Umweltwissenschaftliche Bewertung des ersten Corona Lockdowns in Deutschland

Eine quantitative Analyse der Luftqualität vor, während und nach dem ersten Lockdown

Thèse de Bachelor , 2021 , 73 Pages , Note: 2,0

Sciences de l'Environnement

In der vorliegenden Arbeit soll die Auswirkung von Lockdown-Maßnahmen auf die Luftqualität untersucht werden. Dabei sollen sowohl allgemein globale als auch spezifische Auswirkungen für Deutschland ermittelt werden.

Es werden daher zwei Forschungsfragen gestellt. Forschungsfrage F1: Wie hat sich der weltweite Lockdown auf die globale Luftqualität ausgewirkt? Forschungsfrage F2: Wie hat sich der Lockdown auf die Entwicklung der Luftqualität in Deutschland ausgewirkt?

Forschungsfrage F1 soll mithilfe der Analyse relevanter Forschungsergebnisse beantwortet werden, wobei sowohl nationale Studien in unterschiedlichen Weltregionen als auch zusammenfassende Studien berücksichtigt werden. Forschungsfrage F2 soll mithilfe der Auswertung von Daten der Messstationen des Umweltbundesamts in Deutschland beantwortet werden. Es werden dabei unterschiedliche Hintergrundkategorien des Umweltbundesamts berücksichtigt.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Fragestellung
1.3 Methodik
1.4 Aufbau der Arbeit

2 Theorie
2.1 Entwicklung der Luftschadstoff- und Feinstaubelastung und -emissionen in Deutschland
2.1.1 Luftqualitatsindex
2.1.2 Langjahrige Entwicklung
2.1.3 Jahreszeitlich bedingte Schwankungen
2.2 Bewertung der durch Luftschadstoffe verursachten Schaden
2.3 Quellen
2.4 UmweltpolitischeMaBnahmen
2.5 Corona-Lockdown-MaBnahmen in Deutschland
2.6 Auswirkungen der MaBnahmen auf Emissionsquellen

3 Ubersicht zur globalen Entwicklung

4 Material und Methoden zum empirischen Teil
4.1 Schadstoff-Messstationen
4.2 Analyse kurzfristiger Auswirkungen - Ereignisstudienmethode
4.3 Vergleich mit Vorjahren

5 Ergebnisse
5.1 Kurzfristige Auswirkungen - Vergleich uber Ereignisstudienmethode
5.1.1 Definition des Ereignisses
5.1.2 Auswertung NO2
5.1.3 Auswertung Feinstaub PM10
5.1.4 Auswertung Ozon
5.1.5 Ergebnis der Ereignisstudienmethode
5.2 Vergleich mit langjahriger Entwicklung
5.2.1 AuswertungNO2
5.2.2 Auswertung Feinstaub PM10
5.2.3 Ergebnis der Analyse der langjahrigen Entwicklung

6 Diskussion
6.1 Vergleich empirischer Ergebnisse mit Wissen aus der Literatur
6.2 Limitationen der Arbeit

7 Zusammenfassung und Ausblick
7.1 Zusammenfassung
7.2 Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Entwicklung der Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte in Deutschland 1995 -2019 (UBA 2020i)

Abbildung 2: Entwicklung der relativen Anteile der Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte der drei Stationskategorien in Deutschland 1995 - 2019 (Eigene Erstellung mit Daten aus UBA (2020i))

Abbildung 3: Entwicklung der Feinstaub PM10-Jahresmittelwerte in gg/m3 in Deutschland 1995 - 2019 (UBA 2020e)

Abbildung 4: Entwicklung der relativen Anteile der Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte der drei Stationskategorien in Deutschland 1995 - 2019 (Eigene Erstellung mit Daten aus UBA (2020e))

Abbildung 5: Entwicklung der Ozon-Belastung Stationen mit stadtischem und landlichem Hintergrund in pg/m3 Deutschland 1995 - 2019 (UBA 2020g)

Abbildung 6: Entwicklung der relativen Anteile der Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte der drei Stationskategorien in Deutschland 1995 - 2019 (Eigene Erstellung mit Daten aus UBA (2020g))

Abbildung 7: Entwicklung der relevanten Luftschadstoffemissionen in Deutschland 1990-2019 (UBA 2020f)

Abbildung 8: NOx-Werte (als NO2 gerechnet) in pg/m3 im Jahr 2018 an verkehrsnahen Messstationen in Berlin (Berlin 2020)

Abbildung 9: NOx-Werte (als NO2 gerechnet) in pg/m3 im Jahr 2018 an Stadtrand-Messstationen in Berlin (Berlin 2020)

Abbildung 10: Feinstaub PMio-Werte in pg/m3 im Jahr 2018 an verkehrsnahen Messstationen in Berlin (Berlin 2021a)

Abbildung 11: Feinstaub PMio-Werte in pg/m3 im Jahr 2018 an Stadtrand- Messstationen in Berlin (Berlin 2021a)

Abbildung 12: Ozon-Werte in pg/m3 im Jahr 2018 an verkehrsnahen Messstationen in Berlin (Berlin 2021b)

Abbildung 13: Ozon-Werte in pg/m3 im Jahr 2018 an Stadtrand-Messstationen in Berlin (Berlin 2021b)

Abbildung 14: Entwicklung der Stickstoffoxid-Emissionen (gerechnet als NO2) in Deutschland 1990 - 2019 (UBA 2020f)

Abbildung 15: Entwicklung der Feinstaub PM10-Emissionen in Deutschland 1990 - 2019(UBA 2020f)

Abbildung 16: Entwicklung der NMVOC-Emissioen in Deutschland 1990 - 2019 (UBA 2020f)

Abbildung 17: Ubersicht zur Lage von Umweltzonen in Deutschland (UBA 2020c).

Abbildung 18 Zeitstrahl der Corona MaBnahmen im ersten Corona Lockdown (erstellt nach HICKMANN & KNOBBE & MEDICK 2020, 122ff.)

Abbildung 19: Anderungen der Mobilitat in ausgewahlten EU-Staaten (Falchetta& Noussan 2020, 48)

Abbildung 20: Nutzung verschiedener Verkehrsmittel (Durchschnitte der jeweiligen Tage pro Woche) (Hagen et al. 2020, 36)

Abbildung 21: Geandertes Mobilitatsverhalten in ausgewahlten EU-Staaten nach Verkehrstmodus

Abbildung 22: LKW-Maut-Fahrleistungsindexfur Deutschland (monatliche Mittelwerte) 2008 - 2020 (Hagen et al. 2020, 29)

Abbildung 23: Deutschland - Gesamtnetzlast Februar - Marz / Jahresvergleiche 2015 bis 2020 (abgeandert nach Werth et al. (2020, 3))

Abbildung 24: Strommix in Deutschland im ersten Halbjahr 2020 (abgeandert nach Werth et al. (2020, 4))

Abbildung 25: Entwicklung der Produktion in ausgewahlten Industriesektoren als Folge der Corona-MaBnahmen (DeStatis 2021)

Abbildung 26: Entwicklung der Stickstoffdioxidbelastung als Stadtmittelwert in Wuhan (Gschnaller et al. 2020, 72)

Abbildung 27: Mittlere tropospharische NO2-Konzentration vor und nach Beginn der Lockdown-MaBnahmen in China (Muhammad et al. 2020, 3)

Abbildung 28: Feinstaub PM10-Werte in Dehli 2019 und 2020 (Marz-April) (Gschnaller et al. 2020, 73)

Abbildung 29: Auswirkungen von Corona-Lockdown-Ma&nahmen auf Luftschadstoffkonzentrationen (Menut et al. 2020, 7)

Abbildung 30: Durchschnittliche tropospharische NO2-Konzentration im Nordosten der USA im Marz (Mittelwert 2015-2019 bzw. 2020) (Muhammad et al. 2020, 5)

Abbildung 31: Differenz terrestrischer Messdaten fur CO2 (A) und Ozon (B) Februar-Marz 2019/2020 (Venter et al. 2020, 18985)

Abbildung 32: Verlauf NO2-Werte an Stationen der Kategorie Hintergrund im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 33: Verlauf NO2-Werte an Stationen der Kategorie Stadtrand im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 34: Verlauf NO2-Werte an Stationen der Kategorie Stadtrand im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 35: Verlauf PMio-Werte an Stationen der Kategorie Hintergrund im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 36: Verlauf PMio-Werte an Stationen der Kategorie Stadtrand im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 37: Verlauf PMio-Werte an Stationen der Kategorie Verkehr im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 38: Verlauf O3-Werte an Stationen der Kategorie Hintergrund im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 39: Verlauf O3-Werte an Stationen der Kategorie Stadtrand im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 40: Verlauf O3-Werte an Stationen der Kategorie Verkehr im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Abbildung 41: Verlauf NO2-Werte an Stationen der Kategorie Verkehr im Analysezeitraum (eigene Erstellung) 48 Abbildung 42: Verlauf Feinstaub PMio-Werte an Stationen der Kategorie Verkehr im Analysezeitraum (eigene Erstellung)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Grenzwerte fur die Ermittlung des Luftqualitatsindexes (Eigene Erstellung nach UBA (2020b))

Tabelle 2: Monatliche Mittelwerte fur Temperatur, Niederschlag und Sonnenschein in Berlin im Jahr 2018 (Wetterkontor 2020)

Tabelle 3: Luftschadstoffkosten - Werte in Euro2oi6/kg (Eigene Erstellung mit Daten aus EU (2019, 56))

Tabelle 4: Anderung Gesamtenergieverbrauch in Deutschland Quartal 1 --> Quartal 3 2020 (Energie-Experten 2020)

Tabelle 5: Stromverbrauchverbrauch privater Haushalte vor und nach dem 16. Marz 2020 (Thaden 2021)

Tabelle 6: Vergleich der Mittelwerte NO2 - Stationen Kategorie Hintergrund - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 7: Vergleich der Mittelwerte NO2- Stationen Kategorie Stadtrand - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 8: Vergleich der Mittelwerte NO2 - Stationen Kategorie Stadtrand - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 9: Vergleich der Mittelwerte PM10 - Stationen Kategorie Hintergrund - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 10: Vergleich der Mittelwerte PM10 - Stationen Kategorie Stadtrand - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 11: Vergleich der Mittelwerte PM10 - Stationen Kategorie Verkehr - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 12: Vergleich der Mittelwerte O3 - Stationen Kategorie Hintergrund - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 13: Vergleich der Mittelwerte O3 - Stationen Kategorie Stadtrand - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung)

Tabelle 14: Vergleich der Mittelwerte O3 - Stationen Kategorie Verkehr - vor und nach dem Ereignis (pg/m3) (eigene Erstellung) 47 Tabelle 15: NO2 - Berlin - Stationen Verkehr - Vergleich von aus Trend 2015-2016 fur 2020 prognostizierten und 2020 gemessenen Werten (pg/m3) (eigene Erstellung)..

Tabelle 16: NO2 - Berlin - Stationen Verkehr - Vergleich von aus Trend 2015-2016 fur 2020 prognostizierten und 2020 gemessenen Werten (pg/m3) (eigene Erstellung)

Abkurzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Motivation

Die im Marz 2020 beschlossenen Ma&nahmen hatten neben den Gesellschaftlichen Folgen, auch Umweltwissenschaftliche Folgen mit sich gebracht. Dies fuhrte zum Bei- spiel zu einem „Kondensstreifen losen Himmelsbild", da der Flugverkehr nahezu voll- standig zum Erliegen kam. Solch ein Bild gab es in diesem Jahrhundert bereits schon einmal. Als zuletzt im Fruhjahr2010 der Vulkan Eyjafjallajokull ausbrach, welcherden Flugverkehr in Europa massiv beeintrachtige und diesen teilweise zum Erliegen brachte. Die getroffenen Ma&nahmen im Zuge der COVID19 Pandemie haben Aus- wirkungen aufdiejungere Umweltgeschichte, sowie aufdie Luftqualitat (NEFF 2020).

Die Luftqualitat wird in Deutschland durch das Umweltbundesamt uber den sogenann- ten Luftqualitatsindex ermittelt. Dieser Index wird auf Basis der wichtigsten Luftschad- stoffe Stickstoffdioxid (NO2), Feinstaub (PM10) sowie Ozon (O3) ermittelt (UBA 2020a). Wahrend NO2 und Feinstaub direkt durch Verkehr, Industrie, Landwirtschaft und Haus- halte emittiert werden und deren Konzentration von jahres- und tageszeitlichen Schwankungen sowie der geografischen Lage der Messstation bestimmt werden, wird O3 aus NO2 und fluchtigen organischen Substanzen bei starker Sonneneinstrahlung gebildet (UBA 2019, 16f).

Die oben angefuhrten Substanzen (bzw. Vorgangersubstanzen) stammen einerseits aus naturlichen Vorgangen, andererseits entstehen sie durch menschliche Aktivitaten. Dazu zahlen (Tomasi et al. 2017, 73):

1. Verbrennung fossiler Brennstoffe,
2. Industrieprozesse
3. Nicht-industrielle Quellen wie Stra&enstaub, Erosion landwirtschaftlicher Fla- chen Oder Bauwirtschaft.
4. Verkehr

Die exakte Bestimmung der Herkunft unterschiedlicher Luftschadstoffe ist komplex und nur mit aufwendigen Methoden durchfuhrbar, die im Rahmen regularer Messun- gen nicht permanent angewendet werden konnen (Tomasi et al. 2017, 73).

Aufgrund der MaBnahmen zur Eindammung derCOVID-19-Epidemie ab dem Fruhjahr 2020 wurden viele der luftverschmutzungsverursachenden Aktivitaten stark reduziert (BMG 2021).

In der offentlichen Debatte wurde schon bald nach Einsetzen der MaBnahmen disku- tiert, inwieweit sich diese MaBnahmen auf die Luftqualitat auswirken wurden. Da bei- spielsweise die Verkehrsaktivitat drastisch reduziert worden war, ware zu erwarten ge- wesen, dass auch Feinstaubemissionen reduziert worden waren. Da dies nicht uberall der Fall war, wurde unter anderem die Legitimist der in einigen Stadten erlassenen Fahrverbote fur Diesel-KFZ alterer Euro-Klassen infrage gestellt. Dagegen wurde ar- gumentiert, dass durch die MaBnahmen andere Aktivitaten, wie etwa das Beheizen von Haushalten erhoht worden waren (MDR 2020). Zudem sind auch jahreszeitliche Schwankungen sowie witterungsabhangige Schwankungen zwischen den Jahren zu berucksichtigen (UBA 2019, 17). Die Frage nach derWirkung der Lockdown-MaBnah- men ist somit komplexer, als dies auf den ersten Blick erscheint.

1.2 Fragestellung

In der vorliegenden Arbeit soil die Auswirkung von Lockdown-MaBnahmen auf die Luft­qualitat untersucht werden. Dabei sollen einerseits allgemein globale Auswirkungen, andererseits im spezifischen die Auswirkungen fur Deutschland ermittelt werden.

Es werden daher zwei Forschungsfragen gestellt:

F1: Wie hat sich der weltweite Lockdown auf die Luftqualitat weltweit ausgewirkt?

F2: Wie hat sich der Lockdown auf die Entwicklung der Luftqualitat (Luftqualitatsindex basierend auf NO2, PM10, O3) in Deutschland ausgewirkt?

1.3 Methodik

Forschungsfrage F1 soil uber eine Literaturrecherche relevanter Forschungsergeb- nisse untersucht werden, wobei sowohl nationale Studien in unterschiedlichen Weltre- gionen als auch zusammenfassende Studien berucksichtigtwerden.

Forschungsfrage F2 soil uber die Auswertung von Daten der Messstationen des Um- weltbundesamts in Deutschland bearbeitet werden. Es werden dabei je zwei Stationen in unterschiedlichen der unterschiedlichen Hintergrundkategorien des Umweltbundes- amts berucksichtigt. Es werden einerseits kurzfristige Auswirkungen durch Vergleich von Messdaten von jeweils zwei Wochen vor und zwei Wochen nach Einsetzen der Ma&nahmen untersucht. Andererseits werden die Messwerte auch mit der langjahri- gen Entwicklung verglichen.

1.4 AufbauderArbeit

Folgend auf diese Einleitung wird in Kapitel 2 die Theorie zu Luftschadstoffen, ihren Quellen und Auswirkungen sowie Ma&nahmen zu deren Reduktion erarbeitet. An- schlie&end wird in Kapitel 3 eine Ubersicht zu Ergebnissen giobaler Studien prasen- tiert. In Kapitel 4 werden im Weiteren Material und Methoden zum empirischen Teil der Arbeit vorgestellt. Die Ergebnisse des empirischen Teils werden in Kapitel 5 prasen- tiert. In Kapitel 6 erfolgt die Diskussion der Ergebnisse, wobei empirische Ergebnisse mit der erarbeiteten Literatur verglichen werden. Ebenso wird auf die Limitationen der Arbeit verwiesen. Im abschlie&enden Kapitel 7 werden die Ergebnisse zu den For- schungsfragen zusammengefasst und ein Ausblick auf mogliche Implikationen fur um- weltpolitische Praxis sowie die Forschung gegeben.

2 Theorie

2.1 Entwicklung der Luttschadstott- und Feinstaubelastung und -emissionen in Deutschland

2.1.1 Luttqualitatsindex

Fur die Beurteilung der Luftqualitat in Deutschland wird durch das Umweltbundesamt der Luttqualitatsindex herangezogen. Dieser wird uber NO2 und Ozon-Stundemittel- werte sowie stundlich gleitende PMio-Tagesmittelwerte an Messstationen ermittelt. Der Index wird auf einerfunfstufigen Skala angegeben. Die fur die einzelnen Indexstu- fen geltenden Grenzwerte der drei Schadstoffe werden aus Tabelle 1 ersichtlich. Die Indexstufe wird durch jenen Schadstoff bestimmt, der den fur die Luftqualitat schlech- testen Wert annimmt. Sofern an einer Station nicht alle drei Schadstoffe gemessen werden, kann der Luttqualitatsindex auch uber zwei Oder lediglich einen der drei Schadstoffe ermittelt werden (UBA 2020b).

Tabelle 1: Grenzwerte fur die Ermittlung des Luftqualitatsindexes (Eigene Erstellung nach UBA (2020b))

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Indexwerte wurden auf Basis moglicher negativer gesundheitlicher Auswirkungen der Schadstoffkonzentrationen bestimmt. Zu den funf Indexstufen existieren Verhal- tensempfehlungen welche Menschen beachten sollten. Bei Auftreten des Wertes sehr schlecht wird empfohlen, korperliche Anstrengung im Freien zu vermeiden. Bei Wert schlecht gilt diese Empfehlung primarfurempfindliche Menschen, wobei auch bei we- niger empfindlichen Menschen Beeintrachtigungen nicht ausgeschlossen werden, wenn Belastungen durch zusatzliche Luftschadstoffe vorliegen. Wenn die Luftqualitat den Wert ma&ig annimmt, so gelten kurzfristige Auswirkungen als unwahrscheinlich, jedoch konnen langfristige Auswirkungen bei Kombination mit anderen Luftschadstof- fen nicht ausgeschlossen werden. Keine Beeintrachtigungen werden bei Auftreten der Werte gut und sehr gut erwartet (UBA 2020b).

2.1.2 LangjahrigeEntwicklung

2.1.2.1 Stickstoffdioxid-Belastung

In diesem Abschnitt wird die langjahrige Entwicklung von Messwerten sowie uber Sta- tistiken ermittelten Emissionswerte der fur die Ermittlung des Luftqualitatsindexes des Umweltbundesamtes relevanten Substanzen betrachtet. Aus Abbildung 1 wird zu- nachst der Trend der Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Entwicklung der Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte in gg/m3in Deutschland 1995 - 2019 (UBA 2020i)

Wie aus Abbildung 1 gesehen werden kann, ist die Entwicklung der Stickstoffdioxid- Messwerte im langjahrigen Trend rucklaufig. Der prozentual starkste Ruckgang ist da­bei an verkehrsnahen Messstationen zu beobachten. Die geringsten Veranderungen gab es bei Messstationen im landlichen Raum. In der Abbildung sind jeweils auch li- neare Trends auf Basis der langjahrigen Entwicklung dargestellt. Die darin fur 2020 erkennbaren Werte sollen spater mit den empirischen Daten verglichen werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Entwicklung derrelativen Anteile derStickstoffdioxid-Jahresmittelwerte derdrei Stationskategorien in Deutschland 1995 -2019 (Eigene Erstellung mit Daten aus UBA (2020i))

Aus Abbildung 2 wird ersichtlich, dass die relativen Anteile der drei Stationskategorien im Zeitraum 1995-2019 in annahernd gleichem Verhaltnis zueinander geblieben sind, wobei es beim Anteil verkehrsnaher Stationen zu einem leichten Anstieg von rund 55 % im Jahr 1995 auf rund 59 % im Jahr 2014 kam, jedoch seither ein leichter Ruckgang auf rund 57 % im Jahr 2019zu beobachten war.

2.1.2.2 Feinstaub PM10-Belastung

Die Feinstaub PM10-Fraktion wird durch jene Partikel gebildet, deren aerodynami- schen Durchmesser geringer als 10 Mikrometer (pm) ist (UBA 2020d). Die Entwicklung der Belastung durch diesen Luftschadstoff ist in Abbildung 3 abgebildet. Aus der Abbildung wird ersichtlich, dass die Messwerte aller drei Stationskategorien Reduktionen aufweisen, wobei der starkste Ruckgang bei den Messwerten der verkehrsnahen Stationen zu beobachten war. Wiederum werden in der Abbildung linear extrapolierte Trendlinien dargestellt, urn die daraus fur 2020 prog- nostizierten Werten mitjenen der in der Empirie erhobenen Werte zu vergleichen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Entwicklung der Feinstaub PM10-Jahresmittelwerte in pg/m3in Deutschland 1995-2019 (UBA 2020e)

Der langjahrig rucklaufige Trend der Feinstaub-Belastung ist das Ergebnis verschie- dener umweltpolitischer Ma&nahmen wie z. B. strengeren Abgasnormen fur Diesel- Fahrzeuge sowie strengeren Grenzwerten fur Feuerungsanlagen. Dabei wirkten sich nicht nur Bestimmungen zu Ru&emissionen, sondern auch die deutlichen Reduktionen von Schwefeldioxid-(SO2)-Emissionen aus, da diese zusammen mit Ammoniak (NH4) und Stickstoffoxiden zur Bildung sekundaren Feinstaub bilden. Kurzfristige zum Teil sehr extreme Erhohungen der Feinstaubemissionen sind auf unterschiedliche Witte- rungsverhaltnisse in aufeinanderfolgenden Jahren zuruckzufuhren. Perioden langerer Trockenheit fuhren zu einem Anstieg der Feinstaubbelastung. Auch winterliche Hoch- druckwetterlagen mit geringen Windgeschwindigkeiten, bei denen sich Schadstoffe in unteren Luftschichten bis rund 1000 m Hohe ansammeln und nicht abtransportiert wer­den, fuhren zu hoherer PMw-Belastung. Trockenheitsperioden waren die Ursache fur die abrupten Anstiege im Jahr 1996 sowie auch 2003, 2006 und 2018 (UBA 2020e). Die Entwicklung der relativen Anteile der einzelnen Stationskategorien werden aus Abbildung 4 ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Entwicklung derrelativen Anteile derStickstoffdioxid-Jahresmittelwerte derdrei Stationskategorien in Deutschland 1995 - 2019 (Eigene Erstellung mit Daten aus UBA (2020e))

Wie in Abbildung 4 zu erkennen ist, haben sich die Anteile der verkehrsnahen Statio- nen seit 1995 stetig reduziert. Die Anteile der Stationen mit landlichem Hintergrund haben sich hingegen leicht erhoht.

2.1.2.3 Ozon-Belastung

Die Entwicklung der Ozon-Belastung von 1995 bis 2019 wird aus nachstehender Ab­bildung 5 ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Entwicklung der Ozon-Belastung Stationen mit stadtischem und landlichem Hintergrund in pg/m3 Deutschland 1995-2019 (UBA 2020g)

Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, ist die Ozon-Belastung bei Stationen mit landlichem Hintergrund zwar Schwankungen zwischen einzelnen Jahren unterworfen, zeigt je- doch langfristig einen annahernd gleichbleibenden Verlauf. Hingegen ist bei Stationen mit stadtischem Hintergrund ein stetigerAnstieg der Ozon-Belastung zu beobachten.

Starke Schwankungen der Ozon-Belastung zwischen einzelnen Jahren sind auf unter- schiedlichen Witterungsbedingungen zuruckzufuhren. Die hohere Ozon-Belastung an Stationen mit landlichem Hintergrund ist darauf zuruckzufuhren, dass in diesen Regi- onen die ozonreduzierende Wirkung von Stickstoffmonoxid geringer ist als an solchen mit stadtischem Hintergrund Oder in verkehrsnaher Lage. Die durch strengere Ver- kehrsabgasnormen verursachte Reduktion von Stickstoffmonoxidemissionen wird auch als Ursache fur den stetigen Anstieg der Ozon-Belastung in stadtischen Regio- nen betrachtet. Die Ozon-Belastung wird zudem nicht nur als Resultat von Emissionen auf nationaler bzw. innereuropaischer Emissionen betrachtet, sondern es wird auch der transkontinentale hemispharische Transport als relevant erachtet, bei dem indust- rielle Emissionen aus Asien und Nordafrika nach Europa verfrachtet werden (UBA 2020g).

Der relative Anteil von Stationen mit landlichem und stadtischem Hintergrund wird aus Abbildung 6 ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Entwicklung derrelativen Anteile derStickstoffdioxid-Jahresmittelwerte derdrei Stationskategorien in Deutschland 1995 - 2019 (Eigene Erstellung mit Daten aus UBA (2020g))

In Abbildung 6 ist zu erkennen, dass bei Ozon-Emissionen der Anteil an den Gesamt- mittelwerten von Stationen mit landlichem Hintergrund hoher ist als bei Stationen mit stadtischem Hintergrund. Seit 1995 ist dabei der Anteil der Stationen mit stadtischem Hintergrund leicht angestiegen. Die bereits erwahnte Reduktion von Stickstoffmonoxi- demissionen und damiteinhergehenderreduzierterOzon-Abbau sind hierals Ursache zu sehen (UBA 2020g).

2.1.2.4 Entwicklung der Schadstoffemissionen

Wahrend in den vorangehenden Abschnitten 2.1.2.1, 2.1.2.2 und 2.1.2.3 die Entwick­lung der Luftschadstoffbelastung an unterschiedlichen Messstationskategorien be- trachtet wurde, wird in diesem Abschnitt auf die Entwicklung der deutschlandweiten Luftschadstoffemissionen zunachst in Summe und anschlie&end getrennt nach Verur- sacherkategorien betrachtet. Dabei werden Stickstoffoxide, Feinstaub PM10 sowie die Ozonvorlaufersubstanzen NMVOC untersucht. Zunachst ist die Entwicklung der deutschlandweiten Emissionen in Abbildung 7 in Bezug zum Stand im Jahr 1990 dar- gestellt. Fur PM10 erfolgt in der zitierten Quelle lediglich die Betrachtung gegenuber dem Stand 1995.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Entwicklung derrelevanten Luftschadstoffemissionen in Deutschland 1990-2019 (UBA 2020f)

Aus Abbildung 7 wird ersichtlich, dass alle drei hier betrachteten Luftschadstoffkate- gorien seit 1990 prozentual stark reduziert wurden. Der starkste Ruckgang fur Stick- oxide und NMVOC erfolgte dabei in derersten Halfte der 1990er Jahre, weshalb in der Betrachtung der Emissionen der Zeitraum 1990-1995 ebenfalls berucksichtigt wird. Zwischen 2000 und 2010 kam es ebenfalls bei alien betrachteten Luftschadstoffen zu weiteren deutlichen Reduktionen. Seit dem Jahr 2010 ist der Trend weiterhin rucklau- fig, jedoch nicht mehr so deutlich wie in den Jahrzehnten davor.

2.1.3 Jahreszeitlich bedingteSchwankungen

Wie bereits erwahnt, ist die Luftqualitat einerseits von der Emissionssituation, ande- rerseits von Witterungseinflussen abhangig. Im Folgenden wird am Beispiel von Mess- werten aus Berlin die Entwicklung der fur die Ermittlung des Luftqualitatsindexes her- angezogenen Schadstoffe dargestellt. Die Daten stammen aus dem Jahr 2018 und sind dem Online-Auftritt des Berliner Luftgutenetzes entnommen (Berlin 2020), da bei den in Kapitel 2.1.2 verwendeten Daten des Online-Auftritts des Umweltbundesamts individuelle Stationsmessdaten lediglich bis zum Datum von 12 Monaten vor dem Ab- rufdatum abgerufen werden konnen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: NOx-Werte (als NO2 gerechnet) in gg/m3 im Jahr 2018 an verkehrsnahen Messstationen in Berlin (Berlin 2020)

Aus Abbildung 8 wird ersichtlich, dass die NOx-Belastung an den dargestellten Mess­stationen in Herbst und Winter am hochsten war, und im Fruhjahr, im Mai, am nied- rigsten. Zum Vergleich werden in Abbildung 9 Werte von Messstationen der Kategorie Stadtrand dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: NOx-Werte (als NO2 gerechnet) in pg/m3 im Jahr2018 an Stadtrand-Messstationen in Berlin (Berlin 2020)

Wie aus Abbildung 9 ersichtlich wird, sind die Messwerte an Stadtrand-Stationen deut­lich geringer, weisen jedoch uber den Jahresverlauf einen vergleichbaren Trend auf. Insgesamt ist der Trend fur NOx-Emissionen von Fruhjahr bis Sommer abfallend. Dies wird bei Berucksichtigung der Folgen der knapp vor Fruhjahrsbeginn einsetzenden Corona-Lockdown-MaBnahmen zu berucksichtigen sein. Furdenselben Zeitraum wer­den in Abbildung 10 Messwerte fur Feinstaub PM10 dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Feinstaub PM^o-Werte in pg/m3 im Jahr 2018 an verkehrsnahen Messstationen in Berlin (Berlin 2021a)

In Abbildung 10 ist erkennbar, dass die PMio-Werte an alien Messstationen von Januar bis Marz anstiegen, bis zum Monat Juli eine fallende Tendenz aufwiesen und danach bis November ebenfalls wieder auf ein Niveau leicht unterhalb der Marz-Werte stiegen. Im Dezemberwaren die Werte wiederum deutlich geringer.

Wiederum werden zum Vergleich Werte von Stationen am Stadtrand in Abbildung 11 betrachtet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: Feinstaub PM10-Werte in jahr 2018 an Stadtrend-Messestionon in Borlin

Der Jahresverlauf fur Ozon-Messwerte an verkehrsnahen Stationen wird aus Abbil­dung 12 ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12: Ozon-Werte in pg/m3im Jahr2018 an verkehrsnahen Messstationen in Berlin (Berlin 2021b)

Ozon wird in Berlin lediglich an einer verkehrsnahen Messstation gemessen. Aus Ab­bildung 12 wird ersichtlich, dass Ozonwerte in den Monaten Mai bis August am hochs- ten sind und im Herbst abfallen.

Die Werte an Stationen in Stadtrandlage werden aus Abbildung 13 ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 13: Ozon-Werte in gg/m3im Jahr2018 an Stadtrand-Messstationen in Berlin (Berlin 2021b)

Abbildung 13 verdeutlicht den bereits in Kapitel 2.1.2.3 erwahnten Zusammenhang zwischen Ozon- und Stickstoffoxid-Werten. Die geringeren NOx-Werte in Stadtrand­lage fuhren zu hoheren Ozon-Werten in diesem Bereich, da hier die reduzierende Wir- kung von Stickstoffmonoxid geringer ist.

Der Trend im Jahresverlauf urn den fur die Arbeit relevanten Betrachtungszeitraum von Janner bis Marz bzw. weiter bis Juni/Juli ist bei Ozon gegenlaufig der Entwicklung der Schadstoffe Stickstoffoxide und Feinstaub PM10.

In sind Werte fur Temperatur, Niederschlag sowie Sonnenschein in Berlin dargestellt. In derTabelle 2 sind auch die Differenzen zum 30-jahrigen (1980-2010) Durchschnitt angefuhrt.

Tabelle 2: Monatliche Mittelwerte fur Temperatur, Niederschlag und Sonnenschein in Berlin im Jahr 2018 (Wetterkontor 2020)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, dass die Monatsmitteltemperatur in alien Monaten au&er Februar und Marz in Berlin uber dem 30-jahrigen Mittelwert lag. Die Niederschlags- werte lagen in den Monaten Februar, Mai und Juni sowie August bis November zum Teil sehr deutlich unterdem langjahrigen Durchschnitt. Die Sonnenscheindauer war in den Monaten Februar, Apri und Mai sowie Juli bis Oktoberzum Teil sehr deutlich lan­ger als der 30-jahrige Durchschnitt. Wahrend der Zusammenhang zwischen Witterung und Luftqualitat nicht zu den Fragestellungen der vorliegenden Arbeit zahlt, werden die Witterungsbedingungen bei der Beurteilung etwaiger Auswirkungen von Lock- down-Ma&nahmen zu berucksichtigen sein.

2.2 Bewertung der durch Luftschadstoffe verursachten Schaden

Schaden durch Luftschadstoffe konnen in vier Kategorien unterteilt werden. Zunachst verursacht das Einatmen von Luftschadstoffen durch Menschen gesundheitliche Schaden, die zu hoherem Risiko von Atemwegs- und Kreislauferkrankungen fuhren. Diese Erkrankungen resultieren zunachst in medizinischen Behandlungskosten. Krankheitsbedingter Arbeitsausfall resultiert in Produktivitatsverlusten. In extremen Fallen (z. B. Krebserkrankungen, Herzinfarkt) konnen die Krankheiten auch zu fruh- zeitigem Tod fuhren. Als nachste Kategorie sind landwirtschaftliche Ernteverluste zu berucksichtigen, die durch Ozon und andere saure Luftschadstoffe (z. B. NOX) hervor- gerufen werden. Zu berucksichtigen sind im Weiteren Schaden an Gebauden, hierbei handelt es sich einerseits um Oberflachenverschmutzungen durch z. B. Feinstaub, an- dererseits um durch saure Luftschadstoffe hervorgerufene Korrosionsschaden. Als weitere Schadenskategorie wird Biodiversitatsverlust betrachtet, der durch Boden- und Niederschlagsversauerung sowie Eutrophierung von Okosystemen durch vor allem stickstoffhaltige Luftschadstoffe hervorgerufen wird (EU 2019, 51).

Einheitsbezogene Kosten der durch unterschiedliche Luftschadstoffe hervorgerufenen Schaden hangen, wie aus der obigen Auflistung erkennbar ist, auch von der Menge der potenziell geschadigten Menschen, landwirtschaftlichen Kulturen, Gebauden Oder Okosystemen ab. Aufgrund des hohen Anteils der gesundheitlichen Schaden an die­sen Kosten ist hier vor allem die Bevolkerungsdichte ein wesentlicher Faktor. Schad- kosten wurden daher auf EU-Ebene fur einzelne Staaten unterschiedlich ermittelt. Fur einzelne Luftschadstoffe werden die Kosten zusatzlich getrennt nach landlichen und urbanen Regionen ausgewiesen (EU 2019, 55).

Fur die in der Arbeit naher betrachteten Schadstoffe, die fur die Ermittlung des Luft- qualitatsindexes herangezogen werden, sind nachstehend in Tabelle 3 die Werte fur Deutschland sowie den EU-Durchschnitt angefuhrt. Fur Ozon werden dabei die Werte derVorlaufersubstanz NMVOC herangezogen.

Tabelle 3: Luftschadstoffkosten - Werte in Euro2oie/kg (Eigene Erstellung mit Daten aus EU (2019, 56))

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich wird, sind die durch Luftschadstoffe in Deutschland ver- ursachten Kosten pro Einheit deutlich hoher als im EU-Schnitt. Die hochsten Kosten werden dabei durch Feinstaub sowie Stickoxide im urbanen Raum verursacht. Hinge­gen sind die durch NMVOC verursachten Kosten deutlich geringer als die der anderen Luftschadstoffe.

2.3 Quellen

Die Entwicklung der Anteile der einzelnen Verursacher bei Stickstoffoxidemissionen wird aus Abbildung 14 ersichtlich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 14: Entwicklung der Stickstoffoxid-Emissionen (gerechnet als NO2) in Deutschland 1990 -2019 (UBA 2020f)

Wie in Abbildung 14 zu sehen ist, ist der Verkehr die bedeutendste Quelle fur Stick­stoffoxid-Emissionen, wobei die Gesamtmenge von rund 1, 5 Millionen Tonnen im Jahr 1990 auf rund 500 Millionen Tonnen im Jahr 2019 reduziert werden konnte. Auch bei den anderen Quellkategorien konnten Reduktionen erzielt werden, wobei diese nicht so stark wie in der Kategorie Verkehr waren.

Die Entwicklung der Feinstaub PMio-Emissionen ist in Abbildung 15 dargestellt.

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• Université: Karlsruhe Institute of Technology (KIT) (Geographie)
• Cours: Bachelorarbeit
• Note: 2,0
• Auteur: Timo Schenk (Auteur)
• Année de publication: 2021
• Pages: 73
• N° de catalogue: V1040548
• ISBN (ebook): 9783346469236
• ISBN (Livre): 9783346469243
• Langue: allemand
• mots-clé: Luftqualität, Corona, Lockdown, CO2