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Stickoxide - Emissionen und Immissionen 1991

Kartenbeschreibung

Emissionen und berechnete Immissionen

In den drei Karten 03.03.1, 03.03.2 und 03.03.3 sind die Emissionen der Hauptemittentengruppen Industrie, Hausbrand und Verkehr für das Jahr 1989 jeweils in 1-km2-Rasterflächen dargestellt. Die Karten 03.03.4, 03.03.5 und 03.03.6 geben jeweils die berechneten Jahresmittelwerte der Immissionskonzentrationen von 1989 der genannten Hauptverursachergruppen an.

Industrie

Die Karte der Industrieemissionen (03.03.1), zeigt ein sehr uneinheitliches Bild. Es wird vor allem durch die zwölf öffentlichen und einige große private Kraft-, Heizkraft- und Heizwerke geprägt, die über die ganze Stadt verteilt sind und extrem hohe Emissionen aufweisen. Der höchste Rasterwert mit mehr als 8.000 t/km² und Jahr wird durch das Charlottenburger Spitzenlast-Heizkraftwerk erreicht. Er liegt mit fast 2.000 t über dem Wert von 1981 (vgl. Karte 03.03.3, SenStadtUm 1985).

Da die Industrieschornsteine nach den Vorschriften der TA-Luft um so höher sein müssen, je stärker die Schadstoffemission ist, werden die Schadstoffe dieser Anlagen in großer Höhe emittiert und gleichmäßig über das gesamte Stadtgebiet und das Umland verteilt. Deshalb werden in der näheren Umgebung der Anlagen in der Regel erhöhte Konzentrationen weder berechnet, wie Karte 03.03.4 zeigt, noch gemessen, wie Karte 03.03.8 dokumentiert.

Großräumige Unterschiede werden in der Karte der berechneten Immissionen der Verursachergruppe Industrie (03.03.4) dagegen deutlich. So liegen die Werte in der Innenstadt mit 20 µg/m3 etwa doppelt so hoch wie im Stadtrandgebiet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Berliner Innenstadt bei jeder Windrichtung hohen in Berlin verursachten Schadstoffbelastungen ausgesetzt ist, während an den Stadträndern dies nur zeitweise der Fall ist.

Hausbrand

Die Karte der Hausbrandemissionen (03.03.2) zeigt im Innenstadtbereich einen Ring erhöhter Stickoxid-Werte, der sich um ein relatives Minimum in der Stadtmitte legt. Die geringen Werte im Zentrum gehen auf den Einfluss des Großen Tiergartens und einen hohen Anteil an Fernheizungen zurück. Der Ring erhöhter Werte mit Maximalwerten von 20 bis 26 t/km2 und Jahr in Prenzlauer Berg und in den nördlichen Teilen von Schöneberg und Neukölln wird durch einen hohen Anteil von öl- und kohlebetriebenen Einzel- und Zentralheizungen bei sehr hoher Wohndichte verursacht. Entsprechend der Abnahme der Wohndichte nehmen auch die Emissionen zu den Stadträndern hin ab. Die dichter besiedelten Ausläufer der Stadt in Richtung Westen (Spandau), Norden (Tegel), Südosten (Treptow) und Südwesten (Zehlendorf) sind an leicht erhöhten Werten zu erkennen. Die Großsiedlungen Märkisches Viertel, Hellersdorf und Marzahn sowie Gropiusstadt treten als Emissionsmaxima nicht in Erscheinung, weil sie mit Fernwärme versorgt werden. Die gleiche Verteilung zeigte beschränkt auf West-Berlin bereits der Umweltatlas von 1985, wobei die Einzelwerte in den hochbelasteten Gebieten bis zu 10 t/km2 und Jahr höher lagen (vgl. Karten 03.03.2 und 03.03.5, SenStadtUm 1985).

Die Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung im Bereich Hausbrand (Karte 03.03.5) zeigen im wesentlichen die gleiche Struktur wie das Emissionsfeld Hausbrand. Das Maximum liegt zusätzlich im gleichen Gebiet wie das der Industrie (Prenzlauer Berg). Und es ist mit 10 µg/m³ etwa halb so hoch.

Verkehr

In der Karte der Verkehrsemissionen (03.03.3) treten deutlich der halb offene Stadtautobahnring und die West-Ost-Achse im Zuge der Bismarckstraße-Kaiserdamm im westlichen Teil der Stadt hervor. Am Schnittpunkt der beiden Straßenzüge gibt es maximale Stickoxidemissionen bis 380 t/km2 und Jahr. Auch im Umweltatlas von 1985, der die Emissionswerte des Jahres 1981 wiedergibt, wies dieser Bereich den höchsten Wert auf, der damals allerdings um etwa 80 t/km2 und Jahr geringer ausfiel (vgl. Karte 03.03.1, SenStadtUm 1985). Bei den Emissionen im Verkehrsbereich ist besser als bei den Emissionen aus dem Hausbrand eine sternförmige Struktur des Stadtgebietes mit erhöhten Werten zu erkennen. Sie breitet sich von der Innenstadt her im Zuge der Hauptverkehrsstraßen in alle Himmelsrichtungen aus. Am nordöstlichen Stadtrand ist der Verlauf der Autobahn Berliner Ring mit ihren Zufahrten und dem Abzweig nach Prenzlau und Stettin deutlich zu erkennen.

Die berechneten Immissionen für den Verkehrsbereich (Karte 03.03.6) bilden wie beim Hausbrand das Feld der Emissionen in stark geglätteter Form ab. Ein ausgeprägtes Maximum von 120 bis 150 µg/m3 wird für die Schnittstelle der Stadtautobahn mit dem Kaiserdamm berechnet, an der auch das Maximum der Emissionen liegt.

Die Schadstoffbelastung der Stadtluft wird nicht nur durch Emissionen im Stadtgebiet und im unmittelbaren Umland verursacht, sondern es gibt einen überregionalen Belastungspegel, der durch eine Vielzahl von Schadstoffquellen in Deutschland und Europa hervorgerufen wird. Nach der deutschen Vereinigung hat das Umweltbundesamt sein Messnetz, mit dessen Hilfe dieser Hintergrundpegel bestimmt wird, auf die neuen Bundesländer ausgeweitet. In der Umgebung Berlins befinden sich die Stationen Kyritz, Neuglobsow und Angermünde nordwestlich bis nordöstlich der Stadt sowie Wiesenburg und Lindenberg südwestlich und südöstlich der Stadt. Für das Jahr 1992 stehen erstmals Jahresmittelwerte der Stickstoffdioxidkonzentration zur Verfügung, die als Hintergrundwerte für Berlin herangezogen werden können (vgl. Umweltbundesamt 1992a). Die Werte liegen bei 10 bis 13 µg/m3. Sie entsprechen damit dem Wert von 12 µg/m3, der in 300 m Höhe am Funkturm Frohnau ermittelt wurde. Aufgrund dieser Messungen wird für Berlin insgesamt mit einem überregionalen Belastungspegel von ca. 10 µg/m3 gerechnet.

Summe der berechneten Immissionen 1989

Die Karte 03.03.7 gibt die Summe der berechneten Stickoxidimmissionen aus den drei Hauptverursachergruppen Industrie, Hausbrand und Verkehr wieder und zwar als Jahresmittelwerte des Jahres 1989.

Die Ursachen der Stickoxidbelastungen können als mit ausreichender Genauigkeit bestimmt gelten, wenn die Summe der für die Verursachergruppen berechneten Konzentrationen und der überregionalen Hintergrundbelastung mit den erzielten Messergebnissen übereinstimmt.

Die Karte der Summe der berechneten Immissionen zeigt unter Berücksichtigung der überregionalen Hintergrundbelastung erheblich höhere Werte als an den vergleichbaren Rastermeßstellen des Luftgüte-Meßnetzes 1991 gemessen wurden (vgl. Karte 03.03.8). Wie die Karte 03.03.6 der berechneten KFZ-Immissionen zeigt, ist das vor allem auf Schwierigkeiten zurückzuführen, den Einfluß des Kraftfahrzeugverkehrs rechnerisch zu simulieren. Die Ursache liegt unter anderem in der sehr geringen Emissionshöhe der Kraftfahrzeuge, die spezielle Ausbreitungsmodelle erfordern (vgl. Datengrundlage).

Setzt man aufgrund der Ergebnisse der Ausbreitungsrechnungen für Schwefeldioxid (vgl. Karte 03.01, SenStadtUm 1994a) voraus, daß die Belastung seitens der Industrie und des Hausbrands mit dem Ausbreitungsmodell ausreichend simuliert wird, kann der Einfluß des Verkehrs aus der Differenz zwischen den Meßergebnissen und den mit Sicherheit bestimmbaren Verursachern Hausbrand und Industrie abgeschätzt werden. Tabelle 3 zeigt als Beispiel den Bereich des Maximums in Charlottenburg.

Auch für andere Bereiche der Stadt lassen sich mit dieser Berechnung hohe Anteile des Straßenverkehrs an der Stickoxidkonzentration bestimmen.

Die Karte der Summe der berechneten Immissionen zeigt als wesentliches Merkmal, daß das Maximum der Stickoxidbelastung im Vergleich mit der Schwefeldioxid- und Schwebstaubbelastung (vgl. Karte 03.01, SenStadtUm 1994a und Karte 03.04, SenStadtUm 1994b) in die südwestlichen Bereiche der Berliner Innenstadt nach Charlottenburg, Schöneberg und Tiergarten verschoben ist, also in Gebiete, durch die die Stadtautobahn führt.

Tab. 3: Berechnung des vom Straßenverkehr verursachten Anteils an der Stickoxidkonzentration im Bereich des Maximums in Charlottenburg
Tab. 3: Berechnung des vom Straßenverkehr verursachten Anteils an der Stickoxidkonzentration im Bereich des Maximums in Charlottenburg
Bild: Umweltatlas Berlin

Gemessene Immissionen 1991

Summe der Stickoxide – Jahresmittelwerte

Wegen des Problems der Umwandlung der Stickoxide in der Atmosphäre zu Stickstoffdioxid ist zum Vergleich mit den Ergebnissen der Ausbreitungsrechnung neben der Stickstoffdioxidkonzentration in Karte 03.03.8 das Jahresmittel der Summe der Stickoxide dargestellt. In dieser Karte treten die Konzentrationsunterschiede von straßennaher und straßenferner Messung noch deutlicher hervor als beim Stickstoffdioxid (vgl. Karte 03.03.9), weil auch das Stickstoffmonoxid berücksichtigt ist, das von den Kraftfahrzeugen primär emittiert wird. Dessen Konzentration nimmt mit der Entfernung von den Straßen durch den doppelten Effekt von Ausbreitung und Umwandlung sehr schnell ab.

Die höchsten Werte wurden allesamt an Straßenmessstationen gemessen, so an der Stadtautobahn im Bereich der Einfahrt Spandauer Damm in Charlottenburg mit mehr als 300 µg/m³ und in der Neuköllner Karl-Marx-Straße mit mehr als 200 µg/m3.

Stickstoffdioxid – Jahresmittelwerte

Generell lässt sich feststellen, dass die Höhe der gemessenen Immissionswerte abhängig ist von der Entfernung der Messstationen zu Hauptverkehrsstraßen. An den innerstädtischen Messstellen, die in mehr als 20 m Entfernung von Straßen angeordnet sind, zeigt die Karte 03.03.9 Werte von 31 bis 47 µg/m3. Das sind 40 bis 60 % des Immissionswertes IW1 der TA-Luft. Die geringsten Werte wurden am nördlichen Rand des Flughafens Tempelhof (31 µg/m3) und im Bereich des Ruhlebener Industriegebietes (32 µg/m3) gemessen, jeweils im Abstand von mehr als 500 m von Hauptverkehrsstraßen. Die höchsten Werte wurden mit 44, 45 und 47 µg/m3 an Meßstellen in Wedding, Tiergarten und Kreuzberg registriert.Diese Meßstellen liegen in 50 bis 150 m Abstand und damit im weiteren Einwirkungsbereich von Hauptverkehrsstraßen.

Im Flächenmittel kann für die Innenstadt ein Jahresmittelwert von 40 µg/m3 bestimmt werden. Mit 18 bis 20 µg/m3 werden am Stadtrand nur etwa halb so hohe Werte gemessen wie in der Innenstadt. Die Waldstation Grunewald zeigt aufgrund des Einflusses der AVUS mit 23 µg/m³ einen leicht erhöhten Wert.

Erheblich höhere Werte als die Rasterstationen weisen die Straßenmessstationen in Charlottenburg und in Neukölln mit einem Jahresmittel von jeweils 63 µg/m3 auf. Die Charlottenburger Station liegt unmittelbar an der Stadtautobahn, Ausfahrt Spandauer Damm, in offenem Gelände. Die Luftproben werden etwa 5 m über dem Niveau der nach Süden gerichteten Fahrbahn in Höhe des nächstgelegenen Bürgersteigs gezogen. Die Stadtautobahn hat im Bereich der Messstelle ein Verkehrsaufkommen von ca. 150 000 Kfz pro Tag. Die Neuköllner Station liegt in der Karl-Marx-Straße, deren Verkehrsaufkommen ca. 30.000 KFZ am Tag beträgt. Die Luftproben werden dort 2,5 m über der Bordsteinkante an einem Ampelmast gezogen.

Beide Stationen erreichen im Jahresmittel, trotz großer Unterschiede in Verkehrsaufkommen und Stickoxidemission, mit 63 µg/m³ den gleichen Jahresmittelwert an Stickstoffdioxid. Der I2 (98 %-Wert) liegt an der Stadtautobahn mit 143 µg/m³ nur wenig höher als an der Karl-Marx-Straße, in der 134 µg/m³ gemessen wurden (vgl. Karte 03.03.10). Bei der Summe der Stickoxide (Karte 03.03.8) ist der Unterschied zwar größer, entspricht aber nicht dem unterschiedlich hohen Verkehrsaufkommen. Dies lässt sich damit erklären, dass die Station an der Stadtautobahn von der Luft frei angeströmt werden kann, während die Station in der Karl-Marx-Straße in einer Straßenschlucht liegt, in der die Windgeschwindigkeit geringer ist und damit die Schadstoffverdünnung stark vermindert wird. Beim Stickstoffdioxid macht sich zusätzlich bemerkbar, dass dieser Stoff zum größten Teil erst in der Atmosphäre gebildet wird und deshalb in Emittentennähe nur einen geringen Bezug zur Emission hat.

Auf diese Weise erklärt sich auch die verhältnismäßig geringe Stickstoffdioxidkonzentration (47 µg/m³) der Straßenmeßstation an der Kreuzung Frankfurter Allee/Warschauer Straße. Die genannten Straßen haben zwar ein Verkehrsaufkommen von 70 000 bzw. 22 000 Kfz pro Tag, die Probenahme erfolgt aber in 4 m Höhe auf einem Grünstreifen in 25 bzw. 15 m Abstand von den Straßen. Außerdem sind die angrenzenden Häuserfronten weit von den Fahrbahnen entfernt, so dass die Kreuzung immer gut durchlüftet ist. Analog zum Umweltatlas 1985 wurden auch im Jahr 1991 an den Straßenmessstellen keine Überschreitungen des IW1 der TA-Luft festgestellt.

Der Leitwert der EG-Richtlinie von 50 µg/m3 für den 50 %-Wert der Stickstoffdioxidkonzentration wird nur an nicht unmittelbar vom Kraftfahrzeugverkehr beeinflussten Orten in Berlin eingehalten. An den Straßenmessstellen wird er überschritten. Daraus ist zu schließen, dass an vielen Hauptverkehrsstraßen der Stadt – insbesondere in Straßenschluchten – Überschreitungen auftreten.

Gemessene Stickstoffdioxid-Immissionen – 98-Perzentil 1991

Die Karte (03.03.10) des gemessenen Immissionswertes I2 zeigt ein ähnliches Bild wie die Karte des I1-Wertes von Stickstoffdioxid (03.03.9). Es werden mit maximal 143 µg/m3 keine Überschreitungen des Immissionswertes IW2 der TA-Luft von 200 µg/m3 und des gleich hohen Grenzwertes der EG-Richtlinie für Stickstoffdioxid festgestellt. Der Leitwert der EG-Richtlinie von 135 µg/m³ wird an den ausführlich beschriebenen Straßenmeßstationen in Charlottenburg und Neukölln überschritten bzw. knapp erreicht.

Die Konzentration von Stickstoffdioxid in Stadtrandgebieten liegt mit etwa 60 % der Innenstadtwerte etwas höher als es beim Jahresmittelwert der Fall war. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die den I2-Wert bestimmenden hohen Konzentrationen überwiegend bei Wetterlagen mit tiefliegenden Inversionen auftreten, bei denen sich die Schadstoffe nicht vertikal ausbreiten können und deshalb in verhältnismäßig hoher Konzentration bis zum Stadtrand getragen werden.