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Luftverschmutzung,

 

Luftverunreinigung, Anreicherung der Luft mit festen, flüssigen und/oder gasförmigen Substanzen, die die natürliche Zusammensetzung der Luft verändern, d. h. in der »reinen« Luft nicht oder nur in äußerst geringen Mengen enthalten sind (Rauch, Ruß, Staub, Gase, Dämpfe). Derartige Stoffe können durch natürliche Vorgänge (biologische Abbauprozesse, Vulkanausbrüche, Staubstürme) oder durch menschliche Einwirkungen verursachte Faktoren (besonders Verbrennungsprozesse in Heizungen, Kraftwerken u. a., Abgase des Straßen- sowie auch des Luftverkehrs, Kernwaffenversuche) in die Luft gelangen, wo sie sich bis zu einem gewissen Grad infolge der natürlichen Konvektion meist rasch verteilen und damit z. B. den biologischen Verarbeitungsprozessen (v. a. durch Bodenbakterien) zugeführt werden.

 

Luftverunreinigungen sind v. a. Stäube, Schwefeloxide, SO_x (besonders Schwefeldioxid, SO₂), Schwefelwasserstoff, Stickstoffoxide, NO_x (v. a. Stickstoffmonoxid, Nordosten, und Stickstoffdioxid, NO₂), Ammoniak, Kohlenoxide, CO_x (wie Kohlenmonoxid, CO, und Kohlendioxid, CO₂), Halogenkohlenwasserstoffe (darunter hochgiftige Stoffe wie Dioxine und Furane), Schwermetalle und Ozon; daneben können örtlich Chlorwasserstoff, Fluorverbindungen, Chlor u. a. auftreten. Auch durch Reaktionen in der Atmosphäre entstehen zuweilen schädliche Verbindungen, z. B. der saure Regen durch Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid (SO₃); durch photochemische Reaktionen können Gesundheitsschäden verursachende Photooxidantien entstehen, die zu einer Erhöhung des Ozongehalts der Luft führen. Als Folge der Zunahme von Industrie und Verkehr sowie des wachsenden Energieverbrauchs führt die Luftverschmutzung v. a. in den Industriestaaten und dort in den städtischen und industriellen Ballungsgebieten zu erheblichen Problemen. Dämpfe, Gase, Stäube und Aerosole können Klimaveränderungen, Wachstumsbeeinträchtigungen von Pflanzen und gesundheitlichen Gefährdungen bei Mensch und Tier bewirken. Neben akuten Auswirkungen der Luftverschmutzung (Geruchsbelästigung, Reizung der Atemwege, enzymhemmende Wirkungen, Störungen des Hormonsystems, kanzerogene Wirkung) spielt bei Lebewesen auch die Aufnahme von Schadstoffen über die Nahrungskette eine wichtige Rolle. Flora und niedere Fauna können durch zahlreiche Immissionen direkt oder durch wässrige Lösungsprodukte bereits bei sehr geringen Konzentrationen erheblich geschädigt werden. Die weiträumige Verteilung von Luftschadstoffen über hohe Schornsteine ist auch in industriefernen Gebieten mitverantwortlich für die Bodenbelastung und das Waldsterben. Hauptverursacher der Luftverschmutzung sind Motoren und Kraftwerke, die durch die Verbrennung von Erdölprodukten, Erdgas und Kohle in den Ballungsräumen zu großen Belastungen beitragen. In den Dunstglocken über Städten und Industriegebieten werden z. B. Mengen von etwa 500 000 Fremdteilchen pro cm³ Luft gemessen; die vergleichbaren Werte über freiem Land sowie über Meer und Gebirge liegen bei mehreren 1 000 beziehungsweise mehreren 100 Teilchen pro cm³ Luft. Materialien aus der unbelebten Umwelt werden hauptsächlich durch die wässrigen Reaktionsprodukte des Schwefeldioxids (Schwefelsäure, schweflige Säure) angegriffen und schließlich zerstört (Erosionen von Bauwerken, Korrosion von Metallen).

 

Will man verschiedene Emissionen und ihre Einwirkungsmöglichkeiten miteinander vergleichen, muss man die von jeder Emission herrührende Schadwirkung feststellen. Hierzu wird die Immissionskonzentration, d. h. diejenige Schadstoffkonzentration, die auf Lebewesen und Sachgüter einwirkt, ermittelt. Der Übergang von der Emission zur Immission, die Transmission, ist komplexer Natur und von sehr vielen Faktoren abhängig. Einfluss auf die Transmission hat neben der Wetterlage (Windrichtung, Windstärke, Bewölkung, Lufttemperatur) und der Bodenbeschaffenheit auch die Schornsteinhöhe. Bei Kenntnis aller dieser Faktoren kann für ein bestimmtes Gebiet die aus der Emission resultierende Immission errechnet werden.

 

Bei der Beurteilung von Luftverunreinigungen auf die Umwelt wird zwischen globalen, überregionalen, regionalen und lokalen Problemen unterschieden. Beispiele für globale Probleme sind der Anstieg des Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre und die damit verbundene Erwärmung (Treibhauseffekt) sowie die Reduzierung der Ozonschicht durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die zu einem Anstieg der UV-Strahlung auf der Erde führt (Ozonloch). Diese Problemfelder erfordern eine Lösung durch internationale Zusammenarbeit. Dabei gewinnt der Klimaschutz als Teilgebiet der Luftreinhaltung international eine immer größere Bedeutung.

 

 Hauptsächliche Luftschadstoffe

 

Das heute größte überregionale Problem der Luftverschmutzung ergibt sich durch die grenzüberschreitende Verbreitung von Schwefeldioxid. Der seit Anfang der 1950er-Jahre weltweit kontinuierlich angestiegene Verbrauch von fossilen Brennstoffen v. a. aus Kohle zur Energieerzeugung hat zu einem deutlichen Anstieg der Schwefeldioxidkonzentration in der Atmosphäre geführt. Zwar hat sich die Emission von Schwefeldioxid in den Nachfolgestaaten der ehemaligen Sowjetunion und den Ländern Osteuropas, die zuvor die mit Abstand größten Emittenten von Schwefeldioxid waren, nach dem Zusammenbruch der sozialistischen Volkswirtschaften stark verringert, doch sind gleichzeitig die Emissionen in den Entwicklungs- und Schwellenländern, insbesondere China, gestiegen, sodass für die nächsten Jahre insgesamt keine Entlastung zu erwarten ist; die weltweite jährliche Emission durch menschliche Einflussnahme wird auf 150 Mio. t Schwefeldioxid geschätzt. In Deutschland haben sich die Schwefeldioxidemissionen von 5,3 Mio. t (1990) auf 3,0 Mio. t (1994) verringert. Das Schwefeldioxid, wie auch die durch einen Oxidationsprozess gebildete Schwefelsäure, werden vom Wind in weit entfernte Gebiete transportiert und können dort zu Beeinträchtigungen der Umwelt führen. So wird u. a. die Versauerung der Seen in Norwegen und Schweden mit dem Ferntransport von Schwefelverbindungen aus Mitteleuropa in Zusammenhang gebracht. Für die sauren Niederschläge in Kanada sind beispielsweise zum großen Teil Emissionen amerikanischen und britischen Ursprungs verantwortlich. Abgesehen davon, dass eine Versauerung die Organismen direkt schädigt, hat sie die Freisetzung von Metallionen zur Folge, die die Giftwirkung der Säure möglicherweise noch übertreffen. Die Gefährlichkeit von Schwefeldioxid für den Menschen liegt v. a. darin, dass es schleimhautschädigend am Auge und den Atemwegen (Gefahr der Ausbildung eines toxischen Lungenödems) wirkt. Bei Lungenreizstoffen hängt die Lokalisation der Schädigung von deren Löslichkeitsverhalten ab. Neben der gesundheitsschädigenden Wirkung auf den Menschen hat Schwefel auch negative Auswirkungen auf die Vegetation. Die Tatsache, dass z. B. im Ruhrgebiet schon seit Ende des 19. Jahrhunderts die Nadelwaldbestände abgestorben sind, wird auf die Einwirkung von Schwefeldioxid zurückgeführt. Wissenschaftliche Untersuchungen lassen vermuten, dass bei der Schädigung von Pflanzen durch Schwefeldioxid ein Synergismus mit Fluorabgasen eine Rolle spielt. Als sicher gilt, dass Schwefeldioxid zerstörend auf Bauwerke wirkt; viele zeigen seit den letzten Jahrzehnten verstärkten Verfall. Abgase greifen v. a. Kalksteine an, da Schwefeldioxid zusammen mit Wasser schweflige Säure bildet, die das Calciumcarbonat (Kalk, Marmor) wasserlöslich macht.

 

Aus Motoren und Feuerungsanlagen stammen Stickstoffoxide, die zu über 90 % aus Stickstoffmonoxid bestehen. In der Nähe der Entstehungsorte überwiegt das Monoxid, während in wenig belasteten Gebieten Stickstoffoxide zu etwa 80 % als Stickstoffdioxid vorliegen. Bis Mitte der 1980er-Jahre stiegen diese Emissionen in der Bundesrepublik Deutschland dem Energieverbrauch entsprechend an. Seither sind sie wieder leicht gesunken; weiträumig zeigt sich allerdings eine schwach zunehmende Tendenz. In Ballungsgebieten steht die Stickstoffoxidimmission häufig vor Schwefeldioxid an erster Stelle der Luftschadstoffe. Insbesondere durch die Großfeuerungsanlagen-VO vom 22. 6. 1983 soll eine weitere Reduzierung der Werte erreicht werden. Auch Stickstoffoxide reizen bei Mensch und Tier die Schleimhäute der Atmungsorgane. Unter dem Einfluss von Sonnenlicht sind sie zusammen mit organischen Bestandteilen der Autoabgase auch die Haupterzeuger von photochemischem Smog.

 

In der durch Stickstoffoxide und andere Schadgase verschmutzten Luft der Großstädte kann es durch Einwirkung ultravioletter Strahlung zur Bildung von Ozon kommen. Das z. B. in Autoabgasen enthaltene Stickstoffdioxid zerfällt bei Sonnenbestrahlung durch Photodissoziation in Stickstoffmonoxid und atomaren Sauerstoff. Letzterer verbindet sich mit molekularem Sauerstoff zu Ozon. Das ist auch der Grund dafür, dass bei Smogsituationen am Tag die Ozonkonzentration der bodennahen Luftschichten in Großstädten auf das Fünffache des normalen Gehaltes und in extremen Fällen bis auf das Tausendfache ansteigen kann. Ab 240 μg/m³ Ozongehalt in der Luft treten in den entsprechenden Gebieten in Deutschland Verkehrsverbote für bestimmte Kfz nach Maßgabe der §§ 40 a bis 40 e Bundesimmissionsschutzgesetz in Kraft. Die Verkehrsverbote werden von der obersten Straßenverkehrsbehörde des jeweiligen Landes bekannt gegeben. Ozon gehört zu den giftigsten Gasen. Bereits niedrige Konzentrationen bewirken Schleimhautreizung, Kopfschmerzen, Übelkeit und Brechreiz. Der MAK-Wert sollte 0,1 ppm nicht übersteigen, 0,3 ppm sind bereits lungenschädigend. Ob letztlich Zusammenhänge zwischen der Ozonkonzentration in Ballungsräumen und der Häufigkeit chronischer Bronchialerkrankungen bestehen, wird noch untersucht.

 

In Verbrennungsabgasen, v. a. von Kraftfahrzeugen, ist Kohlenmonoxid in großen Mengen enthalten. Die besondere Gefahr von Kohlenmonoxid (Kohlenoxidvergiftung) liegt darin, dass es als geruch- und farbloses Gas nicht bemerkt wird. In gleicher Weise wie Sauerstoff wird es an das Hämoglobin (roter Blutfarbstoff) gebunden. Kohlenmonoxid verdrängt diesen jedoch aus seiner Hämoglobinbindung, da es eine 200- (bis 300-)mal größere Affinität zu Hämoglobin als Sauerstoff besitzt. Derzeit werden in den Großstädten zeitweise auch Werte von 30 und sogar 50 ppm gemessen, wobei Spitzenwerte von 100-300 ppm nicht selten vorkommen. Langfristige Prognosen tendieren - je nach örtlichen Verkehrsverhältnissen - sowohl zu unveränderten als auch zu deutlich steigenden Belastungen.

 

Erhöhte Konzentrationen von Blei im Boden und auf Pflanzen werden in der Umgebung Bleierz verarbeitender Betriebe und v. a. in der unmittelbaren Nähe (bis etwa 30 m Umkreis) stark befahrener Straßen beobachtet. In der Natur wird das Blei als basisches Bleicarbonat gebunden. Bei Pflanzen in belasteten Gebieten befindet sich ein großer Teil des Bleis auf der Blattoberfläche und lässt sich durch gründliches Abwaschen weitgehend entfernen. Als Folge der Einführung des Benzinbleigesetzes vom 5. 8. 1971 in der Bundesrepublik Deutschland sank die Bleibelastung der Luft drastisch (um bis zu 65 %).

 

Als Schwebstaub werden alle festen Partikel in der Luft bezeichnet. Er entsteht v. a. bei Verbrennungsprozessen und in speziellen Industriebetrieben (z. B. Zementfabriken). Zu unterscheiden sind Grobstaub und Feinstaub. In den letzten Jahren ist eine erhebliche Reduzierung der Emission von Grobstaub dadurch gelungen, dass bei vielen Industrieanlagen Staubabscheider eingebaut wurden, die heute Wirkungsgrade bis zu 99 % erreichen. Medizinisch gesehen ist Grobstaub ungefährlich, da seine Partikel nicht in die Lungenbläschen gelangen können. Der Feinstaub dagegen wird in den Atemwegen nur unzureichend zurückgehalten. Er gelangt in das Lungengewebe und wird dort gespeichert. In der Folge kann es zu Funktionsstörungen der Lunge kommen (Staubinhalationskrankheiten). Bei Kleinkindern kann ein hohe Luftverschmutzung zu einer Einengung und damit Beeinträchtigung der Atemwege (Pseudokrupp) führen. Eine groß angelegte amerikanische Studie bestätigte den direkten Zusammenhang zwischen dem Feinstaubgehalt der Luft und einer erhöhten Sterblichkeits- und Erkrankungsziffer der Bevölkerung in betroffenen Gebieten.

 

Das Entstehen von Dioxinen und Furanen bei chemischen Vorgängen und in den Verbrennungsprozessen wurde in den letzten Jahren intensiv erforscht. Bei der Verbrennung von organischen Materialien (z. B. Wald- und Steppenbrände) können sich unter bestimmten Bedingungen Dioxine und Furane in Spuren bilden. Anthropogene Quellen sind u. a. Abfallverbrennungsanlagen. Mit der TA Luft und dem Bundesimmissionsschutzgesetz (Abfallverbrennungsanlagen-VO) wurden in Deutschland strenge Anforderungen und Grenzwerte gesetzt.

 

Für Deutschland lässt sich seit Anfang der 1990er-Jahre bei fast allen Luftschadstoffen ein deutlicher Rückgang feststellen, wobei diese Entwicklung in den alten und neuen Bundesländern unterschiedlich ausfiel (Tabelle Emission). In den neuen Ländern hat die industrielle Luftverschmutzung, z. B. durch Schwefeldioxid und Staub, wegen Stilllegungen beziehungsweise Modernisierungen von Industrieanlagen stark abgenommen und die verkehrsbedingte Luftverschmutzung, z. B. durch Stickoxide, zugenommen. In den alten Bundesländern hat sich die Kohlendioxidemission aufgrund eines gestiegenen Energieverbrauchs erhöht, wohingegen die Luftverschmutzung mit Stickoxid, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und Staub aufgrund strenger gesetzlicher Vorschriften zur Luftreinhaltung in der Industrie und im Straßenverkehr schon ab den 1970er-Jahren abnahm.

 

 Technische Maßnahmen

 

In der Technik wurden zahlreiche Methoden und Verfahren entwickelt, durch die das Auftreten von Luftschadstoffen verhindert oder wenigstens verringert wird. Hier sind v. a. die Verfahren zur Abtrennung von Stäuben oder Gasströmen (Entstaubungsverfahren) sowie von gas- oder dampfförmigen Nebenbestandteilen aus technischen Gasen (Gasreinigung) zu nennen, ferner alle Methoden, bei denen Abgase durch direkte oder katalytische Oxidation beseitigt werden (z. B. Abfackeln von Raffinerieabgasen, katalytische Oxidation von Geruchsstoffen, katalytische Nachverbrennung von Autoabgasen). Auch kann eine Emissionsreduzierung durch den Einsatz schadstoffarmer Brennstoffe erreicht werden.

 

 Rechtliche Grundlagen

 

Eine systematische ländereinheitliche Immissionsschutzgesetzgebung wurde in der Bundesrepublik Deutschland erst in den 1970er-Jahren geschaffen, später als in anderen westlichen Staaten. Das Benzinbleigesetz von 1971 war die erste Regelung zur Verminderung von Verkehrsimmissionen, doch erst mit dem Bundesimmissionsschutzgesetz von 1974 wurde eine umfassende Rechtsgrundlage zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen in Kraft gesetzt. Sie wurde durch Verwaltungsvorschriften wie die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) und zahlreiche VO des Bundes wie z. B. die Großfeuerungsanlagen-VO (Feuerung), die Störfall-VO, die VO über genehmigungsbedürftige Anlagen (Immissionsschutz) sowie VO der Länder (z. B. Smog-VO) ergänzt. Diese Rechtsgrundlagen beinhalten anlage-, stoff- und gebietsbezogene Instrumentarien, mit denen insbesondere die zuständigen Behörden in die Lage versetzt werden sollen, Luftverunreinigungen und Lärmbelästigungen auf ein dem Stand der Technik entsprechendes und wirtschaftlich zumutbares Maß zu reduzieren. Das Bundesimmissionsschutzgesetz wird von zwei umweltrechtlichen Prinzipien beherrscht: Nach dem Vorsorgeprinzip darf der Immissionsschutz nicht nur auf bereits eingetretene Schäden reagieren, sondern muss durch Vorsorge und Planung verhindern, dass überhaupt derartige Schäden entstehen. Nach dem Verursacherprinzip sollen immissionsschutzrechtliche Maßnahmen grundsätzlich gegenüber dem Verursacher getroffen werden. Neben dem Bundesimmissionsschutzgesetz bestehen weitere Spezialgesetze, z. B. das Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung, das Umweltinformationsgesetz sowie das Umweltstatistikgesetz vom 21. 9. 1994, das für Zwecke der Umweltpolitik statistische Erhebungen vorsieht. Durch das Gesetz über die Umwelthaftung ist eine Gefährdungshaftung für schädliche Umwelteinwirkungen eingeführt worden.

 

In Österreich sind die Luftreinhaltung (unbeschadet der Baurechtszuständigkeit der Länder für Heizungsanlagen) und Maßnahmen zur Abwehr von gefährlichen Belastungen der Umwelt, die durch Überschreitung von Immissionsgrenzwerten entstehen, Bundessache in Gesetzgebung und Vollziehung (Art. 10 Absatz 1 Ziffer 12 B-VG). In einer Gliedstaatsvereinbarung zwischen Bund und Ländern wurden 1987 die Immissionsgrenzwerte für Luftschadstoffe festgelegt. Vorschriften zur Luftverschmutzung finden sich v. a. im Betriebsanlagenrecht der Gewerbeordnung und den dazu ergangenen VO (z. B. Störfall-VO), im Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz, im Ozongesetz, im Smogalarmgesetz, im Luftreinhaltegesetz für Kesselanlagen und im Gesammelten über das Verbrennen biogener Abfälle. Im Rahmen ihres eigenen Wirkungsbereiches können auch die Gemeinden gegen Luftverschmutzung einschreiten (z. B. durch Heizverbots-VO).

 

In der Schweiz sind Emissions- und Immissionsschutz in erster Linie im Bundesgesetz über den Umweltschutz vom 7. 10. 1983 (USG) und darauf gestützten VO geregelt. Nach dem USG sind Emissionen zunächst soweit zu begrenzen, als dies technisch und betrieblich möglich und wirtschaftlich tragbar ist. Übersteigen die Einwirkungen unter Berücksichtigung der bestehenden Umweltbelastungen die vom Bundesrat festgelegten Immissionsgrenzwerte oder ist dies zu erwarten, so werden in einer zweiten Stufe die Emissionsbegrenzungen verschärft. Für bestehende Anlagen resultiert daraus unter Umständen eine Sanierungspflicht, notfalls die Stilllegung.

 

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie v. a. auch in den folgenden Artikeln:

 

Altanlagen · Bundesimmissionsschutzgesetz · Emission · Fluorchlorkohlenwasserstoffe · Immission · Klimaänderung · Klimakonferenz · Luftreinhaltung · nachhaltige Entwicklung · Ozonloch · TA Luft · Treibhauseffekt · Umweltrecht · Umweltstrafrecht

 

Literatur:

 

K. Hansmann: TA Luft. Techn. Anleitung zur Reinhaltung der Luft (Neuausg. 1987);

 F. Jörg u. a.: Materialschäden durch Luftverunreinigung (1987);

 F. Baum: Luftreinhaltung in der Praxis (1988);

 J. Kolar: Stickstoffoxide u. Luftreinhaltung (1990);

 P. Fabian: Atmosphäre u. Umwelt (⁴1992);

 

Was Sie schon immer über Luftreinhaltung wissen wollten, hg. v. V. Möcker u. a. (Neuausg., 51.-70. Tsd. 1992);

 H. Menig: Emissionsminderung u. Recycling (³1996).

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Klimaänderung: Ursachen und Prognosen