Luft: Immissionskataster

Stickstoffdioxid

Stoffeigenschaften

Die Stickstoffoxide (NOx) sind von großer lufthygienischer Bedeutung; zu ihnen gehören u. a. Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Distickstoffoxid (N2O, Lachgas). Anzumerken ist, dass mit dem Begriff NOx häufig auch nur die Summe aus NO und NO2 gemeint ist. Die beiden wichtigsten Vertreter dieser Stoffgruppe – NO und NO2 – sollen hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Emissionen gemeinsam beschrieben werden.

Stickstoffmonoxid ist ein farbloses, geruchloses Gas; es ist wenig wasserlöslich. Mit Luftsauerstoff reagiert NO zu Stickstoffdioxid. Stickstoffdioxid ist ein braunrotes, süßlich riechendes Gas, dessen Geruchsschwelle bei ca. 0,9 mg/m3 liegt. NO2 reagiert mit Wasser und Sauerstoff zu Salpetersäure.

Bei der Wirkung der Stickstoffoxide auf den Menschen ist insbesondere die Schädigung der Atemwege zu nennen. Bei längerer Einwirkung können höhere Konzentrationen zu chronischer Bronchitis oder auch zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber Atemwegsinfektionen führen.

Die Stickstoffoxide haben pflanzentoxische Wirkungen; so schädigen sie beispielsweise bei Bäumen die Oberschicht von Blättern und Nadeln. Die aus NOx gebildete Salpetersäure trägt erheblich zur Bodenversauerung bei. Das Auftreten der heutigen Waldschäden wird u. a. mit dem umfangreichen Eintrag von Schadstoffen, darunter auch den Stickstoffoxiden, in Verbindung gebracht. Der saure Regen, der zu einem großen Teil auch auf Stickstoffoxide zurückgeht, führt außerdem zur Gewässerversauerung und greift Gestein und Metall von Bauwerken an.

Die Stickstoffoxid-Belastung der Atmosphäre hat für weitere Problemkomplexe ebenfalls entscheidende Bedeutung. Stickstoffoxide und reaktive Kohlenwasserstoffe sind zusammen mit Sonnenstrahlung die Reaktionspartner für die photochemische Ozonbildung (siehe Text zum Ozon); Maßnahmen zur Reduzierung der Stickstoffoxid-Emissionen tragen also auch zur Minderung des Sommersmogs bei. Außerdem ist der derzeitige Stickstoffeintrag aus der Atmosphäre in Böden wegen seiner düngenden Wirkung problematisch; dies betrifft sowohl einen Großteil der Waldflächen als auch empfindliche, nährstoffarme Biotope wie Moore und Heiden. Die als UV-Filter wirkende Ozonschicht in der Stratosphäre wird durch Stickstoffoxide (z. B. aus hoch fliegenden Düsenflugzeugen) abgebaut.

Stickstoffmonoxid hat nur eine kurze atmosphärische Lebensdauer und wird in der Atmosphäre zügig zu Stickstoffdioxid oxidiert. NO2 selbst wird bei Regen im Gegensatz zu SO2 kaum ausgewaschen. Seine Verweilzeit in der Atmosphäre wird in der Literatur mit 5-7 Tagen angegeben (und liegt damit unter der von SO2 bei trockenem und kaltem Wetter).Das NO2 wird langsam weiter zu Nitrat (NO3-) aufoxidiert. Dieses lagert sich an Aerosole an und wird in der partikelgebundenen Form durch nasse und trockene Deposition aus der Atmosphäre ausgetragen.

Emission

Stickstoffmonoxid und -dioxid entstehen prinzipiell als Nebenprodukt bei Verbrennungsvorgängen durch die Oxidation von Luftstickstoff. An der Schornsteinmündung bzw. am Auspuffrohr liegen die Stickstoffoxide im Allgemeinen überwiegend als Stickstoffmonoxid vor.

Mit steigender Verbrennungstemperatur nimmt in der Regel die Bildungsrate für Stickstoffoxide zu. Die Maßnahmen zur Optimierung von Brennern und Motoren hinsichtlich Brennstoffverbrauch und Minderung der CO-Emissionen waren meist mit einer Erhöhung der Emissionsrate für Stickstoffoxide verbunden.

Der Großteil der Emissionen von Stickstoffoxiden wird vom Verkehr (Kfz-Verkehr einschließlich Flugverkehr) freigesetzt. Danach folgen die Emittentengruppe Industrie, hier vor allem Großfeuerungsanlagen, und die Gebäudeheizung. Die auf NO2 umgerechneten NO-Emissionen der Biogenen und nicht gefassten Quellen sind nur in geringem Umfang an den hessischen NO2-Emissionen beteiligt. Die Emission von Stickstoffoxiden zeigt eine rückläufige Tendenz. Details finden Sie im Umweltatlas unter Luft/Emissionen/Ausgewählte Emittentengruppen – Stickstoffoxide.

Immission: Kartenbeschreibung

Die Jahresmittelwertkarte zeigt die hessische NO2-Immissionssituation für das Jahr 2012 auf Basis der Messwerte aller hessischen Luftmessstationen (Stadt- und Verkehrsstationen sowie im ländlichen Raum). Mit Hilfe des Computerprogramms FLADIS ist es möglich, aus punktuell gemessenen Konzentrationswerten eine flächenhafte Immissionsdarstellung zu gewinnen. Auf der Karte sieht man, dass in den Ballungsräumen und besonders in der Nähe der Verkehrsstationen eine erhöhte NO2-Belastung vorliegt. Am geringsten sind die Waldgebiete sowie sonstige emittentenfern gelegenen Standorte mit NO2 belastet. Bei diesem Schadstoff kam es 2012 an fast allen Verkehrsstationen zu Überschreitungen des Grenzwertes für die langfristige Belastung. Die genauen Angaben zu den Werten an den einzelnen Stationen können dem jährlichen lufthygienischen Jahresbericht Teil I entnommen werden (www.hlug.de).

Zeitliche Entwicklung

In Abbildung 1 ist die Langzeit-Entwicklung der Immissionen von Stickstoffoxiden im Ballungsgebiet Frankfurt über fünf Jahrzehnte hinweg dargestellt. Bei den Werten handelt es sich um Jahresmittelwerte von der UBA-Messstation Westend (1962 bis 1994) sowie der HLUG-Messstation Höchst (ab 1984).


Abb. 1: Entwicklung der Konzentration von Stickstoffoxiden in Frankfurt

Wie der Abbildung zu entnehmen ist, fand ab 1962 bis zur Mitte der 70er Jahre ein Anstieg der Konzentration von Stickstoffoxiden von 10 ppb auf bis zu 90 ppb statt. In den folgenden Jahren lagen die meisten Mittelwerte zwischen 60 und 80 ppb; in den letzten Jahren haben sich die Werte überwiegend im Bereich von circa 50 ppb eingependelt. (Anmerkung: Da das Messgerät an der Station Westend NO und NO2 zunächst nur gemeinsam erfasst hat, kann (bis 2011) im obigen Diagramm nur die Summe beider Stickstoffoxide angegeben werden. Daher muss die Konzentrationsangabe in ppb erfolgen. Für NO gilt 1 ppb = 1,34 µg/m3 und für NO2 1 ppb = 2,05 µg/m3. Ab 2012 wird NOX direkt erfasst.)

Bewertung

In der 39. BImSchV sind für Stickstoffdioxid Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben.

1-Stundenwert:
200 µg/m3 dürfen nicht öfter als 18-mal im Kalenderjahr überschritten werden.

Die NO2-Jahresmittelwerte bewegen sich seit Jahren v.a. bei den verkehrsbezogenen Stationen auf einem vergleichsweise hohen Niveau, was zu erheblichen Problemen bei der Einhaltung des NO2-Langzeitgrenzwertes führt.

Die maximalen NO2-Stundenwerte liegen auch an meisten verkehrsbezogenen Messstellen deutlich unter 200 μg/m3, allerdings wurde an der Messstelle Darmstadt-Hügelstraße dieses Niveau im Jahr 2012 häufig überschritten. Auf den NOx-Grenzwert zum Schutz der Vegetation wird hier nicht näher eingegangen, da die Voraussetzungen seiner Anwendung nicht gegeben sind (Messung mehr als 20 km von Ballungsräumen oder mehr als 5 km entfernt von bebauten Gebieten oder Bundesfernstraßen).

Für die Gebiete, in denen Überschreitungen festgestellt werden, muss nach der 39. BImSchV ein Luftreinhalteplan vorgelegt werden. Um die vorgesehenen Grenzwerte einhalten zu können, müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Neben technischen Maßnahmen zur Emissionsminderung von Stickstoffoxiden sind auch planerische, insbesondere verkehrsplanerische Maßnahmen zu ergreifen. Für mehrere hessische Gebiete/Gemeinden wurde bereits ein Luftreinhalteplan erstellt.

 

© 2013 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie