Umweltzonen in Deutschland – eine Einführung

Alles Wissenswerte zum Thema Luftverschmutzung durch den Verkehr, Feinstaub, Luftreinhaltepläne und Umweltzonen finden Sie in unserem Dossier.

Es gibt nur wenige verkehrs- bzw. umweltpolitischen Maßnahmen in Deutschland, die so umstritten sind wie die Umweltzone. Da der Kfz-Verkehr zur Belastung der Luft mit Feinstaub in Innenstädten besonders stark beiträgt, richten zahlreiche deutsche Städte Umweltzonen mit dem Ziel ein, die Luftqualität in diesen Zonen zu verbessern und die Gesundheit der Bevölkerung zu schützen.

Mehr als 43 Städte und Gemeinden, wobei sich darunter auch – als eine Zone gezählt – die Umweltzone Ruhrgebiet mit den Städten Bochum, Bottrop, Castrop-Rauxel, Dortmund, Duisburg, Essen, Gelsenkirchen, Gladbeck, Herne, Herten, Mülheim, Oberhausen, Recklinghausen befindet, haben mit Stand November 2012 eine Umweltzone eingerichtet. Zur Zeit wird die Neueinführung oder Ausweitung in acht Städten und Gemeinden geplant. Insgesamt existieren in über 300 Gemeinden aus elf Ländern Europas Umweltzonen.

Die rechtlichen Grundlagen

Rechtsgrundlage für die Umweltzonen sind die europäischen Richtlinien zur Luftqualität (96/62/EG und 2008/50/EG) und zu den Grenzwerten (1999/30/EG), die durch die Verordnung zum Erlass und zur Änderung von Vorschriften über die Kennzeichnung emissionsarmer Kraftfahrzeuge mit der Ermächtigungsgrundlagen durch § 40 Abs. 3 Bundes-Immissionsschutzgesetzes sowie durch die Straßenverkehrs-Ordnung (StVO) in nationales deutsches Recht übernommen wurden. Seit dem 1. März 2007 gilt die Kennzeichnungsverordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (35. BImSchV), laut der Kfz je nach Schadstoffklassen mit farblich unterschiedlichen Plaketten gekennzeichnet werden müssen.

Seit dem 1. Januar 2005 gelten europaweit Grenzwerte für Feinstaub. Als Grenzwerte für Feinstaub der Korngröße kleiner als 10 Mikrometer (PM10) sind ein Jahresmittelwert von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) und ein Tagesmittelwert von 50 µg/m³ festgelegt. Um den möglichen negativen Einfluss des Wettergeschehens durch Inversionswetterlagen zu berücksichtigen, darf der Tagesmittelwert von 50 µg/m³ an 35 Tagen pro Kalenderjahr überschritten werden. 

Überschreitungen 2012 (Stand: 11.11.2012)

In diesem Jahr haben den Grenzwert bereits folgende Messstationen überschritten (Anzahl der Überschreitungstage in Klammer):

• Herne, Recklinghauser Straße (64)
• Stuttgart, Am Neckartor (54)
• Gelsenkirchen, Kurt-Schumacher-Straße (53)
• Reutlingen, Lederstraße Ost (44)
• Oberhausen, Mülheimer Straße 117 (42)
• Duisburg-Bruckhausen (37)
• Dortmund Brackeler Straße (36)
• Leipzig-Mitte (36)
• kurz davor: Essen, Gladbecker Straße (35)
• kurz davor: Schwerte, Hörder Straße (35)
• kurz davor: Halle/Paracelsusstraße (35)

Werden die Grenzwerte überschritten muss gemäß § 47 des Bundes-Immissionsschutzgesetzes 

• ein Luftreinhalteplan erstellt werden, der Maßnahmen zur dauerhaften Verminderung der Luftverunreinigungen festlegt, und
• zusätzliche, kurzfristig zu ergreifende Maßnahmen in Form von Aktionsplänen angeordnet werden, die mittelfristig wirksam werden. 

Die zuständigen Behörden müssen dabei nachweisen, das sie alle zur Verfügung stehenden Mittel der Luftreinhaltepolitik ausgeschöpft haben. Aus diesem Grund werden auch recht viele Umweltzonen eingerichtet. Ebenfalls wichtig, aber meistens ignoriert wird, dass Ausbaumaßnahmen unzulässig sind, wenn sie zu einer Überschreitung führen und die Grenzwerte mit den Mitteln des Luftreinhalteplans nicht eingehalten werden können.

Interessanterweise wird nicht zwingend eine absolute Einhaltung der Grenzwerte verlangt. Es reicht bereits aus, wenn die Kommunen bei Unmöglichkeit der Vermeidung Maßnahmen wenigstens zur Verminderung der Grenzwertüberschreitungen treffen.

Pro Überschreitungstag kann die EU Strafen in Höhe von bis zu 50.000 Euro verhängen.

Einführung Partikel

Partikel, die direkt und indirekt dem Verkehr zuzurechnen sind, entstehen aus Verbrennung und thermischen Prozessen (direkt und indirekt) sowie aus Abrieb (Reifen, Bremsen, Getriebe) und Aufwirbelung. Der Anteil des Verkehrs an den in der Luft befindlichen Partikels beträgt je nach Betrachtungsgebiet 17 – 85%. In Gesamtdeutschland verursacht der Verkehr 17 – 30 Prozent der PM10-Emission, der Rest stammt aus Industriebetrieben, Heizungen, Kraftwerke, Landwirtschaft, usw. In Städten trägt der Verkehr zu 25 – 55 Prozent zu den PM10-Emissionen bei, im Bereich einer Straße zu 35 – 85 Prozent.

In Berlin hat der Straßenverkehr einen Anteil von 34 % an den Feinstaubemissionen, während die sonstigen Quellen 41% verursachen:

Viele Partikel- und Schwebstoffe haben einen Einfluss auf die menschliche Gesundheit. Viele von ihnen sind karzinogen. Des Weiteren wirken die meisten Partikel wie elementarer oder organischer Kohlenstoff erwärmend auf die Atmosphäre.

Partikelmasse, Partikelzahl, Partikeldurchmesser oder Partikeloberfläche?

Partikel lassen sich mit Hilfe verschiedener Kenngrößen messen und bestimmen. Dabei ist die Wirkung und Gesundheitsgefahr durchaus unterschiedlich. Die Wirkung von Partikeln korreliert laut Studien eher mit der Oberfläche und der Partikelanzahl. Heutige Grenzwerte werden allerdings in Partikelmasse angegeben. Durch eine Aufspaltung mittels Filter o.ä. kann die Masse jedes einzelnen Partikels verringert werden, die Anzahl steigt jedoch. Problematisch ist, dass kleinere Partikel viel weiter in den Organismus eindringen können, als dies größere Partikel wie PM1 können. Aus diesem Grund wäre ein gesetzlicher Grenzwert für die Partikelanzahl wünschenswert.

Was bestimmt eigentlich die Schadstoffemission auf einer Straße?

Die Schadstoffemissionen wird durch verschiedene Parameter bestimmt. Dies sind zum einen die Verkehrsstärke, also wie viele Fahrzeuge einen Streckenabschnitt befahren, der Lkw-Anteil, die Straßenkategorie (Fahrgeschwindigkeit, Fahrzustände, Kaltstartanteile) und die Flottenzusammensetzung (Anteil Dieselfahrzeuge, Kat-Fahrzeuge usw.). 

Die Verkehrsstärke beeinflusst die Schadstoffemissionen zunächst proportional, steigt aber bei Stop-and-Go-Verkehr überproportional an. Ein zunehmender Lkw-Verkehr erhöht die Belastung mit Stickoxiden (NOx) und Ruß. Beide Stoffe werden von Pkw im Vergleich zu Lkw nur zu einem Zwanzigstel oder geringer ausgestoßen.

Die Einflussgrößen Verkehrsstärke und Lkw-Anteil lassen sich am Beispiel einer innerörtlichen, ampelgeregelten Hauptverkehrsstraße erklären:

Auf der Abszisse ist die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke (DTV) an einem Werktag abgetragen. Als Verkehrsstärke bezeichnet man die Anzahl der Verkehrselemente eines Verkehrsstromes je Zeiteinheit an einem Querschnitt (lokale Beobachtung). Bei der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke wird diese über einen ganzen Tag ermittelt. 

Auf der Ordinate ist der Lkw-Anteil über 2,8 Tonnen am Gesamtverkehrsstrom aufgezeichnet. Man erkennt, dass bei einer geringen Verkehrsstärke über den Tag von beispielsweise nur 2.500 Kraftfahrzeugen ein Scherlastverkehrsanteil von 11 Prozent bereits eine stärkere Belastung hervorruft. Besonders stark belastet sind Straßen mit einer Verkehrsstärke von 15.000 Fahrzeugen und einem Lkw-Anteil von über 11,5 Prozent. Hier wird bis zu ein Kilogramm NOx innerhalb einer Stunde auf einem Kilometer Strecke emittiert. Stark belastete Straßen mit einem DTV von > 15.000 Kfz sind beispielsweise Bundesautobahnen und in Städten viele Hauptstraßen.

Straßen mit mittlerer Verkehrsstärke (DTV 5000 – 15000 Kfz) sind die meisten Landes- und Bundesstraßen und von den Ortsstraßen die meisten Hauptstraßen zuzurechnen. Die meisten Kreisstraßen, viele Landesstraßen und in Ortschaften die meisten Anliegerstraßen weisen eine DTV von 300 bis 5000 Kfz auf.

Die Ruß-Emissionen sind in hohem Maße vom Lkw-Verkehr abhängig. Bei vollständigen Fehlen des Lkw-Verkehrs werden bis zu einer Verkehrsstärke von 13.000 Kfz / Tag nur 4,0g/(km*h) emittiert. Die Belastungen steigen mit wachsendem Lkw-Verkehr stark an, die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke (DTV) hat nur einen geringen Einfluss auf die Rußemissionen. Je höher der Anteil der Dieselfahrzeuge ohne Partikelfilter ist, desto höher ist auch die Rußbelastung. In den vergangenen Jahren konnte die Rußemission von Dieselmotoren durch verbesserte Verbrennungstechnik erheblich verringert werden. Hinzu kommt der Einbau von Partikelfiltern, die jedoch besonders bei den gesundheitlich relevanten Feinstpartikeln nur unzureichend arbeiten.

Da Benzol hauotsächlich durch Abgase von Benzinmotoren freigesetzt wird, hat der Lkw-Anteil am Verkehr faktisch keinen Einfluss. Die Benzolbelastung wird hauptsächlich durch die Verkehrsstärke bestimmt. Für die Benzol-Emissionen sind zudem die Kaltstartanteile von Bedeutung. 

75 Prozent der Benzol-Emissionen gehen auf Kraftfahrzeuge zurück. Der Benzolanteil des Motorenbenzins ist ab dem Jahr 2000 europaweit nach DIN EN 228 auf maximal ein Volumenprozent begrenzt worden; der Durchschnitt im Jahre 2003 betrug ~0,7 Volumenprozent. Die durchschnittliche Belastung der Bevölkerung beträgt im Mittel zirka 2 µg/m³ Luft, dieser Wert kann je nach Umgebung jedoch wesentlich höher sein. Zwischen 1997 bis 2005 reduzierte sich sowohl an den städtischen, verkehrsnahen Messstationen als auch an den städtischen Hintergrundstationen die Benzolbelastung erheblich, so dass schon im Jahr 2005 die erst seit dem Jahr 2010 geltenden Grenzwerte von 5 µg/m³ unterschritten wurden.

Einfluss von Geschwindigkeit und Ausbauzustand der Straße

Die Feinstaubbelastung wird nicht nur durch die Anzahl und Art der Fahrzeuge bestimmt, sondern auch durch die Fahrgeschwindigkeit und die Anzahl der Brems- und Beschleunigungsvorgänge.

Geschwindigkeitsniveau und Geschwindigkeitsverlauf auf konventionellen Straßen werden vor allem durch die zulässige Höchstgeschwindigkeit, den Ausbauzustand, die Verkehrsstärke (volle Straßen sind meistens langsamer) und den Abstand der Knotenpunkte, d.h. Kreuzungen mit Lichtsignalanlagen oder mit Vorfahrtsregelungen/ Rechts-vor-Links-Regelung versehenen Kreuzungen, bestimmt. Auf derselben Straßenkategorie, zum Beispiel eine Hauptverkehrsstraße mit 50 km/h Höchstgeschwindigkeit, können durchaus unterschiedliche Geschwindigkeiten gefahren werden. So ist die durchschnittlich gefahrene Geschwindigkeit im Innenstadtbereich durch Parksuchverkehr, ein höheres Verkehrsaufkommen und das häufigere Auftreten konfliktierender Verkehrsströme (Abbieger) viel geringer als beispielsweise auf Ausfallstraßen. Probelmatisch ist jedoch, dass die Feinstaubbelastungen bei großen Schwankungen im Geschwindigkeitsverlauf (häufiges Bremsen und Beschleunigen) höher sind als bei gleichmäßigem Verkehrsfluss. Dies bedeutet aber im Umkehrschluss nicht, dass der Verkehr aus Umweltschutzgründen immer möglichst flüssig fließen soll. Eine Diskussion dieses Sachverhaltes ist vielschichtiger.

Denn: “Flächenhafte und in ein Gesamtkonzept eingebundene Verkehrsberuhigungsmaßnahmen führen zu einer Verstetigung der Geschwindigkeitsverläufe und damit bei gleicher Durchschnittsgeschwindigkeit überwiegend auch zu niedrigeren Schadstoffemissionen.” ¹ Dies lässt sich auch in den folgenden Diagrammen ablesen:

Aus der Abszisse ist die Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h abgetragen, auf der Ordinate die Kohlenwasserstoff (HC)-Emission in g/km. Man erkennt, dass eine Geschwindigkeit von etwa 75 km/h die geringste HC-Emission hervorruft. Höhere und insbesondere niedrigere Geschwindigkeiten erhöhen die HC-Emission in g/km. Die Werte wurden am Beispiel eines Pkw mit Ottomotor und geregeltem 3-Wege-Katalysator bestimmt. Die Verkehrsberuhigung von Straßen hat bei Fahrzeugen mit Ottomotor keine positive Bedeutung.

Ein stetiger Verkehrsfluss mit relativ hohen Durchschnittsgeschwindigkeiten kann die Kohlenwasserstoff-Emissionen des Verkehrs durchaus senken. Allerdings ist hier zu beachten, dass einen höhere Geschwindigkeit bei gleichbleibendem Reisezeitbudget eine höhere Fahrweite ermöglicht und dadurch die Einspareffekte durch den induzierten Mehrverkehr oftmals aufgefressen werden.

Bei Fahrzeugen mit Dieselmotor (EURO I) sieht die Grafik folgendermaßen aus:

Der Graphenverlauf zwischen den Fahrzeugen mit Diesel- und Ottomotor sind in etwa gleich. Zu beachten ist jedoch, dass die Ordinatenachse beim Dieselfahrzeug anders skaliert ist. Ein Dieselfahrzeug emittiert auf den Kilometer weniger Kohlenwasserstoffe als ein vergleichbares Benzinfahrzeug. Hinzu kommt, dass flächendeckende Verkehrsberuhigungsmaßnahmen einen positiven Effekt haben und die HC-Emission bei geringen Fahrgeschwindigkeiten auf das Niveau eines Fahrzeugs, das etwa 60 km/h fährt, verringern können.

Bei Stickoxid-Emissionen ist der Effekt umgekehrt. Mit wachsender Geschwindigkeit steigen auch die NOx-Emissionen an. Das Minima befindet sich in etwa bei 50 km/h oder knapp darunter. Durch Verkehrsberuhigungsmaßnahmen lassen sich die NOx-Emissionen enorm verringern. Zu beachten ist jedoch, dass die Abszisse bei 0,1 g/km beginnt und dann in 0,5 Gramm-Schritten steigt.

Bei Fahrzeugen mit Dieselmotor verläuft der Graph ähnlich:

Beachtet werden muss jedoch die Skala der Abszisse, die erst ab 0,3 g/km beginnt und damit im Vergleich mit dem Fahrzeug mit Ottomotor um den Faktor 3 höher liegt. Bei sehr niedrigen und sehr hohen Geschwindigkeiten ist der NOx-Ausstoß am größten. Das Minimum liegt bei etwa 65 km/h. Verkehrsberuhigungsmaßnahmen können die NOx-Emissionen verringern, liegen aber dennoch im Vergleich zum Benzinmotor um ein Vielfaches höher.

Eine Wirkungsanalyse der einzelnen Maßnahmen zur Reduktion von Feinstaub, NOx, SOx und Benzol folgt in den nächsten Tagen.