Luftverschmutzung

Die Luftverschmutzung (Luftverunreinigung) ist der auf die Luft bezogene Teilaspekt der Umweltverschmutzung. Gemäß dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG)[1], ist Luftverschmutzung (dort als Luftverunreinigung bezeichnet) eine Veränderung der natürlichen Zusammensetzung der Luft, insbesondere durch Rauch, Ruß, Staub, Gase, Aerosole, Dämpfe oder Geruchsstoffe. Diese Stoffe werden auch als luftfremde Stoffe bezeichnet. In den meisten Industrieländern ist die lokale Luftverschmutzung in den letzten Jahrzehnten stark zurückgegangen. Gleichzeitig hat jedoch der Ausstoß von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid, CO2, weiter zugenommen. In den Ländern der dritten Welt, in Russland, in der Volksrepublik China und anderen Schwellenländern ist die lokale und regionale Luftverschmutzung noch ein erhebliches Problem.
Inhaltsverzeichnis

Geschichte der Luftverschmutzung

Mit der gezielten Anwendung des Feuers durch den Menschen begann die Verschmutzung der Luft mit luftfremden Stoffen. An Torfablagerungen wurde nachgewiesen, dass der Abbau und die Verarbeitung von Blei durch menschliche Kulturen seit 6000 Jahren zu erhöhten Bleiemissionen in der Luft führte, die sich weltweit auswirkten. Erst in den letzten Jahrzehnten sanken diese Emissionswerte durch die Verwendung bleifreien Benzins und Auflagen für die Industrie.[2] Bereits um 1800 v. Chr. soll der Rauch eines Lagerfeuers zusammen mit Sandstaub zu einer Lungenschädigung geführt haben [Mendocino County]. Im alten Rom und später auch in anderen europäischen Städten des Mittelalters finden sich dokumentierte Beschwerden über Luftverschmutzungen. In diesen Beschwerden ging es in der Regel zunächst nur um die Belästigung durch Geruch und Schmutz. Eine mögliche Gesundheitsgefahr war zunächst nicht bekannt. Der Rauch aus den Öfen von Glasmachern im alten Rom um 150 n. Christus war so störend, dass die Glasmacher gezwungen wurden, ihre Werkstätten in die Vororte von Rom zu verlegen.

Im England des 13. Jahrhunderts gab es viele Beschwerden und Probleme durch die Verbrennung stark schwefelhaltiger Kohle. 1257 musste Königin Eleanor von England Nottingham wegen des Rauchs verlassen. 1272 verbot König Edward I. den Gebrauch der schwefelhaltigen Kohle bei Androhung der Todesstrafe.

In der Stadt Köln wurde 1464 einem Kupfer- und Bleischmelzer aufgrund von Nachbarschaftsbeschwerden per Ratsbeschluss der Weiterbetrieb seines Handwerks in der Stadt untersagt. In der Stadt Augsburg wurde 1623 eine Schmelzhütte wegen Nachbarschaftsbeschwerden über ungesunden Rauch und Dampf abgerissen und die Wiederinbetriebnahme außerhalb der Stadt genehmigt.

Quellen

Unser heutiger Lebensstandard ist unter anderem durch einen hohen Energiebedarf, vielfältige industriell hergestellte Produkte sowie ein zunehmendes Verkehrsaufkommen gekennzeichnet. Die Energieerzeugung, die Produktionsprozesse (Industrie, landwirtschaftliche Tierhaltung) sowie der Verkehr sind die wichtigsten Ursachen für die anthropogene (vom Menschen verursachte) Luftverschmutzung. Wichtige Schadstoffe aus den drei Bereichen (Emittentengruppen) sowie daraus resultierende Probleme sind nachfolgend zusammengefasst.
Tabelle 1: Wichtige Emittentengruppen, deren wichtigsten Schadstoffemissionen und die möglichen Folgen für die Umwelt Bereich Schadstoff(e) Mögliche Auswirkungen Bemerkungen
Energieerzeugung Kohlenstoffdioxid (CO2) Klimaerwärmung Verringerung der CO2-Emissionen weltweit durch Kyoto-Protokoll angestrebt, auch durch neuartige Motoren, wie Wasserstoff- oder Brennstoffzellenmotoren
Energieerzeugung Schwefeldioxid (SO2) Saurer Regen, neuartige Waldschäden Verringerung der SO2-Emissionen im Wesentlichen durch Rauchgasentschwefelungsanlagen
Straßenverkehr Stickstoffoxide (NOx) Saurer Regen, Eutrophierung, neuartige Waldschäden, Ozon-Bildung Verringerung der NOx-Emissionen im Wesentlichen durch Abgasnormen und damit durch den Einbau von Drei-Wege-Katalysatoren
Tierhaltung Ammoniak (NH3) Saurer Regen, Eutrophierung Verringerung der NH3-Emissionen u.a. durch Genfer Luftreinhalteabkommen

Heute stellt der Straßenverkehr eine der wichtigsten Quellen für die Luftverschmutzung in Städten dar. Die Abgase der Kraftfahrzeuge belasten die Umgebungsluft primär mit Stickoxiden, NOx, flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan (NMVOC), Ruß und andere Partikel. Zwar wurden die kraftfahrzeugbedingten Schadstoffemissionen sukzessive durch immer strenger werdende Abgasnormen verringert, dieser Effekt wurde aber teilweise durch die Zunahme des Kraftfahrzeugbestandes kompensiert. Extrem starke lokale Luftverschmutzungen finden sich heute weltweit in einigen der sog. Mega-Cities.

Wenig berücksichtigt, aber wohl doch nicht unbeträchtlich, sind die Emissionen des weltweiten Schiffsverkehrs. So liegen die geschätzten Emissionen [3] für

* Stickstoffoxide, NOx, zwischen 3 und 7 Mio. to (berechnet als Stickstoff, N)
* Schwefeloxide, SOx, zwischen 4 und 6,5 Mio. to (berechnet als Schwefel, S)
* Kohlenstoffdioxid, CO2, zwischen 120 und 250 Mio. to (berechnet als Kohlenstoff, C)
* Kohlenwasserstoffe, CxHy zwischen 0,3 und 0,8 Mio. to (berechnet als Methan, CH4)
* Partikel, PM10, zwischen 0,9 und 1,6 Mio. to (berechnet als PM10)

Megastädte sind Städte, in denen mehr als 10 Millionen Menschen wohnen. Sie sind die größten Städte der Welt. Bekannte Megastädte sind z.B.

* London (England, ca. 13 Mio. Einwohner)
* Los Angeles (USA, ca. 18 Mio. Einwohner)
* Mexiko-Stadt (Mexiko, ca. 19 Mio. Einwohner)
* Tokio (Japan, ca. 34 Mio. Einwohner)

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) und das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) messen im Rahmen eines weltweiten Monitoring-Programms auch die Luftqualität in Mega-Cities. Größtes Problem der Mega-Cities hinsichtlich der Luftverschmutzung sind Partikel und Ozon. Mexiko-Stadt, eine der Städte mit den weltweit meisten Einwohnern, weist auch die größte Luftverschmutzung aller Mega Cities auf: Bei den Parametern Schwefeldioxid, Partikel, Kohlenstoffmonoxid und Ozon wurden bei einer Messung 1992 die Werte der Gesundheitsschutzrichtlinien der WHO um mehr als das doppelte überschritten.

Überregionale (globale) Luftverschmutzung

Dass Luftschadstoffe nicht an nationalen Grenzen stoppen, ist spätestens seit dem Auftreten von sauren Niederschlägen in den skandinavischen Ländern bekannt, deren wesentliche Ursache nämlich Schwefeldioxid- und Stickoxid-Emissionen in den mitteleuropäischen Ländern waren.

Tabelle 2: Transport von oxidiertem Schwefel von und nach Deutschland 1998 (Quelle: Farbfoliensatz Umweltdaten Deutschland 2001, Umweltbundesamt Berlin)
Land Export (von Deutschland) Import (nach Deutschland) Differenz (Import – Export)
Polen 73,1 kto 31,5 kto - 41,6 kto
Tschechische Republik 35,2 kto 44,2 kto 9,0 kto
Frankreich 18,4 kto 35,3 kto 16,9 kto
Großbritannien 0,7 kto 19,7 kto 19 kto
Belgien 0,4 kto 15,1 kto 14,7 kto
Niederlande 0,64 kto 0,74 kto 0,1 kto

Vergleicht man den Import (1998: 153,2 kto) mit dem Export (1998: 144,1 kto) von oxidiertem Schwefel von und nach Deutschland zeigt sich hier kein großer Unterschied. Für andere Länder kann sich dieses Verhältnis natürlich verschieben. Trotzdem zeigt die Tabelle 2, dass das Ziel der Verringerung der Luftverschmutzung keine nationale sondern eine internationale Aufgabe ist (s.u.: Internationale Maßnahmen).

Verteilungsweg von Fabrikabgasen

Luftschadstoffe können sowohl in der näheren Umgebung ihres Entstehungsortes als auch weit entfernt davon nachgewiesen werden. Die wesentlichen Einflussfaktoren dieser Ausbreitung bilden Wind und Schichtungszustand der Erdatmosphäre. Als besonders gefährlich erweisen sich dabei Fumigation-Lagen wie im Bild rechts. Sie treten insbesondere bei Stadtklimaten und im Bereich von großen Industrieanlagen auf. Durch die Anreicherung der Schadstoffe, die bis zu einem Smog führen kann, werden dann erhöhte Konzentrationen an Luftschadstoffen nachgewiesen. Dies war in Mitteleuropa und speziell London noch bis in die siebziger Jahre der Fall, tritt aber heute vor allem in ostasiatischen Metropolen wie Peking oder Shanghai auf. Um die Ausbreitung von Luftschadstoffen vorhersagen zu können, wurden daher Methoden zur Ausbreitungsrechnung entwickelt.

Wirkung

Die Luftverschmutzung kann sowohl direkt den Menschen als auch der Umwelt (und ggfs. so indirekt wiederum den Menschen) schaden. Dabei kann ein und derselbe Luftschadstoff in mehrfacher Weise schädigend wirken.

Anfang der siebziger Jahre erregte das Waldsterben große Sorgen in der Bevölkerung. Es wurde vermutet, dass Luftschadstoffe wie Schwefeldioxid, Stickoxide und der saure Regen für diese Entwicklung verantwortlich waren.
Quellen und Multieffekte von Luftschadstoffen: Ein Schadstoff kann zu mehreren Umweltproblemen beitragen

Auf den Menschen

Die Schadstoffe in der Luft können je nach Art des Stoffes und der vorherrschenden Konzentration(en) die menschliche Gesundheit beeinträchtigen (hauptsächlich Erkrankungen der Atemwege und des Kreislaufsystems) oder im schlimmsten Fall zum Tode führen.

Statt der Umsetzung zu N2 kann die Reaktion der Brennstoffradikale (CHn) mit N2 wieder zur Bildung von NOx führen. Diesen Anteil an entstandenem NOx bezeichnet man als „promptes“ NOx und ist auch als „Fenimore-Mechanismus“ bekannt.

Wesentlicher Einflussfaktor sind die entstehenden Kohlenwasserstoff-Radikale, die als Zwischenprodukte der Verbrennung kohlenstoffhaltiger fossiler Brennstoffe vorliegen. Deren Bildungsmechanismen sind äußerst komplex und bisher noch nicht vollständig erfasst und verstanden. Promptes NOx entsteht in sehr schnellen Bildungsreaktionen in vergleichbar geringen Mengen und ist im Vergleich zum thermischen NOx kaum temperaturabhängig, wenngleich der Anteil mit steigender Temperatur zunimmt.