Luft: Emissionskataster

Emissionskataster Kfz-Verkehr

Erhebungsmethode

Im Gegensatz zu den Emittentengruppen Industrie, Kleingewerbe und Gebäudeheizung, bei denen die Emissionsquellen stationäre Anlagen sind, weist der Kfz-Verkehr bewegliche Schadstoffquellen auf. Die Emissionsermittlung für den Bereich Kfz-Verkehr erfolgt nicht anlagenbezogen (pro Fahrzeug), sondern wird streckenbezogen durchgeführt.

Im Folgenden wird die Vorgehensweise bei der Erstellung des Teilkatasters Kfz-Verkehr beschrieben. Innerhalb dieses Emissionskatasters werden folgende Fahrzeugarten unterschieden:

Das vollständige Straßennetz Hessens dient als Datengrundlage. Dieses wird in fünf Straßenarten eingeteilt, die außerdem nach innerorts bzw. außerorts untergliedert sind: Autobahnen, Bundesstraßen, Landesstraßen, Kreisstraßen und Gemeindestraßen.

Die Daten zu den Verkehrsmengen stammen von Hessen Mobil aus Verkehrszählungen im Jahr 2010. Das Verkehrsaufkommen auf den Straßen ohne Zähldaten wird mit einem Modell für die Fahrleistung (gefahrene Kilometer) bestimmt, in das geo- und soziodemographische Daten eingehen. Der Anteil des modellierten Verkehrs betrug etwa ein Fünftel an der Gesamtfahrleistung in Hessen; dabei sind die Verkehrsmengen auf den Kreis- bzw. Gemeindestraßen großenteils auf Basis modellierter Verkehrsdaten berechnet, wohingegen bei den übrigen drei Straßenarten weitgehend auf gezählte Verkehrsdaten zurückgegriffen werden kann.

Das Emissionsmodell basiert auf den zum Zeitpunkt der Erhebung aktuellen Emissionsfaktoren des Umweltbundesamts [1]; sie werden pro Fahrzeugtyp für verschiedene Verkehrssituationen ermittelt. Die Zusammensetzung der Fahrzeugflotte ist ebenfalls Bestandteil des Modells. Die während der Warmlaufphase erhöhten Emissionen gehen als Kaltstartzuschläge in die Emissionsfaktoren ein. Neben den Abgasen aus dem fließenden Verkehr werden außerdem die Emissionen des ruhenden Verkehrs erfasst. Diese ergeben sich aus den Verdunstungsemissionen des Kraftstoffs bei Heiß- und Warmabstellvorgängen sowie bei der Tankatmung. Abweichend vom Standardverfahren werden auch die nicht motorbedingten Feinstaubemissionen durch Abrieb und Aufwirbelung ermittelt und den Staubemissionen zugeschlagen.

Durch die Verknüpfung aller genannten Elemente (Straßennetz, Verkehrsmengen und Emissionsmodell) lassen sich die Emissionen des Straßenverkehrs berechnen. Die linienhaft für die einzelnen Straßenarten vorliegenden Emissionen werden anschließend zu flächenhaft dargestellten Gesamtemissionen transformiert.

Das erste landesweite Emissionskataster für die Emittentengruppe Kfz-Verkehr wurde für die Jahre 1990/91 erstellt; die Ergebnisse der damaligen Erhebung sind in [2] veröffentlicht. Inzwischen wurde das Teilkataster Kfz-Verkehr in modifizierter Form hessenweit für die Bezugsjahre 1995, 2000, 2005 und 2010 fortgeschrieben. Die beiden aus dem Bereich Straßenverkehr ausgewählten Emissionskarten beziehen sich auf das Jahr 2010.

Emittierte Stoffe

Das Teilkataster Kfz-Verkehr umfasst Emissionen von anorganischen und organischen Gasen sowie von Stäuben. In Tabelle 1 sind die entsprechenden Jahresemissionen für die Bezugsjahre 1995, 2000, 2005 und 2010 zusammengestellt. Die Berechnungen für das Erhebungsjahr 2010 erfolgten mit den zum Zeitpunkt der letzten Fortschreibung aktuellen Emissionsfaktoren [1], die früheren Jahrgänge wurden mit der Vorgängerversion 2.1/Feb. 2004 berechnet.

Der NMVOC-Emissionswert stellt einen Summenwert dar, der bis auf Einzelangaben zu Benzol, Toluol und Xylol stofflich nicht weiter aufgeschlüsselt ist. Die organischen Gase bestehen bei dieser Emittentengruppe großenteils aus Kohlenwasserstoffen. Der Staub-Emissionswert wird mithilfe des Emissionsfaktors für Partikel berechnet und ist ebenfalls nicht weiter untergliedert (nur der Anteil Dieselruß ist einzeln ausgewiesen).

Tab. 1: Jahresemissionen des Kfz-Verkehrs in Hessen (1995, 2000, 2005 und 2010)

Komponenten
Emission in Tonnen pro Jahr [t/a]
  1995 2000 2005 2010
Anorganische Gase
Kohlendioxid (CO2)
14.347.000
14.766.000
13.754.000
13.991.000
Kohlenmonoxid (CO)
330.090
192.620
106.920
101.850
Stickstoffoxide (angegeben als NO2)
88.482
74.182
54.813
46.211
Schwefeldioxid (SO2)
5.495
1.539
68
70
Ammoniak (NH3)
996
1.139
958
1.668
Lachgas (N2O)
400
366
267
309
Organische Gase
NMVOC 1)
45.869
20.032
9.985
5.919
Methan (CH4)
1.860
847
416
359
Stäube
Staub und Staubinhaltsstoffe
(entspricht PM10)
5.369
4.761
4.176
3.672
.
1) flüchtige organische Verbindungen ohne Methan

Die anorganischen Gase Ammoniak und Lachgas werden durch den Katalysator gebildet; besonders in der Warmlaufphase kann es zur Bildung dieser Gase kommen.

Der Parameter NMVOC setzt sich (als einziger Parameter) aus den Emissionen des fließenden und des ruhenden Verkehrs zusammen. Die Verdunstungs- und Tankatmungsemissionen stellen in den Jahren 1995 bis 2005 etwa ein Viertel des NMVOC-Emissionswertes dar, mit den neuen, in einer geänderten Systematik erstellten Emissionsfaktoren reduziert sich für 2010 dieser Anteil auf etwa 5 Prozent.

Bei den Stäuben ist durch eine geänderte Emissionsmodellierung eine Differenzierung zwischen Emissionen aus dem Auspuff (motorbedingt) und Emissionen durch Abrieb und Aufwirbelung (nicht motorbedingt) möglich. Der nicht motorbedingte Partikelanteil beträgt im Jahr 2010 etwa 65 % der Staub-Emissionen.

Eine umfassende Aufstellung über Schadstoff-Emissionen der Emittentengruppe Kfz-Verkehr erfolgt bei dem Online-Service Emissionskataster Hessen. Hier werden die Schadstoffe sowohl tabellarisch als auch in einer Karte dynamisch auf verschiedenen Ebenen (Hessen, Kreis, Gemeinde, 1 km2) dargestellt.

Stickstoffoxide

Stoffeigenschaften

Bezüglich der Eigenschaften von Stickstoffmonoxid und -dioxid wird auf den entsprechenden Abschnitt im Text zur Immissionskarte von Stickstoffdioxid verwiesen.

Kartenbeschreibung

Die Abbildung 1 stellt die Stickstoffoxid-Jahresemissionen des Kfz-Verkehrs auf Rasterebene dar. Die NOx-Emissionen lagen 2010 in Hessen bei insgesamt 46.211 t/a.


Abb. 1: Darstellung der Stickstoffoxid-Emissionen des Kfz-Verkehrs 2010 pro Rasterfläche
Quelle: Kartenausschnitte aus Online-Service Emissionskataster

Auf der NOx-Karte bilden sich die Hauptverkehrswege deutlich ab. Insbesondere die Autobahnen sind gut erkennbar; etwa die Hälfte (52 %) der im Straßenverkehr emittierten Stickstoffoxide wird auf ihnen freigesetzt. Abgesehen von dem hohen Autobahn-Fahrleistungsanteil von 38 % sind noch weitere Gründe dafür verantwortlich: Zum einen nimmt der NOx-Ausstoß der Fahrzeuge gerade im hohen Tempobereich mit steigender Fahrgeschwindigkeit stark zu. Zum anderen ist der Anteil von schweren Nutzfahrzeugen auf Autobahnen höher als auf den übrigen Straßen, und gerade diese Fahrzeuggruppe trägt (verglichen mit ihrem Anteil an der Gesamtfahrleistung) weit überproportional zu den NOx-Emissionen bei, da die NO-Emissionsfaktoren von schweren Lkw ein Vielfaches der entsprechenden Werte von Pkw betragen.

Zeitliche Entwicklung

Im Bereich des Kraftfahrzeugverkehrs, der seit Jahrzehnten stetig zugenommen hat, ließ sich erst ab Ende der 80er Jahre ein Emissionsrückgang feststellen. Die freigesetzten Stickstoffoxid-Mengen dieser Emittentengruppe nahmen in Hessen zwischen 1995 und 2010 um ca. 50 % ab. Bundesweit sanken die NOx-Emissionen des Straßenverkehrs in vergleichbarem Maß: Sie wiesen in einem ähnlichen Zeitraum eine Abnahme um 43 % auf [3]. (Anmerkung: Die in [2] veröffentlichten Emissionswerte aus der Erhebung für 1990/91 sind mit den heute verfügbaren Emissionsfaktoren, u. a. bedingt durch Änderungen in der Erhebungs- und Auswertungssystematik, nicht aktualisierbar. Vergleichende Abschätzungen ergeben eine deutlich überschätzte Emissionsmenge der Stickstoffoxide; im Wesentlichen ist dies auf die Verwendung der zum damaligen Zeitpunkt vorliegenden (aus heutiger Sicht teilweise überholten) Faktoren zurückzuführen.).

Der Rückgang der NOx-Emissionen im Straßenverkehr ist hauptsächlich der Einführung des Katalysators Mitte der 80er Jahre zu verdanken. Der 3-Wege-Katalysator senkt den Gehalt von Stickstoffoxiden sowie außerdem von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen im Abgas; er besitzt für diese Stoffe eine Abgasreinigungsleistung von etwa 90 % [4]. Die Hauptzunahme seiner Verbreitung fiel in die 90er Jahre: 1992 lag der Anteil schadstoffarmer Personenkraftwagen noch bei 47 %, 1999 machte er 92 % des Pkw-Bestands aus [5]. Nach heutigem Stand sind mehr als 99 % der zugelassenen Pkw schadstoffreduziert [6].

Flüchtige organische Verbindungen ohne Methan (NMVOC)

Stoffeigenschaften

Der Parameter NMVOC setzt sich aus einer Vielzahl verschiedener Stoffe zusammen, die sich oftmals nicht im Einzelnen angeben lassen. Je nach Emittentengruppe ist unterschiedlich viel über seine Zusammensetzung bekannt.

Da sich hinter den NMVOC völlig unterschiedlich zu bewertende und u. U. auch in geringen Mengen gesundheitsschädigende, teilweise sogar krebserregende Komponenten verbergen, lassen sich zur toxischen Wirkung dieser Summengröße auf den Menschen pauschal keine Aussagen machen; dies kann nur über eine Betrachtung der Einzelstoffe erfolgen. – Generell tragen die Kohlenwasserstoffe innerhalb der NMVOC als Ozon-Vorläufersubstanzen zum Problemkreis Sommersmog bei. Außerdem können bestimmte Stoffklassen zum Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre (Ozonloch) oder zur Erwärmung der Atmosphäre (Treibhauseffekt) führen.

Kartenbeschreibung

Die Abbildung 2 zeigt die NMVOC-Jahresemissionen des Kfz-Verkehrs, dargestellt auf Rasterebene. Die Emissionen betrugen 2010 insgesamt 5.919 t/a in Hessen.


Abb. 2: Darstellung der NMVOC-Emissionen des Kfz-Verkehrs 2010 pro Rasterfläche
Quelle: Kartenausschnitte aus Online-Service Emissionskataster

Auf der NMVOC-Emissionskarte treten insbesondere die Siedlungsschwerpunkte mit erhöhten Werten deutlich hervor. Das Autobahnnetz ist deutlich schwächer wahrzunehmen. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass 61 % der im Straßenverkehr emittierten NMVOCs innerorts freigesetzt werden, auch wenn der Innerorts-Fahrleistungsanteil nur 27 % beträgt. Die besondere Belastung der Siedlungsgebiete hat mehrere Ursachen: Der Kohlenwasserstoffausstoß steigt gerade im sehr niedrigen Tempobereich mit abnehmender Geschwindigkeit besonders stark an. Außerdem tragen die Kaltstarts mit ihren erhöhten Emissionsraten speziell innerorts zur Freisetzung von organischen Verbindungen bei. Einen mittlerweile geringen Anteil am Schadstoffaufkommen haben zudem die innerorts auftretenden Verdunstungs- und Tankatmungsvorgänge aus dem ruhenden Verkehr: Von den hessischen NMVOC-Emissionen stammten im Jahr 2010 knapp 5 % vom ruhenden Verkehr; 2005 war dieser Anteil mit 24 % noch deutlich höher.

Zeitliche Entwicklung

Die NMVOC-Emissionen des Kfz-Verkehrs sind in Hessen zwischen 1995 und 2010 auf weniger als ein Siebtel zurückgegangen. Die Entwicklung der bundesweiten Daten [3] zeigt für den Zeitraum von 1995 bis 2005 mit einem Rückgang um 75 % eine gute Übereinstimmung mit den entsprechenden hessischen Werten. (Anmerkung: Die im Verkehrsemissionskataster für 1990/91 [2] genannten Schadstoffmengen konnten nicht mit den aktuellen Emissionsfaktoren aktualisiert werden – siehe auch unter Stickstoffoxide. Vor dem Hintergrund der bundesweiten Daten erscheinen sie aber plausibel.).

Die Abnahme der Emissionen ist auf verschiedene Maßnahmen zurückzuführen:

Feinstaub PM10

Stoffeigenschaften

Bezüglich der Eigenschaften von Feinstaub PM10 wird auf den entsprechenden Abschnitt im Text zur Immissionskarte von Feinstaub PM10 verwiesen.

Kartenbeschreibung

Die Abbildung 3 stellt die Feinstaub PM10-Jahresemissionen des Kfz-Verkehrs auf Rasterebene dar. Die PM10-Emissionen lagen 2010 in Hessen bei insgesamt 3.672 t/a.


Abb. 3: Darstellung der Feinstaub (PM10)-Emissionen des Kfz-Verkehrs 2010 pro Rasterfläche und Jahr
Quelle: Kartenausschnitte aus Online-Service Emissionskataster

Auf der Feinstaub PM10-Karte bilden sich die Hauptverkehrswege deutlich ab. Insbesondere die Autobahnen sind gut erkennbar; etwas weniger als die Hälfte (44 %) der im Straßenverkehr emittierten Feinstäube PM10 wird auf ihnen freigesetzt. Neben dem hohen Autobahn-Fahrleistungsanteil von 38 % sind noch weitere Gründe dafür verantwortlich: Zum einen ist der Anteil von schweren Nutzfahrzeugen auf Autobahnen (14 %) höher als auf den übrigen Straßen (2 % bis 7 %), zum anderen ist der Anteil der mit Dieselmotor betriebenen Pkw auf Autobahnen (44 %) etwas höher als auf den übrigen Straßen (41 %). Dieselmotoren, speziell solche ohne Diesel-Partikel-Filter (DPF), sind für den Großteil der Feinstaub PM10-Emissionen verantwortlich.

Zeitliche Entwicklung

Im Bereich des Kraftfahrzeugverkehrs, der seit Jahrzehnten stetig zugenommen hat, ist in Hessen zwischen 1995 und 2010 eine Abnahme der Emissionen von Feinstaub PM10 um ein Drittel zu erkennen. Auch in Zukunft ist ein deutlich geringerer Ausstoß dieses Stoffes zu erwarten, da neuere Diesel-Pkw mit Diesel-Partikel-Filtern ausgestattet werden, um die Abgasnormen nach EURO 5 bzw. EURO 6 einzuhalten. Im Jahr 2010 hatte etwa jeder zweite Pkw mit Dieselmotor einen Partikel-Filter, seit Einführung von EURO 5 im Jahr 2009 (nur für neue Fahrzeugtypen) bzw. 2011 (für sämtliche neu zugelassene Fahrzeuge) steigt der Anteil der schadstoffreduzierten Fahrzeuge und vermindert sich die entsprechende Emission.

Literatur

[1] HBEFA Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs, Version 3.1 / Stand Januar 2010, Umweltbundesamt Berlin

[2] Emissionskataster Hessen – Landesweite Erhebung der Quellengruppe Kfz-Verkehr 1990/1991, Schriftenreihe der Hessischen Landesanstalt für Umwelt, Heft Nr. 170, Wiesbaden (1994)

[3] Umweltbundesamt: Luft und Luftreinhaltung – Emissionsinventare mit informativem Inventarbericht 2009, Emissionsentwicklung 1990 - 2007

[4] Bayerisches Landesamt für Umweltschutz: Informationen über Abgase des Kraftfahrzeugverkehrs, Augsburg (April 2003)

[5] Umweltbundesamt (Hrsg.): Daten zur Umwelt – Der Zustand der Umwelt in Deutschland 2000. Erich Schmidt Verlag, Berlin (2001)

[6] Statistische Mitteilungen des Kraftfahrt-Bundesamtes, Fahrzeugzulassungen, Bestand am 1. Januar 2009 nach Emissionen und Kraftstoffen, veröffentlicht im März 2009

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© Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie