Luftqualität Stickstoffdioxid (NO2)

Hohe Stickstoffdioxidbelastungen, insbesondere mit Grenzwertüberschreitungen bestehen an stark befahrenen Straßen mit dichter Bebauung. Hauptverursacher sind u. a. die Dieselfahrzeuge. Daher müssen zusätzlichen Maßnahmen hier ansetzen.

Beschreibung

Umweltindikator Stickstoffdioxid-Konzentration im städtischen Hintergrund in NRW

Einleitung

Hohe Stickstoffdioxidbelastungen, insbesondere mit Grenzwertüberschreitungen bestehen an stark befahrenen Straßen mit dichter Bebauung. Hauptverursacher (link Verursacher) sind die Dieselfahrzeuge. Daher müssen zusätzlichen Maßnahmen hier ansetzen.

Die bisher ergriffenen Maßnahmen in Deutschland sind nach Auffassung der EU-Kommission nicht ausreichend. Sie hat deshalb Mitte Juni 2015 gegen Deutschland ein Vertragsverletzungsverfahren eingeleitet.

Als mögliche Maßnahme wird hier ausdrücklich ein „Verbot von Dieselfahrzeugen in einigen städtischen Gebieten“ genannt. Die Maßnahmen, die in Deutschland bislang getroffen wurden, seien in dieser Hinsicht nicht ausreichend. Kritisiert wird die steuerliche Bevorzugung von Diesel-Kfz in Deutschland, zumal das schlechte Abschneiden von Diesel-Pkw bei der Stickstoffioxidbelastung schon geraume Zeit bekannt sei.

Mit dem Urteil des Verwaltungsgerichts Düsseldorf von September 2016 wird nochmal sehr deutlich gemacht, dass der Schutz der Gesundheit der von Grenzwertüberschreitungen betroffenen Bevölkerung Vorrang hat.

Die Planung und Umsetzung zusätzlicher, auch einschneidender Maßnahmen ist deshalb unausweichlich. Ob dies in Duisburg relevant wird, ist noch nicht eindeutig zu beantworten. Einerseits traten an den Messstationen keine Grenzwertüberschreitungen auf, während andererseits im Luftreinhalteplan in den Belastungskarten für rund 20 Kilometer Straßen Grenzwertüberschreitungen dokumentiert sind.

Daher Bedarf es dringend einer Fortschreibung des 5 Jahre alten Luftreinhalteplanes mit Überarbeitung der Belastungskarten.


Wodurch entstehen Stickstoffdioxide und welche Verursacher haben sie?

Stickoxide (NO) entstehen bei Verbrennungsprozessen. Während der Ausbreitung bildet sich Stickstoffdioxid (NO2). Die Verursacher der Stickstoffoxidemissionen in Duisburg sind vornehmlich im industriellen Bereich zu finden (70 %). Der Verkehrssektor (Schiff, Straße etc.) trägt zu 28 % als zweitgrößte Verursachergruppe zu den Emissionen bei. Einen vergleichsweise geringeren Beitrag liefern in Duisburg Kleinfeuerungsanlagen mit rund 2 % (Angaben aus dem Luftreinhalteplan Ruhrgebiet-West 2011)

Da der Schadstoffausstoß in unterschiedlichen Höhen erfolgt, kann hieraus nicht direkt auf den Anteil an der Immissionssituation geschlossen werden. Vor allem die verkehrsbedingten Emissionen führen aufgrund ihrer niedrigen Emissionshöhen und den entsprechenden Umgebungsvoraussetzungen (umbauter Straßenraum) zu erheblichen Luftbelastungen auf Aufenthaltsniveau des Menschen.

Je nach Station trägt der Anteil des Kfz-Verkehrs mit 25 – 51 % zur Immissionssituation in Duisburg bei. Die andere wesentliche Quelle  für Stickstoffoxid sind regionale und überregionale Quellen, die als regionaler Hintergrund bezeichnet werden (32% bis 50% Anteil an der Gesamtimmission).  Die Industrie trägt 10% bis 26% zur Gesamtbelastung durch Stickstoffoxid bei. Der Schiffsverkehr verursacht lokal bis zu 25% der NOx-Belastung. (Angaben aus dem Luftreinhalteplan Ruhrgebiet-West 2011)


Welche Wirkungen haben Stickstoffdioxide?

Stickstoffdioxide führen zu Entzündungsreaktionen in den Atemwegen und verstärken die Reizwirkung anderer Luftschadstoffe zusätzlich. Auf der Grundlage dieser Effekte werden die Atemwege auch empfindlicher für Allergien. Besonders leiden Menschen mit vorgeschädigten Atemwegen unter NO2.

Hinsichtlich der Kurzzeitwirkungen konnten in verschiedenen Studien Zusammenhänge zwischen einer Erhöhung der NO2-Belastung und der Zunahme der Gesamtsterblichkeit (alle Todesursachen, Herz- und Atemwegserkrankungen, Lungenkrebs)), der Krankenhausaufnahmen und Notfall-Konsultationen aufgrund von Atemwegserkrankungen und Asthma sowie der Krankenhausaufnahmen aufgrund chronischer Bronchitis ermittelt werden.

Langfristig führt eine erhöhte NO2-Belastung zu einer Zunahme der Häufigkeit von Lungenkrebs-Erkrankungen, chronischen Atemwegsbeschwerden bei Erwachsenen, Hustenepisoden und Bronchitis bei Schulkindern, chronischer Bronchitis bei Kindern mit diagnostiziertem Asthma und Lungenfunktionsverschlechterungen bei Schulkindern.

Epidemiologischen Untersuchungen zeigen einen Zusammenhang zwischen erhöhter NO2-Immission und einer vermehrten Zahl von Todes- Erkrankungsfällen auf.

Hierzu hat auch die in Nordrhein-Westfalen durchgeführte Feinstaubkohortenstudie Frauen in NRW" beigetragen, die einen signifikanten Zusammenhang zwischen der Höhe der langfristigen NO2-Immission und der Mortalität (Sterblichkeit) bei Frauen erbrachte.

In dieser wie in den anderen epidemiologischen Untersuchungen zu diesem Themenkomplex stellt NO2 einen Indikator für verkehrsbedingte Luftbelastungen dar, die außer durch NO2 selbst durch weitere gasförmige Substanzen sowie durch Partikel verursacht werden. Die in den epidemiologischen Untersuchungen beobachteten Zusammenhänge zwischen NO2-Immission und gesundheitlichen Veränderungen können daher nicht dem NO2 (bzw. den Stickstoffoxiden) als Einzelstoff zugeschrieben werden. Vielmehr stellen Stickstoffoxide eine Leitsubstanz für eine Immissionssituation dar, die zu einem wesentlichen Teil durch Emissionen aus dem Straßenverkehr bedingt ist.

Für Stickstoffdioxid kann nach aktuellem Kenntnisstand kein Schwellenwert benannt werden, bei dessen Unterschreiten langfristige Wirkungen von NO2 auf den Menschen ausgeschlossen werden können. Für besonders empfindliche Personen scheint die Wirkungsschwelle sehr tief zu liegen.

Bei Pflanzen schädigen Stickstoffoxide Blattoberschichten und Nadeln. „Saurer Regen“ - der Stickstoffoxide enthält - führt zur Versauerung von Böden und Gewässern. Karge Böden werden durch das zunehmende Nährstoffangebot überdüngt und die an diese nährstoffarme Umgebung angepassten Pflanzen verdrängt. In der kalten Jahreszeit entsteht zudem aus gasförmigen Stickoxiden und Ammoniak partikelförmiges Ammoniumnitrat. In der Außenluft sind Stickstoffoxide so an der Bildung weiterer Luftschadstoffe wie Feinstaub und bodennahem Ozon beteiligt.


Grenzwerte (WHO, 39.BImSchV, Critical load, andere)

Die derzeit aktuellste Einstufung von Stickstoffdioxid wurde von der Weltgesundheitsorganisation - Regionalbüro für Europa, vorgenommen und in den WHO – Air Quality Guidelines for Europe im Jahre 2005 veröffentlicht:

  • die Ableitung erfolgt aufgrund tier- und humanexperimenteller Daten aus Versuchen mit empfindlichen Personen (mit verschiedenen Atemwegserkrankungen),
  • es erfolgte die Ableitung einer Lowest Observed Adverse Effect Concentration (LOAEC = niedrigste Konzentration mit beobachtbarer schädlicher Wirkung): 375-565 μ g/m³ Abzüglich eines Sicherheitsabschlages ergibt sich eine tolerable Konzentration von 200μ g/m³ als 1h-Wert als Wert zum Schutz der menschlichen Gesundheit,
  • für eine langfristige Exposition ist kein Schwellenwert ableitbar. Hier handelt es sich um eine Expertenbeurteilung. Diese bestimmt einen Wert von 40 μg/m³ im Jahresmittel.

Diese Einstufung wurde von der Europäischen Kommission für die 1. Tochterrichtlinie des Rates über die Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid, Partikel und Blei übernommen. Zudem wurde eine ergänzende Bestimmung aufgenommen, nach der der gesetzlich festgelegte 1h-Grenzwert (200 μg/m³) höchstens 18 mal in einem

Kalenderjahr überschritten werden darf. In der WHO-Ableitung gibt es diese Überschreitungshäufigkeit nicht. Hier gilt allein der 1-h-Mittelwert als Beurteilungswert.

Die Richtlinie ist mit der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetz in deutsches Recht umgesetzt worden. Seit 2010 sind die Grenzwerte einzuhalten.

Eine darüber hinaus gehende Ableitung liefert der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) mit seiner maximalen Immissionswertkonzentration zum Schutz des Menschen:

Aufgrund verschiedenster tier- und humanexperimenteller Untersuchungen,  Ausgehend von dem in Laborversuchen abgeleiteten LOAEC berücksichtigt die VDI-Empfehlung einen zusätzlichen Sicherheitsfaktor 2 für besonders empfindliche Bevölkerungsgruppen (Säuglinge, Schwangere etc.) die keinem Gesundheitsrisiko aufgrund bestimmter Schadstoffe ausgesetzt werden sollen.

Da sich, insbesondere aus epidemiologischen Studien, kein Schwellenwert für langfristige NO2 -Wirkungen auf den Menschen ableiten lässt, wird von der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN, unter dem Gesichtspunkt der gesundheitlichen Vorsorge, für langfristige Belastungen (Jahresmittelwert) in Wohngebieten 20 µg NO2/m3 für anstrebenswert gehalten.

Als Kurzzeitbelastung (Tagesmittelwert) für Wohngebiete leitet der VDI als eine maximale Immissionskonzentration (MIK) von 50 μg/m³ ab.

Diese Werte stellen keine Grenze zur Schädigung dar, sondern sind als vorsorgende Empfehlung zu betrachten.


LANUV: Messorte der Luftqualitätsüberwachung in Duisburg

Wie ist die Duisburger Situation?

In Duisburg betreibt das Landesumweltamt 4 Messstationen für Stickstoffdioxid. An drei Stationen wird die Belastung (der Verkehrbedingte NO2) kontinuierlich gemessen (Innenstadt, Bruckhausen, Walsum) und an der Station in Rheinhausen mit Passivsammlern, die monatlich ausgewertet werden. Siehe Karte

Die aktuellen jeweils aktuellen Immissionsdaten können auf der Seite des Landesumweltamtes eingesehen werden. Link

Für NO2 zeigt sich in Duisburg ein Trend zu abnehmenden Belastungen. Bei NO2 wurden 2014 und 2015 an den vier Messstellen keine Überschreitungen von Grenzwerten gemessen. Die höchsten Werte 2015 im Jahresmittel traten in Rheinhausen: Friedrich-Ebert-Straße  36 µg/m³, und Mitte: Kardinal-Galen-Straße 37 µg/m³) auf. 

Landesweit wurde an rund 64 % der Messstellen der Jahresmittel-Grenzwert überschritten. Diese liegen im Straßenraum. 

Die Messstationen in Rheinhausen und Mitte befinden sich im Straßenraum mit geschlossener Bebauung. Die Messstation in Bruckhausen ist industrienah aufgestellt und liegt in einem unbebauten Umfeld. Die Station in Walsum liegt im städtischen Hintergrund in verkehrsschwacher Lage. Trend Messwerte im Verlauf der letzten 10 Jahren.


Der Grenzwert für das Jahresmittel wird seit 2011 nicht mehr überschritten.

Ob das auch in anderen Bereichen von Duisburg gilt, kann nicht festgestellt werden. In der letzten Berechnung der Immissionssituation (Luftrheinhalteplan West 2011) an vielbefahrenen Straßen von Duisburg wurden an rund 20 Straßenkilometern Überschreitungen des Grenzwertes ermittelt.

Demnach waren ca. 12 % der Einwohner Duisburgs von Immissionsbelastungen ausgesetzt.

In der Tabelle sind die Betroffenenzahlen nach Bezirken dargestellt:

Bezirk

Anzahl der Einwohner /
NO2 > Grenzwert

Duisburg - Hamborn

3 977

Duisburg - Homberg-Ruhrort-Baerl

1 041

Duisburg - Meiderich

4 130

Duisburg - Mitte

5 391

Duisburg - Rheinhausen

2 399

Duisburg - Süd

1 048

Duisburg - Walsum

717

Betroffene in ganz Duisburg

20 310

Tabelle: Betroffene Zahlen nach Bezirken

In den Bezirken Mitte und Meiderich sind die höchsten Betroffenenzahlen zu finden. Da die Datengrundlagen (2009) mittlerweile veraltet sind, besteht ein Bedarf zur Überarbeitung der Belastungskarten, denn im Verlauf der letzten Jahre ist die Immissionsbelastung gesunken, wie auch die Messwerte an den Messstationen zeigen.

Um den erforderlichen Umfang der Maßnahmen zur Immissionsreduzierung abschätzen zu können, ist es daher von besonderer Bedeutung die Größe des Gebiets mit Grenzwertüberschreitungen zu kennen. Im Rahmen der Fortschreibung des Luftreinhalteplanes erwartet die Stadt Duisburg eine Überarbeitung der Belastungskarten.

Im Vergleich mit anderen Städten im Ruhrgebiet scheint die Belastungssituation nicht so gravierend zu sein. Insgesamt betrachtet, liegt das Belastungsniveau jedoch auf einem hohen Niveau, so dass trotz Unterschreitung des Grenzwertes mit gesundheitlichen Schädigungen zu rechnen ist.

Verglichen mit dem vorsorgenden Maßstab des VDI von 20 µg/m³ besteht an allen Stationen noch erheblicher Minderungsbedarf.


Welche Handlungsnotwendigkeiten bestehen?

In Duisburg wurden seit 2005 Luftreinhaltepläne zur Einhaltung der Grenzwerte für PM 10 und NO2 aufgestellt (2005 Aktionsplan Duisburg Nord zur PM 10 Reduzierung, 2008 sowie 2011 Luftreinhaltepläne für die gesamte Stadt zur Reduzierung von PM 10 und NO2).

Für Stickstoffdioxid wurden somit seit 2008 Maßnahmen durchgeführt, um die Immissionsbelastung unter die Grenzwertvorgaben abzusenken.

Mit der Fortschreibung des Luftreinhalteplans 2011 wurden Schwerpunkte bei Maßnahmen zur Minderung der verkehrsbedingten NOx-Emissionen gesetzt (Verringerung der Verkehrsleistung, Verflüssigung des Verkehrs, Fortführung der Flottenerneuerung). Besonders die Veränderung des Mobilitätsverhaltens bietet ein hohes Potential an Immissionsentlastung, dass jedoch aufgrund der individuell erforderlichen Einstellungsänderung, verbunden mit den knappen gesellschaftlich zur Verfügung gestellten finanziellen Ressourcen (Anreize, ÖPNV-Angebotsverbesserung), schwierig zu realisieren ist. Die in den vergangenen Jahren erzielten Erfolge zeigen, dass die Maßnahmen greifen, aber noch nicht ausreichen, um in allen Fällen die Immissionsgrenzen zu unterschreiten.

Der Handlungsspielraum auf kommunaler Ebene ist weitgehend ausgeschöpft. Das Maßnahmenerfordernis besteht im Wesentlichen für dieselbetriebene Fahrzeuge, für die es bisher keine rechtlichen Grundlagen zum Ausschluss oder Lenkung gibt. Hier müssen bundes- bzw. landesrechtliche Voraussetzungen geschaffen werden. Allerdings sieht das Verwaltungsgericht Düsseldorf in der Entscheidung vom September 2016 bereits heute die Möglichkeit Straßen für Dieselfahrzeuge zu sperren (Einfahrtverbotszeichen (VZ 251) mit Zusatzschild gilt für Dieselfahrzeuge).

Bei NO2 hatte man gehofft, dass die Verbreitung der EURO 5-Norm zu einer deutlichen Absenkung nicht nur der Feinstaub-, sondern auch der NO2–Belastung führt. Abgasuntersuchungen an Kraftfahrzeugen unter realen Fahrbedingungen, (städtische Straßen mit hohem Verkehrs­aufkommen) zeigen, dass die Europäische Abgasgesetzgebung, im Unterschied zum Feinstaub, bei Stickstoffdioxid bei weitem nicht die erwarteten Verbesserungen erbracht hat. Bei den Typprüfzyklen (Euro 4 bis 6) werden die Grenzwerte eingehalten, im Betrieb auf den Straßen nicht. Dies trifft auf Diesel-Pkw und die dieselgetriebenen leichten Nutzfahrzeuge zu.

Mit Euro VI für Dieselfahrzeuge wird zwar das Emissionsniveau der Benziner auf dem Papier erreicht, jedoch zeigen Messungen, dass die realen Emissionen um ein vielfaches höher liegen.

Das heißt, dass EURO 6 nur bei Einhaltung unter realen Fahrbedingungen einen größeren Betrag zur Absenkung der NO2 Belastung leisten kann. Das Umweltbundesamt erwartet erst um 2030 die Einhaltung der Grenzwerte für Stickstoffdioxid in den höchstbelasteten Gebieten, weil dann eine ausreichende Marktdurchsetzung mit Euro VI Fahrzeugen stattgefunden hat, die auch im Realbetrieb niedrige NOx-Emissionen aufweisen.

Seit Anfang 2016 müssen bei der Typzulassung von Fahrzeugen Messungen unter realen Fahrbedingungen vorgenommen werden.

Ab September 2017 dürfen für die Zulassung neuer PKW-Typen die Emissionswerte für NOx um den Faktor 2,1 überschritten werden (Statt 80 168 g/km). Für neu zugelassene Fahrzeuge gilt dies ab September 2019.

Dieser Überschreitungsfaktor wird 01/2020 für die Typzulassung auf 1,5 gesenkt (statt 80 120 g/km). Alle neuzugelassenen Fahrzeuge dürfen ab 01/2021 1,5 mal mehr Emissionen ausstoßen, also doppelt so viel wie Benziner.

Bei schweren LKW und Bussen gilt die letzte Stufe schon heute.


Gilt das auch für Benziner? Ja

Trotz der sinkenden Immissionsbelastungen ist eine kurzfristige Einhaltung der Grenzwerte nur durch verringerte Kfz-Emissionen und damit verringerte Verkehrsmengen möglich.

Vor diesem Hintergrund ist der Vorschlag der Umweltministerkonferenz zur Einführung einer blauen Plakette (Euro-6) zu verstehen. Hiermit würde die rechtliche Grundlage des Bundesgesetzgebers zum Ausschluss von den NO2-trächtigen Dieselfahrzeugen in den hoch belasteten Straßenbereichen geschaffen.

Ob dies in Duisburg relevant wird, ist noch nicht eindeutig zu beantworten. Einerseits traten an den Messstationen keine Grenzwertüberschreitungen auf, während andererseits im Luftreinhalteplan in den Belastungskarten für rund 20 Kilometer Straßen Grenzwertüberschreitungen dokumentiert sind.

Daher bedarf es dringend einer Fortschreibung des 5 Jahre alten Luftreinhalteplanes mit Überarbeitung der Belastungskarten.

Einschneidende Maßnahmen wie City-Maut oder Zufahrtsbeschränkungen können erst realisiert werden, wenn dafür auf Bundesebene die notwendigen Rechtsgrundlagen geschaffen werden.


Was kann der Einzelne tun?

Wir sind alle aufgerufen unseren Beitrag zur Minderung der Immissionsbelastung zu leisten.

  • Nutzen Sie Busse und Straßenbahnen um Ihre Mobilität zu sichern.
  • Fahren Sie Fahrrad für die kurzen Strecken so oft es geht.
  • Falls Sie sich ein Auto kaufen wollen, greifen Sie zu bei einem Benziner und erwägen Sie die Gasnutzung (LPG oder Erdgas).
  • Auf eine Umrüstung müssen Sie noch warten. Für Diesel Pkw und leichte Lkw fehlen Nachrüstmöglichkeiten zu tragbaren Kosten. Bausätze sind zwar von verschiedenen Firmen technisch realisiert (ca. 3000 €), dürfen aber ohne Verlust der Betriebserlaubnis nicht eingebaut werden. Hier fehlen Regelungen durch den Gesetzgeber.

Wo stehen wir beim Gesundheitsschutz?

Angesichts der landesweit hohen Zahl von Grenzwertüberschreitungen besteht weiterhin ein großer Handlungsbedarf zur Immissionsverminderung. Dies ist auch zum Gesundheitsschutz der Bürgerinnen und Bürger geboten, da keine Grenze der Unschädlichkeit für die reaktiven Stickstoffverbindungen existiert. Aus gesundheitlicher Sicht ist also eine Verringerung von Stickstoffdioxid unbedingt notwendig.

Kurzfristig wird dies vornehmlich nur über eine Verringerung der lokalen Verkehrsmengen möglich sein, denn eine größere Verbreitung von Elektromobilität, EURO-6 Diesel-Fahrzeugen und ÖPNV- und Fahrradnutzung wird erst mittel- bis langfristig eine emissionsmindernde Wirkung zeigen.

Die Veränderung der Verkehrsmittelwahl ist intensiv voranzutreiben. Dazu müssen Land und Bund Mittel den Kommunen bereitstellen.

Sicher ist, bevor es zu Einfahrverboten in Duisburg und im Ruhrgebiet kommt, wird wie beim letzten Luftreinhalteplan 2011 ein intensiver Beteiligungsprozess stattfinden. Dies bleibt abzuwarten. An dessen Ende wird ein neuer Luftreinhalteplan stehen, der die Basis für die Eingriffe in den Straßenverkehr darstellt und von der Stadt Duisburg umzusetzen sein wird.

In Gebieten mit Grenzwertüberschreitungen an Messstationen hat die EU weitere Ermittlungen für ein Vertragsverletzungsverfahren eingeleitet.

Um der Bedeutung des Verkehrs am Standort Duisburg stärker gerecht zu werden, bedarf es dringend der Entwicklung einer Verkehrsstrategie. Hierfür bietet sich ein Verkehrsentwicklungskonzept unter Berücksichtigung der Faktoren Logistik, Umwelt, ÖPNV-Förderung, Gesundheit und Verhaltensänderung an.

Deshalb kommt es in Verkehrsnähe zwar zu einem Rückgang der Feinstaubbelastung, aber nicht zu einer vergleichbaren Minderung der Stickstoffdioxidkonzentrationen. Verbunden mit der hohen Verkehrsdichte bestätigt dies den großen Handlungsbedarf zur Reduzierung der verkehrsbedingten Luftbelastung.

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