FAQ: Auswirkungen der Corona-Krise auf die Luftqualität

Grundsätzlich gilt: Eine Reduzierung von Emissionen hat immer eine Verringerung der Schadstoffe in der Luft zur Folge. Allerdings bedeutet dies nicht automatisch immer und überall eine spürbare Verringerung der Luftbelastung. Denn: Meteorologische Effekte überlagern die Auswirkungen der Emissionsminderung. Austauscharme Wetterlagen mit geringer horizontaler und vertikaler Durchmischung der Luft fördern beispielsweise die Anreichung von Luftschadstoffen. Eine erhöhte Schadstoffkonzentration ist die Folge. Kräftiger Wind hilft hingegen, die Schadstoffe schnell zu verteilen und lässt die Konzentrationen sinken. Diese Effekte führen zu typischen, kurzfristigen Schwankungen in den gemessenen Konzentrationswerten.

Die Höhe und der Verlauf der einzelnen Messwerte hängen also zum einen von den Emissionen an sich ab, zu anderen werden sie aber nicht unerheblich von den wetterabhängigen Ausbreitungsbedingungen beeinflusst. Will man die Effekte der Corona-Maßnahmen auf die Luftqualität bestimmen, müssen die Schwankungen, die durch das Wetter verursacht werden, unbedingt berücksichtigt werden.

Die positive Auswirkung der Maßnahmen der Corona-Krise wird nur ein kurzfristiger Effekt sein und so lange anhalten, wie die Reduzierung der Emissionen. Eine langfristige und dauerhafte Verbesserung der Luftqualität kann nur mit gezielter Luftreinhaltepolitik, z.B. der Umsetzung von Maßnahmen aus Luftreinhalteplänen, erreicht werden, die auf dauerhafte Veränderungen setzt.

Zudem lässt sich eine pauschale Antwort zur Auswirkung auf die Luftqualität nicht geben. Es bedarf einer differenzierten Betrachtung einzelner Schadstoffe, deren Quellen, Quelldichte und -orte. In erster Linie sind hier Stickstoffdioxid (NO₂) und Feinstaub (PM₁₀), aber saisonbedingt auch Ozon zu betrachten.

Die Hauptquellen (Emissionen) der Stickstoffdioxid-Belastung sind der Straßenverkehr und die Energieerzeugung (siehe Abbildung NO_x-Emissionen 2018). In Ballungsräumen und Städten werden die höchsten NO₂-Konzentrationen typischer Weise nahe der Hauptemissionsquelle, an viel befahrenen Straßen gemessen. Neben dem Verkehr gibt es weitere, über gesamte Stadtgebiete verteilte Quellen – wie z.B. Industrieanlagen, Kraftwerke, verarbeitendes Gewerbe, private Haushalte -, die in deutschen Stadtgebieten zu einer Grundbelastung von durchschnittlich 20 bis 30 µg/m³ (im Jahresmittel) führen. Die bundesweit strengen Maßnahmen zur Eindämmung des Corona-Virus vom 23.3.2020 bis 19.4.2020 (Lockdown) waren mit vermindertem Straßenverkehr und verringerten Industrieprozessen verbunden. Dennoch waren Busse im ÖPNV und private Pkw nach wie vor in den Städten unterwegs. Für den Lieferverkehr muss sogar von einem zeitweise erhöhten Aufkommen ausgegangen werden. Ein regelrechter „Absturz“ der NO₂-Konzentrationen in Städten konnte demnach nicht erwartet werden.

Wetterbereinigung
Eine Quantifizierung der Auswirkungen der Corona-Maßnahmen auf die NO₂-Konzentrationen auf Bundesebene lässt sich nicht unmittelbar aus den Messdaten ableiten. Neben den Emissionen haben die meteorologischen Bedingungen einen hohen Einfluss auf die Konzentration der Schadstoffe an einem konkreten Ort. Daher müssten für eine derartige Quantifizierung die NO₂-Messdaten zunächst noch „wetterbereinigt“ werden, d.h. die meteorologischen Effekte müssten herausgerechnet werden.

Trendbereinigung
Eine naheliegende Methode, um in Datenanalysen den Einfluss des Wetters auf die Konzentrationswerte zu minimieren, ist es, die Konzentrationswerte vor und während des Lockdowns zu vergleichen, die an Tagen mit ähnlichen meteorologischen Bedingungen gemessen wurden. Bei der Suche nach ähnlichen Wetterlagen/Parametern (z.B. gleicher Zeitraum im Vorjahr) muss allerdings zusätzlich berücksichtigt werden, dass die mittleren verkehrsnahen NO₂-Konzentrationen einen deutlichen - in den letzten drei Jahren besonders stark ausgeprägten – Rückgang zeigen. Dieser ist auf emissionsmindernde Maßnahmen wie zum Beispiel Tempolimits, Fahrverbote, den Einsatz schadstoffärmerer Busse oder Softwareupdates und die Erneuerung der Fahrzeugflotte zurückzuführen. Ohne Berücksichtigung dieses emissionsbedingten Trends (Rückgang) würde der errechnete „Corona-Effekt“ zu hoch ausfallen.

Neben der Wetterbereinigung muss also auch der durch die Emissionsänderungen bedingte Trend aus den Datenreihen eliminiert werden. Erst dann kann eine belastbare Analyse des Lockdown-Zeitraums in 2020 mit Vergleichszeiträumen erfolgen. Eine detaillierte Quantifizierung wird daher erst im Januar 2021 möglich sein.

Erste Untersuchungen in einigen Bundesländern zeigen jedoch bereits folgende Ergebnisse: Im Zeitraum des Lockdowns ging der Straßenverkehr in den Städten um 30 bis 50 Prozent zurück. Die an verkehrsnahen Messstationen gemessenen NO₂-Konzentrationen sanken im gleichen Zeitraum um 15 bis 40 Prozent. Mancherorts wurden die niedrigsten NO₂-Konzentrationen (im Monatsmittel) seit Messbeginn festgestellt. Eine Analyse des Deutschen Wetterdienstes (DWD), bei der die Parameter Windgeschwindigkeit, Temperatur, Ozon und Trend berücksichtigt wurden, ermittelt einen Lockdown-bedingten NO2-Rückgang von 23 ±6 Prozent. In Abhängigkeit des jeweiligen Verkehrsrückgangs und der meteorologischen Randbedingungen fielen die Auswirkungen des Lockdowns auf die NO₂-Konzentrationen regional und lokal sehr unterschiedlich aus. Das zeigen auch erste Analysen des UBA (siehe Abbildungen Tagesgänge) unter Verwendung der automatisch messenden NO₂-Messstationen im gesamten Bundesgebiet. Im Tagesverlauf lagen die NO₂-Konzentrationen an verkehrsnahen Messstationen im Zeitraum des Lockdowns in allen Bundesländern - zwar mit regionalen Unterschieden – im Durchschnitt unter denen des Vergleichszeitraumes vor dem Lockdown (1.1.2020 bis 22.3.2020).

NOx-Emissionen 2018

Quelle: Umweltbundesamt

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NO2-Emissionen innerorts

Quelle: Umweltbundesamt

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NOx-Emissionen Diesel-Pkw

Quelle: Umweltbundesamt

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NO2-Tagesgänge Norddeutschland

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NO2-Tagesgänge Ostdeutschland

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NO2-Tagesgänge Süddeutschland

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NO2-Tagesgänge Westdeutschland

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Die hohe Zahl und Dichte von Quellen (Emittenten) – vor allem Hausfeuerungsanlagen, Gewerbebetriebe, industrielle Anlagen und der Straßenverkehr – führen in Ballungsräumen und Städten zu einer erhöhten Feinstaubkonzentration Dabei liefern die Emissionen des Straßenverkehrs - überwiegend aus dem Abrieb von Reifen, Bremsen und dem Straßenbelag - den größten lokalen Beitrag in Städten. Der Straßenverkehr hat jedoch im Vergleich zu den Stickstoffoxiden bei Feinstaub einen wesentlich geringeren Anteil an den Gesamtemissionen in Deutschland (siehe Abbildung PM₁₀-Emissionen 2018). Insbesondere im Frühjahr kommt mit der Landwirtschaft eine weitere bedeutende Feinstaubquelle hinzu: Bei der Düngung der Felder wird aus gasförmigen Vorläuferstoffen Feinstaub gebildet, der mit dem Wind auch in die Städte transportiert wird. Zudem kann Feinstaub auch natürlichen Ursprungs sein - beispielsweise Saharastaub oder als Folge von Bodenerosion, Wald- und Buschfeuern - und kann über weite Entfernungen nach Deutschland herantransportiert werden.

Kurzfristige Verringerungen nur einzelner Feinstaub-Quellen in Städten können daher keine durchschlagende Konzentrationsverringerung erwarten lassen. Der Beitrag anderer Feinstaubquellen kann sogar soweit an Bedeutung gewinnen, dass trotz verringerten Verkehrsaufkommens erhöhte Feinstaubkonzentrationen auftreten. Genau mit dem Beginn des Corona-Lockdowns war dies in vielen Regionen Deutschlands der Fall. Das sehr trockene Hochdruckwetter in diesem Zeitraum verschärfte die Situation zudem. Auswertungen der Bundesländer zeigen denn auch keine oder nur geringfügige positive Auswirkungen des Lockdowns auf die Feinstaubkonzentrationen, was bestätigt, dass der Straßenverkehr mittlerweile nicht mehr der Hauptverursacher ist. Die Konzentrationen anderer Luftschadstoffe wie z.B. NO₂, Ruß oder Ultrafeine Partikel werden dagegen nach wie vor von Emissionen aus dem Verkehr dominiert und sind daher geeigneter, die Auswirkung verkehrsbedingter Emissionsänderungen auf die Luftqualität aufzuzeigen.

PM10-Emissionen 2018

Quelle: Umweltbundesamt

Bodennahes Ozon wird nicht direkt freigesetzt, sondern bei intensiver Sonneneinstrahlung durch komplexe photochemische Prozesse aus Vorläuferstoffen − überwiegend Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen − gebildet. Aufgrund der unterschiedlichen Zusammenhänge mit anderen Schadstoffen wie z.B. den Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen als auch der Abhängigkeit von UV-Strahlung und Ausbreitungsbedingungen lässt sich die Auswirkung der Corona-Krise auf die Ozonbelastung nicht einschätzen.

Frühlingshafte Temperaturen im Zeitraum des Lockdowns führten erwartungsgemäß zu erhöhten Ozonwerten.

Aktuell verhängte Fahrverbote und Einfahrbeschränkungen gehen auf die anhaltende Überschreitung des Stickstoffdioxid-Grenzwertes – 40 µg/m³ im Jahresmittel – zurück. Dieser zum Schutz der Gesundheit festgelegte Grenzwert hätte bereits seit 2010 eingehalten werden müssen. In Deutschland gibt es keine Fahrverbote zur Verringerung der Feinstaubbelastung.

Die durch die Corona-Maßnahmen bedingte Emissionsminderung durch 30 bis 50 Prozent weniger Straßenverkehr in den Städten war nur ein kurzfristiger Effekt von rund vier Wochen. Auf das Gesamtjahr bezogen ist deshalb auch nur eine anteilige Auswirkung auf die NO₂-Konzentrationen zu erwarten. Es ist zudem davon auszugehen, dass der Straßenverkehr wieder auf das übliche Maß ansteigt. Da sich der NO2-Grenzwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit auf das Kalenderjahr bezieht, besteht daher kein Anlass, Fahrverbote oder Einfahrbeschränkungen aufzuheben.

Aktuelle Satellitendaten des Sentinel 5-P zeigen eine deutliche Abnahme der Schadstoffbelastung mit Stickstoffdioxid für China und Italien. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass diese Daten eine Momentaufnahme der Schadstoffe in der gesamten Luftsäule zeigen. Ein Rückschluss auf die gesundheitsrelevante Luftschadstoffbelastung am Boden ist nicht direkt möglich.

Bisher liegen – auch entgegen anderslautenden Behauptungen – keine Hinweise für eine Verringerung des Methans in der Atmosphäre vor. Satelliten können Methan bisher nicht hinreichend gut erfassen, um entsprechende Rückschlüsse ziehen zu können. Zudem ist Methan ein sehr langlebiges Gas. Selbst wenn die Emissionen aufgrund verringerter Aktivitäten bspw. bei der Erdölförderung während der weltweiten Corona-Krise zurückgingen, würde sich das daher nicht sofort in den Konzentrationen widerspiegeln, denn das „alte“ Methan verbleibt zunächst in der Atmosphäre.

Die Landwirtschaft verursacht rund 60 Prozent der Methan-Emissionen in Deutschland, Industrieprozesse und der Verkehr tragen weniger als fünf Prozent bei. Auch aus diesem Grund war keine wesentliche Abnahme der Methankonzentration zu erwarten, da die Landwirtschaft wie gewohnt weiterbetrieben wurde.