Luftschadstoffe und Grenzwerte
In Köln, Essen und Dortmund hängen an manchen Straßen Messstationen. Sie zeigen, wie viel Stickstoffdioxid und Feinstaub in der Luft sind. Manchmal gibt es Streit um Fahrverbote für alte Dieselautos. Ab wann ist die Luft „zu schlecht“? Und wie beurteilt man Messwerte richtig? Das klären wir hier.
Luftschadstoffe: Quellen und Wirkungen
Saubere Luft ist ein Gasgemisch aus Stickstoff, Sauerstoff und wenig Edelgasen und Kohlenstoffdioxid. Gelangen zusätzliche Stoffe in die Luft, die Mensch und Umwelt schaden, nennt man sie Luftschadstoffe. Sie entstehen vor allem, wenn etwas verbrennt: im Automotor, im Kohlekraftwerk, in der Heizung oder im Industrieofen.
| Luftschadstoff | Typische Quellen | Wirkung |
|---|---|---|
| Schwefeldioxid $\mathrm{SO_2}$ | Verbrennen schwefelhaltiger Kohle und Heizöl | Reizt die Atemwege, führt zu saurem Regen |
| Stickstoffoxide $\mathrm{NO_x}$ (z. B. $\mathrm{NO_2}$) | Verbrennungsmotoren (vor allem Diesel), Kraftwerke | Reizen die Lunge, tragen zu saurem Regen bei |
| Feinstaub ($\mathrm{PM_{10}}$) | Verkehr (Abgase, Reifen- und Bremsabrieb), Heizungen, Industrie | Winzige Teilchen dringen tief in die Lunge ein |
| Kohlenstoffmonooxid $\mathrm{CO}$ | Unvollständige Verbrennung (Motoren, Kamin) | Giftig: behindert den Sauerstofftransport im Blut |
Woher kommt das Schwefeldioxid? Schwefel in der Kohle verbrennt mit Sauerstoff:
$$\mathrm{S} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{SO_2}$$Wortgleichung: Schwefel + Sauerstoff → Schwefeldioxid. Edukte sind Schwefel und Sauerstoff, Produkt ist Schwefeldioxid.
Das Gas löst sich in Wolkenwasser und bildet mit Wasser und weiterem Sauerstoff saure Lösungen. Es fällt als saurer Regen nieder. Er schädigt Wälder (früher stark im Ruhrgebiet und im Sauerland), greift Kalkstein an Gebäuden an und versauert Gewässer. Stickstoffoxide tragen ebenfalls zum sauren Regen bei.
Nenne drei Luftschadstoffe (z. B. Feinstaub) und eine mögliche Quelle.
Nenne drei Luftschadstoffe (z. B. Feinstaub) und eine mögliche Quelle.
Schwefeldioxid entsteht beim Verbrennen schwefelhaltiger Kohle: $\text{S} + \text{O}2 \rightarrow \text{SO}2$ a) Nenne die Edukte und das Produkt. b) Beschreibe, wie…
Schwefeldioxid entsteht beim Verbrennen schwefelhaltiger Kohle:
$\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$
- a) Nenne die Edukte und das Produkt.
- b) Beschreibe, wie Schwefeldioxid zum „sauren Regen“ beiträgt.
- c) Nenne eine technische Maßnahme zur Verminderung der $\text{SO}_2$-Emissionen von Kohlekraftwerken.
Grenzwerte verstehen
Ein Grenzwert legt fest, welche Konzentration eines Schadstoffs in der Luft nicht überschritten werden darf. Die Konzentration gibt man oft in Mikrogramm pro Kubikmeter Luft an: $\mu\mathrm{g/m^3}$. Ein Mikrogramm ist ein Millionstel Gramm.
Es gibt unterschiedliche Grenzwerte:
-
Jahresmittelwert: Durchschnitt über ein ganzes Jahr, z. B. für $\mathrm{NO_2}$ in der EU $40\,\mu\mathrm{g/m^3}$.
-
Tagesmittelwert: Durchschnitt über einen Tag, z. B. für $\mathrm{PM_{10}}$ $50\,\mu\mathrm{g/m^3}$. Er darf an höchstens 35 Tagen pro Jahr überschritten werden.
Man vergleicht einen Messwert immer mit dem passenden Grenzwert: Jahreswert mit Jahresgrenzwert, Tageswert mit Tagesgrenzwert.
Für Stickstoffdioxid gilt in der EU ein Jahresmittel-Grenzwert von $40\ \mu\text{g/m}^3$. An einer Messstelle wurden $35\ \mu\text{g/m}^3$ gemessen. a) Wird der…
Für Stickstoffdioxid gilt in der EU ein Jahresmittel-Grenzwert von $40\ \mu\text{g/m}^3$. An einer Messstelle wurden $35\ \mu\text{g/m}^3$ gemessen.
- a) Wird der Grenzwert eingehalten?
- b) Wie viel liegt der Wert unter dem Grenzwert?
Ergänze: „Ein Grenzwert legt fest, welche $\dots$ eines Schadstoffs in der Luft $\dots$ nicht überschritten werden darf.“
Ergänze: „Ein Grenzwert legt fest, welche $\dots$ eines Schadstoffs in der Luft $\dots$ nicht überschritten werden darf.“
Messwerte aus Tabellen und Diagrammen auswerten
Umweltdaten findest du bei zuverlässigen Quellen wie dem LANUV NRW oder dem Umweltbundesamt. Du musst sie ablesen, mit Grenzwerten vergleichen und deuten können.
Bei Tagesverläufen (Diagramm über die Uhrzeit) erkennst du Maxima. Häufig liegen sie am Morgen und am späten Nachmittag, wenn viele Menschen zur Arbeit fahren oder zurückkommen: Der Berufsverkehr erzeugt dann mehr Abgase und Abrieb.
Die Tabelle zeigt Jahresmittelwerte von $\text{NO}2$ an einer Straße in Essen: | Jahr | NO₂ in µg/m³ | |---|---| | 2018 | 52 | | 2019 | 47 | | 2020 | 38 | | 2021 | 36 |…
Die Tabelle zeigt Jahresmittelwerte von $\text{NO}_2$ an einer Straße in Essen:
| Jahr | NO₂ in µg/m³ |
|---|---|
| 2018 | 52 |
| 2019 | 47 |
| 2020 | 38 |
| 2021 | 36 |
- a) Stelle fest, in welchen Jahren der Grenzwert von $40\ \mu\text{g/m}^3$ überschritten wurde.
- b) Berechne die prozentuale Abnahme von 2018 auf 2021.
- c) Nenne zwei mögliche Ursachen für den Rückgang.
Das Diagramm einer Messstation zeigt Feinstaub ($\text{PM}{10}$, in $\mu\text{g/m}^3$) im Tagesverlauf: 6 Uhr: 20; 8 Uhr: 55; 12 Uhr: 30; 17 Uhr: 60; 22 Uhr: 25. Der…
Das Diagramm einer Messstation zeigt Feinstaub ($\text{PM}_{10}$, in $\mu\text{g/m}^3$) im Tagesverlauf: 6 Uhr: 20; 8 Uhr: 55; 12 Uhr: 30; 17 Uhr: 60; 22 Uhr: 25. Der Tagesgrenzwert beträgt $50\ \mu\text{g/m}^3$; er gilt für den Mittelwert über 24 Stunden.
- a) Gib an, zu welchen Zeiten der Messwert über $50\ \mu\text{g/m}^3$ liegt.
- b) Erkläre die Maxima mit dem Berufsverkehr.
- c) Berechne den Mittelwert der fünf Messwerte als Näherung für den Tagesmittelwert und vergleiche ihn mit dem Tagesgrenzwert.
Maßnahmen und Bewertung
Wie sinkt die Belastung? Beispiele:
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Rauchgasentschwefelung in Kraftwerken: Das Abgas wird gereinigt, bevor es aus dem Schornstein kommt. So gelangt weniger $\mathrm{SO_2}$ in die Luft.
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Katalysator im Auto: Er wandelt giftige Abgase um, z. B. $2\,\mathrm{CO} + 2\,\mathrm{NO} \rightarrow 2\,\mathrm{CO_2} + \mathrm{N_2}$.
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Umweltzonen und Fahrverbote für ältere Dieselfahrzeuge, besserer Nahverkehr (S-Bahn, Deutschlandticket), Radwege.
Prüfen, ob die Gleichung ausgeglichen ist: links $2\,\mathrm{C}$, $2\,\mathrm{O}$ (aus CO) $+ 2\,\mathrm{N} + 2\,\mathrm{O}$ (aus NO) $= 2\,\mathrm{C}, 4\,\mathrm{O}, 2\,\mathrm{N}$. Rechts: $2\,\mathrm{CO_2}$ hat $2\,\mathrm{C}, 4\,\mathrm{O}$, dazu $\mathrm{N_2}$ mit $2\,\mathrm{N}$. Beide Seiten stimmen.
Bei Redoxreaktionen gilt: Der Stoff, der Sauerstoff aufnimmt, wird oxidiert (hier CO zu $\mathrm{CO_2}$). Der Stoff, der Sauerstoff abgibt, wird reduziert (hier NO zu $\mathrm{N_2}$). Da $\mathrm{CO_2}$ entsteht, bleibt es trotz Katalysator ein Treibhausgas-Problem.
Die Stadt Dortmund diskutiert ein Fahrverbot für ältere Dieselfahrzeuge. An einer Messstelle liegt der Jahresmittelwert von $\text{NO}2$ bei $46\ \mu\text{g/m}^3$…
Die Stadt Dortmund diskutiert ein Fahrverbot für ältere Dieselfahrzeuge. An einer Messstelle liegt der Jahresmittelwert von $\text{NO}_2$ bei $46\ \mu\text{g/m}^3$ (Grenzwert $40\ \mu\text{g/m}^3$).
- a) Berechne die notwendige prozentuale Senkung.
- b) Nenne zwei Argumente dafür und zwei dagegen.
- c) Formuliere eine begründete eigene Position.
Eine Zeitung schreibt: „An einem einzelnen Tag wurde der Grenzwert für Feinstaub überschritten, die Luft ist also gefährlich.“ a) Erkläre den Unterschied zwischen Tages-…
Eine Zeitung schreibt: „An einem einzelnen Tag wurde der Grenzwert für Feinstaub überschritten, die Luft ist also gefährlich.“
- a) Erkläre den Unterschied zwischen Tages- und Jahresgrenzwert.
- b) Beurteile, ob die Aussage aus einem einzelnen Messwert zulässig ist.
- c) Nenne zwei Informationen, die man zur Bewertung noch braucht.
Katalysatoren wandeln Schadstoffe um: $2\,\text{CO} + 2\,\text{NO} \rightarrow 2\,\text{CO}2 + \text{N}2$. a) Prüfe, ob die Gleichung ausgeglichen ist. b) Markiere,…
Katalysatoren wandeln Schadstoffe um: $2\,\text{CO} + 2\,\text{NO} \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + \text{N}_2$.
- a) Prüfe, ob die Gleichung ausgeglichen ist.
- b) Markiere, welcher Stoff oxidiert und welcher reduziert wird (Sauerstoffübertragung).
- c) Erkläre, warum trotz Katalysator weiterhin $\text{CO}_2$ als Treibhausgas entsteht.
Zurück zum Anfang: Die Luft ist „zu schlecht“, wenn der Messwert den passenden Grenzwert überschreitet. Ob das gefährlich ist, beurteilt man erst mit Zeitraum, Ort und weiteren Daten.
Auf einen Blick
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Luftschadstoffe (SO₂, Stickstoffoxide, Feinstaub, CO) entstehen vor allem bei Verbrennung.
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Schwefeldioxid und Stickstoffoxide verursachen sauren Regen und reizen die Atemwege.
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Ein Grenzwert gibt die Konzentration an, die nicht überschritten werden darf (z. B. $\mathrm{NO_2}$: $40\,\mu\mathrm{g/m^3}$ im Jahresmittel).
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Vergleiche Tageswerte mit Tagesgrenzwerten und Jahresmittel mit Jahresgrenzwerten.
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Maßnahmen: Rauchgasentschwefelung, Katalysator, Umweltzonen, besserer Nahverkehr.
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Bewerte Daten immer mit Zeitraum, Ort und Quelle, und begründe deine Position.