UMWELT 01. Mrz 2018, 10:51 Uhr Ralph H. Ahrens

Weniger Stickoxide – mehr Ozon

Weniger Stickoxide – mehr Ozon

Die Ozonwerte sind seit den 90er-Jahren aus dem Fokus der Diskussionen um emissionsbelastete Innenstädte geraten.
Foto: NIBOR/action press

In den Diskussionen um Dieselemissionen – hierbei maßgeblich den Stickoxiden (NOX) – wird einem Aspekt bislang wenig Beachtung geschenkt: „Die hohen NO2-Werte haben an verkehrsreichen Straßen durchaus auch einen positiven Aspekt“, erläutert Thomas Koch. Er leitet das Institut für Kolbenmaschinen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). „Sie senken lokal die Belastung mit Ozon (O3).“ Die O3-Gehalte liegen dort um 20 % bis 50 % unterhalb jener Werte in ländlichen Regionen oder Wohngebieten. Nachts ist teils sogar kein Ozon nachweisbar.

Ozonwerte und ihre Bedeutung

Ab 100 µg/m³ im Achtstundenschnitt warnt die Weltgesundheitsorganisation vor gesundheitlichen Folgen. Beispiele …

Die EU hat einen Zielwert von 120 μg/m³ im Achtstundenschnitt vorgegeben. Dieser steht in der Luftqualitätsrichtlinie von 1992.

Ab 180 μg/m³ wird die Bevölkerung informiert, da die Leistungsfähigkeit empfindlicher Menschen beeinträchtigt werden kann.

Ab 240 μg/m³ können Bindehautentzündungen, Schleimhautreizungen in Rachen, Hals und Bronchien, Kopfschmerzen, Hustenreiz und Verschlechterung der Lungenfunktion auftreten.rha
Grund für die niedrigen O3-Werte ist das Stickstoffmonoxid (NO). Dieses Molekül reagiert in Sekundenschnelle mit O3. Fachleute sprechen vom Titrationseffekt – dabei bilden sich Stickstoffdioxid (NO2) und Sauerstoff (O2).

Das Umweltbundesamt (UBA) warnt jedoch davor, in Stickoxiden ein Mittel gegen das Ozon zu sehen. Es nennt Gründe:

Bei der Titrationsreaktion entsteht NO2. Das kann Atemwege reizen, zu Kopfschmerzen führen und die Lungenfunktion verschlechtern.

Der Titrationseffekt ist begrenzt. 300 m von den Straßen entfernt erreicht der Ozongehalt oft wieder seinen normalen Wert. Das liege an der Reaktionskinetik: Reagieren NO2 und O2 miteinander, bildet sich in Gegenwart von Sonnenlicht O3. Im Unterschied zur Titrationsreaktion verläuft die O3-Bildung langsam und O3 bildet sich auch dort, wo der Wind NO2-Moleküle hintreibt.

Woher stammt O3? Es bildet sich einmal in der Stratosphäre unter Einwirkung von UV-Strahlung aus O2. Ein Teil davon gelangt in die untere Atmosphäre und führt dort zu einem O3-Gehalt von 10 µg/m³ bis 30 µg/m³. Mehr O3 bildet sich sonnenlichtinduziert durch O3-Vorläufersubstanzen: NO2 sowie flüchtige Kohlenwasserstoffe, kurz VOC. NO2 stammt überwiegend aus Verbrennungsmotoren. VOC sind etwa unvollständig verbrannte Kraftstoffe oder Lösemittel in Farben, Klebstoffen, Reinigungsmitteln oder Spraydosen.

Die reale Belastung setzt sich also aus drei Komponenten zusammen: dem O3 aus der Stratosphäre, dem O3, das sich vor Ort bildet, sowie jenem, welches per Ferntransport hierher geweht wird: O3 hat in der Atmosphäre eine Verweilzeit von mehreren Wochen. O3-Moleküle, die sich etwa in den USA oder China bilden, können mit dem Wind bis nach Europa verfrachtet werden.

„Die Ozonbelastung vor Ort ist differenziert zu betrachten“, sagt Ute Dauert. Die Meteorologin leitet beim Umweltbundesamt das Fachgebiet „Beurteilung der Luftqualität“. Sie nennt drei Trends:

Die Spitzenwerte gingen zurück. O3-Belastungen von mehr als 300 µg/m³, wie sie in den 1990er-Jahren vorkamen, treten nicht mehr auf. Grund dafür ist der Rückgang der Emissionen der O3-Vorläuferstoffe: die an flüchtigen Kohlenwasserstoffen sanken von 1990 an um mehr als zwei Drittel, die von Stickoxiden um knapp 60 %.

Auch niedrige O3-Werte unterhalb 20 µg/m³ treten seltener auf. Früher war jeder dritte Messwert in Städten so gering, in den letzten Jahren jeder Vierte. Den Grund vermutet das UBA darin, das weniger Stickoxide emittiert werden.

In städtischen Wohngebieten steigt die Belastung: Von 1990 erhöhte sich der Jahresmittelwert von 33 µg/m³ bis auf 42 µg/m³ in 2016. In ländlichen Gebieten hat sich die mittlere Belastung auf 60 µg/m³ eingependelt.

Zurück zu den Straßen: Was wäre, führen morgen nur noch Elektroautos? Dann würden aus dem Verkehr keine NO-Moleküle mehr freigesetzt. „Die Ozongehalte in Straßenschluchten der Ballungsräume würden wegen des wegfallenden Titrationseffektes auf ähnliche Werte wie im ländlichen Raum ansteigen“, vermutet Markus Wallasch, Atmosphärenchemiker beim UBA.

Es gibt noch einen weiteren Aspekt: Da in Zeiten der E-Mobilität auch weniger der Vorläufersubstanzen NO2 und Kohlenwasserstoffe aus Auspuffen emittieren, erwartet das UBA auch eine geringe O3-Belastung. Wie weit die O3-Werte jedoch sinken werden, hängt auch davon ab, wie viel weniger O3-Vorläufersubstanzen in Asien, Nordamerika und anderen Ländern Europas emittiert werden.

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