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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.
Bild 6:
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.
Baden-Württemberg
| Kleine und mittlere Feuerungsanlagen | Verkehr | Industrie und Gewerbe | Biogene Systeme | Sonstige technische Einrichtungen | Summe | |
| 1990 | 15205 | 164654 | 58955 | 11656 | 38266 | 288444 |
| 2000 | 14540 | 110076 | 32009 | 11862 | 28369 | 196856 |
| 2010 | 15096 | 62466 | 26874 | 10019 | 16554 | 131009 |
| 2014 | 10964 | 52494 | 23974 | 10934 | 15430 | 113796 |
Tabelle 1:
Baden-WürttembergEntwicklung der NOx-Emissionen in Baden-Württemberg in t pro Jahr6
Die NOx-Emissionen des Straßenverkehrs wurden um 70% reduziert. Die Gesamtemissionen nehmen von 288444t im Jahr 1990 auf 113796t im Jahr 2014 ab.7 Im Emissionskataster 2014 sind auch Zeitreihen aller Quellen. Der Straßenverkehr als Hauptemittent hat von 5,8 Millionen Fahrzeugen 1990 auf 8,1 Millionen Fahrzeuge 2019 zugenommen. Davon der Pkw-Bestand von 4,92 Millionen auf 6,63 Millionen, Motorräder von 255000 auf 688000.
Die NOx-Emissionen sind seit Jahren rückläufig. Von 0,34Mio t im Jahr 1980 auf 0,19Mio t im Jahr 1998 nach einer frühen Abschätzung. Nach neueren Erkenntnissen beläuft sich die Absenkung von ca. 0,29Mio t im Jahr 1990 auf 0,14Mio t im Jahr 2014. Der Verkehr hatte 2014 einen Anteil von 46%, der Straßenverkehr von 41%. Der Straßenverkehr bleibt der Hauptemittent; seine Emissionen nehmen aber Jahr für Jahr um rund 3000t ab.
Da NO sich in kurzer Zeit in der Atmosphäre in NO2 umwandelt, wird auch der Trend der NO-Luftqualität in einigen ausgewählten Städten betrachtet.
Das Amt für Umweltschutz in Stuttgart betreibt seit Jahren die Hintergrundstation Stuttgart-Mitte Schwabenzentrum. Dort zeigt sich der Rückgang der NO- und NO-Jahresmittelwerte besonders deutlich.
Bild 7:
Trend der NO-Jahresmittelwerte Stuttgart-Mitte (Schwabenzentrum)8
Die NO-Jahresmittelwerte fallen seit 1990 von ca. 55µg/m3 auf 11µg/m3 2017 um 80% ab. Bild 8 zeigt beim NO2 dagegen zwischen 2003 und 2005 höhere Werte. Bis 2017 sind sie nur um 50% auf 29µg/m3 gesunken. Hier spielen andere Faktoren eine Rolle, wie beispielsweise unterschiedliche Ozonkonzentrationen und höhere Temperaturen, die eine Umwandlung von NO zu NO2 begünstigen.
Bild 8:
Trend der NO2-Jahresmittelwerte Stuttgart-Mitte (Schwabenzentrum)9
Insgesamt zeigt sich aber auch beim NO2 ein rückläufiger Trend. Generell ist in der Langzeitbeobachtung die Abgaskomponente NO2 seit rund 10 Jahren rückläufig.
Auch die Stationen Stuttgart, Arnulf-Klettplatz, Reutlingen, Lederstraße Ost, Karlsruhe, Reinhold-Frankstraße und Mannheim, Friedrichsring in Baden-Württemberg zeigen den rückläufigen Trend.10 Am Neckartor sind die NO2-Werte im ersten Halbjahr 2019 gegenüber dem Jahreswert 2018 um 15µg/m3 gesunken (LUBW), der Jahresmittelwert 2018 lag noch bei 71µg/m3, der Mittelwert des Halbjahrs 2019 liegt bei 56µg/m3.11
Der Jahresmittelgrenzwert wird zwar 2018 noch nicht überall erreicht, aber voraussichtlich aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote in wenigen Jahren unterschritten. Überraschenderweise hat sich durch die Corona-Pandemie an der Messstation Neckartor nicht der Rückgang der NO2-Konzentrationen gezeigt, wie an den meisten Messstationen im Bundesgebiet. Die Gründe dafür sind erklärungsbedürftig.
Bayern
BayernIn der Fortschreibung des Emissionskatasters Bayern 2004 ergeben sich für NOx 2000233,8kt und für 2004 von 198,9kt.12
Die Prognose für 2010 ist insgesamt 168,7kt, für den Verkehr 115kt, davon entfallen auf den Straßenverkehr 93,8kt. Genehmigungsbedürftige Anlagen emittieren 34,511kt und nicht genehmigungsbedürftige Anlagen 19,227kt.13
Zum Vergleich mit den Luftqualitätswerten sind die Emissionen in Augsburg, München und Regensburg für 2000 dargestellt.
| Ort | Straßenverkehr | Summe aller Sektoren |
| München (Stadt) | 1777,5 t | 5391,3 t |
| München (Landkreis) | 4529,1 t | 7172,3 t |
| Augsburg (Stadt) | 461,2 t | 1772,4 t |
| Regensburg (Stadt) | 668,3 t | 1591,1 t |
Tabelle 2:
NOx-Emissionen in München (Kreisfreie Stadt und Landkreis) 2000 in t14
Stickstoffmonoxid NO
Die NO-Jahresmittelwerte in der Landshuter Allee nehmen von 110µg/m3 2009 auf 66µg/m3 im Jahr 2019 ab.1 Die NO-Jahresmittelwerte am Stachus nehmen von 60µg/m3 2009 auf 33µg/m3 im Jahr 2019 ab.2
Bei Stickstoffdioxid liegt das Niveau deutlich höher. Der Abwärtstrend ist aber auch hier deutlich zu erkennen. NO wandelt sich in wenigen Minuten nach dem Verlassen der jeweiligen Quelle durch Oxidation zu NO2 um. Da die mittleren Ozonkonzentrationen in der Stadt zunehmen, beschleunigen diese die Oxidation zusätzlich. Dazu kommt noch, dass die modernen Abgasabsenkungsstrategien bei vielen Motoren den Oxidationsvorgang bereits im Katalysator einbeziehen und so statt NO mehr NO2 als früher emittieren. Auch höhere Umgebungstemperaturen begünstigen die Umwandlung von NO zu NO2.
Die NO2-Jahresmittelwerte an der Landshuter Allee und am Stachus werden in den nächsten Jahren aufgrund der neuen Abgasgrenzwerte jeweils um 17% zurückgehen.3 Der NO2-Jahresmittelwert an der Landshuter Allee lag 2019 bei 63µg/m3. Da in München auch weitere Maßnahmen ergriffen wurden, liegt der NO2-Jahresmittelwert 2020 bei 54μg/m3. Am Stachus liegt er bei 33μg/m3.
Ergänzende Messungen des Umweltreferats der Landeshauptstadt München in der Tegernseer Landstraße, der Chiemgaustraße und in der Frauenstraße weisen auch 2018 noch Werte über 40µg/m3 aus.4 In München verbessern sich aber die NO2-Konzentrationen jedes Jahr um 3–5µg/m3. Ein Trend, der durch das 2017 eingeführte neue Typprüfverfahren bei Pkw noch signifikanter zu Buche schlagen wird. Der weiträumige Transport belasteter Luftmassen kann darüber hinaus zu höheren Werten führen.
Bei den Messstationen Landshuter Allee und Stachus wird der Jahresmittelgrenzwert zwar 2019 noch nicht erreicht; er wird aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote in wenigen Jahren unterschritten.
Der Blick auf ganz Bayern lässt ebenfalls Positives erkennen: Alle NO2-Jahresmittelwerte im Mittel aller Bayerischen Stationen zeigen einen positiven Trend – mit leichten Schwankungen sinken die Werte seit Jahren.5
Berlin
BerlinDurch eine Vielzahl von Maßnahmen ist die Berliner Luft in den letzten drei Jahrzehnten bereits deutlich besser geworden. Trotzdem kommt es im Berliner Hauptstraßennetz an Straßen mit viel Verkehr noch zur Überschreitung des NO2-Grenzwerts. An Wohnstraßen in der Innenstadt und am Stadtrand werden die Grenzwerte seit Jahren eingehalten.
| 1989 | 1994 | 2005 | 2009 | 2015 | Anteil an 2015 | |
| Stickstoffoxide gesamt | 70369 | 42333 | 19787 | 18718 | 18227 | |
| Genehmigungsbedürftige Anlagen | 43531 | 16169 | 6035 | 6590 | 6091 | 35,9% |
| Gebäudeheizung, Gewerbe, Handel, Dienstleistungen | 3904 | 3820 | 3105 | 2934 | 1994 | 10,5% |
| Verkehr (nur Kfz) | 20034 | 18944 | 9032 | 7613 | 7077 | 37,4% |
| Verkehr (sonstiger) | 1400 | 1300 | 652 | 641 | 1596 | 8,4% |
| sonstige Quellen | 1500 | 2100 | 963 | 940 | 1468 | 7,8% |
Tabelle 3:
Entwicklung der NOx-Emissionen nach Quellengruppen für Berlin in t1
Bei aktuelleren Daten aus dem Jahr 2020 zeigt sich insbesondere beim Straßenverkehr eine weitere Abnahme.2
Bild 9:
Trend der NO2-Jahresmittelwerte in Berlin 2004 bis 20183
Am verkehrsreichen Hardenbergplatz zeigen sich insbesondere nach 2011 die massivsten Verbesserungen. 2019 wird bereits der 40µg/m3 Grenzwert unterschritten. An der Station Silbersteinstraße wird der Grenzwert 2019 erreicht.
Es zeigen sich bei allen Messstationen mit jedem Jahr Verbesserungen. Der Jahresmittelgrenzwert wird zwar 2018 noch nicht überall, aber aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote 2019 erreicht bzw. unterschritten.
Nordrhein-Westfalen
Nordrhein-WestfalenAus dem Emissionskataster NRW-online sind NOx-Emissionen für die Regierungsbezirke Düsseldorf, Köln, Münster, Detmold und Arnsberg für 2012 angegeben.
| Regierungsbezirk | Verkehr | Kfz-Verkehr | Industrie | Kleinfeuerungen | Summe |
| Düsseldorf | 38,992 | 20,930 | 61,145 | 3,864 | 124,931 |
| Köln | 26,908 | 19,167 | 49,044 | 3,631 | 98,750 |
| Münster | 14,882 | 12,561 | 23,098 | 2,236 | 52,777 |
| Detmold | 11,611 | 9,926 | 7,525 | 2,084 | 31,146 |
| Arnsberg | 19,511 | 17,404 | 22,095 | 3,295 | 62,305 |
| Zusammen | 111,904 | 79,988 | 162,907 | 15,110 | 369,909 |
Tabelle 4:
NOx-Emissionen inkt 2012 in den Regierungsbezirken4
Die höchsten Emissionen insgesamt und speziell beim Verkehr ergeben sich im Regierungsbezirk Düsseldorf und Köln. Die Emissionen der Industrie sind etwa dreimal so hoch wie die des Verkehrs.
Die NOx-Emissionen der berichtspflichtigen Betriebe verringern sich von 162000t im Jahr 2007 auf 138000t 2014.5
Die NOx-Emissionen des Straßenverkehrs verringern sich von 287kt 1990 auf 92kt 2016. Das entspricht einer Verbesserung um 68%. Vergleicht man die Werte für den Kfz-Verkehr aus dem Emissionskataster NRW-online für die Regierungsbezirke Düsseldorf 20,93kt, Köln 19,17kt, Münster 12,56kt, Detmold 9,93kt und Arnsberg 17,40kt ergibt sich aufsummiert für 2012 ein NOx-Emissionswert für den Kfz-Verkehr von 80kt.
Die NO2-Konzentrationen in verkehrsreichen Innenstädten nahmen von 2013 bis 2018 im Mittel um rund 10% ab. Bei allen Stationen setzt sich dieser Trend fort. In Dinslaken, Eschweiler, Halle, Langenfeld, Münster und Remscheid wurde hier der Grenzwert im Jahresmittel erstmals eingehalten.1
Es zeigen sich mit jedem Jahr Verbesserungen. Der Jahresmittelgrenzwert wird zwar 2018 noch nicht überall erreicht, aber aufgrund der technischen Entwicklungen auch ohne Fahrverbote in wenigen Jahren unterschritten. Der Corona-Lockdown begann in Deutschland in der 12. Kalenderwoche 2020. Nach ersten Abschätzungen hat in NRW der Straßenverkehr um 30 bis 50% durch die Corona-bedingten Einschränkungen abgenommen – mit den zu erwartenden Verbesserungen der Luftqualität. So zeigt der Vergleich der Tagesgänge im Zeitraum 16. März 2020 bis 14. April 2020 einen Rückgang im gesamten Tagesverlauf. Verkehrsnah wird ein Rückgang um 29%, im Hintergrund um 21% angegeben (LANUV-Sonderauswertung). Im Sommer 2020 hat der Verkehr dann wieder Fahrt aufgenommen, daher wird erst die Zukunft zeigen wie nachhaltig die coronabedingte Verminderung ist.2
Über Europa liegen die Konzentrationen in der Troposphäre bedingt durch die Pandemie im Mittel 50% niedriger.3
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