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Emission impossible

Dunst der Wahrheit. Dass der Straßen­verkehr einen erheblichen Anteil an der Erderwärmung und dem weltweiten Schadstoffausstoß hat, lässt sich nicht bestreiten. Doch wie hoch ist dieser wirklich, und welche Quelle belastet unsere Gesundheit womöglich noch mehr? Wir klären auf.

Die Abgase, die man sieht, sind ironischerweise noch die harmlosesten © rdnzl
 

Ganz egal, wie nüchtern man die Debatte, wie sauber moderne Diesel nicht nur auf dem Papier sein mögen, führen mag, und egal, welcher Hersteller bei den Emissionswerten nun wie viel geschummelt haben mag – das Mäntelchen des Klimakillers hat das Auto umgehängt bekommen. Umso wichtiger ist es, sich mit diesem Thema sachlich zu beschäftigen. Der Straßenverkehr trägt mit 14 Prozent einen gewichtigen Anteil am weltweiten CO2-Ausstoß, doch was bedeutet das eigentlich? Woher kommen die restlichen 86 Prozent, und gibt es eine magische Grenze, ab der sich der Klimawandel aufhalten lässt? Dazu muss man ein wenig weiter ausholen, denn Abgase schön und gut – doch von welchen reden wir hier eigentlich?

Fataler Drittelmix. Während früher einfach nur von schlechten Abgasen gesprochen wurde, hat die Sensibilisierung in Bezug auf das Thema Emissionen in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit auf drei Elemente gelenkt. Da wäre zum ersten einmal Kohlendioxid. CO2 entsteht grundsätzlich bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, zu denen alle klassischen Treibstoffe gehören: Benzin, Diesel, Erd- und auch Flüssiggas, wobei die Höhe des ausgeschiedenen Kohlendioxids direkt proportional mit dem Verbrauch zusammenhängt. Aufgrund des höheren Wirkungsgrads wird der Selbstzünder immer die Nase vorn haben.
In geringen Konzentrationen ist Kohlendioxid für den Menschen völlig ungefährlich und auch ein wertvoller Rohstoff für die Pflanzenwelt zur Sauerstoffgewinnung.

Die Triebwerke von Flugzeugen stoßen ungefiltert Abgase aus Foto © romanb321

Das ist aber kein Freibrief zum Vollgasgeben, denn CO2 zählt genauso wie Methan, FCKW und Stickstoffdioxid zu den Treibhausgasen, die zur Erderwärmung beitragen. Auch die Ausrede, dass Kohlendioxid ja in der Atmosphäre ohnehin vorhanden ist, gilt nicht. Der Anteil dort oben liegt bei lediglich 0,04 Prozent. Theoretisch gäbe es jetzt noch Kohlenmonoxid, nur ist der Ausstoß bei modernen Autos praktisch nicht mehr vorhanden. CO entsteht nur bei unvollständiger Verbrennung, was bei modernen Einspritzsystemen dank aufwendiger Abgasüberwachung höchstens noch im Kaltlauf vorkommt. Dass dieser gefährliche Stoff keine große Rolle mehr spielt, haben wir der Einführung der Katalysatorpflicht im Jahr 1987 zu verdanken. Das Gefühl, dass man in der Nähe eines Auspuffs von alten Autos keine Luft bekommt, ist nicht unbegründet: Kohlenmonoxid ist nämlich viel gefährlicher als CO2. Es blockiert beim Atmen die Sauerstoffaufnahme ins Blut, belastet den Kreislauf und kann in hoher Konzentration zum Erstickungstod führen. Und es ist gemeinerweise geruchlos – ein undichter Auspuff konnte früher also ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellen.

Zwar ist der Pkw-Verkehr immer noch die Hauptausstoßquelle, nur stuft das deutsche Umweltbundesamt die Konzentration in der Luft als unbedeutend ein. Ebenfalls ein Problem der Vergangenheit – zumindest bei Pkw – sind die Kohlenwasserstoffe. HC können tödlich sein, sind verantwortlich für Smogbildung und entstehen nur bei Heizkraftwerken und zu geringer Brennraumtemperatur bei Otto-Motoren. Besonders ausgeprägt ist dieses Phänomen bei Zweitaktern und auch alte Tankstellen trugen sehr zum HC-Ausstoß bei, da sie beim Zapfvorgang Benzindämpfe ins Freie gelangen ließen. Moderne Anlagen mit Gasrückführung haben auch dieses Problem gelöst. Die zweite wichtige Kategorie: Stickstoff­oxide. NOX sind Problemkinder der Neuzeit, da sie vor allem in Dieselmotoren entstehen. Diese erreichen sehr hohe Verbrennungstemperaturen.

Die Feinstaub-Sünder

Feinstaub kommt zwar auch von Diesel-Pkw, aber nur zu einem geringen Anteil. Wer die größten Verursacher sind:
39,7 Prozent: Haushalte
38,2 Prozent: Industrie
7,5 Prozent: Landwirtschaft
5,2 Prozent: Diesel-Pkw
4,3 Prozent: Kohlekraftwerke


Durch die daraus folgende starke Abkühlung der Abgase im Auspuff entsteht Stickstoffmonoxid. Benziner sind erst seit Kurzem von diesem Phänomen betroffen, da moderne Direkteinspritzer hoch verdichten und entsprechende Brennraumtemperaturen erreichen. Hier hilft der G-Kat sehr effektiv, bei Selbstzündern muss aufgrund des völlig anderen Arbeitsprozesses zu aufwendigeren Maßnahmen gegriffen werden. Früher nahm man NOX-Speicherkats, heute hilft die Harnstoffeinspritzung. Der AdBlue genannte Stoff wird kontinuierlich in den Abgastrakt eingesprüht, um die Stickoxide zu neutralisieren. Bei alten Dieseln hingegen reagieren die Stickoxide mit Sauerstoff. Es entsteht das hochgiftige Stickstoffdioxid – eine Kombination, die in der Natur nur sehr selten vorkommt. NO2 greift die Schleimhäute, Augen und Atemwege an und kann sogar zu Asthma und Bronchitis führen – wenn nicht sogar zu Herz- und Kreislaufproblemen. Das heißt im Umkehrschluss: Auch dieses Problem löst sich mit der kontinuierlichen Erneuerung des Fuhrparks in den nächsten Jahren nicht nur sprichwörtlich in Luft auf.

Grenzwerte im Überblick

Während der NOX-Grenz­wert auf der Straße bei 40 Milligramm liegt, ist auf Arbeitsplätzen in geschlossenen Räumen mit 950 Mikrogramm deutlich mehr erlaubt. Wie das sein kann? Hier liegt ein anderer Zeit- und Personenbezug zugrunde. Dort halten sich nur gesunde Menschen für (zumindest theoretisch) acht Stunden an fünf Tagen in der Woche auf, sonst nicht.

Außerdem sind diese Werte absolute Obergrenzen für spezielle Fälle – etwa beim Schweißen oder der Herstellung von Dynamit. In Büros und Geschäftslokalen gelten 60 Milligramm pro Kubikmeter, was schon nahe an der Belastungsgrenze auf der Straße dran ist. Warum am Schreibtisch mehr erlaubt ist als auf jeder Kreuzung? Der Gesetzgeber argumentiert, dass dort alle Menschen, auch Kinder und Kranke, dort den Abgasen schutzlos ausgeliefert sind.

Feinstaub von gestern. Und dann gibt es noch das Schreckgespenst der Nuller-Jahre – den Feinstaub. Im Nachhinein ist es fast schon ein Paradoxon, dass man nicht schon eher dieses Thema aufgegriffen hat, wenn man sich an die damaligen Turbodiesel und ihre tiefschwarzen Wolken erinnert, die aus den Auspuffrohren kamen. Dabei war das, was man sehen konnte, noch das Harmloseste. Feinstaub besteht nämlich aus für das menschliche Auge unsichtbaren Partikeln mit einem Durchmesser von nicht einmal einem hundertstel Millimeter. Je kleiner, desto gefährlicher, da die Partikel ungehindert in die Lunge dringen können. Besonders gefährlich: Ultrafeinstaub von 0,1 Mikrometer Durchmesser. Dieser gelangt über Lungenbläschen ins Blut und kann dort für Entzündungen sorgen.

Überraschend gering: Anteil der Kohlekraftwerke am weltweiten Feinstaub-Ausstoß Foto © small smiles

Mit Partikelfiltern bekam man dieses Problem bei Selbstzündern weitgehend in den Griff. Dafür gelangen moderne Benziner jetzt ins Fadenkreuz. Immer höhere Kompressionswerte erhöhen zwar den Wirkungsgrad, fördern aber auch hier die Rußbildung, sodass man auch bei diesen Schüttelhubern nicht mehr um einen Partikelfilter umhinkommt. Und bevor Freunde des Elektroautos jetzt in Jubel ausbrechen – selbst diese Fahrzeuge produzieren Feinstaub, da auch Reifenabrieb und Bremsstaub die sogenannten PM10-Partikel erzeugen. Dank des enormen Drehmoments und des daraus resultierenden erhöhten Verschleißes sogar ein bisschen mehr.

Welcher Verkehr? Fairerweise muss man sagen, dass sich zumindest im Sektor des Straßenverkehrs in den letzten Jahrzehnten wirklich viel getan hat. Der CO2-Ausstoß ging seit 2000 um 20 Prozent zurück. Und das Umweltbundesamt schätzt, dass die NOX-Emissionen von Autos mit Verbrennungsmotoren dank immer strengerer Abgasnormen bis 2030 um 56 Prozent sinken werden – der Ausstoß von Feinstaub sogar um 82 Prozent.

Gefährliches Halbwissen. Natürlich ist das, was auf unseren Straßen herumkurvt, nicht alles. Es gibt ja noch den Schiffs- und Flugverkehr, die wahren Übeltäter. Oder nicht? Hier wurden in den letzten Jahren zahlreiche Werte wild vermischt und fragwürdig interpretiert. Fangen wir mit den Schiffen an: Die Aussage, dass die 15 größten Containerschiffe so viel Abgase ausstoßen wie 760 Millionen Autos, klingt für uns Autofahrer zwar sehr beruhigend, stimmt so aber leider nicht. Tatsache ist: Während der Pkw-Verkehr für 14 Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes verantwortlich ist, kommen von der Schifffahrt gerade einmal drei Prozent dazu. Tatsächlich schwere Umweltsünder sind Schiffe hingegen beim NOX-Wert. Als Treibstoff kommt hier nämlich Schweröl zum Einsatz. Darunter versteht man sprichwörtlich den Sud, der auf den Böden der Raffinerien bei der Benzin- und Dieselgewinnung zurückbleibt. Diese tiefschwarze Masse muss zum einen erst einmal angeheizt werden, um überhaupt brennfähig zu sein. Und zum anderen enthält Schweröl bis zu 3,5 Prozent Schwefel, was 3500 Mal mehr ist als in den Kraftstoffen, die wir an den Zapfsäulen kaufen. Katalysatoren oder Partikelfilter sucht man bei den meisten Kähnen vergeblich, und nur in Küstengewässern wurde der Einsatz von speziellem Schiffsdiesel vorgeschrieben, der seit 2015 nur mehr 0,1 Prozent Schwefel enthalten darf. Klingt super, nur ist das immer noch gut 100 Mal mehr, als der Straßensprit enthalten darf. Somit kommt die Schifffahrt auf einen NOX-Anteil von 15 Prozent, bei Schwefeldioxid auf 13 Prozent. Chancen auf Besserung? Derzeit kein Land in Sicht. Auch hier könnte man theoretisch mit Partikelfiltern viel erreichen, jedoch fehlt in internationalen Gewässern einfach die juristische Handhabe.

Über den Rußwolken. Bleiben noch die Flugzeuge. Im Vergleich zu früher hat sich die Emissionsmenge zwar drastisch reduziert, was man allein schon daran erkennt, dass aus den Triebwerken keine schwarzen Wolken mehr kommen. Dennoch gibt es ein grundsätzliches Problem bei der Abgasreinigung – es gibt nämlich keine. Jeder Jet wird von Turbinen-Strahltriebwerken angetrieben, die einen Teil ihres Schubs aus den heißen Abgasen beziehen, die mit der angesaugten Außenluft hinten wieder herausgeschossen werden. Ein Filter würde den Strömungswiderstand deutlich erhöhen, was alles in allem einfach nicht funktionieren würde. Das ist insofern schlimm, als man die Abgase (ähnlich wie bei Dieselautos) zwar nicht sieht, diese dafür umso gefährlicher sind. Der produzierte Ruß ist nur wenige Makrometer groß, noch kleiner also als der von Selbstzündern – und damit für jedes Lebewesen brandgefährlich. Die Partikel können noch tiefer in die Lunge eindringen, zumal die schiere Menge einem ohnehin den Atem stocken lässt: Benjamin Brem, Ingenieur bei der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Dübendorf, erzählte in einem Interview: „Im Taxischub (der Weg, den ein Flugzeug zur Startbahn zurücklegt) entspricht eine Sekunde Laufzeit etwa 60 Kilometer Autofahrt eines Euro-6-Dieselfahrzeugs mit Filter.“ Vom Ausstoß in vollem Betrieb wollen wir gar nicht erst reden.

Schiffe fahren zum großen Teil mit billigem Schweröl, das zudem Schwefel enthält und deswegen so schlecht für die Umwelt ist Foto © Igor Groshev

Alles in allem sind das laut Manfred Aigner, Fachmann für Verbrennungstechnik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart, aber nur drei bis sechs Prozent der Menge, die aus den Strahltriebwerken herauskommt. „Davon ist wiederum ein sehr großer Anteil CO2.“ Wirklich schlimm ist bei den Fliegern aber der Ort, wo sie es absondern: ganz weit oben, genau dort also, wo Kohlendioxid sehr viel Schaden anrichten kann. Laut Lars Mönch vom Umweltbundesamt Dessau ist die negative Klimawirkung eines Verkehrsflugzeugs zwei bis drei Mal so hoch wie bei einem Kleinwagen, heruntergerechnet pro Passagier und zurückgelegtem Kilometer. Das ist aber noch nicht alles.

Da es in den Brennkammern bis zu 2000 Grad heiß wird, entsteht Stickstoffdioxid, was in den typischen Höhen, in denen sich Verkehrsflieger aufhalten, zu einer Ozonvermehrung führt und dem Klima kräftig einheizt. Den theoretischen Effekt des Ozonabbaus gibt es zwar, aber nur in Höhen, in denen sich Überschallflugzeuge tummeln – und die sind bekanntlich ja eher spärlich gesät. Was tun also? Eine ganz andere Komponente weiterentwickeln: den Sprit. Forschungen der ETH Zürich haben ergeben, dass wenn man die im Kerosin enthaltenen Aromaten um nur fünf Prozent reduziert, die Emissionen beinahe halbiert werden können. Oder aber man steigt gleich auf Bio-Kerosin um, das zum Beispiel aus Algen hergestellt werden könnte.
Moderne Lkw haben aufwendige Filtersysteme und stoßen sogar weniger aus als ältere Pkw-Modelle Foto © mario beauregard

Der Dunst der anderen. Bleibt natürlich die Frage, ob der Verkehr die alleinige ausschlaggebende Quelle dieser giftigen Stoffe ist. Eines können wir vorwegnehmen: bei Weitem nicht. Nur zwei Beispiele: Drei Zigaretten produzieren zehn Mal so viel Feinstaub wie aus dem Auspuff eines Euro-3-Diesel-Pkw in einer halben Stunde gelangen. Und wer zu Hause einen Adventskranz mit vier Kerzen anzündet, überschreitet die Grenz­werte, die für NOX auf der Straße gelten, im Nu.

Doch schauen wir uns das im Detail einmal an: Dass Raucher am gefährlichsten leben (der Feinstaubanteil kann in verrauchten Wohnungen 20 Mal so hoch sein wie der auf der Straße erlaubte Wert), ist hinlänglich bekannt. Neben Kaminen sind aber auch Räucherstäbchen fast genauso schädlich wie der Glimmstängel. Schließlich verbrennen zusätzlich Benzol, Formaldehyd, Harz, Aromastoffe und vieles mehr.

Der gerne zitierte Adventkranz ist aber schon wieder so eine Meldung, die zwar beängstigend klingt, aber trotzdem kritisch zu hinterfragen ist. Wissenschaftler aus Hongkong haben sich den Stickoxid-Ausstoß mehrerer Kerzenmodelle einmal genauer angesehen. Die „giftigste“ Kerze kam auf eine NOX-Menge von 1120 Mikrogramm, was bei vier Stück und einer Wohnung mit 60 Kubikmeter Luft ungefähr 18,5 Mikrogramm pro Kubikmeter ergibt – das sind deutlich weniger, als auf der Straße erlaubt sind.
Ob die Maßnahmen, die gegenwärtig gegen Stickoxid gesetzt werden, aber wirklich Einfluss auf die weltweite Belastung haben, bleibt offen. Denn 20 Millionen Tonnen davon werden jährlich von einer ganz anderen Quelle erzeugt: von Blitzen.