Luft: Immissionskataster

Schwefeldioxid

Stoffeigenschaften

Schwefeldioxid (SO2) ist ein farbloses Gas, das 2,3fach schwerer ist als Luft. Es weist einen stechenden Geruch auf, der ab einer Konzentration von ca. 1,3 mg/m3 wahrgenommen wird. In Wasser ist es recht gut löslich; dabei entsteht schweflige Säure.

SO2 ist stark toxisch und ruft schon bei einer Konzentration von 0,04 % akute Vergiftungserscheinungen (wie z. B. Hornhauttrübung, Atemnot, Entzündungen des Atemtrakts) hervor; größere Mengen können tödlich wirken. Beim Menschen wirkt sich Schwefeldioxid insbesondere in Kombination mit Staub auf die Atmungsorgane aus: Es reizt die Schleimhäute, wodurch es zu Gewebsveränderungen im oberen Atemtrakt und einer höheren Infektanfälligkeit kommen kann.

Aufgrund seiner für Insekten und Mikroorganismen giftigen Wirkung kann man Schwefeldioxid zum Desinfizieren verwenden: Früher wurden mit Schwefelräucherungen Krankenzimmer von Erregern oder Wohnungen von Wanzen befreit. Im Weinbau werden auch noch heute die Fässer und Flaschen desinfiziert, indem sie geschwefelt werden. Besonders schädlich wirkt SO2 auf Pflanzen, insbesondere auf Nadelhölzer. Die Empfindlichkeit der Pflanzen ist von Art zu Art sehr unterschiedlich; besonders sensibel reagieren bestimmte Moose und Flechten, weshalb man sie als Bioindikatoren für SO2 benutzen kann. Schwefeldioxid ist an der Versauerung von Böden und Gewässern beteiligt sowie an Korrosions- und Verwitterungsprozessen von Metallen und Gesteinen.

In der Atmosphäre wird Schwefeldioxid durch Oxidation zu Sulfat (SO42-) abgebaut, das aerosolgebunden oder in Wassertröpfchen gelöst vorliegt. Außerdem wird SO2 direkt durch Regen aus der Atmosphäre ausgewaschen und kann auch zu einem geringen Anteil aus der Atmosphäre durch trockene Deposition auf Oberflächen entfernt werden. Die Verweilzeit des SO2 in der Atmosphäre wird in der Literatur mit 1 - 10 Tagen angegeben. Bei Regenwetter beträgt die Verweilzeit höchstens einen Tag, während das SO2 bei kaltem und trockenem Wetter mehrere Tage in der Atmosphäre verbleibt. Bei winterlichen Hochdruckwetterlagen kann Ferntransport von SO2 über mehrere hundert Kilometer hinweg stattfinden.

Emission

Schwefeldioxid wird bei der Verbrennung von Kohle und Heizöl sowie anderer schwefelhaltiger Brennstoffe gebildet. Feuerungsanlagen im Bereich der Industrie und der Gebäudeheizung sind die wesentlichen Quellen für die SO2-Belastung der Atmosphäre. Natürliche Emissionen von Schwefelverbindungen, aus denen in der Atmosphäre Schwefeldioxid gebildet wird, sind im Vergleich zu den anthropogenen SO2-Emissionen von nachgeordneter Bedeutung.

Die Abbildung zeigt, dass der größte Anteil des emittierten SO2 aus der Emittentengruppe Gebäudeheizung stammt. Fast ein Drittel wird von der Emittentengruppe Industrie erzeugt, und etwa 1% der Emissionen stammt aus dem Kraftfahrzeugverkehr.


Abb. 1: Emissionskataster Hessen: Emissionen von SO2

Die Emissionen von SO2 sind vor allem in den achtziger Jahren stark gesunken. Insbesondere hat ein beachtlicher Rückgang der industriellen SO2-Emissionen stattgefunden. In hohem Maße sind dafür die Großfeuerungsanlagenverordnung und das Altanlagensanierungsprogramm verantwortlich. Im Gebäudeheizungsbereich sind eine Reihe emissionsmindernder Maßnahmen zu nennen: der herabgesetzte Schwefelgehalt im leichten Heizöl, der Ersatz von Kohle- und Ölfeuerungen durch Gasfeuerungen sowie die Modernisierung von Heizungsanlagen und Energiesparmaßnahmen.

Immission: Kartenbeschreibung

Die Karte zeigt die hessische SO2-Immissionssituation für das Jahr 2012 auf Basis der Jahresmittelwerte der hessischen Luftmessstationen. Das Computerprogramm FLADIS ermöglicht es, ausgehend von den Werten an den einzelnen Messstationen die Immissionsmesswerte flächenhaft in Form von Karten darzustellen. Auf der SO2-Immissionskarte sieht man, dass erwartungsgemäß im Ballungsraum Rhein-Main etwas höhere Konzentrationswerte vorkommen.

Die Jahresmittelwerte bewegen sich bei diesem Schadstoff auf einem sehr niedrigen Niveau. Die genauen Angaben zu den Werten an den einzelnen Stationen können dem jährlichen lufthygienischen Jahresbericht Teil I entnommen werden (www.hlug.de).

Immission: Zeitliche Entwicklung

In früheren Jahren hat der SO2-Ferntransport bei Ostwetterlagen eine große Rolle für die Belastung der Luft in Hessen gespielt. Die Advektion SO2-beladener Luftmassen, die überwiegend aus der ehemaligen Tschechoslowakei und der ehemaligen DDR stammten (Braunkohlekraftwerke), hat sich insbesondere auf Nord- und Osthessen ausgewirkt, weshalb die dort gelegenen Messstationen über viele Jahre hinweg die Spitzenstellung bei den hessischen SO2-Konzentrationswerten einnahmen. In der Vergangenheit führte die hohe SO2-Belastung gelegentlich zu Wintersmog-Situationen; so wurde in den Smog-Episoden 1985 und 1987 aufgrund hoher SO2-Werte die Vorwarnstufe gemäß Smog-Verordnung verkündet. Der seitdem (in Hessen und den östlichen Nachbarländern) erfolgte Rückgang der SO2-Emissionen ist so deutlich, dass inzwischen das Auftreten von "hausgemachtem" sowie von "importiertem" Smog nahezu ausgeschlossen werden kann. Als Folge dieser positiven Entwicklung konnte Hessen – ebenso wie viele andere Bundesländer – die Wintersmog-Verordnung im Frühjahr 1998 aufheben.

Das Niveau der SO2-Immissionen ist in den letzten Jahrzehnten erheblich gesunken, was in Abbildung 2 deutlich zum Ausdruck kommt. Sie gibt SO2-Jahresmittelwerte in Frankfurt wieder. Die Daten der bis 1994 reichenden Langzeit-Messreihe im Stadtteil Westend stammen vom Umweltbundesamt, die Angaben ab 1984 zum Standort Höchst von der dortigen HLUG-Messstation. Seit 1963 fand eine nachhaltige Abnahme der SO2-Konzentrationen statt: Betrug der Mittelwert im Jahr 1963 noch 225 µg/m3, so lag er 2012 nur noch bei 2 µg/m3.


Abb. 2: Entwicklung der SO2-Konzentration (Jahresmittelwert) in Frankfurt


Bewertung

In der 39. BImSchV werden für Schwefeldioxid folgende Grenzwerte zum Schutz der Gesundheit angegeben (siehe auch Beiblatt Grenz- und Zielwerte):

  • 1-Stundenwert:
    350 µg/m3 dürfen nicht öfter als 24-mal im Kalenderjahr überschritten werden

  • 24-Stundenwert:
    125 µg/m3 dürfen nicht öfter als 3-mal im Kalenderjahr überschritten werden.
  • Diese beiden Grenzwerte wurden 2012 sicher eingehalten, da die höchsten in diesem Jahr gemessenen SO2-Werte deutlich unter der jeweiligen Grenzwertvorgabe blieben (maximaler 1-h-Wert: 65,6 µg/m3, maximaler 24-h-Wert: 12,1 µg/m3).


    Außerdem ist in der 39. BImSchV folgender Grenzwert zum Schutz von Ökosystemen vorgesehen:

    Jahresmittelwert und Wintermittel: 20 µg/m3.

    Diese Grenzwerte gelten nur für Standorte, die mehr als 20 km von Ballungsräumen oder mehr als 5 km von bebauten Gebieten oder Bundesfernstraßen entfernt sind. Diese Abstandskriterien werden von den hessischen Luftmessstationen nicht erfüllt. Die im Jahr 2012 gemessenen Jahres- bzw. Wintermittelwerte lagen unterhalb der Grenzwerte. Als höchster Wert trat ein Wintermittel von 3,1 µg/m3 auf.

    Abschließend lässt sich also festhalten, dass Schwefeldioxid als Massenschadstoff die Luftbelastungssituation in früheren Jahrzehnten maßgeblich geprägt hat, jedoch heute – dank weit reichender emissionsmindernder Maßnahmen – nur noch Konzentrationswerte in einem lufthygienisch unkritischen Bereich aufweist.

     

    © 2013 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie