßen und Autobahnen mit höheren Lastbedingungen. Im gesamten Realfahrzyklus müssen zudem weitere Anforderungen an Fahrdynamik, Fahrzeuggewicht, Umgebungstemperatur sowie Steigungs- und Gefällefahrten robust abgesichert werden.
Bisher waren in der gesetzlichen Regelung der Zulassung einige Punkte unscharf formuliert, was zu unterschiedlichen Interpretationen und Ausführungslösungen geführt hat. Das Kraftfahrtbundesamt und die Europäische Kommission haben dies über viele Jahre ignoriert und toleriert, sind jetzt aber dabei, diese Punkte enger zu sehen. Die jüngsten Entscheidungen über Rückrufaktionen bei einigen Herstellern beweisen das. Durch eine Softwareanpassung mussten die als „defeat device“20 bemängelten Eingriffe an einer nicht unerheblichen Anzahl von Fahrzeugen beseitigt werden. Bei der bisherigen Zulassungspraxis waren diese Punkte mit der Begründung des Motorschutzes möglich und wurden bei den Herstellern unterschiedlich angewendet. Die in den Medien als Abgasaffäre bezeichneten Vorgänge haben das Vertrauen in die deutsche Automobilindustrie und letztlich auch in das Kraftfahrtbundesamt und die Politik massiv gestört. Die Diskussionen zu diesem Thema werden nach den letzten durchgesetzten Maßnahmen bald der Vergangenheit angehören.
Der Straßenverkehr als Schlüssel für erhöhte Werte am Straßenrand
Mobile Quellen
Da der StraßenverkehrStraßenverkehr den höchsten Anteil an den gemessenen NO2-Konzentrationen durch die Lage der Messstationen am Straßenrand hat, ist es hilfreich, zuerst die Entwicklung der Pkw und Nutzfahrzeugen anzuschauen. Das Kraftfahrtbundesamt KBA dokumentiert jährlich die Bestände und Neuzulassungen aller Fahrzeugtypen. Lieferfahrzeuge bis 3,5t Gesamtgewicht werden dabei zu den Pkw gezählt. Der Pkw-Bestand hat sich von 41,2 Millionen Pkw 2008 auf 47,7 Millionen 2020 erhöht. Der Gesamtbestand ist im gleichen Zeitraum von 55,2 Millionen Fahrzeuge auf 65,8 Millionen gestiegen.1
Krafträder haben sich von 3,7 Millionen im Jahr 2008 auf 4,5 Millionen erhöht, Nutzfahrzeuge von 2,3 Millionen auf 3,3 Millionen und Zugmaschinen von 1,9 Millionen auf 2,2 Millionen.
Bei den Pkw ist der Anteil an Diesel-Pkw bis 2016 auf 15 Millionen gestiegen, nach den Diskussionen zwischen 2017 bis 2019 sind die Neuzulassungen von 1,5 Millionen auf 1,1 Millionen aber deutlich gefallen. Im Jahr 2020 liegt der Dieselbestand bei 15,111 Millionen.2
Warum steigt die Zahl der Personenkraftwagen insgesamt?
Verkehrsforscher Andreas Knie vom Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung sagt dazu: Das eigene Auto ist in vielen ländlichen Gebieten unverzichtbarer denn je. „Noch nie war das Nahverkehrsangebot im ländlichen Raum so schlecht wie heute“.3
Die junge Generation will selbstbestimmt mobil sein, und dieser Wunsch verbindet sich nach wie vor mit der Idee, ein eigenes Auto zu besitzen. Motorisierung war das Synonym für Freiheit und die Führerscheinprüfung Klasse 3 der Einstieg ins Erwachsenenleben. Die Mehrheit der Jugendlichen hat, bis sie 25 Jahre alt ist, den Führerschein in der Tasche.
Individuelle Mobilität und gesellschaftliche Anerkennung, auch bei den Freunden, ist ihre Motivation. Für die meisten Menschen ist der Erwerb eines Autos ein erster Schritt frei und unabhängig zu sein. Den Älteren ist das neue Auto auch Beweis für die eigene Leistungsfähigkeit, Beleg für das Gefühl, noch dabei zu sein.
Kehrt sich der Trend um?
Mehr junge Menschen ziehen in größere Städte, um zu studieren oder eine andere Ausbildung zu absolvieren. Dort sind die Mieten hoch, der Autoverkehr dicht und die Parkplätze knapp; dafür ist der öffentliche Nahverkehr gut ausgebaut und dank Semesterticket preisgünstig. Das fördert ein pragmatisches Verhalten, das Verkehrswissenschaftler „multimodale Mobilität“ nennen: Man leiht oder mietet sich ein Auto, wenn es nötig ist, zum Beispiel per Carsharing.
Weitere Gründe sind der demografische Wandel, es gibt immer weniger 17-Jährige, und die Tatsache, dass das Auto unter Jugendlichen heute immer seltener ein Statussymbol ist. „Die Jugendlichen geben Ihr Geld heute lieber für das neueste Smartphone aus“, sagte Rainer Zeltwanger als Fahrschulfunktionär des Stuttgarter Bundesverband Deutscher Fahrschulunternehmen. Das sei noch vor einigen Jahren völlig anders gewesen: „Wer früher mit 19 keinen Führerschein hatte, mit dem stimmte was nicht.“4
Ein eigenes Auto ist heute auch für viele junge Erwachsene unbezahlbarer Luxus. Denn die Innovationsfreude der Hersteller hat auch dafür gesorgt, dass in den vergangenen 34 Jahren laut dem Center Automotive Research (CAR) der Universität Duisburg-Essen die Durchschnittspreise der verkauften Neuwagen pro Jahr um 3,6 Prozent gestiegen sind.5 So verschiebt sich die Anschaffung in eine spätere Lebensphase, in der sie finanziell kein so großes Problem mehr ist oder ohne Auto nichts geht – etwa nach Gründung einer Familie und Umzug in den ländlichen Raum. Die Entwicklung in ländlichen Gebieten verläuft anders als in Großstädten. Aber: „In vielen Städten sind Menschen auf das Auto angewiesen.“6 Das werde sich auch in Zukunft nicht ändern.
Um den Beitrag der Diesel-Pkw abschätzen zu können, sind im Anhang die Bestandsdaten nach Emissionsklassen insgesamt und bei den ausgewählten Ländern Baden-Württemberg, Bayern, Berlin und Nordrhein-Westfalen zusammengefasst.
Da auch Nutzfahrzeuge nicht unerheblich zu den NOx-Emissionen beitragen, folgen dazu einige Anmerkungen: Von 2008 bis 2019 ist der Bestand in Deutschland von rund 2,3 Millionen auf 3,1 Millionen angewachsen. Auch bei den Nutzfahrzeugen haben die Emissionen stärker abgenommen als der Zuwachs an Fahrzeugen. Da für den Nutzfahrzeugverkehr ein niedriger Kraftstoffverbrauch im Vordergrund stand, wurden immer schon Dieselmotoren eingesetzt. Zur Einhaltung der immer strenger werdenden Grenzwerte ist relativ früh die Harnstoff-Technologie unter dem Namen AdBlue eingeführt worden. Dies hat zu einer deutlichen Verbesserung der NOx-Abgasemissionen geführt.
Zusammenhang der Verkehrszunahme und der Emissionsentwicklung
Warum werden die Abgasemissionen weniger, obwohl die Zahl der Fahrzeuge steigt?
Generell herrscht die Meinung vor, dass mit der Zunahme des Verkehrs die Luftqualität schlechter wird. Dies trifft aber nicht zu, da die neu in den Verkehr kommenden Fahrzeuge deutlich niedrigere Emissionen aufweisen als die älteren Fahrzeuge, die aus dem Verkehr ausscheiden. Die Neuzulassungen sind jedes Jahr etwas höher als die aus dem Verkehr ausscheidenden Fahrzeuge, sodass jedes Jahr die Gesamtzahl der Fahrzeuge zunimmt, detaillierte Zahlen im Anhang.
Fazit: Trotz der gewachsenen Pkw-Zahl sind die Abgasemissionen geringer. Das heißt, die Luft wird besser, die Jahresmittelwerte sinken.
Diskussion der Luftqualitätsgrenzwerte für (NO2) und Feinstaub (PM10 und PM2,5)
Stickstoffdioxid NO2Partikelfraktionen PM10 und PM2,5 Die Luftqualität und die Ungereimtheiten bei den realen Abgasemissionen der Autos waren über Wochen und Monate das Hauptthema in den Medien. Insbesondere bei einer Komponente in der Luft, nämlich dem Stickstoffdioxid, wurde angeprangert, dass in vielen Städten der Luftqualitätsgrenzwert von 40µg/m3 nicht eingehalten wird.
Dabei ist die Luftqualität in den letzten 30 Jahren bei allen für die Umwelt relevanten Abgaskomponenten deutlich besser geworden. Die erzielten Erfolge bei der Emissionsverringerung und lufthygienischen Überwachung werden oft nicht wahrgenommen, auch weil die Medien dazu neigen, die auffälligsten Werte bei ungünstigen meteorologischen Episoden herauszustellen. Der Bürger hat daher meist den Eindruck, dass er eine ungesunde Luft einatmen muss. In Einzelfällen wird sogar die Nichteinhaltung von Grenzwerten beklagt. So hat die Organisation Deutsche Umwelthilfe e.V. für großen Wirbel gesorgt, indem sie die Einhaltung dieser Grenzwerte in einigen Städten eingeklagt hat. Im September 2019 hat sie sogar mit einer Beugehaft für den Bayerischen Ministerpräsidenten Markus Söder gedroht, weil er für München wegen der Überschreitung des NO2-Jahresmittelgrenzwertes an einigen Straßen kein Fahrverbot für ältere Dieselfahrzeuge ausgesprochen hat. Dabei hat das Bayerische Umweltministerium mit der Stadt München einen der umfangreichsten Maßnahmenpläne erarbeitet.
Als Folge dieser Aktionen sind sowohl bei den Länderbehörden wie bei Besitzern von Diesel-Fahrzeugen immense Kosten entstanden. Das Bundesverwaltungsgericht hat zum Teil Einfahrverbote verhängt, die in Stuttgart (ab 1. Januar 2019) wieder aufgehoben wurden. In einigen Städten, zum Beispiel in Hamburg, wurden einzelne belastete Straßen für Fahrzeuge, die nicht die neuen Abgasstandards einhalten, gesperrt. Viele Urteile sind aber noch nicht rechtskräftig. Die Diesel-Pkw-Neuzulassungen sind in einem Jahr (vom Februar 2017 bis Februar 2018) von 53% auf 33% gefallen und die Dieselanfragen bei der Online-Suche von 26% auf 17%. Der Wert eines drei Jahre alten Diesel-Pkw hat sich deutlich verringert.1
Als technische Lösung wurden bei älteren Diesel-Pkw Nachrüstungen gefordert. Im Sommer 2019 wurden technische Lösungen einiger Zulieferfirmen freigegeben. Ein Einsatz muss aber von den jeweiligen Fahrzeugfirmen freigegeben werden.
Zusammenfassung zum Straßenverkehr
Für die Komponenten Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub (PM10 und PM2,5) sind seit 1.1.2010 Grenzwerte gültig, deren Einhaltung vom Bundesverwaltungsgericht gefordert wird. Alle Städte mit erhöhten Konzentrationen bei den Abgaskomponenten Stickstoffdioxid und Feinstäube haben daher Luftreinhaltepläne aufgestellt. Die Umsetzung der dort aufgelisteten Maßnahmen dauert unterschiedlich lang. Das führt dazu, dass die Einhaltung der Grenzwerte in vielen Städten noch nicht gewährleistet ist. Während Umweltzonen relativ zeitnah ausgewiesen werden können, können andere Maßnahmen erst nach und nach in die Praxis umgesetzt werden. Fahrverbote wurden für einige betroffenen Städte erlassen, wobei die Urteile noch nicht rechtskräftig sind, siehe auch Kapitel 19.
Grenzwertdiskussion für NO2
Für Europa werden die Grenzwerte von der Europäischen Kommission festgelegt und anschließend vom Europaparlament verabschiedet. Die Staaten haben dann die Pflicht, diese Werte in das nationale Recht zu übernehmen. Zum Schutz der menschlichen Gesundheit werden Kurzzeit- und Langzeitgrenzwerte aufgestellt. In der EU-Richtlinie 2008/50/EG (im deutschen Recht mit der 39. BImSchV) wurde für Stickstoffdioxid in der Außenluft ein 1-Stunden-Grenzwert von 200 µg/m3 festgelegt, der nicht öfter als 18-mal im Kalenderjahr überschritten werden darf und seit Jahren in Deutschland eingehalten wird.
In der Verordnung ist auch ein Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m3 festgelegt. Bei Inkrafttreten des Grenzwerts im Jahr 2002 galt für diesen Jahresgrenzwert noch eine Toleranzmarge von 16µg/m3. Sie verminderte sich ab 1. Januar 2003 bis zum 1. Januar 2010 stufenweise um jährlich 2µg/m3. Seit 2010 ist die Toleranzmarge entfallen und der Jahresgrenzwert von 40 µg/m3 ist verbindlich einzuhalten. Für Stickstoffdioxid ist in der EU eine Alarmschwelle von 400 μg/m3 festgelegt. Wird dieser Wert in drei aufeinanderfolgenden Stunden an Orten gemessen, die für die Luftqualität in Bereichen von mindestens 100 km2 oder im gesamten Gebiet/Ballungsraum repräsentativ sind, muss der betroffene Mitgliedsstaat umgehend geeignete Maßnahmen ergreifen.
Diese Verschärfung des NO2-Jahresmittelgrenzwerts hat zu der aktuellen Diskussion geführt, da die NO2-Jahresmittelwerte an starkbefahrenen Straßen – an denen die Messstationen in unmittelbarer Nähe der Bordsteinkante liegen – nicht so schnell sinken, wie von den Umweltbehörden gewünscht. Die Gründe dafür werden später noch erläutert. Die Schärfe des NO2-Jahresmittelgrenzwerts wird aus mehreren Gründen kritisiert:
In USA gilt beispielsweise ein NO2-Jahresmittelgrenzwert von 100µg/m3, in Kalifornien – bekannt für eine sehr strenge Regelungen – gilt 57µg/m3. Anfragen von deutschen Politikern, ob der Europäische Grenzwert nicht überdacht werden könnte, sind gescheitert.
In den USA gilt nach der Vorgabe der für die nationalen Umweltstandards zuständigen Gesundheitsbehörde EPA seit 2010 ein zu den EU-Kriterien annähernd vergleichbarer 1-Stunden-Grenzwert (100 ppb beziehungsweise 200µg/m3), aber ein gut doppelt so hoher Grenzwert für das Jahresmittel wie in der EU (53 ppb beziehungsweise 100µg/m3). In Kalifornien und sechzehn weiteren US-Bundesstaaten hingegen beträgt der Grenzwert für das Jahresmittel nur 30 ppb beziehungsweise 57 µg/m3.
Die Kritik zum Jahresmittelgrenzwert von 40 µg/m3 kommt von mehreren Seiten. Der Präsident der Deutschen Gesellschaft für Arbeits- und Umweltmedizin, Hans Drexler, hat vor Panikmache im Streit um Grenzwerte und Dieselfahrverbote gewarnt.2 „Auch bei 100µg/m3 NO2 sehen wir noch keinen Effekt, der krank machen kann“, sagte der Erlangener Professor der dpa.3 An der Landshuter Allee in München wurde im vergangenen Jahr ein Jahresdurchschnittswert von 78µg/m3 gemessen, am Neckartor in Stuttgart liegt der Messwert ähnlich hoch. Wenn Politik und Gesellschaft Grenzwerte mit Sicherheitsfaktor haben wollten, sei das eine gesellschaftliche Entscheidung, sagte Drexler. Er kritisierte Aussagen, wonach NO2 in Deutschland jährlich 12860 vorzeitige Todesfälle verursache: „Durch Berechnungen von Stickoxid auf Tote zu schließen, ist wissenschaftlich unseriös.“ Gefährlich sei Feinstaub, „ein Killer, das bleibt in den Zellen hängen, schadet der Lunge, verursacht Herzinfarkte. Aber NO2 ist kein Vorläufer von Feinstaub“, sagte der Arbeits- und Umweltmediziner,4 der den NO2-Grenzwert für Industriearbeitsplätze in Deutschland mit erarbeitet hat. Dieser Wert liegt bei 950µg/m3.
Der Unterschied
Stickstoffdioxid NO2Die 950µg/m3 gelten für gesunde Erwachsene, 40 Stunden die Woche, ein Arbeitsleben lang. Sorgfältige Laborstudien mit Freiwilligen und Erfahrungen von Menschen, die im Steinkohlebergbau arbeiten, zeigen bis 950µg/m3 keine klaren Effekte. Ratten, die monatelang 9500µg/m3 ausgesetzt waren, zeigten erste Veränderungen an den Lungen. In Tierversuchen mit rund 4000µg/m3 NO2 sind keine Effekte feststellbar. Nach dem Vorgehen der DFG-Kommission wurde daraus eine Arbeitsplatzgrenzwert von 950µg/m3 abgeleitet. Bei dem Außenluftgrenzwert geht es um verschiedene Zielgruppen: Kinder, Alte und Asthmakranke, die ihr ganzes Leben lang 40µg/m3 einatmen, sollen keinen Schaden erleiden. Die Grenzwerte beruhen oft auf unterschiedlichen Daten. In einer Studie wurde festgestellt, dass Kinder in Wohnungen mit Gasherd häufiger krank wurden als in Wohnungen mit Elektroherd. Die Weltgesundheitsorganisation WHO machte NO2 dafür verantwortlich. Daraus leitete sie einen Grenzwert von 40µg/m3 ab. Die Senatskommission der Deutschen Forschungsgemeinschaft hat diese Studie zur Grenzwertableitung nicht herangezogen.5
Die Deutsche Umwelthilfe sagt, in Deutschland verursache NO2 jährlich 12860 vorzeitige Todesfälle. Die Messstation mit dem höchsten Wert 2017 in Deutschland ist mit 78µg/m3 die Landshuter Allee am Mittleren Ring in München. Müssen Anwohner fürchten, krank zu werden und früher zu sterben?
Tote, da entsteht Angst. Man sollte schon seriös bleiben. Zum einen, was heißt vorzeitige Todesfälle? Geht es um Jahre, Tage oder um Minuten verlorene Lebenszeit? Zum anderen halte ich diese Zahlen nicht für wissenschaftlich gut begründet. Durch Berechnungen von NOx auf Tote zu schließen, ist wissenschaftlich unseriös. Feinstaub ist „ein Killer, das bleibt in den Zellen hängen, schadet der Lunge, verursacht Herzinfarkte“, wie der Umweltmediziner Drexler feststellte.6 Aber NO2 ist kein Vorläufer von Feinstaub. Stickoxide kann man dem Diesel anlasten – Feinstaub nicht.
Muss der 40µg/m3-Grenzwert strikt durchgesetzt werden?
Ein messbarer Effekt beim Treppenstiegen ist ein Anstieg von Puls- und Atemfrequenz. Das macht den Menschen aber nicht krank. Ein Grenzwert soll verhindern, dass messbare Effekte Menschen krank machen. Auch bei 100µg/m3 NO2 sehen wir noch keinen Effekt, der krank machen kann. Wenn Politik und Gesellschaft Grenzwerte mit Sicherheitsfaktoren haben wollen, ist das deren Entscheidung. Das ist keine Sache der Wissenschaftler.
Drexler: „Ich hielte Fahrverbote für medizinisch nicht begründbar, wenn man die Stickoxidbelastungen als Grundlage heranzieht.“7
In der Debatte um mögliche Gesundheitsschäden durch Stickstoffdioxid (NO2) schlägt ein früheres Mitglied der Regierungskommission für Bevölkerungsschutz, der Arzt und Biochemiker Professor Alexander Kekulé, die Angleichung der europäischen Grenzwerte an die in den USA gültigen Werte vor. Im Interview am 30. Januar 2019 mit dem NDR plädiert Kekulé dafür, den derzeit gültigen Grenzwert von 40 Mikrogramm NO2 pro Kubikmeter Luft auf 100 Mikrogramm anzuheben und sich damit dem US-amerikanischen Grenzwert anzuschließen. Es gebe keine wissenschaftlichen Belege dafür, dass im Bereich zwischen 40 und 100 Mikrogramm durch NO2 verursachte gesundheitliche Schäden auftreten. Die US-amerikanische Umweltbehörde sei in einer großen Studie 2018 erneut zu dieser Bewertung gekommen.8
Grenzwertdiskussion Feinstaub für PM10
Die lufthygienische Einschätzung der Partikel hat sich im Laufe der Jahre verändert.
In den 70er-Jahren stand die Verringerung des Gesamtstaubs TSP im Vordergrund.
Ab ca. 2000 legte man das Augenmerk auf die lungengängige Partikel-Fraktion unter 10µm. Zum Schutz der menschlichen Gesundheit gelten seit dem 1. Januar 2005 europaweit Grenzwerte für die Feinstaubfraktion PM10. Der Tagesgrenzwert beträgt 50µg/m3 und darf nicht öfter als 35-mal im Jahr überschritten werden. Der zulässige Jahresmittelwert beträgt 40µg/m3.
Nur wenige Jahre später ergaben neuere Erkenntnisse, dass Partikel unter 2,5µm noch wichtiger sind. Daher wurde diese PM2,5 -Partikelgruppe in die Messungen einbezogen.
Mit dem Inkrafttreten der TA Luft haben sich die Staubemissionen stationärer Quellen sehr schnell verringert. Mit der VDI-Norm 2310 und dem TA Luft-Tagesmittel-Grenzwert von 300µg/m3 und dem Jahresmittelgrenzwert von 150µg/m3 haben sich auch die PM10-Konzentrationen signifikant verbessert. In den Luftreinhalteplänen der Landesämter waren teilweise Forderungen zur Verringerung von Feinstäuben enthalten. Durch die konsequente Filteranwendung beim Pkw und Nutzfahrzeug ist dieses Problem gelöst.
Die PM10-Immissionsgrenzwerte werden in allen 16 Bundesländern unterschritten.9
Grenzwertdiskussion Feinststaub PM2,5 und die Partikelanzahl als neue Messgröße
Seit 01.01.2015 gilt für die PM2,5-Fraktion der Jahresgrenzwert von 25µg/m3. In mehreren epidemiologischen Studien in den USA wurde eine stärkere Assoziation von PM2,5 mit Wirkungen beim Menschen herausgefunden als mit PM10. Das hat zu der Einführung dieser Partikelgruppe geführt. Inwieweit diese für USA herausgefundenen Zusammenhänge auf Deutschland übertragbar sind, muss noch untersucht werden, da nicht nur die Größe, sondern auch weitere Eigenschaften wie chemische Zusammensetzung, Morphologie und Wasserlöslichkeit eine Rolle spielen.
Die PM2,5-Immissionsgrenzwerte werden in Deutschland indes seit Jahren eingehalten.
Selbst an den verkehrsnahen Messstationen werden in allen Bundesländern die geltenden Grenzwerte mit meist weiter fallender Tendenz unterschritten.
Da die Bestimmung der Feinstäube als nicht ausreichend eingeschätzt wird und die Jahresmittelwerte unter den Immissionsgrenzwerten liegen, wird eine zusätzliche Größe eingeführt. Der Fokus wird jetzt auf die Teilchenzahl gelegt. Man befürchtet, dass noch kleinere Partikel mit einer Größe von 100nm bis hin zu 10nm und kleiner (Nanopartikel) ins Lymphsystem und ins Blut gelangen und damit Herz- und Kreislauferkrankungen verstärken, Nervengewebe schädigen und sogar an Krankheiten wie Krebs, Alzheimer oder Demenz beteiligt sein könnten.
Generell hängt die Wirkung von Partikel von der Größe, der Oberfläche, der Struktur, der Wasseraffinität und chemischen Zusammensetzung ab. Hier sind noch viele Fragen zu klären, innerhalb des REACH-Prozesses wird schon an der Risikobewertung und an Regularien und weiteren Forschungen gearbeitet.10
Das Umweltbundesamt (UBA) hat zur Emissionsverminderung beim Straßenverkehr Grenzwertvorschläge gemacht. Die Teilchenzahl wird ab der Euro-6-Stufe bei Dieselmotoren auf 6*1011/km begrenzt, gemessen im neuen Messverfahren WLTC. Für den Real Driving Test RDE sind 9*1011 festgelegt, siehe Details im Anhang. Eine verlässliche Datenbasis für die verschiedenen Betriebsbedingungen und Antriebsarten muss noch erarbeitet werden.
Im urbanen Hintergrund sind Teilchenzahlen von rund 12000 pro cm3 üblich, in Städten liegen die mittleren Werte bei 25000 pro cm3, bei starkem Verkehr wurden in der Schweiz in der Spitze 40000 pro cm3 gemessen.11
Ein Immissionsgrenzwert für die Teilchenzahl ist noch nicht definiert.
Zusammenfassung zu Grenzwerten für Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub
Für die Komponenten Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub (PM10 und PM2,5) sind seit 1.1.2010 Grenzwerte gültig, deren Einhaltung vom Bundesverwaltungsgericht gefordert wird. Städte mit erhöhten Konzentrationen bei den Komponenten Stickstoffdioxid und Feinstäube haben daher Luftreinhaltepläne aufgestellt. Die dort aufgelisteten Maßnahmen dauern zur Umsetzung unterschiedlich lang. Die Einhaltung der Grenzwerte wird in vielen Städten noch nicht erreicht. Während Umweltzonen relativ zeitnah ausgewiesen werden können, kann das teilweise bei anderen Maßnahmen erst nach und nach in der Praxis verwirklicht werden. Fahrverbote wurden für einige betroffene Städte erlassen, wobei die Urteile noch nicht rechtskräftig sind.
Feinstaub-Jahresmittelgrenzwerte werden seit Jahren in allen Städten eingehalten. Durch die Einführung der Dieselfilter bei Pkw und Nutzfahrzeugen konnte dieses Problem relativ zügig gelöst werden.
Die Höhe des Stickstoffdioxidgrenzwertes wird kontrovers diskutiert, seine Herleitung ist politisch, aber nicht wissenschaftlich zu begründen. Es wird auch daran gezweifelt, inwieweit die Messstationen in den Städten repräsentativ für die Exposition der Bevölkerung sind. Fahrverbote sind daher nicht verhältnismäßig.
In den folgenden Kapiteln werden für einige Bundesländer Langzeitverläufe dargestellt.
Situation am Arbeitsplatz und in Innenräumen
Der Stickstoffdioxidgrenzwert von 950 µg/m3 gilt für bestimmte Industrie- und Handwerksarbeitsplätze und bezieht sich auf den Mittelwert einer Schicht, die in der Regel acht Stunden lang ist. Er darf kurzzeitig und bis zu viermal pro Schicht um das Zweifache (als Mittelwert über 15 Minuten, Überschreitungsfaktor 2) überschritten werden. Der Arbeitsplatzgrenzwert gilt im Sinne der Gefahrstoffverordnung für Beschäftigte, bei denen aufgrund der Tätigkeiten am Arbeitsplatz eine erhöhte Stickstoffdioxid-Belastung zu erwarten ist. Dieser Wert wird als Arbeitsplatz-Richtgrenzwert auch in der Richtlinie (EU) 2017/164 aufgeführt. Der Wert gilt für gesunde Arbeitende an acht Stunden täglich und für maximal 40 Stunden in der Woche. Die Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer, die berufsbedingt Schadstoffen ausgesetzt sind, erhalten zusätzlich eine arbeitsmedizinische Betreuung und befinden sich somit unter einer strengeren Beobachtung als die Allgemeinbevölkerung. Falschmeldungen, denenzufolge der Grenzwert von 950 µg/m3 für Büros gelte, führten zu Kritik am Grenzwert von 40µg/m³ für den Jahresmittelwert im Freien.
Der Vorsorgegrenzwert von 80µg/m3 als 60-Minuten-Mittelwert und der Gefahrengrenzwert von 250µg/m3 als 60-Minuten-Mittelwert gilt für alle anderen Innenräume, in denen keine entsprechenden Tätigkeiten durchgeführt werden, zum Beispiel Büros und Schulen sowie für Wohnräume. Diese Werte hat der Ausschuss für Innenraumrichtwerte (AIR, ehemals Ad-hoc-Arbeitsgruppe der Kommission Innenraumlufthygiene) des Umweltbundesamtes 2018 festgelegt. Der Gefahrenrichtwert, auch Kurzzeitrichtwert II genannt, stellt einen wirkungsbezogen Wert dar, bei dessen Erreichen beziehungsweise Überschreiten unverzüglich zu handeln ist, da bei einer dauernden Überschreitung dieses Richtwertes insbesondere bei empfindlichen Personen eine gesundheitliche Gefährdung gegeben sein kann.
Der Jahresmittelwert-Grenzwert von 40µg/m³ für die Außenluft wird auch für die Bewertung der langfristigen Belastung in Innenräumen in der Arbeitsstättenverordnung vorgesehen.
Messstellenthematik
Die Grundlage zur Beurteilung und Kontrolle der Luftqualität in Europa bildet die EU-Richtlinie 2008/50/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21. Mai 2008 über Luftqualität und saubere Luft für Europa (Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG)
EU-Regelungen
In der Richtlinie 2008/50/EG wurden Grenzwerte für Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Feinstaub PM10, Schwefeldioxid, Benzol, Kohlenmonoxid und Blei festgelegt und zusätzliche Luftqualitätsstandards für die noch kleineren PM2,5-Feinstäube.
Bis zum 10. Juni 2010 mussten die Mitgliedsstaaten die Richtlinie in nationales Recht umsetzen. In Deutschland erfolgte die Umsetzung mit der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen am 2. August 2010, die zuletzt durch Artikel 1 der Verordnung vom 10. Oktober 2016 geändert worden ist.
Zur bundesweiten Beurteilung der Luftqualität gemäß der 39. BImSchV werden von den jeweiligen Landesämtern Probenahmestellen für Stickstoffdioxid (NO2) betrieben. Für diese Probenahmestellen müssen die Anforderungen der 39. BImSchV Anlage 3 eingehalten werden. Dort sind großräumige und kleinräumige Standortkriterien definiert.
Großräumige Kriterien:
„Der Ort von Probenahmestellen, an denen Messungen zum Schutz der menschlichen Gesundheit vorgenommen werden, ist so zu wählen, dass Daten über Bereiche innerhalb von Gebieten und Ballungsräumen, in denen die höchsten Werte auftreten, denen die Bevölkerung wahrscheinlich direkt oder indirekt über einen Zeitraum ausgesetzt sein wird, der im Vergleich zum Mittelungszeitraum der betreffenden Immissionsgrenzwerte signifikant ist; sowie Daten zu Werten in anderen Bereichen innerhalb von Gebieten und Ballungsräumen, die für die Exposition der Bevölkerung allgemein repräsentativ sind.“
Kleinräumige Kriterien:
„Bei kleinräumigen Ortsbestimmungen der Probenahmestellen ist zu berücksichtigen, dass der Luftstrom um den Messeinlass nicht beeinträchtigt werden darf, das heißt, bei Probenahmestellen an der Baufluchtlinie soll die Luft in einem Bogen von mindestens 270° oder 180° frei strömen.
Der Messeinlass muss sich grundsätzlich in einer Höhe zwischen 1,5 Meter (Atemzone) und 4 Meter über dem Boden befinden.
Der Messeinlass darf nicht in nächster Nähe von Emissionsquellen angebracht werden.
Bei allen Abgaskomponenten dürfen verkehrsbezogene Probenahmestellen zur Messung höchstens 10 Meter vom Fahrbahnrand entfernt sein; vom Fahrbahnrand verkehrsreicher Kreuzungen müssen sie mindestens 25 Meter entfernt sein.“12
Zusammenfassung Gesetzgebung
GesetzgebungDie Höhe des Stickstoffdioxidgrenzwerts wird kritisiert. Seine Herleitung ist nicht wissenschaftlich zu begründen. Es stellt sich die Frage, ob die Verschärfung des NO2-Jahresmittel-EU-Grenzwerts nicht über das Ziel hinausgeschossen ist, wenn man zum Beispiel den NO2-Jahresmittel-Grenzwert in den USA vergleicht.
In den USA liegt der NO2-Jahresmittel-Grenzwert bei 53ppb, dies entspricht 100µg/m3. Dort werden im Clean Air Act für sechs Komponenten – darunter auch NO2 – die Höhe der Immissionsgrenzwerte mit einem aufwendigen Procedere in regelmäßigen Abständen überprüft und festgelegt.13
Die amerikanische Umweltbehörde EPA legt diesen Air Quality Standard für ihre Bewertung der Luftqualität zugrunde und leitet entsprechend der gemessenen Konzentrationen in den einzelnen Staaten notwendige Maßnahmen ein. Die EPA ist bekannt für eine sehr strikte Gesetzgebung. Die Europäische Kommission ist auch auf die Bewertung von Wissenschaftlern angewiesen, die ähnlich wie in den USA den Grenzwert für die Stickstoffoxide anhand von toxikologischen und epidemiologischen Studien vorgeschlagen haben. Warum die Bewertungen in Europa und in den USA so unterschiedlich sind, bleibt ein Rätsel.
Da die europäischen Staaten gezwungen sind, die von der Kommission festgeschriebenen Grenzwerte in nationales Recht zu übernehmen, ist jetzt insbesondere in Deutschland eine Situation entstanden, die bei Kommunen und auch bei den Ingenieuren der Automobil- und Zulieferfirmen nur mit extremem Aufwand zu lösen ist. In den Bundesländern ist die Wahl eines repräsentativen NO2-Messwertes nicht einheitlich. Da oft Hotspot-Stationen in den Vordergrund gerückt werden, fehlt ein fairer Vergleich. Manche Bundesländer überprüfen daher die Standortfrage der Messstationen.
Ein weiterer Aspekt muss noch in dieser Frage angesprochen werden. Wie erklärt es sich, dass man den Menschen am Arbeitsplatz eine über 20-fache NO2-Konzentration zumutet, wenn bereits NO2-Konzentrationen im Bereich von 41µg/m³ bis 80µg/m³ in der Außenluft als krankmachend bezeichnet werden?
Der Arbeitsplatzgrenzwert liegt bei 950µg/m³. Auch wenn der Arbeitsplatzgrenzwert ein Wert für die zeitlich begrenzte Belastung gesunder Arbeitender ist, während der NO2-Grenzwert in der Außenluft auch empfindliche Personen rund um die Uhr schützt, ist diese Diskrepanz nicht nachvollziehbar.
Die Europäische Kommission in Brüssel sollte – ähnlich wie in den USA – eine regelmäßige Überprüfung der Luftqualitäts-Grenzwerte in die Gesetzgebung integrieren.
Die Europäische Kommission hätte den europäischen Staaten viel Ärger erspart, wenn sie sich den Bewertungen der Wissenschaftler, die in den USA den Grenzwert in den Air Quality Criteria festgelegt haben, angeschlossen hätten.
Es muss auch erwähnt werden, dass es Staaten mit noch schärferen NO2-Jahresmittel-Grenzwerten gibt, wie die Schweiz und Kalifornien.
Der NO2-Jahresmittelgrenzwert in der Luftreinhalteverordnung der Schweiz liegt bei 30µg/m3 und der Tagesmittelgrenzwert liegt bei 100µg/m3. Die Grenzwerte für NO2 werden 2016 in den Stadtzentren (Bern-Bollwerk und Lausanne-César-Roux) und entlang der Autobahnkorridore (Härkingen-A1 und Sion-Aéroport-A9) noch deutlich überschritten.14
Die kalifornische Umweltschutzbehörde CARB (California Air Ressources Board) hat den Air Quality Standard für NO2 bei der letzten Revision am 23. Februar 2007 auf 30ppb entsprechend 57µg/m3 verschärft. Die WHO hat für NO2 einen Jahresmittel-Richtwert von 20µg/m3 empfohlen.15 16
Aufgrund dieser komplexen Faktenlage ist die aktuelle Fahrverbotspolitik als unverhältnismäßig anzusehen.
Exkurs: Messstellenkritik
Aufgrund der häufig erfolgten Kritik wurde vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit beim TÜV Rheinland Energy GmbH ein Gutachten in Auftrag gegeben. Die Prüfung bezog sich auf Einhaltung der oben genannten Kriterien bei kleinräumiger Ortsbestimmung aller verkehrsbezogenen NO2-Probenahmestellen, die 2018 eine NO2-Grenzwerteüberschreitung gemessen haben. Betroffen sind die Länder Baden-Württemberg, Bayern, Berlin, Hamburg, Hessen, Niedersachsen, Rheinland-Pfalz, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein.17
In dem Gutachten wird die Beurteilung der Repräsentativität ausgeklammert. Fehlt der Nachweis der Repräsentativität, ist eine Analyse der Bebauungsstruktur über einen mindestens 100 m langen Straßenabschnitt mit aktuellen Zahlen der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke bzw. eine mikroskalige Ausbreitungsrechnung für die Umgebung der Station durchzuführen. Diese Einschränkung birgt gewisse Unsicherheiten. Diese haben dazu geführt, dass geplante Sperrungen für Dieselfahrzeuge der Emissionsklasse Euro 4 und darunter in Stuttgart, München und Frankfurt nicht zum Einsatz kamen – beziehungsweise im Falle von Stuttgart zurückgenommen werden mussten.
Der Bericht räumt ein, „dass es schwierig ist, abschließend zu beurteilen, ob eine Probenahme die Anforderungen nach Abschnitt B der 23.BImSchV hinsichtlich der Repräsentativität erfüllt.“ Die Punkte 1a) und 1f) in der 39. Bundes-Immissionsschutzverordnung Anlage 3 (Details im Anhang unter Kapitel 6) werden im Rahmen der vorliegenden Untersuchung nicht geprüft, obwohl der Punkt 1a) bei der Auswahl der Messstellen als erstes, zu berücksichtigendes Kriterium erkannt wurde und eine übergeordnete Stellung einnimmt.
Auch bei weiteren Kriterien werden Annahmen getroffen, die es dann erlauben sollen, die Repräsentativität positiv darzustellen. Passivsammelmessungen (8 Spotmessungen) über einen Abstand von 95 m zeigen 2017 zum Beispiel am Stuttgarter Neckartor Mittelwerte zwischen 49µg/m3 und 73µg/m3.
Das Bayerische Landesamt für Umwelt 2015 hat eine umfangreiche Studie „Untersuchung der räumlichen Verteilung der NOx-Belastung im Umfeld von vorhandenen, hochbelasteten Luftmessstationen“ veröffentlicht, in der detailliert die Einflüsse von Verkehrsdichte, Flottenzusammensetzung, Bebauung, Baulücken durch Nebenstraßen, Windrichtung und Lage der Messstationen analysiert wurde.18 Es zeigt sich auch hier, dass es schwer ist, eine repräsentative Aussage über die Belastung der Bevölkerung zu treffen.
Zusammenfassung Messthematik
Es fehlt eine allgemein akzeptierte Methodik, die eine repräsentative Exposition für die Bevölkerung sicherstellt.
Es wird auch daran gezweifelt, inwieweit die Messstationen in den Städten repräsentativ für die Exposition der Bevölkerung sind.
In einer Studie des Umweltbundesamtes wurde untersucht, wie viele Einwohner bestimmten Konzentrationsklassen in 5er-Schritten ausgesetzt sind. Dabei zeigt sich, dass die Einwohner Deutschlands seit 2011 Konzentrationen über 40µg/m3 kaum mehr ausgesetzt sind.
Mehr als die Hälfte der Bevölkerung ist einer NO2-Konzentration von weniger als 15µg/m³, rund ein Viertel weniger als 20µg/m³, 12% weniger als 25µg/m³, 5% weniger als 30µg/m³ und weniger als 1% NO2-Konzentrationen von 40µg/m³ ausgesetzt. Die NO2-Exposition mit Werten über 40 ist in dieser Grafik bereits seit Jahren kaum mehr darstellbar.19 In der Berichterstattung über die Luftqualität wird in erster Linie auf NO2-Messwerte von Messstellen nahe am Straßenrand zurückgegriffen. Es wird zu wenig berücksichtigt, ob diese Werte repräsentativ für die tatsächliche Belastung der Bevölkerung sind.
Um die Problematik der angesprochenen Abgaskomponenten näher zu beleuchten, werden die Emissionen und die Luftqualität einiger Städte im Einzelnen behandelt.
Stickstoffoxide NOx, Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2
NOx-Emissionen
Stickstoffoxide NOxDie Bandbreite der Abschätzungen anerkannter Wissenschaftler zum gesamten NOx-Ausstoß geht weit auseinander. Die wahrscheinlichsten Werte sind global insgesamt 190 Millionen t, davon tragen biogene Quellen 80 Millionen t und anthropogene Quellen 110 Millionen t bei.1
Zu den biogenen Quellen tragen Böden 39%, Blitze 32%, Verbrennung von Biomasse bei Feuern, die durch Blitze ausgelöst wurden zu 19%, und kleinere Anteile durch Oxidation von Ammoniak 6%, Ozeane 2% und aus der Stratosphäre 2% bei.
Der Mensch verursacht von den 110 Millionen t 25% durch den Betrieb der Kraftwerke, 14% durch die Verbrennung von Biomasse, 12% durch Industrieanlagen, 11% durch den Nutzfahrzeug- und Busverkehr, 9% durch den Pkw-Verkehr, 7% durch Mineraldünger, 7% durch Hausbrand und Kleinverbraucher, 5% durch Oxidation von Ammoniak, 5% durch den Schiffsverkehr, 3% durch den Flugverkehr und 2% durch sonstigen Verkehr.2
Die NOx-Emissionen in Europa haben sich von 18,2 Tausend t im Jahr 1990 auf 7,3 Tausend t im Jahr 2018 abgesenkt. Das Ziel, das in der „National Emission Ceiling Richtlinie der EU28 NEC“ festgelegt ist, wurde bereits 2011 erreicht.3
Innerhalb Europas liegt Deutschland beim NO2 zwar im letzten Drittel, verbessert sich aber jedes Jahr.
Bild 6:
Ranking der NO2-Jahresmittelwerte in den 33 EU-Staaten 20184
(Die schwarzen Punkte stehen für die Jahresmittelwerte, die Rechtecke markieren die 25- und 75-Percentile und die Striche die Spanne der höchsten beziehungsweise niedrigsten Werte).
25- und 75-Percentile (Maßzahl für die statistischen Verteilung einer Streuung, d.h., 25% bzw. 75% der Werte sind jeweils kleiner.
NOx-Emissionen in Deutschland
Allein der Straßenverkehr hat seine NOx-Emissionen von 1,340 Millionen t im Jahr 1990 auf 0,4 Millionen t verringert.5 2018 verringern sich laut der neuesten Auswertung des UBA die NOx-Emissionen insgesamt um 86,3kt, die des Verkehrs um 54,6kt. Die massiven Absenkungen der NOx-Emissionen haben sich auch auf die Luftqualität der Komponenten NO und NO2 ausgewirkt.
Um die Luftqualität in Deutschland zu beurteilen, wurden die vier Bundesländer Baden-Württemberg, Bayern, Berlin und Nordrhein-Westfalen ausgewählt und detaillierter betrachtet. Kriterien waren Datenzugänglichkeit und Bevölkerungsdichte.
Baden-Württemberg
| Kleine und mittlere Feuerungsanlagen | Verkehr | Industrie und Gewerbe | Biogene Systeme | Sonstige technische Einrichtungen | Summe | |
| 1990 | 15205 | 164654 | 58955 | 11656 | 38266 | 288444 |
| 2000 | 14540 | 110076 | 32009 | 11862 | 28369 | 196856 |
| 2010 | 15096 | 62466 | 26874 | 10019 | 16554 | 131009 |
| 2014 | 10964 | 52494 | 23974 | 10934 | 15430 | 113796 |
Tabelle 1:
Baden-WürttembergEntwicklung der NOx-Emissionen in Baden-Württemberg in t pro Jahr6
Die NOx-Emissionen des Straßenverkehrs wurden um 70% reduziert. Die Gesamtemissionen nehmen von 288444t im Jahr 1990 auf 113796t im Jahr 2014 ab.7 Im Emissionskataster 2014 sind auch Zeitreihen aller Quellen. Der Straßenverkehr als Hauptemittent hat von 5,8 Millionen Fahrzeugen 1990 auf 8,1 Millionen Fahrzeuge 2019 zugenommen. Davon der Pkw-Bestand von 4,92 Millionen auf 6,63 Millionen, Motorräder von 255000 auf 688000.
Die NOx-Emissionen sind seit Jahren rückläufig. Von 0,34Mio t im Jahr 1980 auf 0,19Mio t im Jahr 1998 nach einer frühen Abschätzung. Nach neueren Erkenntnissen beläuft sich die Absenkung von ca. 0,29Mio t im Jahr 1990 auf 0,14Mio t im Jahr 2014. Der Verkehr hatte 2014 einen Anteil von 46%, der Straßenverkehr von 41%. Der Straßenverkehr bleibt der Hauptemittent; seine Emissionen nehmen aber Jahr für Jahr um rund 3000t ab.
Da NO sich in kurzer Zeit in der Atmosphäre in NO2 umwandelt, wird auch der Trend der NO-Luftqualität in einigen ausgewählten Städten betrachtet.
Das Amt für Umweltschutz in Stuttgart betreibt seit Jahren die Hintergrundstation Stuttgart-Mitte Schwabenzentrum. Dort zeigt sich der Rückgang der NO- und NO-Jahresmittelwerte besonders deutlich.
Bild 7:
Trend der NO-Jahresmittelwerte Stuttgart-Mitte (Schwabenzentrum)8
Die NO-Jahresmittelwerte fallen seit 1990 von ca. 55µg/m3 auf 11µg/m3 2017 um 80% ab. Bild 8 zeigt beim NO2 dagegen zwischen 2003 und 2005 höhere Werte. Bis 2017 sind sie nur um 50% auf 29µg/m3 gesunken. Hier spielen andere Faktoren eine Rolle, wie beispielsweise unterschiedliche Ozonkonzentrationen und höhere Temperaturen, die eine Umwandlung von NO zu NO2 begünstigen.
Bild 8:
Trend der NO2-Jahresmittelwerte Stuttgart-Mitte (Schwabenzentrum)9
Insgesamt zeigt sich aber auch beim NO2 ein rückläufiger Trend. Generell ist in der Langzeitbeobachtung die Abgaskomponente NO2 seit rund 10 Jahren rückläufig.
Auch die Stationen Stuttgart, Arnulf-Klettplatz, Reutlingen, Lederstraße Ost, Karlsruhe, Reinhold-Frankstraße und Mannheim, Friedrichsring in Baden-Württemberg zeigen den rückläufigen Trend.10 Am Neckartor sind die NO2-Werte im ersten Halbjahr 2019 gegenüber dem Jahreswert 2018 um 15µg/m3 gesunken (LUBW), der Jahresmittelwert 2018 lag noch bei 71µg/m3, der Mittelwert des Halbjahrs 2019 liegt bei 56µg/m3.11
Der Jahresmittelgrenzwert wird zwar 2018 noch nicht überall erreicht, aber voraussichtlich aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote in wenigen Jahren unterschritten. Überraschenderweise hat sich durch die Corona-Pandemie an der Messstation Neckartor nicht der Rückgang der NO2-Konzentrationen gezeigt, wie an den meisten Messstationen im Bundesgebiet. Die Gründe dafür sind erklärungsbedürftig.
Bayern
BayernIn der Fortschreibung des Emissionskatasters Bayern 2004 ergeben sich für NOx 2000233,8kt und für 2004 von 198,9kt.12
Die Prognose für 2010 ist insgesamt 168,7kt, für den Verkehr 115kt, davon entfallen auf den Straßenverkehr 93,8kt. Genehmigungsbedürftige Anlagen emittieren 34,511kt und nicht genehmigungsbedürftige Anlagen 19,227kt.13
Zum Vergleich mit den Luftqualitätswerten sind die Emissionen in Augsburg, München und Regensburg für 2000 dargestellt.
| Ort | Straßenverkehr | Summe aller Sektoren |
| München (Stadt) | 1777,5 t | 5391,3 t |
| München (Landkreis) | 4529,1 t | 7172,3 t |
| Augsburg (Stadt) | 461,2 t | 1772,4 t |
| Regensburg (Stadt) | 668,3 t | 1591,1 t |
Tabelle 2:
NOx-Emissionen in München (Kreisfreie Stadt und Landkreis) 2000 in t14
Stickstoffmonoxid NO
Die NO-Jahresmittelwerte in der Landshuter Allee nehmen von 110µg/m3 2009 auf 66µg/m3 im Jahr 2019 ab.1 Die NO-Jahresmittelwerte am Stachus nehmen von 60µg/m3 2009 auf 33µg/m3 im Jahr 2019 ab.2
Bei Stickstoffdioxid liegt das Niveau deutlich höher. Der Abwärtstrend ist aber auch hier deutlich zu erkennen. NO wandelt sich in wenigen Minuten nach dem Verlassen der jeweiligen Quelle durch Oxidation zu NO2 um. Da die mittleren Ozonkonzentrationen in der Stadt zunehmen, beschleunigen diese die Oxidation zusätzlich. Dazu kommt noch, dass die modernen Abgasabsenkungsstrategien bei vielen Motoren den Oxidationsvorgang bereits im Katalysator einbeziehen und so statt NO mehr NO2 als früher emittieren. Auch höhere Umgebungstemperaturen begünstigen die Umwandlung von NO zu NO2.
Die NO2-Jahresmittelwerte an der Landshuter Allee und am Stachus werden in den nächsten Jahren aufgrund der neuen Abgasgrenzwerte jeweils um 17% zurückgehen.3 Der NO2-Jahresmittelwert an der Landshuter Allee lag 2019 bei 63µg/m3. Da in München auch weitere Maßnahmen ergriffen wurden, liegt der NO2-Jahresmittelwert 2020 bei 54μg/m3. Am Stachus liegt er bei 33μg/m3.
Ergänzende Messungen des Umweltreferats der Landeshauptstadt München in der Tegernseer Landstraße, der Chiemgaustraße und in der Frauenstraße weisen auch 2018 noch Werte über 40µg/m3 aus.4 In München verbessern sich aber die NO2-Konzentrationen jedes Jahr um 3–5µg/m3. Ein Trend, der durch das 2017 eingeführte neue Typprüfverfahren bei Pkw noch signifikanter zu Buche schlagen wird. Der weiträumige Transport belasteter Luftmassen kann darüber hinaus zu höheren Werten führen.
Bei den Messstationen Landshuter Allee und Stachus wird der Jahresmittelgrenzwert zwar 2019 noch nicht erreicht; er wird aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote in wenigen Jahren unterschritten.
Der Blick auf ganz Bayern lässt ebenfalls Positives erkennen: Alle NO2-Jahresmittelwerte im Mittel aller Bayerischen Stationen zeigen einen positiven Trend – mit leichten Schwankungen sinken die Werte seit Jahren.5
Berlin
BerlinDurch eine Vielzahl von Maßnahmen ist die Berliner Luft in den letzten drei Jahrzehnten bereits deutlich besser geworden. Trotzdem kommt es im Berliner Hauptstraßennetz an Straßen mit viel Verkehr noch zur Überschreitung des NO2-Grenzwerts. An Wohnstraßen in der Innenstadt und am Stadtrand werden die Grenzwerte seit Jahren eingehalten.
| 1989 | 1994 | 2005 | 2009 | 2015 | Anteil an 2015 | |
| Stickstoffoxide gesamt | 70369 | 42333 | 19787 | 18718 | 18227 | |
| Genehmigungsbedürftige Anlagen | 43531 | 16169 | 6035 | 6590 | 6091 | 35,9% |
| Gebäudeheizung, Gewerbe, Handel, Dienstleistungen | 3904 | 3820 | 3105 | 2934 | 1994 | 10,5% |
| Verkehr (nur Kfz) | 20034 | 18944 | 9032 | 7613 | 7077 | 37,4% |
| Verkehr (sonstiger) | 1400 | 1300 | 652 | 641 | 1596 | 8,4% |
| sonstige Quellen | 1500 | 2100 | 963 | 940 | 1468 | 7,8% |
Tabelle 3:
Entwicklung der NOx-Emissionen nach Quellengruppen für Berlin in t1
Bei aktuelleren Daten aus dem Jahr 2020 zeigt sich insbesondere beim Straßenverkehr eine weitere Abnahme.2
Bild 9:
Trend der NO2-Jahresmittelwerte in Berlin 2004 bis 20183
Am verkehrsreichen Hardenbergplatz zeigen sich insbesondere nach 2011 die massivsten Verbesserungen. 2019 wird bereits der 40µg/m3 Grenzwert unterschritten. An der Station Silbersteinstraße wird der Grenzwert 2019 erreicht.
Es zeigen sich bei allen Messstationen mit jedem Jahr Verbesserungen. Der Jahresmittelgrenzwert wird zwar 2018 noch nicht überall, aber aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote 2019 erreicht bzw. unterschritten.
Nordrhein-Westfalen
Nordrhein-WestfalenAus dem Emissionskataster NRW-online sind NOx-Emissionen für die Regierungsbezirke Düsseldorf, Köln, Münster, Detmold und Arnsberg für 2012 angegeben.
| Regierungsbezirk | Verkehr | Kfz-Verkehr | Industrie | Kleinfeuerungen | Summe |
| Düsseldorf | 38,992 | 20,930 | 61,145 | 3,864 | 124,931 |
| Köln | 26,908 | 19,167 | 49,044 | 3,631 | 98,750 |
| Münster | 14,882 | 12,561 | 23,098 | 2,236 | 52,777 |
| Detmold | 11,611 | 9,926 | 7,525 | 2,084 | 31,146 |
| Arnsberg | 19,511 | 17,404 | 22,095 | 3,295 | 62,305 |
| Zusammen | 111,904 | 79,988 | 162,907 | 15,110 | 369,909 |
Tabelle 4:
NOx-Emissionen inkt 2012 in den Regierungsbezirken4
Die höchsten Emissionen insgesamt und speziell beim Verkehr ergeben sich im Regierungsbezirk Düsseldorf und Köln. Die Emissionen der Industrie sind etwa dreimal so hoch wie die des Verkehrs.
Die NOx-Emissionen der berichtspflichtigen Betriebe verringern sich von 162000t im Jahr 2007 auf 138000t 2014.5
Die NOx-Emissionen des Straßenverkehrs verringern sich von 287kt 1990 auf 92kt 2016. Das entspricht einer Verbesserung um 68%. Vergleicht man die Werte für den Kfz-Verkehr aus dem Emissionskataster NRW-online für die Regierungsbezirke Düsseldorf 20,93kt, Köln 19,17kt, Münster 12,56kt, Detmold 9,93kt und Arnsberg 17,40kt ergibt sich aufsummiert für 2012 ein NOx-Emissionswert für den Kfz-Verkehr von 80kt.
Die NO2-Konzentrationen in verkehrsreichen Innenstädten nahmen von 2013 bis 2018 im Mittel um rund 10% ab. Bei allen Stationen setzt sich dieser Trend fort. In Dinslaken, Eschweiler, Halle, Langenfeld, Münster und Remscheid wurde hier der Grenzwert im Jahresmittel erstmals eingehalten.1
Es zeigen sich mit jedem Jahr Verbesserungen. Der Jahresmittelgrenzwert wird zwar 2018 noch nicht überall erreicht, aber aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote in wenigen Jahren unterschritten. Der Corona-Lockdown begann in Deutschland in der 12. Kalenderwoche 2020. Nach ersten Abschätzungen hat in NRW der Straßenverkehr um 30 bis 50% durch die Corona-bedingten Einschränkungen abgenommen – mit den zu erwartenden Verbesserungen der Luftqualität. So zeigt der Vergleich der Tagesgänge im Zeitraum 16. März 2020 bis 14. April 2020 einen Rückgang im gesamten Tagesverlauf. Verkehrsnah wird ein Rückgang um 29%, im Hintergrund um 21% angegeben (LANUV-Sonderauswertung). Im Sommer 2020 hat der Verkehr dann wieder Fahrt aufgenommen, daher wird erst die Zukunft zeigen wie nachhaltig die coronabedingte Verminderung ist.2
Über Europa liegen die Konzentrationen in der Troposphäre bedingt durch die Pandemie im Mittel 50% niedriger.3
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