Grundlagen der Datenerhebung

Das Emissionskataster Baden-Württemberg erfasst die Freisetzung von Luftschadstoffen und Treibhausgasen der wesentlichen Quellen natürlichen und anthropogenen Ursprungs seit dem Bezugsjahr 1994. Getrennt nach einzelnen Quellengruppen und räumlich differenziert werden die Jahresemissionen relevanter Stoffe bzw. Stoffgruppen in die Atmosphäre ausgewiesen. Quellen sind dabei definiert als Untermenge der Quellengruppen mit einheitlichem Emissionsverhalten und damit in der Regel auch einheitlicher Erfassungsweise.

Das vorliegende Emissionskataster weist die Jahresemissionen auf der Ebene der Gemeinden in Baden-Württemberg aus. Da die Daten zu den einzelnen Quellengruppen mit unterschiedlichsten Methodiken erhoben und berechnet wurden, liegen den Emissionsdaten entsprechend den verwendeten Grundlagen verschiedene Unsicherheiten zugrunde.

Kleine und Mittlere Feuerungsanlagen

Die Quellengruppe Kleine und Mittlere Feuerungsanlagen adressiert die Emissionen der Haushalte und Kleinverbraucher (Gewerbe, Handel, Dienstleistungen), die im Bezugsjahr der Kleinfeuerungsverordnung (1. Bundesimmissionsschutzverordnung – 1. BImSchV) unterlagen.

Die Quellengruppe der Kleinen und Mittleren Feuerungsanlagen umfasst Emissionen aus der Gebäudeheizung einschließlich der Warmwasseraufbereitung und der Erzeugung von Prozesswärme im gewerblichen Bereich, die durch den Einsatz von
  • Brenngasen (Erdgas, Flüssiggas, Biogasen),
  • Heizöl EL und
  • Festbrennstoffen (Stückholz, Holzpellets, Hackschnitzel, Braunkohle, Steinkohle)
entstehen.

Neben den fossilen und biogenen Brennstoffen der Feuerungsanlagen tragen auch erneuerbare Energieträger wie die Solarthermie und die Nutzung der Umweltwärme (Luft, Grundwasser, oberflächennahe Geothermie) durch Wärmepumpen sowie Fernwärme und Heizstrom zum Endenergieeinsatz der Haushalte und Kleinverbraucher bei und werden mit betrachtet.

Die Ermittlung des Endergieeinsatzes erfolgt u. a. über
  • Die Bestimmung von Wärmebedarfsdichten für Wohngebäude aus dem Energieatlas Baden-Württemberg,
  • Geodaten aus dem Amtlichen Liegenschaftskatasterinformationssystem (ALKIS) und dem Amtlichen Topographisch-Kartographischen Informationssystem (ATKIS) für Kleinverbraucher,
  • Laserbefliegungsdaten zur Gebäudegeometrie,
  • Daten des Zensus und des Mikrozensus,
  • Energiebilanzzahlen,
  • Daten aus Schornsteinfegerbefragungen,
  • Landnutzungsdaten,
  • Beschäftigtenzahlen sowie Klimafaktoren,
  • Erdgasanschlüsse über Gasnetzkarten und
  • speziefische Wirkungsgrade.

Zur Ermittlung der eingesetzten Festbrennstoffmengen wurde eine Befragung ausgewählter beauftragter Bezirksschornsteinfeger (bBSF) durchgeführt. Mit den Angaben zur Anzahl der Einzelraumfeuerungen und der Zentralheizungen und den darin im Bezugsjahr verbrannten Festbrennstoffmengen wurden der Endenergieeinsatz an Festbrennstoffen für alle Gemeinden Baden-Württembergs ermittelt. 

Verkehr

Im Luftschadstoff-Emissionskataster Baden-Württemberg Quellengruppe Verkehr, werden die Emissionen des Straßenverkehrs und des Offroad-Verkehrs (Schifffahrt, Schienenverkehr, bodennaher Luftverkehr an Flughäfen und Motorsport) erfasst.

Bereich Straßenverkehr

Wesentliche Datengrundlage für die Erfassung der Emissionen aus dem Bereich Straßenverkehr ist die jeweils aktuelle Bundesverkehrszählung sowie die Verkehrszählungen an landeseigenen Verkehrszählstellen. Des Weiteren werden die Emissionsberechnungen des Straßenverkehrs auf der Grundlage des „Handbuchs Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs" in der jeweils gültigen Version durchgeführt. Die Emissionen im Bereich des Straßenverkehrs für das Land Baden-Württemberg berechnen sich unter Berücksichtigung der verschiedensten Verkehrssituationen und einiger weiterer Faktoren bis auf die Ebene einzelner Straßenabschnitte.

Es werden die Emissionen der Treibhausgase und der Luftschadstoffe erhoben; bei den Stäuben wird unterschieden in Gesamtstaub sowie in die PM10- sowie PM2,5-Feinstaub-Fraktionen. Die Staubemissionen selbst sind unterteilt in Partikel aufgrund der Aufwirbelung sowie Abgasemissionen und entsprechende Straßen-, Kupplungs-, Reifen- und Bremsenabriebe. 

Bereich Offroad-Verkehr

Die Emissionen für den Bereich Offroad-Verkehr (Schifffahrt, Schienenverkehr, bodennaher Luftverkehr an Flughäfen und Motorsport) werden, neben aktuellen Erhebungen, anhand prognostischer Daten fortgeschrieben.

Die Emissionen des Schienenverkehrs werden von der Deutschen Bahn AG erhoben und zur Verfügung gestellt. Die Berechnung der abgas- (aus Dieseltraktion) und abriebsbedingten Emissionen von Schienenfahrzeugen erfolgt in diesem Fall über systemische Modellierung und entsprechenden spezifischen Emissionsfaktoren.

Die Emissionen von Schiffen werden auf der Grundlage der entsprechenden Kenngrößen wie Kraftstoffverbrauch (Fahrgastschiffe) und Beförderungsleistung  (Güterschiffe) in Verbindung mit spezifischen Emissionsfaktoren für Baden-Württemberg berechnet. Die Berechnung der Emissionen der Schiffe auf dem Bodensee werden dabei separat als Ganzes betrachtet, der Emissionsanteil für Baden-Württemberg wird nicht separat errechnet.

Für die Ermittlung der Emissionen des Flugverkehrs werden zunächst Zahlen für den Flughafen Stuttgart aus den aktuellen Emissionsberichten des Flughafenbetreibers übernommen. Darüber hinaus werden für die anderen Flughäfen und Flugplätze die Starts und Landungen gewerblicher und privater Flüge berücksichtigt. Bis zu einer Höhe von 1 000 Metern über Grund werden dabei die Starts und Landungen betrachtet (LTO-Zyklus) sowie der Vorfeldverkehr, welche ebenfalls anhand spezifischer Emissionswerte ausgewertet werden.

Industrie und Gewerbe

Im Emissionskataster Industrie und Gewerbe sind die Daten und Emissionen der Anlagen folgender Betriebe erfasst worden:

  • Betriebe mit genehmigungsbedürftigen Anlagen nach dem Anhang zur Vierten Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes, die nach der 11. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Emissionserklärungsverordnung 11. BImSchV) verpflichtet sind, eine Emissionserklärung abzugeben (Bereich Industrie) und
  • Betriebe mit nicht erklärungspflichtigen Anlagen (Bereich Gewerbe), mit Ausnahme der nicht genehmigungsbedürftigen Feuerungsanlagen, die zusammen mit den kleinen Feuerungsanlagen in der 1. BImSchV geregelt und daher in der Quellengruppe Kleine und Mittlere Feuerungsanlagen zusammengefasst sind.

Bereich Industrie

Für den Bereich Industrie stehen aktuelle und umfassende Daten aus den Emissionserklärungen nach der 11. BImSchV sowie nach E-PRTR-Verordnung zur Verfügung. Basis sind die mittels der bundeseinheitlichen Software BUBE-Online erfassten Daten. In den Jahren, in denen keine Emissionserklärungen nach der geltenden 11. BImSchV von den betroffenen Anlagenbetreiber zu erstellen sind, wird eine vereinfachte Zwischenfortschreibung der Daten des Erhebungsjahres der Emissionserklärungen vorgenommen. Dazu werden Daten aus den E-PRTR-Meldungen sowie aus Betreiberangaben gemäß 13. und 17. BImSchV herangezogen. Anlagen mit großen Emissionsmassenströmen, besonders kritischen Stoffemissionen und allgemein hoher Umweltrelevanz werden durch direkten Kontakt mit den Anlagenbetreibern oder mittels relevanter Kennzahlen für das jeweilige Bezugsjahr fortgeschrieben.

Soweit für einzelne Luftschadstoffe keine Betreiberangaben zu den Emissionen in den Emissionserklärungen vorliegen, werden diese anhand der in den Emissionserklärungen angegebenen Brennstoffeinsätze bzw. Produktdaten mittels anlagen-/branchenspezifischer Emissionsfaktoren berechnet.

Bereich Gewerbe

Dies umfasst Gewerbebetriebe und Handwerksbetriebe mit immissionsschutzrechtlich nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen wie

  • Lackierereien,
  • Druckereien,
  • chemische Reinigungen,
  • Tankstellen,
  • Tanklager,
  • Holzbe- und verarbeitendes Gewerbe,
  • Metallbe- und verarbeitendes Gewerbe,
  • Kunststoffbe- und verarbeitendes Gewerbe,
  • Chemiegewerbe und
  • Häfen und Steinbrüche.

Die Datenbasis zur Bestimmung der Emissionen aus dem Bereich Gewerbe bilden die Anzahl der Gewerbebetriebe der jeweiligen Branchen sowie Emissionsfaktoren, die aus der Erhebung für das Emissionskataster übernommen und entsprechend der wirtschaftlichen, technischen und legislativen Entwicklung fortgeschrieben wurden.

Aufgrund der Quellengruppenabgrenzung zu den Kleinen und Mittleren Feuerungsanlagen treten die gewerblichen Betriebe nur bei den Emissionen von Nichtmethan-Kohlenwasserstoffen (NMVOC) und Stäuben in Erscheinung. Die Emissionen aus den Feuerungsanlagen (Prozess- und Heiz-Wärme) der gewerblichen Betriebe werden in der Quellengruppe Kleine und Mittlere Feuerungsanlagen erfasst.

Biogene Systeme

Die Quellengruppe Biogene Systeme beinhaltet anthropogen beeinflusste Emissionen aus der Landwirtschaft sowie aus naturbelassenen Quellen (Vegetation, Böden, Gewässer, Wildtiere, Feuchtgebiete). 

Die Emissionen aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung werden zunächst für die Landkreise berechnet. Die Berechnung basiert auf den Tierzahlen pro Landkreis (Daten vom Statistischen Landesamt Baden-Württemberg) und den Emissionsfaktoren aus dem Thünen-Report. Die resultierenden Emissionen pro Landkreis werden dann anhand der Großvieheinheiten auf die Gemeinden verteilt. Emissionen aus anderen landwirtschaftlichen Quellen (z.B. Pflanzenprodukte, Düngung, Vergärung von Energiepflanzen) werden aus Mengenangaben und Emissionsfaktoren aus dem Thünen-Report berechnet und anhand der landwirtschaftlichen Fläche oder der Biogasproduktion auf die Gemeinden verteilt.

Emissionen aus naturbelassenen Quellen errechnen sich aus den Flächen (Wald, Gewässer oder landwirtschaftliche Flächen) oder der Bevölkerungszahl pro Gemeinde und einem angepassten Emissionsfaktor. Sie werden direkt für jede Gemeinde ermittelt. Lediglich die Emissionen von Wildtieren werden zunächst für die Landkreise berechnet, da die zugrundeliegenden Wildzahlen aus der Jagdstatistik der Landkreise (Landwirtschaftlichen Zentrum Baden-Württemberg) abgeschätzt werden. Die resultierenden Emissionen werden über den Anteil der Waldflächen an der gesamten Waldfläche auf die Gemeinden verteilt.

Sonstige Technische Einrichtungen

Die Sonstigen Technischen Einrichtungen beinhalten hauptsächlich anthropogen beeinflusste Emittenten, die direkt mit der Bevölkerungszahl korrelieren, und Emittenten, die sich anderen Quellengruppen nicht direkt zuordnen lassen. Die Emissionen errechnen sich aus statistischen Zahlen und entsprechenden spezifischen Emissionsfaktoren.
Dabei werden die relevanten Luftschadstoff-Emissionen aus folgenden Quellen berücksichtigt:

  • Abfalldeponien und Altablagerungen,
  • Abwasserbehandlung,
  • Produkteinsatz (private und gewerbliche Anwendung lösemittelhaltiger Produkte,
  • Erdgasverteilungsnetze (Netzverluste, Leckagen),
  • Grundwasserförderung,
  • Einsatz von mobilen Geräten, Maschinen und Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren (u. a. Baumaschinen, Maschinen der Land- und Forstwirtschaft) sowie
  • Biogasmotoranlagen (Emissionen aus Verbrennung) zur Stromerzeugung mit Biogas.

Wie sicher sind die Ergebnisse?
Grundlagen der Datenerhebung und Unsicherheitsbetrachtung

Das Emissionskataster Baden-Württemberg weist die Jahresemissionen von Luftschadstoffen und Treibhausgasen auf Ebene der Gemeinden in Baden-Württemberg für das jeweilige Bezugsjahr aus. Da die Daten zu den einzelnen Schadstoffquellen mit unterschiedlichsten Methodiken erhoben und berechnet werden, liegen den Emissionsdaten entsprechend der verwendeten Grundlagen verschiedene Unsicherheitsbereiche bzw. Fehlertoleranzen zugrunde.

Der Leitfaden „Gute fachliche Praxis“ des Weltklimarats (IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change) charakterisiert eine adäquate Unsicherheitsbetrachtung als ein wesentliches Element eines vollständigen, vergleichbaren Emissionsinventars (Good Practice Guidance [GPG 2000]). Mit zunehmender Unsicherheit der angegebenen Emissionsdaten sinken die Aussagekraft und der Grad der Überprüfbarkeit der Daten.

Da die Unsicherheiten in den Gesamtinventaren oft nicht quantifiziert werden können, werden diese in der Regel rein qualitativ betrachtet. Die Beschreibung der Unsicherheiten bei der Emissionsberechnung und bei den angegebenen Emissionsdaten im Luftschadstoff-Emissionskataster der LUBW orientiert sich am EMEP/EEA Air pollutant emission inventory guidebook [EMEP 2009] und am EMEP Emission Inventory Guidebook 2004 „Good Practice Guidance for CLRTAP Emission Inventories“ [CLRTAP 2004].

Werden Schadstoff-Emissionen nicht direkt durch Messungen an der Quelle (z.B. am Kamin) ermittelt – und auch hier geht die Messunsicherheit in die errechnete Jahresfracht ein –, wird für die Bestimmung der Emission eines Schadstoffes folgende Gleichung A herangezogen:

Emissioneni   =    ∑Aktivitäten  Aktivitätsrate  x  EmissionsfaktorAktivität, i    (Gleichung A)

Als Aktivität ist dabei der Prozess zu verstehen, auf den sich die Emissionsaussage bezieht. Das kann z. B. die Verbrennung von kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Substanzen sein (z. B. kg Heizöl pro Jahr) oder das Lackieren eines Bauteiles (in kg Lack pro Jahr) oder die von einem Fahrzeug zurückgelegte Strecke (in km pro Jahr). Aktivitätsdaten werden in der Regel aus Betreiberangaben, über Statistiken, aus ökonomischen Daten oder aus Zähldaten (Verkehr) gewonnen. Je kleinräumiger dabei diese Daten erhoben werden, desto genauer sind die daraus gewonnenen Aktivitätsdaten und desto kleiner ist auch die Unsicherheit in den ausgewiesenen Emissionsdaten. Gleichzeitig erhöht sich bei steigendem Detaillierungsgrad aber auch der Aufwand, der in die Datenerhebung fließt. Einzelne Daten liegen auch nur auf Länderebene vor, werden nur zu bestimmten Stichtagen/-jahren erhoben, unterliegen dem Datenschutz oder sind in manchen Jahren schlichtweg nicht verfügbar.

Der Emissionsfaktor quantifiziert die Menge eines Schadstoffes, die bei einem bestimmten Prozess an die Umgebung abgegeben wird. Der Emissionsfaktor stellt dabei den Durchschnittswert über prozessspezifische Merkmale dar. Diese – gerade im Anlagenbereich – oft länderspezifischen Parameter unterliegen teils großen Schwankungen. So sind Emissionsfaktoren immer als Mittelwerte über einen bestimmten Querschnitt von Anlagen oder Prozessen zu betrachten. Sie verändern sich auch zwischen den Erhebungsjahren, was vor allem bei Zeitreihenbetrachtungen eine wichtige Rolle spielt. Diese Methodik birgt auch den Fehler, dass die Faktoren unter „typischen“ Betriebsbedingungen ermittelt wurden, die nicht unbedingt die tatsächliche Emissionssituation im jeweiligen Bezugszeitraum widerspiegeln.
Die folgende Tabelle zeigt für fünf definierte Gütestufen ein unterstelltes Unsicherheitsintervall nebst einer kurzen Definition, wie die Emissionsfaktoren im Allgemeinen ermittelt wurden. 

Gütestufe Definition Unsicherheitsintervall
A Wert, der auf Messungen an vielen Anlagen basiert, die den Sektor komplett abbilden 10 bis 30 %
B Wert, der auf Messungen an vielen Anlagen basiert, die einen Großteil des Sektors abbilden 20 bis 60 %
C Schätzung basierend auf Messungen an einer geringen Zahl von repräsentativen Anlagen des Sektors 50 bis 150 %
D Schätzung basierend auf einzelnen Messungen oder Expertenmeinung 100 bis 300 %
E Expertenmeinung basierend auf Annahmen >> 300 %

Quelle: Einstufung nach EMEP/EEA emission inventory guidebook 2013, Chapter 5 „Uncertainties“ [EMEP 2013], (Unsicherheitsrelevanz E = hoch, A = niedrig)

Die Unsicherheit – oder der Fehler – eines berechneten Emissionswertes setzt sich nach Gleichung A additiv zusammen aus der Unsicherheit des Aktivitätswertes und der Unsicherheit des Emissionsfaktors.

Unsicherheitsbetrachtung bei den Quellengruppen des Luftschadstoff-Emissionskatasters Baden-Württemberg

Die Einstufung der Unsicherheit bei den Emissionsfaktoren in der Tabelle 1 wird in Tabelle 1 benutzt, um auch die Unsicherheit in der Emissionserhebung selbst in den einzelnen Quellengruppen qualitativ zu beschreiben. Die angenommenen Unsicherheiten in den Aktivitätszahlen und die Unsicherheiten in den Emissionsfaktoren werden dabei quasi summiert und in Form eines Wertes für die Datenqualität für jede Quellengruppe dargestellt. In der folgenden Tabelle wird für alle untersuchten Quellengruppen bzw. Einzelquellen eine qualitative Beurteilung der Datengüte dargestellt.

Gütestufen in der Emissionserhebung zum Luftschadstoff-Emissionskataster Baden-Württemberg
Quellengruppe Einzelquelle Datenbasis (Aktivitätsdaten) Gütestufe
Kleine und Mittlere Feuerungsanlagen Brenngase Strukturdaten Gebäude, Zensusdaten, Versorgungs- und Verbrauchsdaten, spezifische Emissionsfaktoren B
  Heizöl EL Strukturdaten Gebäude, Zensusdaten, Versorgungsdaten, spezifische Emissionsfaktoren C
  Festbrennstoffe Strukturdaten Gebäude, Zensusdaten, spezifische Emissionsfaktoren E
Verkehr Straßenverkehr Bundesverkehrszählung, Emissionsfaktoren-Handbuch, (HBEFA in der aktuellen Fassung) B
  Off-Road-Verkehr (Schifffahrt, Motorsport, Bahn, Flughafen) Kraftstoffverbrauch, spezifische Emissionsfaktoren D
Industrie und Gewerbe Industrie Emissionserklärungen nach 11. BImSchV sowie PRTR-Daten2) (Emissionsfrachten durch Betreiber gemessen bis abgeschätzt) A - C1)
  Gewerbe Anzahl Betriebe durch Umfrage bei den Kommunen, branchenspezifische Emissionsfaktoren C
Biogene Systeme Landwirtschaftliche Tätigkeiten Viehbestand, spezifische Emissionsfaktoren D
  Wildtiere Wildabschusszahlenstatistik, spezifische Emissionsfaktoren E
  Natürliche Vegetation Bodennutzung, spezifische Emissionsfaktoren E
  Bevölkerung / Abwasserkanäle Einwohnerstatistik, spezifische Emissionsfaktoren E
  Gewässer / Feuchtgebiete Gewässerstatistik, spezifische Emissionsfaktoren E
Sonstige Technische Einrichtungen Abfalldeponien PRTR-Daten2), Hausmüllstatistik, spezifische Emissionsfaktoren D
  Abwasserbehandlung Kläranlagenstatistik, spezifische Emissionsfaktoren D
  Produkteinsatz Produktverbräuche, spezifische Emissionsfaktoren D
  Erdgasverteilungsnetze Verbrauchsdaten, spezifische Emissionsfaktoren D
  Biogasanlagen Gasmangen, spezifische Emissionsfaktoren D
  Grundwasserförderung Wasserbilsnz, spezifische Emissionsfaktoren D
  Geräte/Maschinen/Fahrzeuge Gerätestatistik, gerätespezifische Kennzahlen und Kraftstoffverbräuche C
1) variiert je nach Schadstoff: „A“ bei Werten aus Messberichten, „B“ bis „C“ bei den berechneten und abgeschätzten Werten
2) Pollution Release and Transfer Register der EU
 
Literatur: 
  • EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2019 Technical guidance to prepare national emission inventories EEA Report No 13/2019, ISSN 1977-8449
  • „Uncertainties“ Version Guidebook 2019