Relevante Luftschadstoffe

Als Luftverunreinigungen werden gemäß dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) alle Veränderungen der natürlichen Zusammensetzung der Luft bezeichnet, insbesondere durch Rauch, Ruß, Staub, Gase, Aerosole, Dämpfe und Geruchsstoffe. Laut der 39. BImSchV ist ein Schadstoff "jeder in der Luft vorhandene Stoff, der schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder die Umwelt insgesamt haben kann". Im Rahmen des Umweltschutzes zählen zu den relevanten Luftschadstoffen die Stoffe, für die aufgrund gesetzlicher Vorgaben eine Messverpflichtung besteht und für die es Beurteilungswerte gibt.

An den Messstationen des Landes Baden-Württemberg werden je nach Lage und lokaler Immissionssituation unterschiedliche Luftschadstoffe gemessen, zu denen hier kurz einige Informationen gegeben sind. Weiterführende Informationen zu den Luftschadstoffen finden Sie im Internetangebot des Umweltbundesamtes.

Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) werden unter der Bezeichnung Stickstoffoxide (NOx) zusammengefasst.

Quellen

Stickstoffoxide entstehen bei allen Verbrennungsprozessen unter hohen Temperaturen. Bedeutende Emissionsquellen sind der Kraftfahrzeugverkehr und die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Zu den natürlichen Quellen zählen Blitze in Gewitterwolken. In der Atmosphäre wird das überwiegend freigesetzte Stickstoffmonoxid vergleichsweise schnell in Stickstoffdioxid umgewandelt. Die Umwandlungszeit ist von der Tages- und Jahreszeit sowie von der Ozonkonzentration abhängig. Tagsüber und im Sommer erfolgt die Umwandlung rasch, nachts und im Winter wesentlich langsamer.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Stickstoffoxide wirken reizend auf die Schleimhäute sowie die Atemwege des Menschen und können Pflanzen schädigen. Auch eine Zunahme von Herz-Kreislauferkrankungen kann beobachtet werden.

Stickstoffdioxid ist zusammen mit den flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) eine der Vorläufersubstanzen für die Bildung von bodennahem Ozon.

Stickstoffoxide tragen durch die langfristige Umwandlung in Nitrat und nachfolgender Deposition zur Überdüngung der Böden in empfindlichen Ökosystemen und Gewässern bei. Über die Umwandlung zu Salpetersäure leisten sie einen Beitrag zur Versauerung.

Beurteilungswerte

Gemäß der 39. BImSchV gelten folgende Immissionswerte für Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide:

Mittelungszeitraum Immissionswert Zulässige Anzahl von Überschreitungen Schutzgut Definition des Immissionswertes
Stickstoffdioxid (NO2)
1 Stunde 200 µg/m³ 18 im Kalenderjahr menschliche Gesundheit Grenzwert
Kalenderjahr 40 µg/m³ - menschliche Gesundheit Grenzwert
1 Stunde a) 400 µg/m³ - menschliche Gesundheit Alarmschwelle
Stickstoffoxide (NOx)
Kalenderjahr 30 µg/m³ - Vegetation kritischer Wert

a) gemessen an drei aufeinanderfolgenden Stunden

Immissionsentwicklung

Seit Anfang der 1990er Jahre ist in Baden-Württemberg bei den verkehrsnahen Messstationen und den Messstationen im städtischen Hintergrund ein leicht abnehmender Trend der Immissionsbelastung durch Stickstoffdioxid erkennbar. Gleichzeitig ist ein deutlicher Rückgang der Stickstoffmonoxidkonzentrationen zu verzeichnen. Erwartungsgemäß liegt die Immissionsbelastung des primär verkehrsbedingten Stickstoffdioxids an den Messstationen im ländlichen Hintergrund auf sehr niedrigem Niveau.

 

Partikel (Particulate Matter, PM) sind luftgetragene feste oder flüssige Teilchen, die nicht unmittelbar zu Boden sinken, sondern eine gewisse Zeit (in der Größenordnung mehrerer Tage) in der Atmosphäre verweilen und über große Distanzen transportiert werden können.

Die Größe der Partikel und ihre Zusammensetzung bestimmen neben den chemischen und physikalischen Eigenschaften auch ihre Wirkung auf Mensch und Umwelt. Es werden vier Fraktionen hinsichtlich des Durchmessers der Staubpartikel unterschieden, wobei die gröberen Fraktionen immer auch die kleineren Partikel beinhalten.

Die Partikel der Fraktionen kleiner als 10 µm werden auch als Feinstaub bezeichnet.

Einteilung der Staubfraktionen
Staubfraktion Partikelgröße
Grobstaub > 10 µm
Feinstaub Partikel PM10 inhalierbar < 10 µm
Partikel PM2,5 lungengängig < 2,5 µm
Partikel PM0,1 blutgängig < 0,1 µm

 

Quellen

Es werden primäre und sekundäre Partikel unterschieden.

Primäre Partikel werden direkt in die Umwelt emittiert und können natürlichen Ursprungs sein (z. B. als Folge von Bodenerosion) oder durch menschliches Handeln freigesetzt werden (beispielsweise durch Verkehr und Feuerungsanlagen).

Sekundäre Partikel entstehen erst in der Atmosphäre durch eine chemische Reaktion aus gasförmigen Vorläufersubstanzen wie Schwefeldioxid, Stickstoffoxiden oder Ammoniak.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Vor allem die Partikel der Fraktionen PM0,1 und PM2,5 sind für Beeinträchtigungen der menschlichen Gesundheit bedeutsam. Aufgrund ihrer guten Lungengängigkeit können sie weit in den Organismus vordringen und Beschwerden des Atemtraktes und des Herz-Kreislaufsystems verursachen.

Beurteilungswerte

Gemäß der 39. BImSchV gelten folgende Immissionswerte für Partikel der Fraktionen PM10 und PM2,5:

Mittelungszeitraum Immissionswert Zulässige Anzahl von Überschreitungen Schutzgut Definition des Immissionswertes
Partikel PM10
1 Tag 50 µg/m³ 35 im Kalenderjahr menschliche Gesundheit Grenzwert
Kalenderjahr 40 µg/m³ - menschliche Gesundheit Grenzwert
Partikel PM2,5
Kalenderjahr 25 µg/m³ - menschliche Gesundheit Grenzwert

Immissionsentwicklung

In den letzten Jahren ist bei den verkehrsnahen Messstationen und den Messstationen im städtischen Hintergrund ein leicht abnehmender Trend bei der Immissionsbelastung durch Partikel PM10 und PM2,5 festzustellen. Erwartungsgemäß liegt die Immissionsbelastung durch die primär verkehrsbedingten Partikel PM10 an den Messstationen im ländlichen Hintergrund auf niedrigerem Niveau.

 

Ozon (O3) ist ein chemisch sehr reaktives Gas. In der Stratosphäre oberhalb von etwa 20 km schützt es als natürliche Ozonschicht vor der schädlichen Ultraviolettstrahlung der Sonne. Ozon kommt natürlicherweise auch in den bodennahen Luftschichten vor. Die natürliche Hintergrundkonzentration beträgt hier im Mittel etwa 50 µg/m³.

Quellen

Bodennahes Ozon stammt zu einem geringeren Teil aus dem vertikalen Transport von Ozon aus der Stratosphäre bzw. Ozonschicht. Hauptsächlich wird es aber bei intensiver Sonneneinstrahlung durch photochemische Reaktionen der Vorläufersubstanzen, insbesondere Stickstoffdioxid und flüchtige organische Verbindungen (VOC), gebildet. Ozon wird somit nicht direkt aus Quellen emittiert, sondern bildet sich erst in der Atmosphäre.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Ozon wirkt in erhöhten Konzentrationen als Reizgas auf die Atemwege und kann nach tiefer Inhalation (z. B. bei sportlicher Betätigung) die Entstehung entzündlicher Prozesse im Lungengewebe fördern. Die Empfindlichkeit gegenüber Ozon ist dabei sehr individuell ausgeprägt.

Zudem können erhöhte Ozonkonzentrationen in Bodennähe das Pflanzenwachstum beeinträchtigen.

Beurteilungswerte

Gemäß der 39. BImSchV gelten folgende Immissionswerte für Ozon:

Mittelungszeitraum Immissionswert Zulässige Anzahl von Überschreitungen Schutzgut Definition des Immissionswertes
1 Stunde 180 µg/m³ - menschliche Gesundheit Informationsschwelle
1 Stunde 240 µg/m³ - menschliche Gesundheit Alarmschwelle
8 Stunden a) 120 µg/m³ 25 im Kalenderjahr b) menschliche Gesundheit Zielwert
AOT40 c) 18.000 (µg/m³)h - Vegetation Zielwert
AOT40 c) 6.000 (µg/m³)h - Vegetation langfristiges Ziel

a) höchster gleitender 8-Stundenmittelwert eines Tages
b) gemittelt über drei Jahre
c) AOT40 (accmulated exposure over a threshold of 40 ppb), die summierte Differenz zwischen 1-Stundenmittelwerten über 80 µg/m³ (= 40 ppb) und 80 µg/m³ (= 40 ppb) im Zeitraum 1. Mai bis 31. Juli zwischen 8:00 Uhr und 20:00 Uhr mitteleuropäischer Zeit; gemittelt über fünf Jahre

Immissionsentwicklung

Seit den 1990er Jahren ist sowohl bei den Messstationen im städtischen Hintergrund als auch bei denen im ländlichen Hintergrund ein abnehmender Trend bei der Immissionsbelastung durch Ozon festzustellen.

Schwefeldioxid (SO2) ist ein farbloses, stechend riechendes und wasserlösliches Gas.

Quellen

Schwefeldioxid entsteht bei der Verbrennung fossiler schwefelhaltiger Brennstoffe, insbesondere von Kohle und Heizöl.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Schwefeldioxid reizt die Schleimhäute und die Atemwege. Die Kombination von Schwefeldioxid und Stäuben verstärkt die negative Wirkung auf die Gesundheit erheblich.

Des Weiteren schädigt Schwefeldioxid die Pflanzen; insbesondere Nadelhölzer, Moose und Flechten reagieren empfindlich auf erhöhte Schwefeldioxidkonzentrationen in der Luft.

Der Abbau von Schwefeldioxid in der Atmosphäre erfolgt durch Oxidation zu Sulfat und Schwefelsäure, die als Niederschlag ausgetragen wird. Schwefeldioxid trägt damit zur Versauerung von Böden und Gewässern sowie zu säurebedingten Korrosions- und Verwitterungsschäden an Metallen und Gestein (z. B. an Gebäuden) bei.

Beurteilungswerte

Mittelungszeitraum Immissionswert Zulässige Anzahl von Überschreitungen Schutzgut Definition des Immissionswertes

Gemäß der 39. BImSchV gelten folgende Immissionswerte für Schwefeldioxid:

1 Stunde 350 µg/m³ 24 im Kalenderjahr menschliche Gesundheit Grenzwert
1 Tag 125 µg/m³ 3 im Kalenderjahr menschliche Gesundheit Grenzwert
1 Stunde a) 500 µg/m³ - menschliche Gesundheit Alarmschwelle
Kalenderjahr 20 µg/m³ - Vegetation kritischer Wert
Winterhalbjahr (1.10.-31.3.) 20 µg/m³ - Vegetation kritischer Wert

 a) gemessen an drei aufeinanderfolgenden Stunden

Immissionsentwicklung

Die Immissionsbelastung durch Schwefeldioxid in Baden-Württemberg ist seit den 1990er Jahren stark rückläufig und verdeutlicht die Erfolge der Luftreinhaltepolitik bei der Reduktion der Schwefeldioxidemissionen vor allem bei den Kraftwerken und der Industrie. Insbesondere bei den Messstationen im städtischen Hintergrund ist eine deutliche Verbesserung der Luftqualität eingetreten. Auch an den Messstationen im ländlichen Hintergrund ist die Immissionsbelastung durch Schwefeldioxid heute nur noch sehr gering. An den verkehrsnahen Messstationen werden in der Regel keine Messungen von Schwefeldioxid durchgeführt.

Kohlenmonoxid (CO) ist ein geruchloses, brennbares und wasserlösliches Gas.

Quellen

Kohlenmonoxid entsteht bei der unvollständigen Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe wie Benzin, Öl, Holz und Kohle. Einer der Hauptemittenten ist der Verkehr.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Kohlenmonoxid wirkt in höheren Konzentrationen giftig, indem es den Sauerstofftransport im Blut blockiert. Vergiftungen sind um so eher möglich, je höher die Konzentration ist und je länger die Einwirkung dauert. Akute Vergiftungserscheinungen treten vor allem in geschlossenen Räumen mit laufenden Verbrennungsmotoren (z. B. Garagen) auf.

In der Außenluft lassen sich üblicherweise nur relativ geringe Konzentrationen nachweisen, welche sich jedoch bei längerer Exposition ebenfalls belastend auf den Menschen, insbesondere empfindliche Bevölkerungsgruppen wie ältere Menschen, Schwangere, Kinder oder Menschen mit Vorerkrankungen des Herz-Kreislaufsystems, auswirken können.

Beurteilungswerte

Gemäß der 39. BImSchV gilt folgender Immissionswert für Kohlenmonoxid:

Mittelungszeitraum Immissionswert Zulässige Anzahl von Überschreitungen Schutzgut Definition des Immissionswertes
8 Stunden a) 10 mg/m³ - menschliche Gesundheit Grenzwert

a) höchster gleitender 8-Stundenmittelwert eines Tages

Immissionsentwicklung

Kohlenmonoxid war ein Leitparameter für die Luftbelastung verursacht durch den Straßenverkehr. Heute besitzt Kohlenmonoxid nur noch eine geringe Bedeutung, da die Emissionen mit Einführung des geregelten Katalysators (G-Kat) für Benzinfahrzeuge seit etwa 1995 massiv abgenommen haben. Für die Immissonsbelastung durch Kohlenmonoxid ist somit in den letzten Jahren eine stetige Abnahme zu verzeichnen.

Benzol (C6,H6) ist der einfachste aromatische Kohlenwasserstoff. Die Flüssigkeit hat einen charakteristischen Geruch und tritt leicht in die Gasphase über.

Quellen

Die Hauptemissionsquellen von Benzol sind die Verbrennung von Benzin in Kraftfahrzeugen, Verdunstungsverluste beim Betanken und bei Heiß-/Warmabstellvorgängen aus den Motoren sowie Freisetzungen bei der industriellen Produktion. Eine weitere Quelle sind Holzfeuerungsanlagen.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Die Aufnahme von Benzol in den menschlichen Körper erfolgt über die Atemwege.

Benzol ist toxisch, jedoch spielen toxische Effekte in den in der Außenluft auftretenden Konzentrationsbereichen nur eine untergeordnete Rolle. Relevant ist die kanzerogene und erbgutschädigende Wirkung von Benzol bei längerer Exposition.

Beurteilungswerte

Gemäß der 39. BImSchV gilt folgender Immissionswert für Benzol:

Mittelungszeitraum Immissionswert Zulässige Anzahn von Überschreitungen Schutzgut Definition des Immissionswertes
Kalenderjahr 5 µg/m³ - menschliche Gesundheit Grenzwert

Immissionsentwicklung

Die Entwicklung der Immissionsbelastung durch Benzol ist vor allem an den Stationen mit direktem Verkehrseinfluss massiv zurückgegangen. Die Senkung der Benzolkonzentrationen kann auf eine entscheidende Reduktion der Benzolemissionen durch den Einsatz des geregelten Katalysators bei Benzinfahrzeugen und die Absenkung des Benzolgehaltes im Benzin zurückgeführt werden.

Ammoniak (NH3) ist ein wasserlöslisches, stechend riechendes Gas.

Quellen

In der Natur entsteht Ammoniak bei der mikrobiellen Zersetzung stickstoffhaltiger organischer Materie (z. B. abgestorbene Pflanzenreste, tierische Exkremente), bei der sogenannten Huminifizierung.

Anthropogene Ammoniakemissionen stammen überwiegend aus der Landwirtschaft; mit rund 90 Prozent aus der Intensivtierhaltung (insbesondere Rinderhaltung). Von Bedeutung sind hier vor allem die Emissionen von Tierställen sowie die Lagerung und Ausbringung von Gülle und Festmist.

Eine weitere, nicht landwirtschaftliche Quelle ist der Verkehr. Durch den Einbau des Dreiwege-Katalysators bei benzinbetriebenen Kraftfahrzeugen hat im Bereich des Verkehrs die Ammoniakemission an Bedeutung zugenommen.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Ammoniak wirkt reizend auf Augen, Schleimhäute und den Atemtrakt.

Aufgrund der schnellen Umsetzung in der Atmosphäre, lagert sich das freigesetzte Ammoniak daher überwiegend in unmittelbarer Emittentennähe als trockene Deposition ab. Als einzige basische Komponente reagiert der Hauptteil des Ammoniaks mit den in der Atmosphäre vorhandenen Säuren wie Schwefel- oder Salpetersäure. Dabei wird Ammoniak zu Ammonium (NH4+) bzw. seinen Salzen Ammoniumsulfat ((NH4)2SO4) und Ammoniumnitrat (NH4NO3) umgewandelt, die über weite Strecken in emittentenferne Regionen transportiert werden können. Dort können sie als nasse Deposition über die Niederschläge ausgewaschen werden und in den Boden gelangen. Diese sekundär gebildeten Partikel tragen somit zur Feinstaubbelastung und durch ihre versauernde und eutrophierende Wirkung auch zur Gefährdung empfindlicher Ökosysteme bei.

Beurteilungswerte

Zum Schutz empfindlicher Ökosysteme werden in der TA Luft (2002) die von Tierhaltungen verursachten Ammoniakemissionen über Abstandsvorgaben begrenzt. Dabei wird davon ausgegangen, dass keine erheblichen Nachteile für die Ökosysteme vorliegen, wenn die Ammoniakkonzentrationen nicht mehr als 10 µg/m³ betragen.

Die UNECE (2010) empfiehlt zum Schutz der naturnahen Vegetation eine maximale Ammoniakkonzentration (Critical Level)  für niedere Pflanzen wie Flechten und Moose in Höhe von 1 µg/m³ und für höherer Pflanzen von 2- 4 µg/m³. 

Insgesamt werden die Höchstmengen an Ammoniakemissionen durch die 39. BImSchV vom 2. August 2010 festgeschrieben. Damit hat sich Deutschland verpflichtet, seine Ammoniakemissionen auf 550 Kilotonnen pro Jahr zu reduzieren. Dieses Ziel kann nur durch verstärkte Minderungsmaßnahmen bei der Ammoniakemission im Bereich der Intensivtierhaltung erreicht werden.

Zu den relevanten Inhaltsstoffen, die in der Staubfraktion Partikel PM10 ermittelt und beurteilt werden, zählen u. a.:

  • Arsen (As), Blei (Pb), Kadmium (Cd) und Nickel (Ni), welche unter dem Begriff „Schwermetalle" zusammengefasst werden.
  • Benzo[a]pyren (C20H12, BaP), das zur aus mehreren Hundert Einzelverbindungen bestehenden Gruppe der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) gehört; im Allgemeinen wird es als Leitsubstanz für die Gruppe der PAK herangezogen. Benzo[a]pyren ist nur gering flüchtig und liegt in der Atmosphäre partikelgebunden vor.
  • Ruß, das heißt Partikel, die bei der unvollständigen Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe (wie Öl, Kohle, Holz) entstehen. Rußpartikel bestehen aus Kohlenstoff und weisen eine Größe von ca. 0,01 bis 1 µm auf.

Quellen

Die Hauptquellen atmosphärischer Emissionen von Arsen, Kadmium und Nickel sind die Verbrennung von Öl und Kohle in Feuerungsanlagen.

Blei wurde bis zum Verbot bleihaltiger Zusätze in Kraftstoffen hauptsächlich durch den Verkehr freigesetzt.

Freisetzungen von Benzo[a]pyren in die Luft werden nicht nur durch den Verkehr verursacht, sondern überwiegend durch Verbrennungsprozesse in Feuerungsanlagen, so dass hohe Benzo[a]pyrenkonzentrationen vor allem im Umfeld von Holz- und Kohlefeuerungen auftreten. PAK reichern sich in der Umwelt an und werden kaum abgebaut. Sie lassen sich ubiquitär nachweisen.

Ruß entsteht bei der unvollständigen Verbrennung bzw. der thermischen Spaltung von dampfförmigen kohlenstoffhaltigen Substanzen. Wichtige Quellen sind Fahrzeuge und Maschinen ohne Partikelfilter, Holzfeuerungen und offene Feuer mit Wald-, Feld- und Gartenabfällen.

Wirkungen auf Mensch und Umwelt

Während reines elementares Arsen nicht giftig ist, weisen die dreiwertigen, löslichen Arsenverbindungen ein hohes akut toxisches Potenzial auf.

Bei den anderen Schwermetallen haben weniger akut toxische Effekte Bedeutung für gesundheitliche Beeinträchtigungen als vielmehr die Akkumulation im Körper aufgrund langjähriger Exposition und inhalativer oder oraler Aufnahme.

Blei kann u. a. zu ierdenfunktionsstörungen, zu Schäden des blutbildenden Systems und der Muskulatur sowie des Nervensystems führen. Zudem kann es fruchtschädigend wirken und die Zeugungsfähigkeit beeinträchtigen.

Kadmium kann u.a. den Eiweiß- und Kohlenhydrastoffwechsel stören sowie Knochenschäden und Erkrankungen des Immun- und Nervensystems verursachen. Bestimmte Kadmiumverbindungen sind kanzerogen und erbgutschädigend.

Nickel ist ein häufiger Auslöser für Kontaktallergien und kann u. a. die Lunge und das Immunsystem schädigen. Es wirkt außerdem fruchtschädigend. Nickelstäube stehen ferner im Verdacht, kanzerogen zu sein.

Die PAK einschließlich Benzo[a]pyren sind toxisch, einige PAK sind kanzerogen und stehen im Verdacht, frucht- und erbgutschädigend zu sein.

Ruß gilt als kanzerogen. Dabei beruht die schädigende Wirkung des Rußes auch auf anhaftenden Substanzen, wie z. B. krebserregende PAK, welche ebenfalls bei Verbrennungsprozessen entstehen und zusammen mit dem Ruß in den Körper gelangen können.

Beurteilungswerte

Luftschadstoff Mittelungszeitraum Immissionswert Zulässige Anzahl von Überschreitungen Schutzgut Definition des Grenzwertes

Gemäß der 39. BImSchV gelten folgende Immissionswerte für die Schwermetalle und Benzo[a]pyren als Gesamtgehalt in der Partikelfraktion PM10:

Arsen Kalenderjahr 6 ng/m³ - menschliche Gesundheit Zielwert
Benzo[a]pyren Kalenderjahr 1 ng/m³ - menschliche Gesundheit Zielwert
Blei Kalenderjahr 0,5 µg/m³ - menschliche Gesundheit Grenzwert
Kadmium Kalenderjahr 5 ng/m³ - menschliche Gesundheit Zielwert
Nickel Kalenderjahr 20 ng/m³ - menschliche Gesundheit Zielwert

 

Für Ruß besteht derzeit kein rechtlich verbindlicher Ziel- oder Grenzwert. Die 23. BImSchV (aufgehoben im Juli 2004) enthielt einen Maßnahmenwert von 8 µg/m³ für das Jahresmittel.

Immissionsentwicklung

Arsen

 

 

 

 

 

 

Über den interaktiven Dienst UDO (Umwelt-Daten und -Karten Online) der LUBW können einzelne Daten bis hin zu mehrjährigen Zeitreihen der relevanten Luftschadstoffe abgerufen werden. Die gemäß der 39. BImSchV wichtigsten Kenngrößen der relevanten Luftschadstoffe werden im jährlich erscheinenden LUBW-Bericht "Kenngrößen der Luftqualität" zusammengestellt. Die Ergebnisse der Spotmessungen werden im ebenfalls jährlich erscheinenden LUBW-Bericht "Ergebnisse der Spotmessungen in Baden-Württemberg" dargestellt.