Unsere Luft

Grenzwertdiskussion Feinstaub für PM10

Die lufthygienische Einschätzung der Partikel hat sich im Laufe der Jahre verändert.

In den 70er-Jahren stand die Verringerung des Gesamtstaubs TSP im Vordergrund.

Ab ca. 2000 legte man das Augenmerk auf die lungengängige Partikel-Fraktion unter 10µm. Zum Schutz der menschlichen Gesundheit gelten seit dem 1. Januar 2005 europaweit Grenzwerte für die Feinstaubfraktion PM10. Der Tagesgrenzwert beträgt 50µg/m3 und darf nicht öfter als 35-mal im Jahr überschritten werden. Der zulässige Jahresmittelwert beträgt 40µg/m3.

Nur wenige Jahre später ergaben neuere Erkenntnisse, dass Partikel unter 2,5µm noch wichtiger sind. Daher wurde diese PM2,5 -Partikelgruppe in die Messungen einbezogen.

Mit dem Inkrafttreten der TA Luft haben sich die Staubemissionen stationärer Quellen sehr schnell verringert. Mit der VDI-Norm 2310 und dem TA Luft-Tagesmittel-Grenzwert von 300µg/m3 und dem Jahresmittelgrenzwert von 150µg/m3 haben sich auch die PM10-Konzentrationen signifikant verbessert. In den Luftreinhalteplänen der Landesämter waren teilweise Forderungen zur Verringerung von Feinstäuben enthalten. Durch die konsequente Filteranwendung beim Pkw und Nutzfahrzeug ist dieses Problem gelöst.

Die PM10-Immissionsgrenzwerte werden in allen 16 Bundesländern unterschritten.9

Grenzwertdiskussion Feinststaub PM2,5 und die Partikelanzahl als neue Messgröße

Seit 01.01.2015 gilt für die PM2,5-Fraktion der Jahresgrenzwert von 25µg/m3. In mehreren epidemiologischen Studien in den USA wurde eine stärkere Assoziation von PM2,5 mit Wirkungen beim Menschen herausgefunden als mit PM10. Das hat zu der Einführung dieser Partikelgruppe geführt. Inwieweit diese für USA herausgefundenen Zusammenhänge auf Deutschland übertragbar sind, muss noch untersucht werden, da nicht nur die Größe, sondern auch weitere Eigenschaften wie chemische Zusammensetzung, Morphologie und Wasserlöslichkeit eine Rolle spielen.

Die PM2,5-Immissionsgrenzwerte werden in Deutschland indes seit Jahren eingehalten.

Selbst an den verkehrsnahen Messstationen werden in allen Bundesländern die geltenden Grenzwerte mit meist weiter fallender Tendenz unterschritten.

Da die Bestimmung der Feinstäube als nicht ausreichend eingeschätzt wird und die Jahresmittelwerte unter den Immissionsgrenzwerten liegen, wird eine zusätzliche Größe eingeführt. Der Fokus wird jetzt auf die Teilchenzahl gelegt. Man befürchtet, dass noch kleinere Partikel mit einer Größe von 100nm bis hin zu 10nm und kleiner (Nanopartikel) ins Lymphsystem und ins Blut gelangen und damit Herz- und Kreislauferkrankungen verstärken, Nervengewebe schädigen und sogar an Krankheiten wie Krebs, Alzheimer oder Demenz beteiligt sein könnten.

Generell hängt die Wirkung von Partikel von der Größe, der Oberfläche, der Struktur, der Wasseraffinität und chemischen Zusammensetzung ab. Hier sind noch viele Fragen zu klären, innerhalb des REACH-Prozesses wird schon an der Risikobewertung und an Regularien und weiteren Forschungen gearbeitet.10

Das Umweltbundesamt (UBA) hat zur Emissionsverminderung beim Straßenverkehr Grenzwertvorschläge gemacht. Die Teilchenzahl wird ab der Euro-6-Stufe bei Dieselmotoren auf 6*1011/km begrenzt, gemessen im neuen Messverfahren WLTC. Für den Real Driving Test RDE sind 9*1011 festgelegt, siehe Details im Anhang. Eine verlässliche Datenbasis für die verschiedenen Betriebsbedingungen und Antriebsarten muss noch erarbeitet werden.

Im urbanen Hintergrund sind Teilchenzahlen von rund 12000 pro cm3 üblich, in Städten liegen die mittleren Werte bei 25000 pro cm3, bei starkem Verkehr wurden in der Schweiz in der Spitze 40000 pro cm3 gemessen.11

Ein Immissionsgrenzwert für die Teilchenzahl ist noch nicht definiert.

Zusammenfassung zu Grenzwerten für Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub

Für die Komponenten Stickstoffdioxid (NO2) und Feinstaub (PM10 und PM2,5) sind seit 1.1.2010 Grenzwerte gültig, deren Einhaltung vom Bundesverwaltungsgericht gefordert wird. Städte mit erhöhten Konzentrationen bei den Komponenten Stickstoffdioxid und Feinstäube haben daher Luftreinhaltepläne aufgestellt. Die dort aufgelisteten Maßnahmen dauern zur Umsetzung unterschiedlich lang. Die Einhaltung der Grenzwerte wird in vielen Städten noch nicht erreicht. Während Umweltzonen relativ zeitnah ausgewiesen werden können, kann das teilweise bei anderen Maßnahmen erst nach und nach in der Praxis verwirklicht werden. Fahrverbote wurden für einige betroffene Städte erlassen, wobei die Urteile noch nicht rechtskräftig sind.

Feinstaub-Jahresmittelgrenzwerte werden seit Jahren in allen Städten eingehalten. Durch die Einführung der Dieselfilter bei Pkw und Nutzfahrzeugen konnte dieses Problem relativ zügig gelöst werden.

Die Höhe des Stickstoffdioxidgrenzwertes wird kontrovers diskutiert, seine Herleitung ist politisch, aber nicht wissenschaftlich zu begründen. Es wird auch daran gezweifelt, inwieweit die Messstationen in den Städten repräsentativ für die Exposition der Bevölkerung sind. Fahrverbote sind daher nicht verhältnismäßig.

In den folgenden Kapiteln werden für einige Bundesländer Langzeitverläufe dargestellt.

Situation am Arbeitsplatz und in Innenräumen

Der Stickstoffdioxidgrenzwert von 950 µg/m3 gilt für bestimmte Industrie- und Handwerksarbeitsplätze und bezieht sich auf den Mittelwert einer Schicht, die in der Regel acht Stunden lang ist. Er darf kurzzeitig und bis zu viermal pro Schicht um das Zweifache (als Mittelwert über 15 Minuten, Überschreitungsfaktor 2) überschritten werden. Der Arbeitsplatzgrenzwert gilt im Sinne der Gefahrstoffverordnung für Beschäftigte, bei denen aufgrund der Tätigkeiten am Arbeitsplatz eine erhöhte Stickstoffdioxid-Belastung zu erwarten ist. Dieser Wert wird als Arbeitsplatz-Richtgrenzwert auch in der Richtlinie (EU) 2017/164 aufgeführt. Der Wert gilt für gesunde Arbeitende an acht Stunden täglich und für maximal 40 Stunden in der Woche. Die Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer, die berufsbedingt Schadstoffen ausgesetzt sind, erhalten zusätzlich eine arbeitsmedizinische Betreuung und befinden sich somit unter einer strengeren Beobachtung als die Allgemeinbevölkerung. Falschmeldungen, denenzufolge der Grenzwert von 950 µg/m3 für Büros gelte, führten zu Kritik am Grenzwert von 40µg/m³ für den Jahresmittelwert im Freien.

Der Vorsorgegrenzwert von 80µg/m3 als 60-Minuten-Mittelwert und der Gefahrengrenzwert von 250µg/m3 als 60-Minuten-Mittelwert gilt für alle anderen Innenräume, in denen keine entsprechenden Tätigkeiten durchgeführt werden, zum Beispiel Büros und Schulen sowie für Wohnräume. Diese Werte hat der Ausschuss für Innenraumrichtwerte (AIR, ehemals Ad-hoc-Arbeitsgruppe der Kommission Innenraumlufthygiene) des Umweltbundesamtes 2018 festgelegt. Der Gefahrenrichtwert, auch Kurzzeitrichtwert II genannt, stellt einen wirkungsbezogen Wert dar, bei dessen Erreichen beziehungsweise Überschreiten unverzüglich zu handeln ist, da bei einer dauernden Überschreitung dieses Richtwertes insbesondere bei empfindlichen Personen eine gesundheitliche Gefährdung gegeben sein kann.

Der Jahresmittelwert-Grenzwert von 40µg/m³ für die Außenluft wird auch für die Bewertung der langfristigen Belastung in Innenräumen in der Arbeitsstättenverordnung vorgesehen.

Messstellenthematik

Die Grundlage zur Beurteilung und Kontrolle der Luftqualität in Europa bildet die EU-Richtlinie 2008/50/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21. Mai 2008 über Luftqualität und saubere Luft für Europa (Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG)

EU-Regelungen

In der Richtlinie 2008/50/EG wurden Grenzwerte für Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Feinstaub PM10, Schwefeldioxid, Benzol, Kohlenmonoxid und Blei festgelegt und zusätzliche Luftqualitätsstandards für die noch kleineren PM2,5-Feinstäube.

Bis zum 10. Juni 2010 mussten die Mitgliedsstaaten die Richtlinie in nationales Recht umsetzen. In Deutschland erfolgte die Umsetzung mit der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen am 2. August 2010, die zuletzt durch Artikel 1 der Verordnung vom 10. Oktober 2016 geändert worden ist.

Zur bundesweiten Beurteilung der Luftqualität gemäß der 39. BImSchV werden von den jeweiligen Landesämtern Probenahmestellen für Stickstoffdioxid (NO2) betrieben. Für diese Probenahmestellen müssen die Anforderungen der 39. BImSchV Anlage 3 eingehalten werden. Dort sind großräumige und kleinräumige Standortkriterien definiert.

Großräumige Kriterien:

„Der Ort von Probenahmestellen, an denen Messungen zum Schutz der menschlichen Gesundheit vorgenommen werden, ist so zu wählen, dass Daten über Bereiche innerhalb von Gebieten und Ballungsräumen, in denen die höchsten Werte auftreten, denen die Bevölkerung wahrscheinlich direkt oder indirekt über einen Zeitraum ausgesetzt sein wird, der im Vergleich zum Mittelungszeitraum der betreffenden Immissionsgrenzwerte signifikant ist; sowie Daten zu Werten in anderen Bereichen innerhalb von Gebieten und Ballungsräumen, die für die Exposition der Bevölkerung allgemein repräsentativ sind.“

Kleinräumige Kriterien:

„Bei kleinräumigen Ortsbestimmungen der Probenahmestellen ist zu berücksichtigen, dass der Luftstrom um den Messeinlass nicht beeinträchtigt werden darf, das heißt, bei Probenahmestellen an der Baufluchtlinie soll die Luft in einem Bogen von mindestens 270° oder 180° frei strömen.

Der Messeinlass muss sich grundsätzlich in einer Höhe zwischen 1,5 Meter (Atemzone) und 4 Meter über dem Boden befinden.

Der Messeinlass darf nicht in nächster Nähe von Emissionsquellen angebracht werden.

Bei allen Abgaskomponenten dürfen verkehrsbezogene Probenahmestellen zur Messung höchstens 10 Meter vom Fahrbahnrand entfernt sein; vom Fahrbahnrand verkehrsreicher Kreuzungen müssen sie mindestens 25 Meter entfernt sein.“12

Zusammenfassung Gesetzgebung

GesetzgebungDie Höhe des Stickstoffdioxidgrenzwerts wird kritisiert. Seine Herleitung ist nicht wissenschaftlich zu begründen. Es stellt sich die Frage, ob die Verschärfung des NO2-Jahresmittel-EU-Grenzwerts nicht über das Ziel hinausgeschossen ist, wenn man zum Beispiel den NO2-Jahresmittel-Grenzwert in den USA vergleicht.

In den USA liegt der NO2-Jahresmittel-Grenzwert bei 53ppb, dies entspricht 100µg/m3. Dort werden im Clean Air Act für sechs Komponenten – darunter auch NO2 – die Höhe der Immissionsgrenzwerte mit einem aufwendigen Procedere in regelmäßigen Abständen überprüft und festgelegt.13

Die amerikanische Umweltbehörde EPA legt diesen Air Quality Standard für ihre Bewertung der Luftqualität zugrunde und leitet entsprechend der gemessenen Konzentrationen in den einzelnen Staaten notwendige Maßnahmen ein. Die EPA ist bekannt für eine sehr strikte Gesetzgebung. Die Europäische Kommission ist auch auf die Bewertung von Wissenschaftlern angewiesen, die ähnlich wie in den USA den Grenzwert für die Stickstoffoxide anhand von toxikologischen und epidemiologischen Studien vorgeschlagen haben. Warum die Bewertungen in Europa und in den USA so unterschiedlich sind, bleibt ein Rätsel.

Da die europäischen Staaten gezwungen sind, die von der Kommission festgeschriebenen Grenzwerte in nationales Recht zu übernehmen, ist jetzt insbesondere in Deutschland eine Situation entstanden, die bei Kommunen und auch bei den Ingenieuren der Automobil- und Zulieferfirmen nur mit extremem Aufwand zu lösen ist. In den Bundesländern ist die Wahl eines repräsentativen NO2-Messwertes nicht einheitlich. Da oft Hotspot-Stationen in den Vordergrund gerückt werden, fehlt ein fairer Vergleich. Manche Bundesländer überprüfen daher die Standortfrage der Messstationen.

Ein weiterer Aspekt muss noch in dieser Frage angesprochen werden. Wie erklärt es sich, dass man den Menschen am Arbeitsplatz eine über 20-fache NO2-Konzentration zumutet, wenn bereits NO2-Konzentrationen im Bereich von 41µg/m³ bis 80µg/m³ in der Außenluft als krankmachend bezeichnet werden?

Der Arbeitsplatzgrenzwert liegt bei 950µg/m³. Auch wenn der Arbeitsplatzgrenzwert ein Wert für die zeitlich begrenzte Belastung gesunder Arbeitender ist, während der NO2-Grenzwert in der Außenluft auch empfindliche Personen rund um die Uhr schützt, ist diese Diskrepanz nicht nachvollziehbar.

Die Europäische Kommission in Brüssel sollte – ähnlich wie in den USA – eine regelmäßige Überprüfung der Luftqualitäts-Grenzwerte in die Gesetzgebung integrieren.

Die Europäische Kommission hätte den europäischen Staaten viel Ärger erspart, wenn sie sich den Bewertungen der Wissenschaftler, die in den USA den Grenzwert in den Air Quality Criteria festgelegt haben, angeschlossen hätten.

Es muss auch erwähnt werden, dass es Staaten mit noch schärferen NO2-Jahresmittel-Grenzwerten gibt, wie die Schweiz und Kalifornien.

Der NO2-Jahresmittelgrenzwert in der Luftreinhalteverordnung der Schweiz liegt bei 30µg/m3 und der Tagesmittelgrenzwert liegt bei 100µg/m3. Die Grenzwerte für NO2 werden 2016 in den Stadtzentren (Bern-Bollwerk und Lausanne-César-Roux) und entlang der Autobahnkorridore (Härkingen-A1 und Sion-Aéroport-A9) noch deutlich überschritten.14

Die kalifornische Umweltschutzbehörde CARB (California Air Ressources Board) hat den Air Quality Standard für NO2 bei der letzten Revision am 23. Februar 2007 auf 30ppb entsprechend 57µg/m3 verschärft. Die WHO hat für NO2 einen Jahresmittel-Richtwert von 20µg/m3 empfohlen.15 16

Aufgrund dieser komplexen Faktenlage ist die aktuelle Fahrverbotspolitik als unverhältnismäßig anzusehen.

Exkurs: Messstellenkritik

Aufgrund der häufig erfolgten Kritik wurde vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit beim TÜV Rheinland Energy GmbH ein Gutachten in Auftrag gegeben. Die Prüfung bezog sich auf Einhaltung der oben genannten Kriterien bei kleinräumiger Ortsbestimmung aller verkehrsbezogenen NO2-Probenahmestellen, die 2018 eine NO2-Grenzwerteüberschreitung gemessen haben. Betroffen sind die Länder Baden-Württemberg, Bayern, Berlin, Hamburg, Hessen, Niedersachsen, Rheinland-Pfalz, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein.17

In dem Gutachten wird die Beurteilung der Repräsentativität ausgeklammert. Fehlt der Nachweis der Repräsentativität, ist eine Analyse der Bebauungsstruktur über einen mindestens 100 m langen Straßenabschnitt mit aktuellen Zahlen der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke bzw. eine mikroskalige Ausbreitungsrechnung für die Umgebung der Station durchzuführen. Diese Einschränkung birgt gewisse Unsicherheiten. Diese haben dazu geführt, dass geplante Sperrungen für Dieselfahrzeuge der Emissionsklasse Euro 4 und darunter in Stuttgart, München und Frankfurt nicht zum Einsatz kamen – beziehungsweise im Falle von Stuttgart zurückgenommen werden mussten.

Der Bericht räumt ein, „dass es schwierig ist, abschließend zu beurteilen, ob eine Probenahme die Anforderungen nach Abschnitt B der 23.BImSchV hinsichtlich der Repräsentativität erfüllt.“ Die Punkte 1a) und 1f) in der 39. Bundes-Immissionsschutzverordnung Anlage 3 (Details im Anhang unter Kapitel 6) werden im Rahmen der vorliegenden Untersuchung nicht geprüft, obwohl der Punkt 1a) bei der Auswahl der Messstellen als erstes, zu berücksichtigendes Kriterium erkannt wurde und eine übergeordnete Stellung einnimmt.

Auch bei weiteren Kriterien werden Annahmen getroffen, die es dann erlauben sollen, die Repräsentativität positiv darzustellen. Passivsammelmessungen (8 Spotmessungen) über einen Abstand von 95 m zeigen 2017 zum Beispiel am Stuttgarter Neckartor Mittelwerte zwischen 49µg/m3 und 73µg/m3.

Das Bayerische Landesamt für Umwelt 2015 hat eine umfangreiche Studie „Untersuchung der räumlichen Verteilung der NOx-Belastung im Umfeld von vorhandenen, hochbelasteten Luftmessstationen“ veröffentlicht, in der detailliert die Einflüsse von Verkehrsdichte, Flottenzusammensetzung, Bebauung, Baulücken durch Nebenstraßen, Windrichtung und Lage der Messstationen analysiert wurde.18 Es zeigt sich auch hier, dass es schwer ist, eine repräsentative Aussage über die Belastung der Bevölkerung zu treffen.

Zusammenfassung Messthematik

Es fehlt eine allgemein akzeptierte Methodik, die eine repräsentative Exposition für die Bevölkerung sicherstellt.

Es wird auch daran gezweifelt, inwieweit die Messstationen in den Städten repräsentativ für die Exposition der Bevölkerung sind.

In einer Studie des Umweltbundesamtes wurde untersucht, wie viele Einwohner bestimmten Konzentrationsklassen in 5er-Schritten ausgesetzt sind. Dabei zeigt sich, dass die Einwohner Deutschlands seit 2011 Konzentrationen über 40µg/m3 kaum mehr ausgesetzt sind.

Mehr als die Hälfte der Bevölkerung ist einer NO2-Konzentration von weniger als 15µg/m³, rund ein Viertel weniger als 20µg/m³, 12% weniger als 25µg/m³, 5% weniger als 30µg/m³ und weniger als 1% NO2-Konzentrationen von 40µg/m³ ausgesetzt. Die NO2-Exposition mit Werten über 40 ist in dieser Grafik bereits seit Jahren kaum mehr darstellbar.19 In der Berichterstattung über die Luftqualität wird in erster Linie auf NO2-Messwerte von Messstellen nahe am Straßenrand zurückgegriffen. Es wird zu wenig berücksichtigt, ob diese Werte repräsentativ für die tatsächliche Belastung der Bevölkerung sind.

Um die Problematik der angesprochenen Abgaskomponenten näher zu beleuchten, werden die Emissionen und die Luftqualität einiger Städte im Einzelnen behandelt.

Stickstoffoxide NOx, Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2

NOx-Emissionen

Stickstoffoxide NOxDie Bandbreite der Abschätzungen anerkannter Wissenschaftler zum gesamten NOx-Ausstoß geht weit auseinander. Die wahrscheinlichsten Werte sind global insgesamt 190 Millionen t, davon tragen biogene Quellen 80 Millionen t und anthropogene Quellen 110 Millionen t bei.1

Zu den biogenen Quellen tragen Böden 39%, Blitze 32%, Verbrennung von Biomasse bei Feuern, die durch Blitze ausgelöst wurden zu 19%, und kleinere Anteile durch Oxidation von Ammoniak 6%, Ozeane 2% und aus der Stratosphäre 2% bei.

Der Mensch verursacht von den 110 Millionen t 25% durch den Betrieb der Kraftwerke, 14% durch die Verbrennung von Biomasse, 12% durch Industrieanlagen, 11% durch den Nutzfahrzeug- und Busverkehr, 9% durch den Pkw-Verkehr, 7% durch Mineraldünger, 7% durch Hausbrand und Kleinverbraucher, 5% durch Oxidation von Ammoniak, 5% durch den Schiffsverkehr, 3% durch den Flugverkehr und 2% durch sonstigen Verkehr.2

Die NOx-Emissionen in Europa haben sich von 18,2 Tausend t im Jahr 1990 auf 7,3 Tausend t im Jahr 2018 abgesenkt. Das Ziel, das in der „National Emission Ceiling Richtlinie der EU28 NEC“ festgelegt ist, wurde bereits 2011 erreicht.3

Innerhalb Europas liegt Deutschland beim NO2 zwar im letzten Drittel, verbessert sich aber jedes Jahr.

Ranking der NO2-Jahresmittelwerte in den 33 EU-Staaten 20184

(Die schwarzen Punkte stehen für die Jahresmittelwerte, die Rechtecke markieren die 25- und 75-Percentile und die Striche die Spanne der höchsten beziehungsweise niedrigsten Werte).

25- und 75-Percentile (Maßzahl für die statistischen Verteilung einer Streuung, d.h., 25% bzw. 75% der Werte sind jeweils kleiner.

NOx-Emissionen in Deutschland

Allein der Straßenverkehr hat seine NOx-Emissionen von 1,340 Millionen t im Jahr 1990 auf 0,4 Millionen t verringert.5 2018 verringern sich laut der neuesten Auswertung des UBA die NOx-Emissionen insgesamt um 86,3kt, die des Verkehrs um 54,6kt. Die massiven Absenkungen der NOx-Emissionen haben sich auch auf die Luftqualität der Komponenten NO und NO2 ausgewirkt.

Um die Luftqualität in Deutschland zu beurteilen, wurden die vier Bundesländer Baden-Württemberg, Bayern, Berlin und Nordrhein-Westfalen ausgewählt und detaillierter betrachtet. Kriterien waren Datenzugänglichkeit und Bevölkerungsdichte.

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