Hohe NO 2 -Belastungen: Für Dieselabgase weiterhin Handlungsbedarf High NO 2 Levels: Ongoing Need for Action on Diesel Emissions

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1 Hohe NO 2 -Belastungen: Für Dieselabgase weiterhin Handlungsbedarf High NO 2 Levels: Ongoing Need for Action on Diesel Emissions Dr. Uwe Lahl Abteilungsleiter Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Berlin/Bonn, Deutschland Dipl.-Physiker Udo Lambrecht Fachgebietsleiter ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Heidelberg, Deutschland 141

2 Dr. Uwe Lahl Head of Department Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety Udo Lambrecht (Dipl.-Physiker) ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH High NO 2 Levels: Ongoing Need for Action on Diesel Emissions Abstract: In recent years there has been a sharp decrease in total nitrogen emissions (NO x ) from vehicles and industrial plant in Germany. This downward trend is not, however, reflected in current levels of nitrogen dioxide (NO 2 ). These figures show only a slight decrease, and some measuring stations actually report a rise in concentrations. As a result, the annual average air quality limit values for NO 2 which have to be complied with from 21 onwards are still exceeded at many sites influenced by traffic emissions. As long ago as September 25, the Federal Environmental Ministry (BMU) held a meeting of experts to discuss the reasons for this unexpected development with the aim of permitting efficient reduction measures. This was followed by further discussions with industry and experts. The main cause of the high NO 2 levels is motor vehicle exhaust emissions of NO x produced during the combustion of motor fuel. Vehicles largely emit nitrogen monoxide (NO), which is converted into NO 2 in the course of chemical reactions in the air. Moreover, the contribution of directly emitted nitrogen dioxide (NO 2 ) to emission levels is greater than previously assumed. These direct NO 2 emissions have increased in recent years as a result of modern exhaust gas treatment technologies, particularly in modern diesel engines. This development means that despite the continuing decrease in NO x emissions by motor traffic, timely compliance with the annual limit value for NO 2 will not be possible without great efforts and measures at all levels. The focus of these efforts will be on the traffic sector. The Ministry has therefore reached agreement with the VDA (German Association of the Automotive Industry) on the preparation of an Action Plan NO 2 containing measures and an assessment of the impacts of these measures. In this paper a first overview is given about different possibilities to reduce NO 2 levels. The VDA has also promised to submit proposals to the Ministry. 142

3 Dr. Uwe Lahl, BMU Dipl.-Physiker Udo Lambrecht, IFEU Hohe NO 2 -Belastungen: Für Dieselabgase weiterhin Handlungsbedarf Einleitung Die Diskussion um die städtische Luftreinhaltung war in den letzten Jahren stark durch Feinstaub geprägt. Hierzu wurden Reduktionsmaßnahmen auf allen Ebenen eingeleitet und umgesetzt. Dabei trat in den Hintergrund, dass ab dem Jahr 21 in der EU zwei Luftqualitätsgrenzwerte für Stickstoffdioxid (NO 2 ) einzuhalten [EU 1999] sind: Der Ein-Stunden-Mittelwert von 2 μg/m³ also die maximale, über eine Stunde an einer Messstelle gemittelte Schadstoffkonzentration darf zukünftig nicht mehr als 18-mal im Jahr überschritten werden. Der Jahresmittelwert von 4 μg/m³. Diese Werte wurden schon 1999 als Mindestanforderungen zum Schutze der menschlichen Gesundheit festgelegt 1. Stickstoffdioxid wirkt auf verschiedene Weise: Es kann z.b. zu Reizungen der Schleimhäute im Atemtrakt führen und das Infektionsrisiko erhöhen. Insbesondere bei Kindern führt NO 2 zu einer schlechten Entwicklung der Atemwege und einer Schwächung der Infektionsabwehr. Nach Ansicht der Weltgesundheitsorganisation (WHO) würden aktuelle Forschungsergebnisse auch eine weitere Absenkung des Jahresmittelwertes rechtfertigen. Da dies aber nach Meinung der WHO noch nicht ausreichend wissenschaftlich untermauert ist, schlägt sie in ihrem aktuellen Update der Air Quality Guidelines [WHO 26] z. Zt. keine weitere Reduzierung der Werte vor. Dieser Meinung haben sich auch die Europäische Kommission, der Rat und Parlament angeschlossen. Somit werden in der voraussichtlich im Sommer 28 in Kraft tretenden neuen Luftqualitäts- Richtlinie die beiden bisher geltenden Luftqualitätsgrenzwerte für Stickstoffdioxid unverändert 1 Die Schweiz und Österreich haben strengere Grenzwerte für Stickstoffdioxid. Der Jahresgrenzwert beträgt dort 3 μg/m 3 beibehalten. Unter bestimmten Bedingungen und in besonderen Situationen ist jedoch eine Verlängerung der Frist zur Einhaltung der Grenzwerte bis zum Jahr 215 möglich [EU 27]. Eine Überschreitung des künftigen Ein-Stunden- Wertes wurde in Deutschland bisher nur an wenigen Stellen festgestellt. Hingegen wird der künftige Jahresgrenzwert derzeit an sehr vielen verkehrsnahen Messstellen überschritten. Eine deutliche positive Trendentwicklung ist nicht erkennbar. Minderungen der NO 2 -Konzentrationen sind somit notwendig, um die Grenzwerte im Jahre 21 einhalten zu können. Die aktuelle Rechtssprechung zu Feinstaub hat nochmals verdeutlicht, dass die Bürger ein Recht auf die Umsetzung von Maßnahmen zur Einhaltung der Feinstaubgrenzwerte ( Drittschutz ) haben [BVG 27]. Bei der Überschreitung der Grenzwerte von Stickstoffdioxid ist mit gleich lautenden Urteilen zu rechnen. Effiziente Minderungsmaßnahmen sind jedoch nur möglich, wenn hinreichende Klarheit über die Ursachen der zu hohen NO 2 -Belastungen besteht. Mittlerweile liegen einige nationale und internationale Studien zur Analyse der Emissions- und Immissionsentwicklung vor. Das Bundesumweltministerium (BMU) veranstaltete schon im Jahr 25 ein Fachgespräch, bei dem Experten aus Forschung, Verwaltung und Industrie aktuelle Erkenntnisse zur NO 2 -Problematik diskutierten [BMU 25]. Weitere Gespräche mit der Industrie und der Forschung folgten, um Lösungen für die Probleme zu entwickeln. Der Verkehrssektor steht im Fokus der Minderungsbemühungen. Deshalb hat der BMU mit dem VDA vereinbart, dass ein Aktionsplan NO 2 entwickelt wird, der Maßnahmen und die Abschätzung der Wirkung dieser Maßnahmen enthält. Der VDA will dem BMU bald Vorschläge dazu unterbreiten. Der BMU hat sich intensiv mit der Thematik auseinandergesetzt. Der vorliegende Beitrag analysiert die Gründe für die unerwartet hohen Stickstoffdioxidbelastungen und diskutiert Möglichkeiten einer Reduktion der Belastung. 143

4 Trotz einer Minderung der Stickstoffoxidemissionen wenig Rückgang der NO 2 - Konzentrationen Die NO x -Emissionen 2, das ist die Summe aus Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO 2 ), sind in Deutschland zwischen 199 und 25 um 5% zurückgegangen. Der Rückgang bei der stationären Energieerzeugung und dem Straßenverkehr war in etwa gleich stark. (Fig. 1). Etwa 45% der gesamten NO x -Emissionen stammen heute aus dem Verkehr. Die NO x -Emissionen des innerörtlichen Kfz- Verkehrs in Deutschland sind seit 199 ebenfalls um ca. 5 % zurückgegangen (Fig. 2, links). Diese Reduktion ist hauptsächlich eine Folge der Einführung der 3-Wege-Katalysatoren bei Otto-Pkw. Die Emissionen von Lkw gingen dagegen kaum zurück. Durch die starke Zunahme der Fahrleistung der Diesel-Pkw stiegen die Emissionen dieser Fahrzeuge trotz verschärfter Grenzwerte bei Neufahrzeugen an. Diese berechneten Emissionsminderungen spiegeln sich auch in den gemessenen NO x -Konzentrationen wider. So zeigen verkehrsreiche Straßen in Baden-Württemberg seit 199 einen starken Rückgang der NO x -Konzentration (Fig. 2, Mitte). Dagegen sind die für die Einhaltung der Grenzwerte bedeutsamen NO 2 -Konzentrationen in den letzten Jahren kaum zurückgegangen. In Deutschland wird insgesamt an über 4 Stationen die Immissionskonzentration von Stickstoffdioxid gemessen. In Baden-Württemberg schwankt der Mittelwert der Verkehrsstationen seit Jahren um 6 μg/m 3 (Fig. 2, rechts). An vielen Verkehrsstationen in Deutschland sind die NO 2 -Konzentrationen in den letzten Jahren kaum zurückgegangen, an einigen Stellen nahmen die Belastungen sogar zu (Fig. 3). So kommt es, dass im Jahr 26 der Jahresmittelwert für die Stickstoffdioxidbelastung an 98 Stationen über 4 μg/m 3 lag (Fig. 4). Die über dem ab dem Jahr 21 geltenden Grenzwert liegende Stickstoffdioxidkonzentrationen traten dabei nur an 2 Die Luftqualitäts-Grenzwerte beziehen sich direkt auf die gesundheitsschädliche Komponente NO 2. Bei den Emissionen dagegen wird die Summe der NO x limitiert, um den Stickstoffeintrag in die Luft (Folge z.b. Versauerung, zu hohe Nährstoffeintrag in Ökosysteme, Sekundärpartikelbildung) zu reduzieren. Zudem liegt auch direkt emittiertes NO nach einer gewissen Dauer in der Luft durch luftchemische Reaktionen überwiegend als NO 2 vor. Stationen mit direktem Verkehrseinfluss auf, die Belastungen im städtischen Hintergrund und im ländlichen Gebiet sind weit geringer. Die zum Teil hohen Überschreitungen erfordern zur Einhaltung der Grenzwerte bis 21 eine starke Reduktion der NO 2 -Belastungen. Bei einer Verringerung des Jahresmittelwertes um 2 μg/m 3 könnte an etwa 75% der bisherigen Überschreitungsstationen der Grenzwert eingehalten werden. An 44 Stationen in Deutschland wurden zudem im Jahr 26 Stundenwerte von über 2 μg/m 3 gemessen. An 11 dieser Stationen wurde auch der ab dem Jahr 21 gültige Kurzzeitgrenzwert (max. 18 h mit mehr als 2 μg/m 3 ) überschritten (Fig. 5), an zwei Stationen auch der aktuell gültige Grenzwert (max. 175 h mit mehr als 2 μg/m 3 ). Ursachen der hohen NO 2 - Belastungen Zur NO 2 -Belastung tragen die Stickstoffdioxidemissionen direkt und NO nach chemischer Umwandlung in NO 2 bei. Dabei stehen die Konzentrationen von NO, NO 2 und Ozon in einem Gleichgewicht ( Photochemisches Gleichgewicht ), welches sich vor allem in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung und der Temperatur ändert. Die NO 2 - Belastung kann auf die städtische Hintergrundbelastung und die lokale Zusatzbelastung zurückgeführt werden. Zur städtischen Hintergrundbelastung tragen städtische Emittenten (z.b. Industrie, Hausbrand, Verkehr) und großräumig transportierte Schadstoffe bei. An den für die Grenzwertüberschreitung relevanten verkehrsbeeinflussten Stationen ist ein großer Teil der Immissionsbelastung auf die Emissionen des lokalen Verkehrs zurückzuführen (siehe Fig. 6). Diese lokale Zusatzbelastung von NO 2 hat zwei Hauptursachen: Primäres NO 2 : Stickstoffdioxid (NO 2 ) wird direkt aus dem Auspuff emittiert. Mehrere Untersuchungen (z.b. [AQEG 26]; [IFEU 25], [Carslaw 25], [IFEU 26], [IFEU 27]) haben gezeigt, dass der Anteil von NO 2 in den NO x -Emissionen von Diesel-Pkw, insbesondere durch den Einsatz von Oxidationskatalysatoren, im letzten Jahrzehnt stark zugenommen hat. Überdies stieg der Anteil der Diesel-Pkw in den letzten Jahren stark an. Luftchemisch gebildetes NO 2 : Stickstoffmonoxid aus dem Kfz-Abgas reagiert mit Ozon zu NO 2. Auch andere luftchemische Reaktionen (z.b. mit OH-Radikalen) bewirken eine NO 2-144

5 Bildung. Die NO 2 -Konzentrationen in der Außenluft hängen damit auch stark von der Höhe der Emissionen von NO und der Verfügbarkeit von Ozon ab. Die Höhe der NO 2 -Konzentration variiert, neben der Abhängigkeit von Emissionen von primärem NO 2 und dem NO aus dem Kfz-Abgas des Verkehrs an der Messstelle, mit den meteorologischen Bedingungen (insbesondere Windgeschwindigkeit, Mischungsschichthöhe). Das Beispiel der Verkehrsstation Stuttgart-Mitte (Fig. 7) zeigt, dass die städtische Hintergrundbelastung besonders wegen der sich ändernden Ausbreitungsbedingungen während eines Tages um den Faktor zwei schwanken kann. Die lokale verkehrliche Zusatzbelastung (NO 2 primär und NO 2 -Ozonabbau) hängt dabei stark von den lokalen Verkehrsemissionen ab. Die nachmittags höheren Ozonkonzentrationen tragen wesentlich zur Bildung des sekundären Stickstoffdioxids bei [IFEU 27]. Entwicklung der Emissionen bis zum Jahr 215 Die NO x -Emissionsgrenzwerte für Kraftfahrzeuge wurden in den letzten Jahren verschärft. Mit Euro 5/6 bei Pkw und zukünftig mit Euro VI bei Lkw werden diese Grenzwerte weiter reduziert. Die Grenzwertgesetzgebung gilt für den Summenparameter Stickstoffoxide (NO x ). Die Erkenntnisse über die NO 2 -Anteile der NO x - Emissionen sind gering. Üblicherweise wurden sie bisher mit 5% NO 2 angesetzt. Erst in den letzten Jahren wurden in mehreren europäischen Messlabors auch gezielt Messungen von NO 2 durchgeführt. Eine Auswertung solcher aktuellen Messungen [IFEU 27] zeigt, dass die Stickstoffoxide im Abgas der Otto-Pkw nur einen geringen Anteil von primärem NO 2 enthalten, also überwiegend aus Stickstoffmonoxid bestehen. Bei Diesel-Pkw dagegen liegt der Anteil von NO 2 bei den Stickstoffoxiden im Abgas schon bei alten Pkw höher und hat sich insbesondere ab Euro 3 wesentlich erhöht (Fig. 8, links). Die Erhöhung der NO 2 -Emissionen wird u.a. auf die Einführung des Oxidationskatalysators zurückgeführt. Dieser wird in Diesel-Fahrzeugen zur Verringerung der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen eingesetzt, oxidiert aber als Nebeneffekt NO zu NO 2. Die größten NO 2 /NO x -Verhältnisse werden bei Euro 4-Diesel-Pkw mit Partikelfilter beobachtet. Für zukünftig eingesetzte Techniken zur Abgasminderung bei Pkw liegen noch sehr wenige Messungen vor. Sie deuten aber darauf hin, dass durch den Einsatz anderer Beschichtungsmaterialien bei Oxidationskatalysatoren und Partikelfiltern sowie den Einsatz von SCR-Systemen ( Selektive katalytische Reduktion zur Minderung der Stickstoffoxidemissionen) das NO 2 /NO x -Verhältnis im Abgas zukünftig zurückgehen wird. Trotz zurückgehender NO x -Emissionen haben damit die fahrzeugspezifischen NO 2 -Emissionen der Diesel-Pkw zwischen Euro 1 und Euro 4 zugenommen. Erst mit der Einführung der Grenzwertstufen Euro 5 und Euro 6 werden die NO 2 - Emissionen zurückgehen (Fig. 8). Dabei wurde angenommen, dass die NO x -Emissionen der Diesel-Pkw auch im Innerortsbereich entsprechend den Minderungen der im Neuen Europäischen Fahrzyklus ermittelten Grenzwerte zurückgehen werden. Lkw und Busse ohne Abgasreinigungstechnologien haben generell niedrige NO 2 -Emissionen, die mit dem Rückgang der NO x -Emissionen bei strengeren Grenzwertstufen abgenommen haben. Bei Fahrzeugen, die mit Partikelminderungssystemen ausgestattet sind, können sich die spezifischen NO 2 -Emissionen bei einigen Systemen allerdings deutlich erhöhen. Bei diesen Systemen wird aktiv NO 2 erzeugt, um den Filter zu regenerieren. Für eine typische Innerortssituation in Deutschland (durchschnittlicher tägl. Verkehr (DTV) von 4. Kfz, davon 4% Lkw und,5% Busse) wurden mit TREMOD [TREMOD 25] die NO x - und NO 2 - Emissionen ermittelt. Die NO x -Emissionen nahmen demnach zwischen trotz einer starken Zunahme der Diesel-Pkw um 4% ab (Fig. 9). Ohne die Einführung der Grenzwertstufen Euro 5 und Euro 6 (Fig. 9, rote Linie) würden die Emissionen zwischen 25 und 22 um weitere 48% zurückgehen. Mit der Einführung der neuen Pkw-Grenzwertstufen Euro 5 & 6 kann danach ein Rückgang um 61% erreicht werden. Eine gänzlich andere Entwicklung wird für die NO 2 - Emissionen berechnet: Sie gingen zwar bis 1999 zurück, sind danach aber deutlich angestiegen. Erst die Einführung von Euro 5 (im Szenario ab Ende 28) und Euro 6-Pkw (im Szenario ab 213) führt zu einer deutlichen Reduktion auch der NO 2 -Emissionen. In der konkreten Vorortsituation kann die Emissionssituation davon abweichen. So zeigen Untersuchungen in Stuttgart [IFEU 27], dass ein hoher Anteil von mit bestimmten Partikelminderungssystemen ausgerüsteten Bussen am Verkehr in einer Straße zu einer Erhöhung der NO 2 -Emissionen führen kann. Der Busverkehr trägt nach diesen Berechnungen zu über 1/3 der NO 2 -Emissionen des Verkehrs an der Messstelle Stuttgart-Mitte bei. 145

6 Durch die Einführung von den noch nicht im Szenario berücksichtigten Euro VI-Lkw würden die E- missionen bei NO x ab dem Jahr 215 zusätzlich reduziert. Die Auswirkung auf NO 2 wird geringer sein, da Lkw einen kleinen Anteil an den NO 2 - Emissionen haben. Zukünftige Entwicklung der Stickstoffdioxidkonzentration Bei den bisher üblichen Berechnungen einer lokal zu erwartenden NO 2 -Konzentration wurde mit Ausbreitungsmodellen die NO x -Konzentration ermittelt; die dabei anteilig entstandene NO 2 -Konzentration wurde mit Hilfe der Romberg-Formel [Romberg 96] abgeschätzt. Diese Formel beruht auf statistischen Auswertungen von gemessenen NO 2 /NO-Relationen vergangener Jahre. Allein schon wegen der erwähnten Änderungen des NO 2 - Anteils im Abgas der Pkw bildete eine solche starre Formel bereits die Immissionskonzentration der letzten Jahre nicht korrekt ab. Sie genügt erst recht nicht, um die zukünftige NO 2 -Belastung abzuschätzen. IFEU und AVISO haben für die Verkehrsmessstation Stuttgart-Mitte detaillierte Berechnungen der bisherigen und zu erwartenden Emissionen von NO 2 und NO durchgeführt und mit einem Chemie- Box-Modell die zukünftige Stickstoffdioxid- Konzentration für die Jahre abgeschätzt. Mit Simulationen einzelner Prozesse im Modell wurden die Beiträge der verschiedenen Ursachen an den Immissionen ermittelt [IFEU 27]. Danach werden in Stuttgart-Mitte zwischen 25 und 22 die NO x -Emissionen des lokalen Verkehrs weiter zurückgehen; dabei sind die positiven Auswirkungen der beschlossenen verschärften Abgasgrenzwerte bei Pkw (Euro 5/Euro 6) berücksichtigt. Die NO 2 -Konzentration an der Messstelle zeigt unter diesen Annahmen einen Rückgang von 72 μg/m 3 auf 5 μg/m 3 (Fig. 1, links). Der Beitrag von primärem NO 2 steigt zunächst bis zum Jahr 21 an und verringert sich anschließend kontinuierlich. Der luftchemisch verursachte NO 2 -Beitrag nimmt von Anfang an ab. Somit wird nach diesen Berechnungen auch im Jahr 22 der ab 21 gültige NO 2 -Grenzwert für die Außenluftqualität in Stuttgart-Mitte nicht eingehalten. Auch bei Gewährung einer Verlängerung der Einhaltefrist um maximal 5 Jahre würde hier der Grenzwert nicht eingehalten werden. Daher sind zur Grenzwerteinhaltung im Jahr 215 starke Minderungen notwendig, die weit über die in den Szenarien getroffenen Annahmen hinausgehen. Dazu müssten sowohl primäres als auch sekundäres NO 2 aus der lokalen Quelle sowie die Hintergrundbelastung mit der Vielzahl an NO x -Emittenten stark gemindert werden. Eine erste Abschätzung der Verursacher an der Messstation Stuttgart- Mitte (Fig. 1, rechts) zeigt, dass der Verkehr zu etwa ¾ zu der NO 2 -Belastung im Jahr 215 beiträgt. Die Diesel-Fahrzeuge sind über 8% davon die Hauptverursacher der Belastung. Auch für andere Belastungsschwerpunkte in Deutschland muss davon ausgegangen werden, dass der Verkehr der Hauptverursacher ist und ohne zusätzliche Maßnahmen auch dort im Jahr 215 die NO 2 -Konzentrationen noch über dem gültigen Luftqualitätsgrenzwert für NO 2 liegen werden. Eine genaue Abschätzung der Anteile der einzelnen Verursacher sowie der jeweiligen Entwicklung muss die lokalen Gegebenheiten berücksichtigen. Ansatzpunkte zur Minderung der NO 2 -Konzentrationen Grundsätzlich bedarf eine wirksame NO 2 -Konzentrationsminderung einer Reduktion der verkehrsbedingten primären NO 2 - und NO-Emissionen sowie dieser Emissionen aus anderen Sektoren 3. Seinem hohen Beitrag an der NO 2 -Belastung entsprechend steht der Straßenverkehr im Mittelpunkt der hier diskutieren Minderungsmöglichkeiten. Es ist in letzter Zeit verstärkt diskutiert worden, welche Minderungsmöglichkeiten bestehen und mit welchem Instrumentarium dann entsprechende Maßnahmen umgesetzt werden können, um eine Einhaltung der Luftqualitätsgrenzwerte zu ermöglichen. Im Folgenden werden einige Ansatzpunkte genannt. Die Wirkungen auf die Emissionen und Luftqualität sind dabei unterschiedlich (Fig. 11). Pkw/Leichte Nutzfahrzeuge Mit der Verschärfung der EU-Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge (Euro 5/6 für Pkw) und dem wachsenden Anteil dieser Fahrzeuge am Bestand werden auch die NO x -Emissionen des Pkw-Verkehrs in den nächsten Jahren weiter zurückgehen. Die Bundesregierung hat sich hier insbesondere für die Einführung eines strengen Grenzwertes für Diesel- Pkw (Euro 6) eingesetzt. Die Grenzwertstufe Euro 6 bei Pkw ist aber erst ab 214 verpflichtend und 3 Auch Maßnahmen zur Reduktion der Ozonbelastung können zu einer Minderung der Stickstoffdioxidkonzentrationen führen. Diese indirekten Effekte die auf den luftchemischen Beitrag der NO 2 -Belastung wirken werden hier nicht berücksichtigt 146

7 hat damit bei entsprechender Einführung im Jahr 215 noch keine große Auswirkung auf die Emissionen. Eine frühere Einführung von Fahrzeugen, die die Grenzwertstufe Euro 6 erfüllen [A1], trägt zu einer Verringerung der NO 2 -Konzentrationen bei. Dazu prüft die Bundesregierung das Instrument einer vergünstigten Kfz-Steuer für vorzeitig eingeführte Euro-6-Pkw. Sie erwartet von der Industrie eine baldmögliche Bereitstellung solcher Fahrzeuge. Allerdings muss sichergestellt werden, dass Euro 5/6-Pkw nicht nur im aktuellen Testzyklus, sondern auch im realen innerstädtischen Fahrbetrieb hohe NO x - bzw. NO 2 -Minderungen aufweisen. Daher ist es erforderlich, auf europäischer Ebene über die Weiterentwicklung der Zulassungsverfahren nachzudenken [A2]. Auf dem von der Kommission veranstalteten Workshop Impact of direct emissions of NO 2 from road vehicles on NO 2 concentrations wurde zudem die Beschränkung der NO 2 -Emissionen diskutiert [A3]. Die sukzessive Absenkung der Emissionen in der Abfolge Euro 4, Euro 5, Euro 6 ist politisch entschieden. Um in dieser Rangfolge einen zusätzlichen Beitrag zur NO 2 -Absenkung zu erreichen, kann z.b. eine freiwillige Verpflichtung der Automobilindustrie sinnvoll sein. So lange das NO x - und NO 2 -Emissionsniveau der Diesel-Pkw nicht in allen Fahrsituationen dem niedrigeren Niveau von Otto-Pkw entspricht, hilft die Vermeidung des Anstiegs der Neuzulassungsanteile von Diesel-Pkw der Emissionsreduktion [A4]. Wegen der ebenfalls zu erreichenden CO 2 - Ziele ist das Angebot besonders sparsamer Otto- Pkw von Bedeutung. Insbesondere in hoch belasteten städtischen Gebieten kann der Ersatz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren durch (teil)elektrisch betriebene Fahrzeuge zu einer Verbesserung der Luftqualität beitragen [A5]. Hier hat die Bundesregierung verschiedene Forschungsprogramme zum verstärkten Einsatz von Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen angestoßen. Lkw/Busse Der Vorschlag für die Euro VI-Grenzwerte der Lkw sieht eine NO x -Minderung um 8% gegenüber Euro V vor. Die Bundesregierung setzt sich hier für die möglichst frühe Gültigkeit des Grenzwertes ein. Wie auch bei den Pkw kann eine schnellere Einführung von Euro VI [B1] und eine schnellere Erneuerung der Lkw-Flotte [B2] zu einer Minderung der Emissionen und damit zu einer Verbesserung der Luftqualität beitragen. Die Bundesregierung fördert mit dem Lkw-Innovationsprogramm deshalb den Kauf von Lkw Euro V bis zum [BMVBS 27]. Danach sollen Euro VI-Lkw bis zur Verbindlichkeit der Grenzwertstufe Euro VI gefördert werden. Auch mit der Maut-Differenzierung nach Emissionsklassen hat die Bundesregierung einen starken Anreiz zum frühzeitigen Kauf von emissionsarmen Fahrzeugen geschaffen. In Zukunft muss verstärkt darauf geachtet werden, dass die primären NO 2 -Emissionen durch die verwendeten Technologien nicht unvertretbar stark zunehmen. In Kalifornien und jetzt auch in den USA ist eine Regelung in Kraft getreten, die die NO 2 -Emissionen durch Abgasbehandlungssysteme begrenzt [CARB 27; EPA 27]. Auch in Europa müssen Möglichkeiten zur Beschränkung der NO 2 -Emissionen verstärkt diskutiert werden. Im einigen Städten trägt der Busverkehr relevant zur NO 2 -Belastung bei. Verkehrsunternehmen und Kommunen müssen in Zukunft verstärkt beim Kauf der Fahrzeuge NO x -Anforderungen definieren, um den Umweltvorteil des Öffentlichen Verkehrs zu gewährleisten [B4]. Auch bei der Ausschreibung von Linienkonzessionen oder Verkehrsleistungen können die Besteller (z.b. Landkreise) NO x - Standards setzen. Die Bundesregierung hat zu dieser Thematik Forschungsvorhaben und Pilotprojekte durchführen lassen [VCD 21]. Durch die Nachrüstung von Bussen mit entsprechenden Systemen können die NO x -Emissionen bis zu über 8% reduziert werden. Hier sind z.zt. verschiedene Systeme in der Erprobung. Verkehrsorganisation NO x -Emissionen entstehen insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen und bei hohen Geschwindigkeiten. Ein Tempolimit kann speziell bei Stadtautobahnen zur Minderung innerörtlicher Emissionen beitragen [C1]. Auch eine Verstetigung des Verkehrs in Städten hilft die NO x - Emissionen zu reduzieren [C2]. Es ist politisch zu entscheiden, ob ab dem Jahr 21 Nutzervorteile für Fahrzeuge mit niedrigen NO x - und NO 2 -Emissionen (Umweltzone) in Gebieten mit hohen NO 2 -Belastungen eingeführt werden sollen [C3]. Weiterhin dienen alle Maßnahmen der Verringerung des motorisierten Individualverkehrs (z.b. Erhöhung des Auslastungsgrades von Pkw, Änderung des Modal-Split zu Gunsten des Fahrrad- und des Öffentlichen Verkehrs) [C4] einer Minderung der Luftbelastung. Schiffe Schiffe tragen zur großräumigen Belastung mit Stickoxiden und zur lokalen Belastung, insbesondere in Problemzonen wie Häfen, bei. Mit der Zusage der Mineralölindustrie, ein breiteres Angebot für schwefelfreien Schiffsdiesel sicherzustellen, sind die Vorraussetzungen geschaffen worden, dass Abgasreinigungstechnologien wie Partikelfil- 147

8 ter und NO x -Minderungstechniken auch in Binnenschiffen eingesetzt werden können. Die Bundesregierung hat den Bau eines flussgängigen Küstenmotorschiffes, welches mit modernster Abgasminderungstechnik ausgerüstet ist ( Futura Carrier ), unterstützt. Andere Sektoren Die Stickoxid-Hintergrundbelastung kann nur dann effektiv gesenkt werden, wenn auch die Emissionen nicht-verkehrlicher Emittenten wie Industrie, Kraftwerke und Haushalte weiter verringert werden. Dazu plant die Bundesregierung eine Verordnung zur Absicherung von Luftqualitätsanforderungen (37. BImschV). Mit dieser Verordnung soll dem verstärkten Ausstoß von Stickoxiden aus großen Feuerungsanlagen entgegengewirkt werden. Auf europäischer Ebene wird mit der Thematischen Strategie Luftreinhaltung ein Programm zur Minderung der zulässigen einzelstaatlichen Emissionsmengen entscheidender Schadstoffe durchgeführt. Zudem hat die Kommission im Zusammenhang mit den Verhandlungen zur neuen Luftqualitätsrichtlinie eine Erklärung abgegeben, in der sie emissionsmindernde Maßnahmen ankündigt [EC 27]. Diese Maßnahmen sollen die Mitgliedstaaten bei der Einhaltung der Luftqualitätsgrenzwerte unterstützen. Von der Kommission werden vor allem folgende Maßnahmen genannt: Richtlinie über Industrieemissionen (Nachfolge-Richtlinie für die IVU-Richtlinie), mit der die Emissionen der Industrie, von landwirtschaftlichen Betrieben und kleiner industrieller Feuerungsanlagen weiter reduziert werden sollen; Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen (NEC); Reduzierung der Emissionen von mobilen Maschinen; Aktivitäten zur Minderung der Schiffemissionen. Die Bedeutung der primären NO 2 -Emissionen für die NO 2 -Belastung wurde erst in den letzten Jahren erkannt. So gelten die kontinuierlich verschärften Abgasgrenzwerte im Straßenverkehr seit je her nur für NO x, die Summe der NO und NO 2 -Emissionen; der Anteil an NO 2 im emittierten NO x ist nicht limitiert. Infolge neuer Abgasbehandlungstechniken hat sich dieser NO 2 -Anteil jedoch vor allem bei modernen Diesel-Pkw erhöht. Daher sind die NO 2 -Emissionen angestiegen. Dies trägt dazu bei, dass trotz der NO x -Emissionsminderungen die NO 2 -Konzentrationen nicht zurückgegangen sind. Da auch bis zum Jahr 21 die Emissionen von direktem NO 2 weiter zunehmen werden, wird trotz der Verschärfung der Abgasgrenzwerte der Kraftfahrzeuge die NO 2 -Konzentration an vielen Orten kaum zurückgehen. Eine Erreichung der NO 2 - Luftqualitätsgrenzwerte wird in vielen Kommunen nur durch zusätzliche Maßnahmen möglich sein. Erst mit der Durchdringung der Flotte mit Fahrzeugen, die Euro 5/6 bzw. Euro VI erfüllen, könnte auch ein Rückgang der primären NO 2 -Emissionen erfolgen. Trotzdem wird auch im Jahr 215, d.h. bei der maximalen Ausschöpfung der in der neuen EU-Luftqualitätsrichtlinie eingeräumten Verlängerung der Einhaltefrist, an vielen Orten der Luftqualitätsgrenzwert bei Umsetzung der schon heute beschlossenen Maßnahmen nicht eingehalten werden können. Eine Erreichung der NO 2 -Luftqualitätsgrenzwerte ist nur möglich, wenn neben der weiteren Verschärfung der Emissionsgrenzwerte bei Kraftfahrzeugen wirksame Maßnahmen zur Reduktion der städtischen Belastung und der großräumigen Hintergrundbelastung ergriffen werden. Auch die Automobilindustrie ist als Hersteller des zur Hauptbelastung beitragenden Kfz-Verkehrs dazu aufgefordert, Konzepte und Strategien zur NO 2 - Minderung zu entwickeln. Zusammenfassung Der ab dem Jahr 21 einzuhaltende Jahresgrenzwert für Stickstoffdioxid wird heute an vielen hoch belasteten Straßen in Deutschland überschritten. Wesentliche Ursache dafür sind die direkten NO 2 -Emissionen aus dem Kfz-Verkehr in der Straße. Zudem wird NO 2 über eine luftchemische Reaktion mit Ozon aus den NO-Emissionen des lokalen Verkehrs gebildet. Weiterhin tragen die NO 2 -Emissionen des städtischen und regionalen Hintergrundes zur NO 2 -Belastung an einer Hauptverkehrsstraße bei. 148

9 Literatur AQEG 26 Air Quality Expert Group: Trends in Primary Nitrogen Dioxide in the UK Draft report for comment August 26 BMU 25 Unerwartet geringe Abnahme bzw. Zunahme der NO 2-Belastung Fachgespräch im Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit am ; doc/36369.php BMVBS 27 Programm zur Förderung der Anschaffung emissionsarmer schwerer Lkw; siehe BVG 27 Bundesverwaltungsgericht; Urteil vom ; [Aktenzeichen: BVerwG 7 C 36.7] CARB 27 California Code of Regulation; Title 13, Section Carslaw 25 Carslaw, D.C.: Evidence of an increasing NO 2/NO x emissions ratio from road traffic emissions. Atmospheric Environment, 39 (26), , 25. EC 27 Declaration by the commission accompanying the adoption of the new directive on ambient air quality and cleaner air for Europe; in [EU 27] EPA 27 Diesel Oxidation Catalysts: Informational Update; EPA42-F-7-68, November 27; 68.htm EU 1999 Richtlinie 1999/3/EG des Rates vom 22. April 1999 über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft (ABl. EG Nr. L 163 S. 41) EU 26 EU level workshop: The impact of direct emissions of NO 2 from road vehicles on NO 2 concentrations der Kommission am in Brüssel EU 27 Europäisches Parlament: Legislative Entschließung des Europäischen Parlaments vom 11. Dezember 27 zu dem Gemeinsamen Standpunkt des Rates im Hinblick auf den Erlass der Richtlinie des Europäischen Parlamentes und des Rates über Luftqualität und saubere Luft in Europa (16477/1/26 C6 26/27 25/183 (COD)) IFEU 25 Ursachen hoher verkehrsbedingter Stickstoffdioxid-Immissionen Analyse an einer Autobahn-Messstelle. U. Lambrecht et al., IFEU Heidelberg: Im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit; Heidelberg 25. IFEU 26 Analyse der Ursachen für hohe NO 2- Immissionen in baden-württembergischen Städten. F. Dünnebeil, U. Lambrecht und S. Buchholz, IFEU Heidelberg; Im Auftrag des Umweltministeriums Baden-Württemberg, Heidelberg 26. IFEU 27 Zukünftige Entwicklung der NO 2- Emissionen des Verkehrs und deren Auswirkung auf die NO 2-Luftbelastung in Städten in Baden-Württemberg. F. Dünnebeil, U. Lambrecht, IFEU Heidelberg. Unter Mitarbeit von C. Kessler (Aviso Aachen). Im Auftrag des Umweltministeriums Baden-Württemberg; Heidelberg 27. LNUV 25 Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW, Simulationen zur Beurteilung der Luftqualität, Jahresbericht (25) Romberg 96 Romberg, E., Bösinger, R., Lohmeyer, A., Ruhnke, R., Röth, E. (1996): NO-NO 2- Umwandlung für die Anwendung bei Immissionsprognosen für Kfz-Abgase. Gefahrstoffe-Reinhaltung der Luft, Band 56, Heft 6, S TREMOD 25 TREMOD Transport Emission Model, Update 4.1. Fortschreibung des Daten- und Rechenmodells Energieverbrauch und Schadstoffemissionen des motorisierten Verkehrs in Deutschland W. Knörr, Ch. Reuter et al., IFEU Heidelberg. Im Auftrag des Umweltbundesamtes, Berlin/Heidelberg 25. VCD 21 Umweltstandards im ÖPNV; Ein Leitfaden für Entscheidungsträger; Herausgeber Verkehrsclub Deutschland; Förderung durch BMU und UBA, 21 WHO 26 Weltgesundheitsorganisation: Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide; Global update 25; Summary of risk assessment 149

10 Picture Annex kt / year NO x Emissionen in Deutschland Sonstige Quellen Landwirtschaft Industrieprozesse Kleine Feuerungsanlagen Industriefeuerungen Energieerzeugung Übriger Verkehr Straßenverkehr Fig. 1: NO x-emissionen in Deutschland seit 199 nach Quellgruppen (Quelle Umweltbundesamt) Fig. 1: NO x-emissions in Germany kt / Jahr NO x -Emissionen des innerörtlichen Verkehrs Busse Lkw Leichte Nutzf. Diesel-Pkw Otto-Pkw NO x -Konzentrationen in Baden-Württemberg JMW in μg/m³ Verkehrsstationen Städtischer Hintergrund NO 2 -Konzentrationen in Baden-Württemberg JMW in μg/m³ Verkehrsstationen Städtischer Hintergrund Ländlicher Hintergrund 15 1 Ländlicher Hintergrund Data: IFEU (TREMOD), LUBW 26 Fig. 2: Fig. 2: NO x-emissionen und konzentrationen NO x-emissions and ambient air concentrations 15

11 NO2-Immissionskonzentration (Jahresmittel) Stationen in Baden-Württemberg NO 2-Immisisonskonzentrationen (Jahresmittel) Stationen in Hessen NO2-Immisionskonzentrationen (Jahresmittel) Stationen in Bayern NO 2 [μg/m³] 6 NO 2 [μg/m³] 6 NO 2 [μg/m³] Grenzwert 21 Karlsruhe-Straße Mannheim-Straße Stuttgart-Mitte-Straße Stuttgart Neckartor (Spotmessung) Stuttgart Siemensstr. (Spotmessung) Stuttgart Hohenheimer Straße (Spotmessung) Ludwigsburg Friedrichstraße (Spotmessung) Schwäbisch Gmünd (Spotmessung) Pleidelsheim (Spotmessung) 4 2 Grenzwert 21 Darmstadt Hügelstraße Frankfurt FreidbergerLandstraße Wiesbaden Ringkirche 4 2 Grenzwert 21 München Stachus München Luise-Kiesselbach-Platz Augsburg Karlstraße Jahr Quelle: Eigene Zusammenstellung auf Basis der Daten der Ländermessnetze Fig. 3: Fig. 3: NO 2-Immissionskonzentration an stark direkt vom Verkehr beeinflussten Standorten in Deutschland Ambient air NO 2 concentrations roadside sites in Germany Jahresmittelwert NO 2 - Deutschland μg/m Grenzwert t Am Neckartor nheimer Straße andshuter Allee mensstraße (S) rt-mitte-straße drichstraße (S) nchen/stachus Gmünd Lorcher zwaldstraße (S) e-kiesselbach- Allee II (Straße) eihinger Straße ardenbergplatz regentenstraße straße (Straße) -v.-galen-ring dt-hügelstraße straße (Straße) den-ringkirche burg/karlstraße rt-friedb.ldstr. z-leipziger Str. nnover Verkehr hnhofstr. Verk. Straße (Straße) n-silbersteinstr. esden-bergstr. z-schildhornstr. abrück-verkehr ombrucher Str. ehoe Lindenstr. arl-marx-str. 76 d Brackeler Str. z-parcusstraße urg/königsplatz arlsruhe-straße Lederstraße (S) Luisenring (S) men Verkehr 1 nnheim-straße rankfurter Allee men Verkehr 2 Leipzig-Mitte abenstraße (S) enfelder Straße Univers.Straße Fünffenster-Str. Mainz-Zitadelle Mörsenbroich Gladbecker Str. henstaufenring Ratzeburg ck Am Strande uher Straße (S), Leipziger Str. rtal Fr.-E.-Allee en-westanlage hen Kaiserplatz n-heinigstraße ohenzollernring am Zeppelinstr. reiburg-straße urg/reuterallee ße Langgasse ainz-rheinallee tersberger Str. us, Bahnhofstr. Dresden-Nord rankfurt-höchst rn Friedrichstr. mund Steinstr. r Steinfurt. Str. sburg/rathaus ttingen-verkehr nberg/bahnhof rücken-verkehr t-zuffenhausen ck Gr. Burgstr. zig Lützner Str. hen/lothstraße g/stadtring Süd chen/moosach en Emilienplatz dinal-galen-str. rich-ebert-ring furt Heinrichstr Erfurt Bergstr. Ost Steeler Str. wigshafen-mitte amaschkeplatz Flensburg egelsteinstraße sdorfer Straße Residenzstraße yreuth/rathaus Westbahnhofstr. heresienstraße nz-goetheplatz Fig. 4: Stationen mit Überschreitung eines NO 2-Jahresmittelwertes von 4 μg/m 3 im Jahr 26 Fig. 4: Sites with annual concentrations of NO 2 > 4 μg/m 3 in the year

12 Anzahl der Überschreitungen der 1-h-Konzentration von 2 μg/m 3 Anzahl der Überschreitungsstunden aktueller Grenzwert: max. 175 h mehr als 2 μg/m : max. 18 h mehr als 2 μg/m Am Neckartor Hohenheimer raße (S) Stuttgart mensstraße (S) en/landshuter Allee dt-hügelstraße nchen/luisesselbach-platz eim Beihinger raße (S) ardenbergplatz rt-mitte-straße udwigsburg drichstraße (S) Habichtstraße (Straße) Fig. 5: Anzahl der Überschreitungen des 1-h-Grenzwertes von 2 μg/m 3 bei Stickstoffdioxid im Jahr 26 Fig. 5: Number of 1-h-values of the NO 2-concentrations > 2 μg/m 3 in the year 26 NO-Emission (lokaler Verkehr) NO 2 -Emission (lokaler Verkehr) NO 2 Luftchemie NO 2 Primäre Emission verursachen NO 2 Zusatzbelastung Beitrag lokaler Verkehr NO 2 NO 2 andere Quellen Städtischer Hintergrund Städtischer Hintergrund Fig. 6: Fig. 6: Ursachen der NO 2-Entstehung an verkehrsnahen Messstationen (schematische Darstellung) Causes of NO 2-levels at roadside sites (schematic representation) 152

13 14 12 NO 2 -Gesamtimmission im Tagesgang August 26, Montag-Freitag NO2 Rest (v.a. primäres NO2) NO2 Ozonabbau NO2 Hintergrund 1 NO2 in μg/m³ Fig. 7: Zusammensetzung der NO 2-Gesamtimmission im Tagesgang (Quelle IFEU 27) Fig. 7: Contribution different causes to NO 2-concentration diurnal variation 1,,9,8,7,6,5,4,3,2,1, NO 2 and NO emission factors for passenger cars in urban situations in g/km (NO 2 equi.) <Euro 1 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 <Euro 1 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 4 PF Euro 5 Euro 6 NO 2 /NO x : 5% NO 2 /NO x : 15% 3% 4% 55%. 4% 2% PC Gasoline PC Diesel NO NO2 Fig. 8: NO 2- und NO-Emissionsfaktoren von Pkw im Innerortsverkehr (Quelle IFEU 27) Fig. 8: NO 2 and NO emission factors for passenger cars in urban situations 153

14 6 kg/(km*d) NO x -Emissionen in mittleren Innerortssituationen (mit Einführung Pkw Euro 5 & 6) 6 NO 2 -Emissionen in mittleren Innerortssituationen kg/(km*d) (mit Einführung Pkw Euro 5 & 6) Linienbus Lkw Leichte Nutzf. Diesel-Pkw Otto-Pkw Mot. Zweiräder ohne Euro 5/ Wirkung Euro 5/ Linienbus Lkw Leichte Nutzf. Diesel-Pkw Otto-Pkw Mot. Zweiräder ohne Euro 5/ IFEU Heidelberg 27 Fig. 9: Fig. 9: NO x- und NO 2-Emissionen in einer mittleren Innerortssituation Emissions of NO x and NO 2 - average urban traffic situation μg/m³ Modellierte NO 2 -Immission im Jahresmittel mit max. Beitrag Primäres NO 2 bei inerter Ausbreitung Primäres NO2 bei inerter Ausbreitung Luftchemie Hintergrund Verursacher 215 "Stuttgart-Mitte" Lkw; 7% Otto-Pkw; 4% LNfz/Sonstige; 3% Busse; 2% Diesel-Pkw; 21% Einfluss lokaler Verkehr Quelle: eigene Abschätzungen Lkw/Bus; 9% städtische Hintergrundbelastung Pkw/LNfz; 7% andere Quellen; 28% IFEU/AVISO 27 Fig. 1: NO 2-Immission und Beitrag der Einzelursachen in den Jahren 25, 21, 215 und 22 an der Verkehrs- Messstation Stuttgart-Mitte Fig. 1: NO 2 concentrations and contribution of different causes in the years 25, 21, 215 and 22 at the traffic site Stuttgart-Mitte 154

15 Wirkung Emission (Haupteffekte) Wirkung Luftqualität (Haupteffekte bei NO 2) Ansatzpunkt NO x NO 2 Städtische Belastung Überregionaler Hintergrund A) Pkw/Leichte Nutzfahrzeuge 1. Frühe Einführung von Euro 6 bei Pkw und leichten X X X X Nutzfahrzeugen 2. Sicherstellung der Emissionsminderung im Realbetrieb X X X 3. Limitierung der NO 2 Emissionen X X 4. Keine weitere Steigerung der Diesel-Pkw-Neuzulassungen X X X X 5. Erhöhung des Anteils von Fahrzeugen mit Elektromotoren X X X B) Lkw/Busse 1. Frühe Einführung von Euro VI bei Lkw X X X 2. Schnellere Erneuerung der Lkw-Flotte X X X 3. Beschränkung für NO 2 Emissionen X X 4. Mindeststandards für Busse im Linienverkehr (NO x, NO 2) X X X 5. Nachrüstung von Bussen mit NO x-minderungssystemen X X X X C) Verkehrsorganisation 1. Tempolimit auf BAB X X (Stadtautobahn) X 2. Verkehrsverstetigung in Städten X X X 3. Nutzervorteile für Fahrzeuge mit geringen NO x- bzw. X X X NO 2-Emissionen ab Verkehrsreduktion in Städten X X X D) Andere Transportmittel 1. NO x-minderungssysteme bei Binnenschiffen X X Fig. 11: Ansatzpunkt zur Reduzierung der NO x- und NO 2-Emissionen des Verkehrs Fig. 11: Approaches to reduce emissions of NO x and NO 2 from transport 155

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