Luftverschmutzung

Luftverschmutzung durch ein Kohlekraftwerk in New Mexico

Brand der Abraumhalde des Ölschieferbergwerks Grube Messel (ca.: 1955)

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 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.

Geschichte der Luftverschmutzung

Messwagen für Luftverschmutzung des VEB Synthesewerk Schwarzheide, 1978

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 Blei-Emissionen 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.

Arten der Luftverschmutzung

Luftverschmutzung über Indonesien und dem indischen Ozean im Oktober 1997: weiss zeigt von Feuern stammendende Aerosole (Rauch) in den unteren Luftschichten; grün, gelb und rot markiert darüberliegenden Smog in der Troposphäre

Das Problem der Luftverschmutzung kann hinsichtlich

• seiner Ursachen (stoffbezogen, wie es das BImSchG macht)
• seiner Auswirkung (flächenbezogen) oder aber auch
• seiner Folgen (wirkungsbezogen)

betrachtet werden.

Quellen

Unser heutiger Lebensstandard ist gekennzeichnet unter anderem durch einen hohen Energiebedarf, viele industriell hergestellte Produkte aus einer Vielzahl von Rohstoffen sowie ein hohes (teils weiterhin zunehmendes) Verkehrsaufkommen. 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.

Luftverschmutzung durch Fahrzeuge, hier LKW auf einer südafrikanischen Autobahn

Heute stellt der Straßenverkehr eine der wichtigsten Quellen für die Luftverschmutzung in Städten dar. Die Abgase der Kraftfahrzeuge belasten die Umgebungsluft primär mit Stickoxiden, 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 vielen der sogegenannten Megastädten ("Mega-City").

Wenig berücksichtigt, aber nicht unbeträchtlich, sind die Emissionen des weltweiten Schiffsverkehrs. Seeschiffe betreiben den Hauptmotor i.d.R. mit minderwertigem und schadstoffreichem Schweröl (engl. Heavy Fuel Oil (HFO)), das bei der Erdölverarbeitung als Rückstandsöl anfällt, und haben so gut wie nie eine Abgasfilterung. So lagen die 2003 geschätzten Emissionen^[7] für

• Stickstoffoxide, NO_x, zwischen 3 und 7 Mio. to (berechnet als Stickstoff, N)
• Schwefeloxide, SO_x, zwischen 4 und 6,5 Mio. to (berechnet als Schwefel, S)
• Kohlenstoffdioxid, CO₂, zwischen 120 und 250 Mio. to (berechnet als Kohlenstoff, C)
• Kohlenwasserstoffe, C_xH_y 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)

Luftqualität in Metropolen

Grafik zur Luftbelastung mit Schwefeldioxid in Leipzig (DDR), November 1989

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

Reduktion von Schwefeldioxid in Deutschland infolge des Helsinki-Protokolls 1987

Industrielle Schwefeldioxid-Emissionen in Ostchina 2004

Dass Luftschadstoffe nicht an nationalen Grenzen stoppen, ist spätestens seit dem Auftreten von stark sauren Niederschlägen in den skandinavischen Ländern bekannt^[8], deren wesentliche Ursache Schwefeldioxid-Emissionen in den mitteleuropäischen Ländern waren. Dieses leicht wasserlösliche Gas ist entlang feuchten Luftströmungen in Wolken mehrere hundert bis maximal 1500 km stabil.

Tabelle 2: Transport von oxidiertem Schwefel von und nach Deutschland 1998 (Quelle: Farbfoliensatz Umweltdaten Deutschland 2001, Umweltbundesamt Berlin)

Laut Bundesumweltamt wurden 1998 in Deutschland 983 kto Schwefeldioxid emittiert. Diese Menge erhöht sich gemäß Tab. 2 um ca. 9 kto Schwefeldioxid aus angrenzenden Staaten (Vergleich von Import 153,2 kto mit Export 144,1 kto).

In den USA wurden die Schwefeldioxid-Emissionen gesenkt von 23,5 Mio to (1980), 21,5 Mio to (1990), 16,6 Mio to (2000) auf 12 Mio to Schwefeldioxid in 2010.

China verursacht heute die weltweit höchsten Schwefeldioxid-Emissionen. Die Menge stieg von 2000 bis 2005 auf 25,5 Mio to (+27 %) an; dies entspricht dem USA-Niveau von ca. 1980. Die Tabelle zeigt auch, dass das Ziel der Verringerung der Luftverschmutzung keine nationale, sondern eine länderübergreifende Aufgabe darstellt (s.u.: Internationale Maßnahmen).

Ausbreitung von Schadstoffen

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.

Schematische Darstellung von verschiedenen Ursachen und Auswirkungen der Luftverschmutzung: (1) Treibhauseffekt, (2) Feinstaubbelastung, (3) Erhöhte UV-Strahlung, (4) Saurer Regen, (5) Ozonbelastung, (6) Belastung mit Stickoxiden

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. Wegen Luftverschmutzung sterben laut WHO jährlich mehr als 2 Mio. Menschen vorzeitig an Atemwegserkrankungen.^[9]

Die Zunahme von Erkrankungen bzw. die Erhöhung der Sterblichkeit während solcher Smog-Episoden wird heute vor allem auf die zu diesen Zeiten erhöhten Konzentrationen von fünf Stoffen zurückgeführt:

• Schwefeldioxid, SO₂,
• Kohlenmonoxid, CO
• Stickstoffoxide, NO_x,
• Feststoffe (Feinstaub, Schwebstoffe),
• Kohlenwasserstoffe

Die Wirkung dieser Stoffe auf den Menschen lässt sich aber nicht isoliert betrachten, sondern wird im Wesentlichen auch durch Faktoren wie z.B. die Temperatur oder die Luftfeuchtigkeit beeinflusst. Zu unterscheiden ist ferner zwischen akuten Gesundheitsfolgen und längerfristigen chronischen Krebserkrankungen, etwa durch Feinstaub (P. Straehl: Kanzerogene Luftschadstoffe in der Schweiz, 2003)

Auf die Umwelt

Luftverschmutzungen können zu zahlreichen Umweltproblemen führen:

• Versauerung und Eutrophierung durch Emissionen von versauernden und eutrophierenden Schadstoffen (Schwefeldioxid, Stickoxide, Ammoniak)
• Klimaerwärmung durch die Emissionen von Treibhausgasen
• Beeinträchtigung der Luftqualität durch Emissionen von Ozonvorläufersubstanzen, Staub, Schwermetallen, persistenten organischen und anderen Schadstoffen
• Verstärkung der Lichtverschmutzung durch Emissionen von Aerosolen und Staub

Auf Kulturgüter

Die aufgrund von Luftverschmutzung in Verbindung mit Wasser entstehenden Säuren greifen auch Kulturgüter an und führen z.B. zu Steinfraß, beschädigen Glasmalerei oder zerstören, wenn sie mit dem Regen in den Boden eindringen, in hohem Maß archäologisches Kulturgut, insbesondere Nicht-Edelmetalle, wie Eisen.

Gegenmaßnahmen

• Bundes-Immissionsschutzverordnungen (BImSchV) auf Grundlage des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG)
• Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG vom 21. Mai 2008

EU-Bürger haben seit dem 26. Mai 2011 die Möglichkeit, genau zu sehen, wer in ihrer Umgebung Luft verschmutzt: Europäische Kommission und Europäische Umweltagentur haben im European Pollutant Release and Transfer Register neue Karten veröffentlicht,^[10] die auf einer Skala von 5x5 km zeigen, wo Emissionsquellen wie Straßen- und Luftverkehr für die Freisetzung u.a. von Feinstaub verantwortlich sind. Bisher waren solche Werte nur punktuell, z.B. bei einzelnen Industrieanlagen einsehbar.^[11]

Das Umweltbundesamt und Bundesländer veröffentlichen seit Jahren aktuelle Messwerte (zum Beispiel Feinstaub, Ozon) von etwa 450 Messstationen in Deutschland im Internet.^[12]

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) veröffentlichte im September 2011 eine Studie mit Daten aus 1100 Städten aus 91 Ländern. Einige der verwendeten Daten sind mehrere Jahre alt^[13]; die Aussage 'Dresden Feinstaub-Hauptstadt Deutschlands' - basierend auf Daten aus 2008 - erweist sich als nicht haltbar.^[14]

Siehe auch

• Luftreinhaltung, Luftqualität, Innenraumluft, Feinstaub, Sommersmog, Umweltinformationssystem, Umweltschutz, Clean Air for Europe, Gressenicher Krankheit

Literatur

• Ernst Detlef Schulze, Otto Ludwig Lange: Die Wirkungen von Luftverunreinigungen auf Waldökosysteme. Chemie in unserer Zeit 24(3), S. 117–130 (1990), ISSN 009-2851
• D. Möller: Luftverschmutzung und ihre Ursachen: Vergangenheit und Zukunft. VDI Berichte 1575, S. 119–138 (2000), ISSN 0083-5560
• Michael Stolberg: Ein Recht auf saubere Luft? Umweltkonflikte am Beginn des Industriezeitalters. Erlangen 1994, ISBN 3-89131-112-5

Luftreinhaltung und Abgasreinigung

• Joachim Alexander: Luftreinhaltung in Deutschland: Emissions- und Immissionsentwicklung seit 1970. Berichte zur Deutschen Landeskunde 73, S. 365–379 (1999), ISSN 0005-9099
• Jürgen Assmann, Katharina Knierim, Jörg Friedrich: Die Luftreinhalteplanung im Bundes-Immissionsschutzgesetz. Natur und Recht 26(11), S. 695–701 (2004), ISSN 0172-1631
• Walter Kaminsky: Verfahren zur Entschwefelung von Rauchgas. Chemie Ingenieur Technik 55(9), S. 667–683 (1983), ISSN 0009-286X
• Manfred Koebel, Martin Elsener: Entstickung von Abgasen nach dem SNCR-Verfahren: Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel? Chemie Ingenieur Technik 64(10), S. 934–937 (1992), ISSN 0009-286X
• Entscheidung der Kommission vom 17. Juli 2000 über den Aufbau eines Europäischen Schadstoffemissionsregisters (EPER) gemäß Artikel 15 der Richtlinie 96/61/EG des Rates über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IPPC). Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften L192, S. 36–43 (28. Juli 2000), ISSN 0376-9461
• Dieter Maas: EPER – European Pollutant Emission Register: Entwicklung und Status. KA – Abwasser, Abfall 52(2), S. 138–140 (2005), ISSN 1616-430X

Gesundheitliche Aspekte

• Anonymus: Luftverschmutzung – ein ernstes Gesundheitsrisiko in einigen Metropolen der Welt. Bundesgesundheitsblatt 36(5), S. 202 ff. (1993), ISSN 0007-5914
• Ursula Ackermann-Liebrich: Epidemiologische Ansätze zur Klärung der Zusammenhänge von Luftverschmutzung und Gesundheit. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 4(1), S. 25-27 (1999), ISSN 1430-8681
• D. Nowack: Effekte der Luftverschmutzung auf Risikopatienten. Atemwegs- und Lungenkrankheiten 25(6), S. 294 ff. (1999), ISSN 0341-3055
• Nino Künzli, Reinhard Kaiser, Rita Seethaler: Luftverschmutzung und Gesundheit: Quantitative Risikoabschätzung. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 6(4), S. 202-212 (2001), ISSN 1430-8681
• Annette Peters, Joachim Heinrich, Erich H. Wichmann: Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub – Epidemiologie der Kurzzeiteffekte. Umweltmedizin in Forschung und Praxis 7(2) S. 101–115 (2002), ISSN 1430-8681

Weblinks

Commons: Luftverschmutzung – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Luftverschmutzung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Luftverschmutzungs-Atlas (ESA)
• Umweltbundesamt Deutschland – Luftdatenkarten
• EURAD Tägliche Prognose der Luftschadstoffe in Deutschland und Europa (Rheinisches Institut für Umweltforschung)
• Umweltbundesamt Spezialseite Luft und Luftreinhaltung
• Schweizerisches Umweltbundesamt Spezialseite Luft
• Bericht Die Umwelt in Europa der Europäischen Umweltagentur, Oktober 2007
• Schweiz: Bundesamt für Umwelt Schweiz – Schadstoffkarten

Referenzen

Noch zuzuordnende Quellen:

• C. Bach: Mittheilungen über die internationale Ausstellung von Apparaten und Einrichtungen zur Vermeidung des Rauches (International exhibition of smoke preventing appliances) in London 1881. Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure 26(1), S. 40–47 (1882)
• H. Bottenbruch, K. Kämmer: Luftreinhaltung durch Schornsteine. Chemie-Technik 9(1), S. 17–26 (1980), ISSN 0340-9961