20.11.2014 20:38 Uhr

Luft - das bewegte Element

Abb18 Immissionsmessnetz
Das Thüringer Immissionsmessnetz

Gezielter, vorsorgender Immissionsschutz liefert die notwendigen flächenhaft repräsentativen Daten zur Immissionssituation und Luftqualität in Thüringen. Die Ergebnisse der Immissionsüberwachung sind unverzichtbare Grundlagen

  • des vorsorgenden und operativen Immissionsschutzes in Thüringen,
  • des Frühwarnsystems für Bevölkerung, Entscheidungsträger, Behörden und Medien in akuten Situationen mit erhöhten Belastungen durch Luftverunreinigungen (z. B. Ozon),
  • der Immissionskataster und Luftreinhalteplanung,
  • quantitativer und qualitativer Bilanzierungen (z. B. Klimaschutz),
  • zur Erfüllung nationaler und internationaler Berichtspflichten sowie
  • einer effektiven Erfolgskontrolle der Luftreinhaltemaßnahmen.

In Thüringen wurden 1993 sieben Untersuchungsgebiete festgelegt, in denen vorrangig Art und Umfang bestimmter Luftverunreinigungen in der Atmosphäre bestimmt wurden.

Schwefeldioxid stellte zu Beginn der 90 er Jahre den lufthygienischen Schwerpunkt für Thüringen dar. Aus diesem Grund war eine vorrangige Aufgabe des Immissionsschutzes die SO2-Immissionsbelastung zu überwachen.
Auf Basis der Bezirksstrukturen der ehemaligen DDR existierten drei inkompatible Immissionsmessnetze mit vier verschiedenen Datenübertragungstechniken. Eine vom Thüringer Ministerium für Umwelt und Landesplanung beauftragte Arbeitsgruppe erarbeitete eine Konzeption für ein einheitliches Thüringer Immissionsmessnetz (Abbildung 18). Die gesamte Datenübertragungstechnik war auf ein einheitliches System umzustellen und mit Unterstützung der Hessischen Landesanstalt für Umwelt eine moderne Messnetzzentrale mit neuer Zentralsoftware aufzubauen.

Dieses moderne Messnetz automatischer Messstationen wurde in Thüringen aufgebaut, damit bei Erreichen hoher Konzentrationen eine Information bzw. Warnung an die Bevölkerung ausgegeben werden kann und emissionssenkende Maßnahmen in den Smoggebieten eingeleitet werden konnten.

In Thüringen hat sich die Schwefeldioxid-Belastung seit 1991 durch Heizungsmodernisierung, Brennstoffumstellung und Wärmedämmung, aber auch Wegfall einer großen Zahl ehemaliger gewerblicher und industrieller Emittenten stark vermindert. Mussten Anfang der 90-er Jahre noch Smogstufen ausgerufen werden, ist seit 1994 keine Überschreitung der Smoggrenzwerte mehr festgestellt worden. 2000 konnte die Smog-Verordnung in Thüringen außer Kraft gesetzt werden.

Der positive Trend ist für Schwebstaub und Stickstoffdioxid nicht in gleichem Maße festzustellen. Mitte der 90-er Jahre wurde die Überwachung dieser beiden Schadstoffe durch die TLU erweitert. Seit Inkrafttreten des Ozongesetzes 1995 wurden in Thüringen die Ozonkonzentrationen mit automatisch registrierenden Geräten verstärkt überwacht.

Ein weiteres Ziel war die Integration von Wald-Hauptmessstationen in das Thüringer Immissionsmessnetz. Mit Aufbau der Stationen Großer Eisenberg (1995) und Possen (1996) konnten die Defizite bei der Luftschadstoffüberwachung in Reinluftgebieten und bei den bislang fehlenden meteorologischen Messobjekten weitgehend geschlossen werden. Mit der dritten Waldhauptmessstation im Thüringer Holzland wurde 1999 auch die bislang fehlende Luftschadstoffüberwachung im Backgroundbereich in Ostthüringen ermöglicht.

Die Erfolge der Luftreinhaltung müssen nun gesichert werden. Nachhaltigkeit und gezielter, vorsorgender Immissionsschutz setzt im zunehmenden Maße umfassende Kenntnisse über die Luftqualität und die sie beeinflussenden Faktoren voraus. Dazu muss die Immissionsüberwachung einschließlich der Messprogramme den neuen Erfordernissen, einschließlich der auf neuen Wirkungsuntersuchungen basierenden EU-Luftqualitätsrichtlinien angepasst werden.

Die Messkonzeption unter Beachtung dieser sieht vor, den Umfang der Überwachung von Schwefeldioxid zu reduzieren und die Stationsanzahl zu verringern. Die Messkomponenten der verbleibenden Stationen sollen erweitert werden. Die Überwachung von Feinstaub, Stickoxiden und Ozon wird ein Schwerpunkt bleiben. Für weitere Luftschadstoffe, wie z. B. PAH's, Quecksilber, Cadmium, Nickel und Arsen ist die Datenbasis zu verbessern. Weitere verkehrsbedingte Emissionen wie Ruß, Benzol oder auch MTBE bedürfen insbesondere in Emittentennähe einer weiteren Überwachung.
Mit der Nutzung von Videotext und dann mit den Möglichkeiten des Internet konnte die Immissionssituation für alle Interessenten sehr zeitnah dargestellt und ggf. Handlungshinweise bei erhöhten Schadstoffgehalten in der Luft gegeben werden.

Diskontinuierliche Rastermessungen erfassen ergänzend zu den Pegelmessungen die räumliche Struktur der Immissionskonzentrationen und ermöglichen eine flächenhafte Einschätzung der Grundbelastung eines Gebietes . Im Verlauf der letzten Jahre wurden vorrangig die lufthygienischen Schwerpunkte in den Untersuchungsgebieten vermessen. Begonnen wurde mit insgesamt drei Messfahrzeugen, zwei mit automatisch registrierenden Geräten ausgerüstete Fahrzeuge erhielt die TLU aus Hessen und Bayern. 1995 und 1996 wurden diese Fahrzeuge durch zwei moderne Messwagen abgelöst. Neben den klassischen Luftschadstoffen Schwefeldioxid, Stickoxide, Schwebstaub und Kohlenmonoxid werden auch Ozon und Aromaten sowie bei Bedarf weitere Luftschadstoffe gemessen.

Die Staubniederschlagsmessungen erfassen den Staubanteil, der aus der Atmosphäre auf den Erdboden verfrachtet wird. Staubniederschlagsmessungen wurden in Thüringen seit Mitte der 60er-Jahre durch die Bezirks- bzw. Kreis-Hygiene-Inspektionen durchgeführt, ausgewertet und in Jahresberichten zusammengefasst. Nach der Wende wurde durch die TLU das Staubniederschlagsmessnetz wieder aufgebaut und die Staubniederschlagsbelastung an etwa 180 Messpunkten in 67 Städten und Gemeinden des Freistaates erfasst. An etwa 60 Standorten wurden Untersuchungen zu den Staubinhaltsstoffen durchgeführt. Im Verlaufe der letzten sieben Jahre hat sich die Immissionssituation kontinuierlich verbessert, so dass einen Verkleinerung des Messnetzes möglich wurde. Zukünftig wird der Schwerpunkt in der Untersuchung und Bewertung der Inhaltsstoffe, wie z. B. Blei, Cadmium, Nickel, Chrom oder Arsen liegen.

Bedingt durch systematische Forschung, aber auch als Resultat von Unglücksfällen rückten neben den "klassischen" Luftschadstoffen eine Reihe von weiteren in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses. Neue medizinisch-toxikologische Erkenntnisse, Einsatz neuer Produkte, der Eintrag weiterer chemischer Verbindungen in unsere Umwelt führte zu zusätzlichen Messaufgaben.

Zur Bewertung der Relevanz von speziellen Luftschadstoffkomponenten waren befristete Messkampagnen notwendig. Durch die TLU wurden entsprechende Sondermessungen durchgeführt. Ziele dieser Messprogramme waren:

  • die allgemeine Grundbelastung mit einzelnen Luftschadstoffen zu ermitteln, die auf Grund des relativ hohen messtechnischen Aufwandes nicht flächendeckend erfasst werden können. So wurden z. B. Messungen in Erfurt, Weimar, Gera und Greiz durchgeführt. Im Mittelpunkt der Messungen standen Luftschadstoffe wie Dioxine und Furane, polychlorierte Biphenyle, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe und Quecksilber. Die Messergebnisse sind für Thüringen verallgemeinerbar.
  • die Auswirkungen von Emissionen auf Mensch und Umwelt im Einwirkungsbereich von einzelnen Emittenten abzuschätzen. Die untersuchten Luftschadstoffe waren neben den Stäuben zum Beispiel auch Cadmium, Blei, Formaldehyd oder Phenole.
  • neue Messmethoden zu erproben. Insbesondere die Bestimmung der 10 µm-Stäube (PM 10) und der Vergleich mit den bisher durchgeführten Schwebstaubmessungen (TSP).
  • die Auswirkungen des Kfz-Verkehrs abschätzen zu können. Verkehrsbezogene Messungen wurden z. B. in Erfurt, Jena, Weimar, Eisenach, Gera und Altenburg durchgeführt.

Untersuchungsgegenstand bei diesen Programmen weiterhin MTBE, endokrine Stoffe oder auch Platinmetalle.

Zur Verbesserung der Luftqualität und zur Erhaltung dieser, wo sie gut ist, dienen als Instrument Luftreinhaltepläne, die für Untersuchungsgebiete erarbeitet wurden. Dazu gehören folgende Untersuchungen:

  • Ermittlung und Darstellung der aus Emissionsquellen austretenden Luftschadstoffemissionen in Emissionskatastern,
  • Ermittlung und Darstellung der Luftschadstoffkonzentrationen in Immissionskatastern,
  • Untersuchung der Wirkungen von Luftverunreinigungen auf die Schutzgüter (Pflanzen, Kulturgüter, usw.),
  • Durchführung von Ursachenanalysen,
  • Prognosen zur Emissions- und Immissionssituation,
  • Ermittlung von Maßnahmen zur Verminderung der Luftverunreinigungen und zur Vorsorge.

Im Rahmen von Emissionskatastern sind Angaben über Art, Menge, räumliche und zeitliche Verteilung und die Austrittsbedingungen von Luftverunreinigungen verursacherbezogen zu ermitteln.
Ausgehend vom Emissionskataster werden im Rahmen von Luftreinhalteplänen verursacherbezogene Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen abgeleitet. Insbesondere durch die Schließung von Industriebetrieben und die Umstellung von Feuerungsanlagen auf umweltfreundliche Energieträger kam es zu einer wesentlichen Verminderung der Emission von Luftschadstoffen in den Bereichen Kleinfeuerungsanlagen und Industrie.

Der Immissionsschutz hat das Ziel insbesondere Menschen, Flora und Fauna aber auch Sachgüter, vor Beeinträchtigungen durch Luftschadstoffe zu schützen. Betrachtet werden die Emissionen, die Immissionen und die sie verbindenden meteorologischen Verhältnisse. Maximale Konzentrationen von Luftschadstoffen sind häufig an so genannte eigenbürtige oder autochthone Wetterlagen gebunden, bei denen die Landschaft die meteorologischen Verhältnisse in einem starken Maß prägt.

Bei eigenbürtige Wetterlagen treten charakteristische meteorologische Erscheinungen auf. Dazu gehören spezielle Windsysteme, die als Regionalwind und als lokale Kaltluftflüsse bekannt sind. In Städten werden Wärmeinseln beobachtet. An Tagen mit eigenbürtiger Wetterlage kühlt sich die Luft an Hängen schneller ab als in der Umgebung und fließt nach Sonnenuntergang entsprechend der Hangneigung ab. Liegen auf ihrem Wege Quellen für Luftschadstoffe und Gerüche, so werden diese mit verfrachtet. Ihre Konzentrationen werden verstärkt und als belastend empfunden. Etwa um Mitternacht, zeitversetzt zum flachen lokalen Kaltluftfluss, kann ein durch die Gebirge hervorgerufener Regionalwind beobachtet werden, der im Gegensatz zum flacheren lokalen Kaltluftfluss eine Mächtigkeit von oft 300 bis 700 m erreicht. Die beiden Windsysteme wurden für Thüringen erstmalig im Jahre 1953 von H. G. KOCH in der "Wetterheimatkunde von Thüringen" beschrieben. Die TLU hat seine Arbeiten fortgeführt und mit modernen Methoden der Simulation auf ganz Thüringen angewendet. Die Berechnungen erfolgten im Rahmen der Bearbeitung von Luftreinhalteplänen, die für bestimmte Untersuchungsgebiete zu erstellen waren. Dabei wurde der Regionalwind im Tagesverlauf für ganz Thüringen simuliert.

Folgende Untersuchungsgebiete wurden bisher bearbeitet: Altenburg, Arnstadt, Eisenach, Gera, Jena, Nordhausen und Weimar. Simulationen bieten eine gute methodische Möglichkeit, flächendeckende Aussagen zu erhalten. Sie sollten aber nach Möglichkeit durch Messungen mit stationären Messstellen und mobilen Messeinrichtungen kontrolliert werden. Ergebnisse der Messungen und Simulationen fanden ihre Anwendung bei der Beurteilung von Investitionen, wie Stallanlagen und Verkehrswegen. Sie sind Grundlage von der Bauleitplanung bis hin zu Fragen der Raumordnung.

Die Konzentrationen der wichtigsten Luftschadstoffe können mit chemisch-physikalischen Methoden exakt erfasst werden. Es besteht Unsicherheit, aus den Konzentrationsangaben auf die allgemeine Immissionsbelastung zu schließen. Für eine Beurteilung der komplexen Wirkung von Luftschadstoffen sind neben den Emissions- und Immissionsmessungen auch Wirkungsuntersuchungen unerlässlich. Die Reaktionen von Bioindikatoren spiegeln die Gesamtbelastung durch alle Komponenten wider.

In zwei Studien wurden für die Zeiträume von 1985 bis 1989 und von 1991 bis 1995 die Wirkungen von Luftschadstoffen (Schwefeldioxid, Schwebstaub, Stickstoffdioxid und Ozon) auf die Gesundheit des Menschen untersucht. Ausgehend von vorliegenden Daten zur Luftbelastung, meteorologischen Informationen, Krankenhausaufnahmezahlen und Sterbezahlen wurden Kurzzeiteffekte nachgewiesen.

Schwermetalle gelangen von den Emissionsquellen über den Luftpfad auf Pflanzen und dann direkt oder indirekt über tierische Nahrung zum Menschen. Im Rahmen eines europaweiten Monitoringprogramms wurde mit Hilfe von Moosen eine flächendeckende Untersuchung von Schwermetalleinträgen in die Umwelt durchgeführt und ein Trend abgeleitet. Die in Thüringen ermittelten Schwermetalleinträge liegen im Bereich des bundesdeutschen Mittels. Für viele Schwermetalle ist von 1990 bis 1995 ein Rückgang festzustellen. Lediglich für drei der zwölf untersuchten Schwermetalle (Cadmium, Kupfer, Zink) ist ein Anstieg der Belastung zu verzeichnen.

Für die Bioindikation lufthygienischer Verhältnisse sind insbesondere Flechten herangezogen worden. Sie bieten den Vorteil einer artspezifisch abgestuften hohen Empfindlichkeit gegenüber Luftverunreinigungen, wo durch das Auftreten bestimmter Arten Rückschlüsse auf die Luftqualität möglich sind. In den Städten lässt eine Artenzunahme von Flechten eine verbesserte Luftqualität erkennen.

Außenbauteile aus Steinen unterliegen einer Verwitterung durch die Einwirkung von Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre. Diese natürliche Verwitterung wird durch anthropogene Einwirkungen verstärkt und beschleunigt. Eine Hauptursache dafür wird in der Emission aggressiver saurer Luftschadstoffe und ihrer Wechselwirkung untereinander und mit natürlich bedingten Umwelteinflüssen gesehen. Folgen sind notwendige Sanierungsmaßnahmen bis hin zu einem vorzeitigen Ersatz von Bauelementen und Bauteilen. In Erfurt wurden 1993/1994 an historischen Bauwerken luftschadstoffverursachte Schäden untersucht. Ein danach begonnenes Messprogramm (1994 bis 2000) erfasst an neun Messpunkten die Wirkungen von Luftverunreinigungen auf Bauten und Materialien in den Städten Erfurt und Weimar. Hierbei wurden ausgewählte Materialien unter dokumentierten Bedingungen über einen bestimmten Zeitraum exponiert.

Künftig werden die flächendeckende Bewertung der Luftqualität auf der Basis der EU-Luftqualitätsrichtlinien und die Mitwirkung an der Erarbeitung von zielführenden Maßnahmen zur Einhaltung der neuen Grenzwerte (insbesondere Feinstaub und Stickstoffdioxid) bzw. zur Erhaltung guter Luftqualität Schwerpunkte der Arbeit bilden.

Sowohl der Zustand unserer Umwelt als auch die Wertschöpfung bestimmen heute und in Zukunft die Lebensqualität nachhaltig. Dabei bestehen gleichzeitig der Wille und der Zwang, die Natur mit ihren Ressourcen zu schonen und zu erhalten. So ergeben sich Grundsatzfragen der Umwelttechnologie, des anlagen- und produktionsbezogenen Umweltschutzes. Zum Schutz des Menschen und seiner Umwelt werden emissionsbegrenzende Anforderungen erhoben, die dem Stand der Technik entsprechen. Nach der Wiedervereinigung konzentrierten sich die Maßnahmen zunächst hauptsächlich auf "end of pipe" Lösungen an vorhandenen Anlagen, also auf Techniken und Verfahren zur Reduzierung der Emissionen durch Abscheider wie Filter, Wäscher, Nachverbrennungen - den Produktionsanlagen nachgeschaltete Einrichtungen. Die TLU war bei Änderung, Errichtung und Betrieb von genehmigungsbedürftigen und nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen durch Bewertungen und Stellungnahmen beteiligt. Dabei wurde bereits auf Primärmaßnahmen orientiert. Dies sind Lösungen, die das Entstehen und den Abtransport luftfremder Stoffe aus dem Prozess so weit wie möglich verhindern sollen.

Im modernen Umweltschutz gilt es Umweltschutz, Ressourcenschonung und Wirtschaftlichkeit miteinander zu verknüpfen, ohne dabei neue Erkenntnisse zur Wirkung luftfremder Stoffe außer Acht zu lassen. Der TLU obliegt die Aufgabe, den erreichten Stand der Technik in Thüringen und in Abstimmung mit den anderen Bundesländern, wissenschaftlichen Institutionen, Umweltbehörden und Einrichtungen zu erfassen und bezüglich seiner Effizienz zu beurteilen. In Fällen mit neuen Technologien und besonderer Bedeutung wird die TLU bereits bei der Antragstellung zur Errichtung oder Änderung von Anlagen beteiligt.

In Verwaltungsverfahren muss auch das Einflussgebiet einer Quelle, die Luftschadstoffe emittiert, bekannt sein und die Höhe der zukünftigen Belastung ist zu prognostizieren. Dazu stehen eine Reihe von Simulationsverfahren (Ausbreitungsrechnungen) zur Verfügung. Neben den Emissionen sind meteorologischen Verhältnisse - die Windrichtung und -geschwindigkeit sowie die Stabilität der Atmosphäre - zu berücksichtigen. In Verwaltungsverfahren werden Gutachten über Ausbreitungsvorgänge, heute wesentlich zum Geruchsproblem, den zuständigen Behörden zur Prüfung vorgelegt. Auf dem Gebiet der Ausbreitungsrechnung werden in der Zukunft neue EU-Vorschriften zur Anwendung kommen, die hohe Anforderungen an die angewandten Modelle, aber auch an die meteorologischen Datengrundlagen stellen. Die Ergebnisse der Untersuchungen der TLU im Rahmen der Luftreinhalteplanung bilden dafür eine gute Grundlage.

Die Zentralisierung der staatlichen Thüringer Emissionsmesstechnik erfolgte im Jahr 1992 in der TLU. Mit einem Messfahrzeug aus der Länderhilfe Hessen-Thüringen wurden die gestellten Aufgaben in Angriff genommen.

Abb19 Messfahrzeug
Luftmessfahrzeug der TLUG

Auf Grundlage der eigenen Messtechnik konnte die TLU Forschungs- und Entwicklungsprojekte von überregionaler Bedeutung durchführen bzw. mitbearbeiten. Von 1994 bis 1995 waren das Untersuchungen am ersten Strohheizwerk Deutschlands in Schkölen und ab 1998 ein Verbundprojekt zur Vorbereitung der Standardisierung von Biomasse für die energetische Nutzung. Darüber hinaus werden Untersuchungen an speziellen technologischen Anlagen, wie z. B. Herstellung von Mineralwolle, Grobkeramik, Räucheranlagen, Energieerzeugung und Einäscherungsanlagen, zur Unterstützung bei Genehmigungsverfahren und Überwachungsmaßnahmen durchgeführt. 1999 wurde auf Grund der gestiegenen Anforderungen vor allem auf dem Gebiet der Qualitätssicherung ein neues Messfahrzeug in Betrieb genommen.

Die Überwachung von Luft und Lärm erfolgt auch durch bekanntgegebene Messstellen (z. B. Firmen und Privatlaboratorien). In Thüringen wurden in den letzten zehn Jahren eine Reihe eigenständiger Messstellen gegründet. Anleitung und Kontrolle durch die TLU gewährleistet einen einheitlichen Stand der Immissions- und Emissionsüberwachung.

Die Anleitung und Kontrolle der bekanntgegebenen, nichtstaatlichen Messstellen nach §§26, 28 BImSchG sind konsequent weiter zu vertiefen. Zur Akkreditierung und Notifizierung von Messstellen und Laboratorien sind die Voraussetzungen bundesweit zu vereinheitlichen.

Ohne Chemie, ohne die Vielfalt der Eigenschaften von Stoffen, sind die Grundversorgung und Annehmlichkeiten unseres täglichen Lebens nicht mehr vorstellbar. Immer neue Stoffe wie Arzneimittel, andere Wirkstoffe oder Werkstoffe nach Maß lassen sich nach Vorgabe des Verwendungszweckes heute schon zielgerichtet chemisch-synthetisch konstruieren. Mit der Zahl der Chemikalien wächst die Gefahr von schädlichen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Von den über 100.000 Chemikalien, die im Altstoffregister als Industriechemikalien ausgewiesen sind, werden ca. 3.000 als für Mensch und/oder Umwelt gefährlich eingeschätzt. Zu erwarten ist, dass sich die Zahl der gefährlichen Altstoffe in nächster Zukunft noch erhöhen wird. Von den seit Bestehen des Anmeldeverfahrens ca. 1.000 in Deutschland neu angemeldeten Stoffen wurden etwas mehr als die Hälfte als gefährlich eingestuft.

Gefährliche Stoffe müssen zum Schutz von Mensch und Umwelt entsprechend gekennzeichnet bzw. müssen auch Anwendungseinschränkungen oder Anwendungsverbote ausgesprochen werden. Die TLU ist in Thüringen als Leitstelle für Stoffanmeldungen benannt. Jährlich kommen ca. 400 Neuanmeldungen von Stoffen hinzu, davon etwa 100 in Deutschland. Ein zukunftsfähiger Umgang mit Chemikalien erfordert ein modernes Chemikalienmanagement. Dazu werden auf EU-Ebene eine stärkere Bewertung und Kontrolle der von chemischen Stoffen ausgehenden Risiken und eine produktbezogene Chemikaliensicherheit angestrebt. Im Rahmen des grenzüberschreitenden Chemikalienhandels ist der Aufbau eines europaweiten harmonisierten Überwachungssystems erforderlich.

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