Erölraffinerie bei Usinsk, Russland.
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Luftverschmutzung durch Industrie, Landwirtschaft und Haushalte


30.3.2009
Ohne Luft können wir nicht leben, wir atmen sie ständig ein und aus. Durch viele unterschiedliche Schutzmaßnahmen wird versucht, unser Grundbedürfnis nach sauberer Luft zu erfüllen – mit gutem Erfolg.

Auf dem Foto ist ein Turm einer Kirche zu sehen, der zwischen den Rauschschwaden aus dicken Schornsteinen des  Braunkohle-Kraftwerk Frimmersdorf bei Düsseldorf, steht. Am 8. Juli 2008 haben führende Industrienationen die  Halbierung der weltweiten Emissionen von Treibhausgasen bis zum Jahr 2050 gebillig im Kampf gegen die globale Erderwärmung. (© AP)

Vom Menschen verursachte Luftverschmutzung wird heute zumeist in die großen Verursachergruppen Industrie, Verkehr, Landwirtschaft und Haushalte (oder Kommunalbereich) unterteilt. Das hat pragmatische Gründe und muss nicht immer zweckmäßig sein. Wenn man an die Problemlösung, also Luftreinhaltung geht, wird man sich besser von räumlich-geographischen (etwa urbane Luftverschmutzung) und stoffbezogenen (wie Schwefeldioxid, Stickoxide, Staub usw.) oder problembezogenen ("saurer Regen", Sommersmog, Klimawandel) Aspekten leiten lassen. Die Verursacher geben (emittieren) aufgrund unvollständiger Stoffwandlungs- und -bearbeitungsprozesse gasförmige und feste Substanzen (Emissionen) in die sie umgebende Luft ab. Die Emissionen der genannten Verursachergruppen haben sich im Verlauf der Geschichte sowohl in ihrem Anteil an der Luftverschmutzung als auch in ihrer stofflichen Charakteristik gewandelt.

Bereits in mittelalterlichen Städten hatte man erkannt, dass sich durch technische Prozesse (Färben, Gerben, Verbrennen) die Luftqualität verschlechterte und Maßnahmen ergriffen, diese technologischen Prozesse von der Wohnumwelt fernzuhalten. Aus historischen Berichten geht hervor, dass die städtische Luftqualität im Mittelalter wesentlich schlechter gewesen sein muss als noch vor 30 oder 50 Jahren. Schwermetalle wurden möglicherweise bereits in der Antike weiträumig über die Luft verteilt. Eine regionale und zunehmend globale Verschlechterung der Luftqualität wurde aber erst seit den 1940er-Jahren registriert und führte seit Beginn der 1950er-Jahre zu einem extensiven Studium sowie zur Entwicklung einer grenzüberschreitenden Luftreinhaltung. Während technische Maßnahmen der lokalen Luftreinhaltung bereits mit der Industrialisierung in der Mitte des 19. Jahrhunderts begannen, wurden Maßnahmen auf regionaler Ebene erst seit Beginn der 1980er-Jahre erfolgreich eingeführt (Sofia-Protokoll: Reduzierung von Schwefeldioxid). Erste Maßnahmen auf globaler Ebene (Montreal-Protokoll: Verbot ozonabbauender Substanzen) erfolgten zu Beginn der 1990er-Jahre. Jetzt stehen wir vor der wohl größten industriellen Herausforderung in der Luftreinhaltung, der Eindämmung der Emission treibhauswirksamer Gase. Eine Aufgabe, die in den nächsten 20 bis 30 Jahren gelöst werden muss.

Verschmutzte und reine Luft



Es ist nicht ganz einfach, den Begriff Luftverschmutzung zu definieren. Der Begriff ist daher am besten als die Abweichung der chemischen Luftzusammensetzung von ihren ursprünglichen natürlichen Werten definiert. In der heutigen Zeit gibt es nirgends auf der Erde mehr natürliche Luft. Menschen werden in ihren Aktivitäten immer die Luft belasten. Die eigentliche Frage muss daher lauten, welche Luftzusammensetzung (also Abweichung vom ursprünglichen natürlichen Zustand) können wir akzeptieren, ohne mit nachhaltigen (negativen) Konsequenzen für die menschliche Existenz rechnen zu müssen?

Industrielle Luftverschmutzung



Innerhalb der Industrie wird nach Industriezweigen unterschieden: Schwer-, Leicht- und chemische Industrie weisen sowohl gemeinsame als auch unterschiedliche, oftmals "typische" Emissionen auf. Nicht unmittelbar zur Industrie werden dagegen Kraftwerke gerechnet. Eine entscheidende Frage für die zukünftige Entwicklung ist jedoch, welche und wie viele Güter die Gesellschaft (und das Individuum) für ein sinnvolles Leben benötigt. Die Klärung dieser sozialen und politischen Kategorie wird eine zunehmende Rolle spielen, um Ressourcenverbrauch und Umweltbelastung zu vermindern. Luftverschmutzung auf der einen Seite und Luftreinhaltung auf der anderen sind mitnichten lediglich wissenschaftlich-technische Herausforderungen. Das eigentliche Problem der Luftverschmutzung entsteht durch die Bereitstellung nutzbarer Energie auf Basis fossiler Rohstoffe, die verbrannt werden. Aus Tabelle 1 erkennt man (in der Industrie sind Kraftwerke mit enthalten, sonstige Quellen wurden nicht aufgeführt), dass jede Verursachergruppe für bestimmte Emissionen bzw. Spurenstoffe dominierend ist.

Tabelle 1: Anteile (in Prozent) von Verursachergruppen an der Gesamtemission; gerundete Zahlen, typisch für EU-Länder um das Jahr 2000 (VOC – flüchtige organische Verbindungen, ohne CH4). '–' bedeutet "vernachlässigbar"

SO2 Staub CO2 NO VOC CO N2O NH3 CH4

Industrie


90

70

65

30

30

-

20

5

10

Verkehr


5

10

25

60

50

70

5

-

-

Landwirtschaft


-

10

-

-

-

-

70

95

50

Haushalte


-

-

10

10

5

20

-

-

-



Mit der Reduzierung der Emissionen in bestimmten Verursachergruppen (Schwefeldioxid- (SO2) und Staubemissionen aus Kraftwerken etwa spielen nur noch eine untergeordnete Rolle) verschieben sich die prozentualen Anteile. Es wird erwartet, dass beispielsweise die Europäische SO2-Emission im Jahr 2020 im Wesentlichen durch den Schiffsverkehr bestimmt wird.

Oft übersehen: die Landwirtschaft



Für die Nahrungsmittelproduktion durch Feldwirtschaft und Nutztierhaltung werden Dünger und viele andere chemische Hilfsmittel eingesetzt, um bei begrenzter Fläche einen hohen Ertrag zu erzielen.

Die Landwirtschaft war bis zur ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts im Wesentlichen durch die verfügbare Fläche begrenzt und belastete die Luft in keiner Weise zusätzlich, da sie innerhalb der natürlichen Stoffkreisläufe ablief. Wie bei der natürlichen Vegetation und bei Wildtieren werden auch in der Landwirtschaft (als biogenes System) eine große Zahl Spurenstoffe aus dem Boden, der Pflanze und vom Tier in die Atmosphäre abgegeben. Erst als die Düngung eingeführt wurde, entstand jedoch ein zusätzlicher Stoffkreislauf, da nur ein geringer Anteil der Nährstoffe in die Biomasse eingebaut wird, der überwiegende Teil dagegen in Atmosphäre und Hydrosphäre übergeht.

Die Landwirtschaft trägt (Tab. 1) zu erheblichen Anteilen bei der Emission von Ammoniak NH3), Methan (CH4) und Distickstoffmonoxid (Lachgas N2O) bei. Das Ertragsmaximum ist in den Industrieländern längst erreicht, weltweit muss dennoch mit einem beträchtlichen weiteren Anstieg des Düngerverbrauchs gerechnet werden, insbesondere in Asien und Afrika.

Ein weitgehender Verzicht auf chemische Hilfsmittel wie in der biologischen Landwirtschaft scheint global gesehen wegen des ungünstigen Flächen-Ertrags-Verhältnisses keine Lösung in Anbetracht des Bevölkerungswachstums. Doch auch die intensive Landwirtschaft mit ihren hohen Emissionen und weiteren negativen Folgen kann keine Lösung sein. Eine weitgehend ökologische Landwirtschaft muss Zielgröße nachhaltigen Handelns sein. Distickstoffmonoxid (N2O) und Ammoniak (NH3) bleiben aber immer begleitende Emissionen. Zwar lassen sich Teillösungen durch optimierte Düngeranwendung erzielen, aber Methan (CH4) zum Beispiel entstammt in der Landwirtschaft zu etwa 50 Prozent aus dem Reisanbau und zu 50 Prozent aus der Haltung von Wiederkäuern.

Die Tierhaltung trägt insgesamt zu rund 90 Prozent der landwirtschaftlichen NH3-Emission bei. Werden die Tiere auf Weiden gehalten, führt dies zu höher geschlossenen lokalen Stoffkreisläufen, weil die Exkremente als Dünger wirken, Weidehaltung erfordert jedoch einen wesentlich höheren Flächenbedarf.

Regionale Luftverschmutzung Ende des 20. Jahrhunderts



Bild 1: Entwicklung der Schwefeldioxid-Emission in Deutschland (in Mio t)Bild 1: Entwicklung der Schwefeldioxid-Emission in Deutschland (in Mio t)
Eine länderübergreifende Politik der Luftreinhaltung setzte erst in den 1970er-Jahren ein, wohl aufgrund wachsender Weltbevölkerung sowie ersten Anzeichen regionaler und globaler Verschmutzung mit (noch) unbekannten Konsequenzen. Die Periode des "sauren Regens" (etwa 1960-1990) führte zur Reduzierung der Säurevorläufer SO2 und NO (Stickstoffmonoxid) sowie Flugstaub in Kohlekraftwerken. In der Periode des "Sommersmogs" (1980-2000) gelang es, VOC und NO (Lösemittelalternativen und Dreiwegekatalysator für Kfz) zu verringern. Bild 1 zeigt eindrucksvoll, wie sich die Schwefeldioxid-Emissionen entwickelten, der Prozess kann als Beispiel der wirtschaftlichen Entwicklung bis in die 1980er-Jahre und danach als ein Ergebnis der Luftreinhaltung gelten.

Nach Angaben des Umweltbundesamtes (UBA) haben sich die Emissionen in der Bundesrepublik von 1990 bis 2005 folgendermaßen verringert:

10 Prozent Staub (PM), 16 Prozent Schwefeldioxid (SO2), 23 Prozent Kohlenmonoxid (CO), 41 Prozent Nichtmethankohlenwasserstoffe (NMVOC), 48 Prozent Stickoxide (als N2O), 62 Prozent Methan (CH4) 80 Prozent Ammoniak (NH3)

Im Wesentlichen erfolgte die Luftreinhaltung mittels end-of-pipe-Technologien (Filter, Wäscher, Katalysatoren). Mithilfe dieser herkömmlichen Technik steht nicht zu erwarten, dass die Emissionen weiter verringert werden.

Die Herausforderung des 21. Jahrhunderts



Das größte gegenwärtige Umweltproblem stellt der Klimawandel dar, eingedämmt werden müssen die so genannten Treibhausgase, allen voran das CO2. Gegenwärtig wird zum Beispiel versucht, für Kohlekraftwerke eine CO2-Wäsche (CO2 capture) großtechnisch zu entwickeln. Sie scheint durchaus Erfolg versprechend, benötigt aber einen erheblichen Anteil der Primärenergie (bis zu 25 Prozent). Ein baldiger Technologiewechsel sollte in Richtung Photovoltaik erfolgen, ungelöst ist hier noch die unbedingt notwendige das Problem der effektiven Energiespeicherung Zwischenspeicherung in Form von chemischer Energie. Durch die fast vollständige Umstellung der kommunalen Heizungen von Kohle auf Gas und Öl besteht auch hier nicht mehr das Problem der "typischen" städtischen Verschmutzung (SO2, Staub und unverbrannte Reste wie Ruß und VOC). Das verbliebene "Stadtproblem" ist somit der Verkehr.

Langfristig erscheint es schwierig, die NO-Emission drastisch zu senken; die atmosphärische Belastung mit Stickoxiden ist zwar kein gesundheitliches Problem (mehr), sie wirkt sich aber auf die Ozonbildung und das Stickstoffbudget der Biosphäre aus.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Landwirtschaft auf lange Zeit der Hauptverursacher der "Luftverschmutzung" sein (und bleiben) wird, mit CH4, N2O und NH3. Ohne Zweifel werden die Produktion von Nahrungsmitteln und Energie "linear" mit der Weltbevölkerung gekoppelt bleiben – trotz vielfältiger spezifischer Einsparfaktoren. Wir müssen uns damit abfinden (und daran anpassen), dass wir langfristig eine veränderte chemische Zusammensetzung der Atmosphäre im Vergleich zur vorindustriellen Zeit haben werden. Es ist notwendig, dass Weltbevölkerung, Ressourcenverbrauch und Verschmutzung in ein stationäres Gleichgewicht gelangen (Nullwachstum). Darin besteht in Zukunft die Aufgabe der Politik, auf Grundlage wissenschaftlicher Erkenntnisse eine menschliche Entwicklung zu garantieren. Die Erdsystemanalyse hat gezeigt, dass das nur global erfolgen kann. Und genau das kann der positive Aspekt der Globalisierung werden.

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