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Emissionen und Immissionen

Definition: der Ausstoß z. B. von Schadstoffen bzw. die an einem Ort entstehenden Schadstoffbelastungen

Englisch: emissions and immissions

Kategorien: Grundbegriffe, Ökologie und Umwelttechnik

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Ursprüngliche Erstellung: 18.10.2015; letzte Änderung: 03.11.2018

Unter Emissionen versteht man den Ausstoß bestimmter Stoffe (häufig Schadstoffe) und manchmal auch von nicht materiellen Störfaktoren wie Schall. In der Energietechnik und der sonstigen industriellen Technik geht es hierbei häufig um die Emission gasförmiger Schadstoffe und/oder Feinstaub als Bestandteile von Abgasen, die die Atmosphäre gelangen; besonders bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern und von Biomasse können solche Schadstoffe entstehen. Beispiele für solche Schadstoffe sind giftige und/oder umweltschädliche Gase wie Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Stickoxide, diverse unverbrannte Kohlenwasserstoffe (etwa Benzol) sowie das in begrenzten Konzentrationen nicht giftige, aber klimaschädliche Kohlendioxid (CO2).

Manche Emissionen erfolgen auch in flüssiger Form und werden beispielsweise in Flüsse eingetragen. Ein Beispiel hierfür sind Quecksilberemissionen über Abwässer aus den Rauchgaswaschanlagen von Kohlekraftwerken. Auch radioaktive Substanzen können von Kernkraftwerken und vor allem von Kohlekraftwerken in Luft oder das Wasser emittiert werden und entsprechende Immissionen verursachen. Manche Schadstoffemissionen entstehen auch durch die Verdunstung beispielsweise von Kraftstoffen (Verdunstungsemissionen).

Je nach Art der Emissionen spricht mein spezifischer z. B. von Abgasemissionen, Stickoxidemissionen, Partikelemissionen, CO2-Emissionen oder radioaktiven Emissionen. Unter Rohemissionen versteht man die Schadstoffgehalte beispielsweise im Abgas eines Verbrennungsmotors oder eines Kraftwerks vor dem Durchlaufen eines Abgasreinigungssystems. Eine Anlage oder Einrichtung, die irgendwelche Emissionen verursacht, wird als Emittent bezeichnet.

Wenn Schadstoffe in einer separierten Form abgegeben werden, sodass sie in weiteren Schritten zerstört (etwa verbrannt) oder auch sicher endgelagert werden können, spricht man nicht von Emissionen. Auch Schadstoffe, die in erzeugten Produkten oder Nebenprodukten enthalten sind, werden häufig nicht als Emissionen erfasst. Ein Beispiel hierfür ist der Schwermetallgehalt von Gips, der als Nebenprodukt der Rauchgasreinigungsanlagen von Kohlekraftwerken anfällt und als Baustoff genutzt wird.

Für die gesundheitliche Wirkung auf Personen, die sich an einem bestimmten Ort aufhalten, sind die dort auftretenden Schadstoffkonzentrationen (oder auch z. B. Lärmpegel) von Interesse; man bezeichnet die Störfaktoren (Einwirkungen), die an einem bestimmten Ort auftreten, als Immissionen. Der Schutz der Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen erfordert also die Begrenzung gewisser Immissionen, die freilich von bestimmten Emissionen verursacht werden.

Der Zusammenhang zwischen Emissionen und Immissionen ist häufig nicht trivial und wird weiter unten behandelt.

Manche Emissionen und Immissionen sind nicht durch menschliche Tätigkeiten verursacht, sondern natürlichen Ursprungs. Beispielsweise entstehen große Mengen von Feinstaub bei windigem Wetter durch Aufwirbelung natürlicher Substanzen auf der Erde, und Stickoxide werden auch durch Blitze erzeugt. Manche giftigen Belastungen von Gewässern entstehen durch die Auswaschung natürlicher Stoffe aus Gesteinen und Erdreich. Radon-Immissionen in Gebäuden entstehen durch das Ausgasen aus dem Erdreich oder von gewissen natürlichen Baustoffen, vor allem bei unzureichender Belüftung von Gebäuden.

Die Schadstoffbelastung von Böden beispielsweise mit Schwermetallen wird in der Regel nicht als Immission bezeichnet; sie kann aber eine Folge von gasförmigen Immissionen sein. Beispielsweise reichern sich Böden mehr und mehr mit Quecksilber an, wenn die Luft darüber mit quecksilberhaltigen Abgasen belastet ist. Eigentliche Immissionen betreffen in der Regel nur die Belastung von Luft und Gewässern.

Quantifizierung von Emissionen

Die Emissionen beispielsweise eines Kraftwerks oder eines Verbrennungsmotors können über ihre Masse (angegeben z. B. in Kilogramm) quantifiziert werden. Häufig wird diese aber dann auf eine andere Größe bezogen:

  • Manchmal wird die Konzentration gewisser Schadstoffe in den Abgasen angegeben, beispielsweise in Einheiten von μg/m3 (Mikrogramm pro Kubikmeter). Durch Multiplikation dieser Konzentration mit einem Abgasvolumen (welches beispielsweise innerhalb eines Tages abgegeben wird) erhält man die Menge des jeweiligen Schadstoffs. Umweltrelevant ist in der Regel diese Menge und nicht die Konzentration; die Konzentration kann jedoch Aussagen über die Qualität der Abgasreinigung oder Prozessführung erlauben.
  • Häufig interessiert die in einem bestimmten Zeitraum (beispielsweise innerhalb eines Tages oder eines Jahres) insgesamt abgegebene Schadstoffmenge. Dies ist relevant für die Einschätzung der insgesamt verursachten Umweltbelastung.
  • Oft wird die Schadstoffmenge auch zur Menge eines erzeugten Produktes oder einer bereitgestellten Menge von Nutzenergie bezogen (spezifische Emissionen). Beispielsweise kann man die CO2-Emissionen eines Verbrennungsmotors genauso wie den spezifischen Kraftstoffverbrauch in g/kWh (Gramm pro Kilowattstunde) angeben; ein solcher Wert hängt von den jeweiligen Betriebsbedingungen ab. Er gibt im Falle von CO2 oder Kraftstoff Aufschluss über die Energieeffizienz einer Maschine, wobei der Wert auch von der Art des verwendeten Kraftstoffs abhängt. Ähnlich können bei Fahrzeugen streckenspezifische Emissionen angegeben werden, z. B. in g/km (Gramm pro Kilometer).

Quantifizierung von Immissionen

Immissionen von Schadstoffen werden in der Regel als die jeweiligen Konzentrationen quantifiziert, z. B. als die Schadstoffmenge pro Kubikmeter Luft oder pro Liter Wasser. Beispielsweise werden Ozonkonzentrationen in der Atemluft in der Regel in μg/m3 (Mikrogramm pro Kubikmeter) angegeben. Wenn Werte von rund 200 μg/m3 überschritten werden, treten merkliche gesundheitliche Symptome wie Hustenreiz und Kopfschmerzen auf.

Gebräuchlich sind auch Angaben in ppm (parts per million) und ppb (parts per billion). Diese beziehen sich bei Gasen auf den vom jeweiligen Schadstoff erzeugten Partialdruck dividiert durch den gesamten Luftdruck. 1 ppm bedeutet, dass ein Millionstel des Luftdrucks vom jeweiligen Schadstoff erzeugt wird; dies ist dann der Fall, wenn ein Millionstel der Gasteilchen aus diesem Stoff bestehen. 1 ppb ist 1000 mal weniger; man beachte hierbei, dass im Englischen die billion nicht etwa eine Billion = 1000 Milliarden bedeutet, sondern eine Milliarde. Für die Umrechnung zwischen ppm-Angaben und Angaben in μg/m3 muss die Molekülmasse des Schadstoffs bekannt sein.

Für viele Schadstoffe gibt es heutzutage gesetzlich festgelegte Immissionsgrenzwerte; dies bedeutet, dass die jeweilige Schadstoffkonzentration nicht überschritten werden darf. In manchen Fällen bezieht sich ein Grenzwert nicht auf den Momentanwert einer Konzentration, sondern auf einen Stunden- oder Tagesmittelwert. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine kurzfristige Belastung mit einem Schadstoff eher tolerierbar ist als eine längerfristige. In Deutschland sind solche Dinge im Grundsatz im Bundes-Immissionsschutzgesetz und im Detail in der Bundesimmissionsschutzverordnung festgelegt. Dort werden auch viele technische Standards gefordert, die zur Minimierung von Emissionen führen sollen.

Immissionsgrenzwerte stellen zunächst einmal Ziele für die Reinhaltung z. B. von Atemluft und Gewässern dar, also eine Quantifizierung des angestrebten Immissionsschutzes. Für den Fall ihrer gelegentlichen oder häufigen Überschreitung können Maßnahmen festgelegt werden, die in der Regel bei den jeweiligen Emissionen ansetzen. Beispielsweise können in Smog-Situationen Einschränkungen für den Straßenverkehr (oft nur für besonders schadstoffträchtige Fahrzeuge) erlassen werden.

Die Zusammenhänge zwischen bestimmten Immissionen und Schadwirkungen (beispielsweise gesundheitliche Schädigungen) werden wissenschaftlich erforscht, und die daraus resultierenden Erkenntnisse sollten die wesentlichste Grundlage für entsprechende Immissionsgrenzwerte bilden. Hierbei sollten die Grenzwerte so festgesetzt werden, das entsprechende Werte auch für besonders empfindliche Personen (beispielsweise für Kinder oder für Asthmatiker) tolerierbar sind. Gewisse Sicherheitsabstände sollten insbesondere dann, wenn Unsicherheiten bezüglich der gesundheitlichen Gefahren bestehen, eingeplant werden. Allerdings ist die Höhe von Immissionsgrenzwerten häufig auch von anderen Faktoren beeinflusst – insbesondere davon, wie aufwendig es ist, entsprechende Grenzwerte einzuhalten. Tendenziell sind strengere Immissionsgrenzwerte politisch leichter durchsetzbar, wenn deren Einhaltung keine allzu großen Anstrengungen erfordert.

Zusammenhang zwischen Emissionen und Immissionen

Schadstoffimmissionen werden in der Regel von entsprechenden Emissionen hervorgerufen. Jedoch ist der Zusammenhang zwischen bestimmten Emissionen und den davon verursachten Immissionen häufig relativ kompliziert:

  • Wenn die Abgase beispielsweise eines Kraftwerks über einen hohen Schornstein abgegeben werden, erfolgt eine starke Verdünnung der Abgase, bevor diese in Kontakt mit Menschen, Tieren oder Pflanzen kommen. Die nahe dem Kraftwerk entstehenden Immissionskonzentrationen fallen also erheblich niedriger aus als bei Abgabe der Abgase über einen niedrigen Schornstein. Dies bedeutet allerdings nicht unbedingt, dass die gesamte Schadwirkung der Abgase hiermit reduziert wird. Der Effekt der reduzierten Immissionskonzentrationen kann nämlich unter Umständen durch die erhöhte Zahl der Betroffenen kompensiert werden.
  • Auch die Wetterverhältnisse können eine wesentliche Rolle spielen. Beispielsweise treten Immissionen, die eine gewisse Quelle (beispielsweise ein Schornstein) verursacht, bevorzugt in bestimmten Richtungen auf, wenn der Wind die Schadstoffe entsprechend transportiert. Durch Regen und Schnee können Schadstoffe aus der Luft ausgewaschen werden, sodass entsprechend erhöhte Immissionen an manchen Orten möglich sind. (Die stark ortsabhängige radioaktive Belastung von Gebieten nach der Atomkatastrophe von Tschernobyl kann vor allem hierdurch erklärt werden.)
  • Wenn die Emission beispielsweise von CO2 beendet oder reduziert wird, ergibt sich hieraus keine entsprechende Reduktion der CO2-Konzentration der Atmosphäre, da das einmal in die Atmosphäre emittierte CO2 erst im Laufe von Jahrhunderten von den Ozeanen aufgenommen wird.
  • Manche Schadstoffe entstehen erst sekundär aus den ursprünglich emittierten Schadstoffen durch chemische Umwandlungen in der Atmosphäre. Beispielsweise entsteht das Reizgas Ozon durch chemische Reaktionen mit Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen; wesentliche Ozonbelastungen entstehen somit indirekt durch Autoabgase, obwohl diese selbst kaum Ozon enthalten. Interessanterweise können hohe Stickoxidemissionen lokal sogar zum Ozonabbau beitragen, obwohl sie insgesamt die Ozonbelastung erhöhen.

Aus den genannten Gründen ist es oft schwierig, die Höhe der Emissionen zu berechnen, die für die Einhaltung bestimmter Immissionsgrenzwerte noch tolerierbar ist. Im Übrigen gibt es häufig sehr unterschiedliche Emittenten, und es kann dann eine politische Frage sein, welche Emittenten bevorzugt zu einer Reduktion ihrer Emissionen gezwungen werden. Hierbei spielt oft auch die technische Machbarkeit eine wesentliche Rolle. Beispielsweise gelten für die spezifischen Emissionen von Heizungsanlagen wesentlich strengere Grenzwerte als für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, weil bei letzteren der technische Aufwand für die Erzielung sehr niedriger Schadstoffkonzentrationen ungleich höher ist.

Bei Schadstoffen, die nicht gesundheitsrelevant sind, sondern nur umweltrelevant, sind die entstehenden Immissionswerte gewöhnlich nicht von Interesse. Beispielsweise gibt es im Zusammenhang mit Kohlendioxid (CO2) Grenzwerte nur für Emissionen, nicht aber für die resultierenden Immissionen.

Direkte und indirekte Emissionen

Der Betrieb beispielsweise von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und von Wärmekraftwerken kann direkt gewisse Emissionen z. B. von CO2 verursachen. Jedoch gibt es auch Fälle, in denen Emissionen auf indirekte Weise entstehen. Ein Beispiel hierfür ist der Betrieb eines Elektroautos, dessen Batterien mithilfe elektrischer Energie aufgeladen werden, die zumindest teilweise von emissionsbehafteten Kraftwerken erzeugt wird. Je nach Qualität der dafür genutzten Stromerzeugungsanlagen können die resultierenden CO2-Emissionen ähnlich hoch oder sogar höher sein als bei Verwendung eines benzinbetriebenen Fahrzeugs.

Auch bei der Verwendung von Kraftstoffen und Brennstoffen gibt es einerseits direkte Emissionen dort, wo diese verbrannt werden, und andererseits indirekte Emissionen bei der Herstellung bzw. Gewinnung und dem Transport dieser Stoffe. Im Falle von Erdölprodukten sind die indirekten Emissionen gewöhnlich viel geringer als die direkten, wenn das Erdöl aus einer konventionellen Lagerstätte gewonnen wird. Bei der Ausbeutung so genannter unkonventioneller Erdöllagerstätten (z. B. mit Teersanden) können jedoch massive indirekte Emissionen hinzukommen.

Der Transport von Brennstoffen und Kraftstoffen fällt in manchen Fällen besonders stark zu Buche, beispielsweise wenn er mit Flugzeugen erfolgen muss.

Ebenfalls gibt es sogenannte graue Emissionen, die nicht im Betrieb entstehen, sondern bei der Herstellung beispielsweise eines Fahrzeugs. Solche Emissionen sind häufig mit der bei der Herstellung aufzuwendenden grauen Energie verbunden.

Methoden für die Verminderung von Emissionen

Für die Verminderung schädlicher Emissionen gibt es eine Reihe ganz unterschiedlicher Ansätze:

  • In vielen Fällen können Schadstoffe mithilfe bestimmter Abgasreinigungsanlagen aus Abgasen entfernt werden. Beispiele hierfür sind Abgaskatalysatoren in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, die unter Umständen mehrere Arten von Schadstoffen wie Stickoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid gleichzeitig recht effektiv entfernen können. Gegen Feinstaub beispielsweise von Dieselmotoren helfen Rußpartikelfilter. Dagegen helfen solche Methoden nicht gegen die klimaschädlichen CO2-Emissionen.
  • Die Optimierung der Betriebsverhältnisse kann häufig die Schadstoffbildung stark verringern. Beispielsweise kann ein Verbrennungsmotor wesentlich sauberer arbeiten, wenn bestimmte Betriebszustände und Verfahren (z. B. Volllastanreicherung und Leerlauf) vermieden werden. Dies wird erleichtert, wenn der Motor als Teil eines Hybridantrieb arbeitet, weswegen Fahrzeuge mit Hybridantrieb häufig besonders niedrige Schadstoffwerte (und nicht nur eine hohe Energieeffizienz) aufweisen.
  • Da die Wahl eines verwendeten Brennstoffs die Schadstoffbelastung häufig stark beeinflusst, können Schadstoffemissionen durch die Wahl eines optimalen Brennstoffs reduziert oder ganz vermieden werden. Besonders effektiv ist eine Substitution, die eine Verbrennung gänzlich unnötig macht – beispielsweise die Stromerzeugung mithilfe von Photovoltaik und Windenergie anstatt in Wärmekraftwerken.
  • Im Prinzip kann man beispielsweise in Kraftwerken entstehendes CO2 abtrennen und unterirdisch lagern, um die klimaschädliche Wirkung zu vermeiden. Jedoch ist die Methode der CO2-Abscheidung und -Speicherung mit diversen Problemen behaftet.

Wenn die gesamten Emissionen eines Schadstoffs reduziert werden müssen, ist es wünschenswert, die dafür nötigen Emissionsminderungen bevorzugt dort durchzuführen, wo dies am kostengünstigsten möglich ist. Ein Mittel, um dies zu erreichen, kann ein Emissionshandelssystem sein; dies erklärt der Artikel über Emissionshandel.

Wenn eine Emissionsminderung an einer Stelle schwierig ist, kann man die nicht vermiedenen Emissionen durch eine Emissionsminderung an anderer Stelle kompensieren. Dieses Prinzip wird vor allem im Zusammenhang mit dem klimaschädlichen CO2 angewandt (→ CO2-Kompensation). Gerade dort kommt es nämlich nicht darauf an, wo genau die Emissionen stattfinden bzw. vermieden werden.

Siehe auch: Abgas, Klimagefahren, Klimaschutz, Stickoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Radioaktivität, Verdunstungsemissionen, Rohemissionen, Emissionshandel
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, Ökologie und Umwelttechnik

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