Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid entstehen bei Verbrennungsprozessen

Stickstoffoxide (NO_x) entstehen bei allen Verbrennungsprozessen aus dem Stickstoff der Verbrennungsluft. Kohlenmonoxid (CO) entsteht, wenn kohlenstoffhaltige Brennstoffe wie Benzin, Öl, Holz oder Kohle unvollständig verbrennen.

Die größte Quelle für Stickstoffoxide (37 Prozent) und Kohlenmonoxid (47 Prozent) in Baden-Württemberg ist der Straßenverkehr. Verbrennungsprozesse in Kraftwerken, in Feuerungsanlagen der Haushalte und Kleinverbraucher und in Verbrennungsmotoren von Geräten und Maschinen tragen insgesamt 52 Prozent (NO_x) beziehungsweise 53 Prozent (CO) zu den gesamten Emissionen von Stickstoffoxiden und Kohlenmonoxid bei. In der Landwirtschaft entstehen bei der Ausbringung von synthetischem und organischem Dünger und bei der Lagerung von Gülle und Festmist 12 Prozent der Stickstoffoxide.

Bei den hohen Temperaturen, die bei der Verbrennung entstehen, reagiert der Luftstickstoff (N₂) mit dem Sauerstoff (O₂) der Luft zu Stickstoffoxiden (NO_x). Auch der im Brennstoff selbst enthaltene Stickstoff kann während der Verbrennung zu Stickstoffoxiden umgesetzt werden. Wieviel Stickstoffoxide dabei entstehen, hängt vom Brennstoff und der darin enthaltenen Stickstoffmenge ab.

In der Landwirtschaft entstehen Stickstoffoxide, wenn stickstoffhaltige Düngemittel nach der Ausbringung oder bei der Lagerung zersetzt werden. Dabei entstehen vor allem Stickstoffmonoxid (NO) und Lachgas (N₂O).

Bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe reagiert der enthaltenen Kohlenstoff mit dem Sauerstoff der Luft. Ist die Luftzufuhr beziehungsweise die Sauerstoffzufuhr ausreichend, entsteht Kohlendioxid (CO₂). Bei unzureichender Sauerstoffzufuhr verbrennt der Brennstoff nur unvollständig und es entsteht Kohlenmonoxid (CO).

Ammoniak stammt hauptsächlich aus der Landwirtschaft

Rund 90 Prozent der Ammoniakemissionen (NH₃) entstehen in der Landwirtschaft. Davon stammt der größte Teil aus der Haltung von Rindern (50 Prozent) und Schweinen (12 Prozent) und der Ausbringung der Gülle und des Festmistes. Die Ausbringung von anderen organischen Düngemitteln und Mineraldüngern trägt zu 24 Prozent der Ammoniakemissionen aus der Landwirtschaft bei.

Die restlichen Ammoniakemissionen stammen aus Haushaltsabwässern (6 Prozent), dem Verkehr (3 Prozent) und der Industrie (1 Prozent).

Feinstaub wird aus vielfältigen Quellen freigesetzt

Beim Feinstaub unterscheidet man primäre und sekundäre Feinstaubpartikel. Während primäre Feinstaubpartikel bereits direkt als Partikel in die Umwelt freigesetzt werden, entstehen sekundäre Partikel erst in der Atmosphäre durch chemische Reaktionen gasförmiger Vorläufersubstanzen wie Stickstoffoxide oder Schwefeldioxid mit Ammoniak.

Feinstäube werden weiterhin unterschieden nach der Partikelgröße. Am häufigsten werden Partikel kleiner als 10 Mikrometer (PM₁₀) und Partikel kleiner als 2,5 Mikrometer (PM_2,5) unterschieden.

Quellen primärer Feinstaubpartikel

In Baden-Württemberg sind der Straßenverkehr (34 Prozent) und die Kleinfeuerungsanlagen (19 Prozent) die Hauptquellen von Feinstaub. Industrie und Gewerbebetriebe tragen mit insgesamt 28 Prozent zu den Feinstaubemissionen bei. Aus der Landwirtschaft stammen 19 Prozent. Kleinere Feinstaubquellen sind Verbrennungsmotoren in Geräten und Maschinen sowie sonstigen Fahrzeugen.

Feinstaub wird aus ganz unterschiedlichen Quellen freigesetzt. Im Straßenverkehr und in Kleinfeuerungsanlagen entsteht Feinstaub bei der Verbrennung und ist in den Abgasen enthalten. Dies trifft auch auf Geräte und Maschinen zu, die mit Verbrennungsmotoren betrieben werden. Im Straßenverkehr gelangt Feinstaub zusätzlich durch Bremsen- und Reifenabrieb in die Umwelt. Feinstaubemissionen von Gewerbebetrieben stammen hauptsächlich aus der Holzverarbeitung und aus Steinbrüchen. In der Landwirtschaft entstehen Feinstäube bei der Ernte, der Bodenbearbeitung und in Ställen (Futter, Einstreu, Ausscheidungen, Hautschuppen/Federbestandteile).

Die freigesetzten Mengen von primären Feinstaubpartikeln stammen aus dem Emissionskataster Baden-Württemberg, also gemeldeten oder berechneten Werten für die Freisetzung von Schadstoffen aus den verschiedenen Quellen. Sekundäre Feinstaubpartikel können damit nicht erfasst werden.

Allerdings kann der Anteil sekundärer Partikel in der Feinstaubkonzentration aus den Daten von Luftmessstationen (Immissionsdaten) ermittelt werden. Ergebnisse dieser Methode werden im folgenden Abschnitt genauer beschrieben.

Bestimmung der Feinstaubquellen anhand gemessener Feinstaubinhaltsstoffe

Neben der Verwendung von Emissionsdaten können auch gemessene Werte von Luftmessstationen dabei helfen, die Quellen von Feinstaub zu identifizieren und deren Beiträge zur Feinstaubkonzentration zu berechnen. Dazu sind besonders aufwändige Messungen von Feinstaubbestandteilen wie Metallen, Mineralien oder Salzen notwendig. Diese Stoffe können in den Laboren der LUBW bestimmt werden. Viele der Feinstaubbestandteile liefern Rückschlüsse auf bestimmte Feinstaubquellen. Auch sekundäre Feinstaubpartikel können damit bestimmt werden.

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigen, dass viele verschiedene Quellen zur Feinstaubbelastung beitragen können:

Sekundäre Aerosole/Partikel: leisten zu allen Jahreszeiten den größten Beitrag zur Feinstaubkonzentration. Sie bilden sich in der Atmosphäre aus verschiedenen Gasen - vor allem aus Ammoniak, Schwefeldioxid und Stickstoffoxiden, die sich in der Atmosphäre miteinander verbinden und Feinstaubpartikel bilden.

• Straßenverkehr: zeigt relevante Beiträge zur Feinstaubkonzentration, vor allem in der Nähe stark befahrener Straßen. Die Emissionen stammen zum einen aus der Verbrennung von Kraftstoffen im Motor und zum anderen aus dem Abrieb von Bremsen und Reifen. Des Weiteren führt die Aufwirbelung von (Straßen-) Staub durch die Fahrzeugbewegungen dazu, dass Feinstaub wieder in die Luft gelangt.

• Biomasse-/Holzverbrennung: leistet vor allem im Winterhalbjahr einen großen Beitrag zur Feinstaubbelastung. Emissionen aus Holzfeuerungsanlagen sind besonders gesundheitsrelevant, da sie auch krebserregende Stoffe beinhalten können.

• Streu- und Meersalz: das Ausbringen von Streusalz leistet vor allem straßennah im Winter zu relevanten Beiträgen zur Feinstaubkonzentration. Zudem kann es unter bestimmten Wetterbedingungen zum Transport von Meersalz von den Küsten Europas bis nach Baden-Württemberg kommen.

• Industrie: verschiedene Metalle, die vermutlich auf die Industrie zurückzuführen sind, tragen das ganze Jahr über zur Feinstaubkonzentration bei.

Diese Auswertung wurde unter Verwendung der Messdaten von 2015 bis 2022 beispielhaft für die Station Stuttgart-Bad Cannstatt durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Analyse sind wegen der grundsätzlich anderen Methodik nicht direkt mit den Ergebnissen aus dem Emissionskataster vergleichbar.