Die Stickstoffoxide (NO_x) sind von großer lufthygienischer Bedeutung; zu ihnen gehören u. a. Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂) und Distickstoffoxid (N₂O, Lachgas). Anzumerken ist, dass mit dem Begriff NO_x 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 NO_x 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 wird in der Atmosphäre zügig zu Stickstoffdioxid oxidiert; das NO₂ wird dann 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. NO₂ selbst wird bei Regen im Gegensatz zu SO₂ kaum ausgewaschen. Stickstoffmonoxid hat nur eine kurze atmosphärische Lebensdauer. Die Verweilzeit von NO₂ in der Atmosphäre wird in der Literatur mit 5 - 7 Tagen angegeben (und liegt damit unter der von SO₂ bei trockenem und kaltem Wetter).

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.

In Abbildung 1 sind die hessenweiten NO_x-Jahresemissionen mit den Anteilen der einzelnen Emittentengruppen dargestellt. Die Emittentengruppe Kfz-Verkehr ist für mehr als die Hälfte der emittierten Stickstoffoxide verantwortlich; außerdem setzen auch die Industrie und die Gebäudeheizung NO_x frei. Auch biogene Stickstoffoxid-Emissionen spielen eine gewisse Rolle, denn in Böden werden durch mikrobiologische Prozesse beträchtliche Mengen NO (und N₂O, das jedoch nicht in Abb. 1 enthalten ist) gebildet und in die Luft abgegeben (siehe auch Biogene und nicht gefasste Quellen).

Abb. 1: NOx-Emittentengruppen (Hessen, 2000) (NOx = NO + NO2)

Die Stickstoffoxid-Emissionen zeigen eine rückläufige Tendenz. Bei der Industrie ist der Ausstoß aufgrund von durchgeführten Minderungsmaßnahmen erheblich gesunken; auch bei der Gebäudeheizung ist ein gewisser Emissionsrückgang zu verzeichnen. Im Verkehrsbereich hat insbesondere die zunehmende Verbreitung von Abgaskatalysatoren die NO_x-Freisetzung verringert. Für weitere Angaben zu Stickstoffoxid-Emissionen sei auf die Texte zu den NO_x-Emissionskarten einzelner Emittentengruppen verwiesen.

Die Jahresmittelwertkarte zeigt die hessische NO₂-Immissionssituation für das Jahr 2007 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 (Näheres zur Lage der Messstationen und zu FLADIS ist im Kapitel über das Immissionskataster zu finden). Auf der Karte sieht man, dass das Gebiete in den Balungsräumen und in der Nähe der Verkehrsstationen eine erhöhte NO₂-Belastung aufweist.

Die Jahresmittelwerte der NO₂-Konzentrationen lagen 2007 zwischen 7 und 66 µg/m³; genaue Angaben zu den Werten an dem einzelnen Stationen können dem lufthygienischen Jahresbericht 2007 Teil I [1] entnommen werden. Generell traten die acht höchsten Werte an Verkehrsstationen und in industrienahen Stationen auf (Jahresmittelwerte von 47 - 66 µg/m³). Am geringsten sind die Waldgebiete sowie sonstige emittentenfern gelegene Standorte mit NO₂ belastet.

In Abbildung 2 ist die Langzeit-Entwicklung der Stickstoffoxid-Immissionen im Ballungsgebiet Frankfurt über vier 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 1981).

Abb. 2: NOx-Immissionen in Frankfurt (Jahresmittelwert) (NOx = NO + NO2)

Wie der Abbildung zu entnehmen ist, fand ab 1962 bis zur Mitte der 70er Jahre ein Anstieg der Stickstoffoxid-Konzentrationen 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 zehn Jahren haben sich die Werte überwiegend im Bereich von 50 - 60 ppb eingependelt. (Anmerkung: Da das Messgerät an der Station Westend NO und NO₂ zunächst nur gemeinsam erfasst hat, kann im obigen Diagramm nur die Summe beider Stickstoffoxide angegeben werden und muss die Konzentrationsangabe in ppb erfolgen. Für NO gilt 1 ppb = 1,34 µg/m³ und für NO₂ 1 ppb = 2,05 µg/m³.)

Der lufthygienische Jahresbericht 2007 Teil I [1] enthält für NO und NO₂ eine Trendanalyse. Bei NO ist bei den meisten Stationen ein Rückgang der Immissionsbelastung festzustellen. Ein eindeutiger Trend ist bei NO₂ nicht zu erkennen. Die Konzentrationen an den Stadtstationen liegen auf einem konstanten Niveau mit einer gewissen jährlichen Schwankungsbreite, während an den Verkehrsstationen eher eine Zunahme der NO₂-Belastungen festzustellen ist.

In der 22. BImSchV [2] sind für Stickstoffdioxid Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben. Sie sind in einer Übergangszeit bis 2010 mit Toleranzmargen versehen, die jährlich abgesenkt werden; nähere Erläuterungen hierzu finden sich auf dem Beiblatt zum Kapitel Immissionskataster.

Die folgenden Angaben stellen die für das Jahr 2007 gültigen Vorgaben (Grenzwert plus Toleranzmarge) dar:

1-Stundenwert: 230 µg/m³ mit 18 zulässigen Überschreitungen im Jahr,
Jahresmittelwert: 46 µg/m³.

Bei der Kurzzeitkenngröße wurde im Jahr 2007 der Grenzwert plus Toleranzmarge eingehalten, wobei die höchsten 1-Stundenwerte bei 264 µg/m³ NO₂ lagen. Beim Jahresmittelwert kam es an acht Stationen mit Werten von 47 bis 66 µg/m³ zu Überschreitungen von Grenzwert plus Toleranzmarge. Abschließend lässt sich hinsichtlich der Belastung durch NO₂ festhalten, dass die neuen Grenzwerte, die ab 2010 gelten, nicht überall eingehalten werden.

Auf den in der 22. BImSchV [2] enthaltenen NO_x-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 22. BImSchV [2] ein Luftreinhalteplan vorgelegt werden. Um die vorgesehenen Grenzwerte einhalten zu können, müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden; neben technischen Maßnahmen zur NO_x-Emissionsminderung sind auch planerische, insbesondere verkehrsplanerische Maßnahmen zu ergreifen.

[1] Lufthygienischer Jahresbericht 2007 Teil I, Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Luftreinhaltung, Wiesbaden (2008)

[2] Zweiundzwanzigste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft – 22. BImSchV) in der Fassung vom 4. Juni 2007 (BGBl. I S. 1006)