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INTEGRIERTE STRATEGIE ZUR MINDERUNG VON

STICKSTOFFEMISSIONEN

I H I N T E R G R U N D I

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KONTAKT Fachgebiet II 4.3 Wirkungen von Luftverunreinigungen auf terrestrische Ökosysteme

Stand: April 2009

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INTEGRIERTE STRATEGIE ZUR MINDERUNG VONSTICKSTOFFEMISSIONEN

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Inhalt 25.06.09 neu.qxd 25.06.2009 15:11 Seite 1

Zuviel Stickstoff schadet der Umwelt

Die durch den Menschen verursachten und massiv veränderten Flüssereaktiver Stickstoffverbindungen1 sind ein Querschnittsproblem des Umwelt-schutzes. Die Intensivierung des Stickstoffkreislaufes ermöglicht zwar eineeiweißreiche Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung, entfaltet abererhebliche nachteilige Wirkungen auf die Umwelt und die menschlicheGesundheit.

Emissionen aus Landwirtschaft, Verkehr und Industrie sind in Mitteleuropa dieUrsache für eine stark erhöhte Stickstoffverfügbarkeit in terrestrischen undaquatischen (hier vor allem marinen) Ökosystemen. Dies stört die natürlichenStoffkreisläufe und Ökosystembeziehungen erheblich und weiträumig; Eutro-phierung und Versauerung sind die Folge. Beide Wirkungen gehören zu denstärksten Treibern des Verlustes an Biodiversität.

Erhöhte Lachgasemissionen als Ergebnis erhöhter Stickstoffverfügbarkeit in Öko-systemen und Nebenprodukt industrieller Prozesse tragen zunehmend zum Kli-mawandel bei.

Auch die menschliche Gesundheit ist von reaktiven Stickstoffverbindungenbedroht: Stickstoffoxide verschmutzen die Atemluft, und gasförmige Stickstoff-verbindungen sind wesentliche Vorläuferstoffe des bodennahen Ozons undsekundärer Feinstäube. Erhöhte Stickstoffemissionen in Gewässer als Folge land-wirtschaftlicher Aktivitäten und des Abwassermanagements führen letztlich zuerhöhten und für die Gesundheit schädlichen Nitratkonzentrationen im Trink-wasser.

Diese und die im Folgenden ausgeführten Zusammenhänge sind in einemHintergrundpapier des UBA ausführlich dargelegt: http://www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-l/3982.pdf

Konsequenzen für bestehende Umweltqualitäts- und -handlungsziele

Trotz langjähriger Anstrengungen, die Stickstoffeinträge in die Umwelt zureduzieren, wurden die meisten stickstoffbezogenen Umweltqualitäts- und -handlungsziele bisher nicht erreicht:

Wegen der anhaltenden Eutrophierung terrestrischer, mariner und limni-scher Ökosysteme als Folge der Stickstoffeinträge schreitet der Verlust vonBiodiversität unvermindert fort.

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1 alle Stickstoffverbindungen außer elementarem Stickstoff (N2)


Geltende Richt- und Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheitvor einer Gefährdung durch Nitrat im Trinkwasser sowie durch NO2, Fein-staub und Ozon in der Außenluft werden überschritten.

Deutschland wird die im Multikomponentenprotokoll (UNECE-Luftreinhalte-konvention) und der NEC-Richtlinie (EU) festgelegten Emissionsminderungs-ziele für NOx und Ammoniak voraussichtlich nicht ohne weitere Maßnah-men erreichen.

Eine Stabilisierung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre, umeine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems zu verhindern,erfordert eine deutliche Minderung der Freisetzung von Lachgas (N2O).

Es bedarf eines integrierten Ansatzes zur Stickstoffemissionsminderung

Die Wirkungen des reaktiven Stickstoffs treten auf unterschiedlichenRaum- und Zeitskalen auf. So bewirken lokal hohe Ammoniakkonzentrationenkleinräumig akute Schäden an Pflanzen, während erhöhte N2O-Konzentrationenglobal und über 100 Jahre lang auf das Klima wirken. Daher sind Beiträge zurProblemlösung sowohl auf globaler und kontinentaler als auch auf nationalerund lokaler Ebene – notwendig.

Die anthropogenen Emissionen erfolgen überwiegend aus der Landwirtschaftund in zweiter Linie aus Verbrennungsprozessen (Verkehr, Energie, Industrie).Die Emissionen in die Luft übersteigen dabei die ins Wasser.

Reaktive Stickstoffverbindungen sind sehr mobil. Über die so genannte Stic-kstoff-Kaskade können reaktive Stickstoffverbindungen nacheinander an ver-schiedenen Orten und nach chemischen Reaktionen verschiedene Wirkungenentfalten. Einzel-Regelungen für einen Emittententyp, für ein Umweltmediumoder zur Minderung nur einer Wirkung können daher wenig effektiv sein, fallssie mögliche Synergie-Effekte nicht nutzen oder sogar eine Verlagerung vonProblemen in andere Umweltmedien verursachen („Pollution Swapping“).Umweltpolitische Ziele und Maßnahmen sind somit sowohl räumlich als auchüber die Stickstoff-Kaskade eng miteinander verknüpft.

Ein wirkungs- und kostenoptimiertes Vorgehen erfordert daher eine integrierteMaßnahmenbewertung, die die Stickstoffflüsse zwischen den Medien berück-sichtigt.

Versuch einer Quantifizierung des Stickstoffkreislaufs

Die Bilanzierung der Emissionsquellen und Flüsse reaktiver Stickstoffver-bindungen ist Grundlage der Entwicklung, Bewertung und Auswahl für Maß-nahmen und Instrumente im Hinblick auf Emissionsminderungspotentiale und

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mögliche Nebeneffekte in anderen Umweltmedien. Die Quantifizierung desImports und Exports reaktiver Stickstoffverbindungen erlaubt eine Schätzungihrer Akkumulation und des damit einhergehenden Schadpotentials in Deutsch-land. Die folgenden Daten beziehen sich auf die Jahre 2000 2004 und basierenauf diversen, öffentlich verfügbaren Datensätzen (vgl. nachstehende Abbildungsowie Hintergrundpapier Kapitel 2 und Anhang 1).

Der Eintrag reaktiver Stickstoffverbindungen (rote Pfeile) in den Stickstoffkreis-lauf Deutschlands beträgt jährlich etwa 3200 kT Stickstoff. Wichtigste Flüssesind der Absatz mineralischer Düngemittel in Deutschland (1808 kT N/a), derImport von Futtermitteln (372 kT N/a), die biologische Stickstofffixierung inder Landwirtschaft und in terrestrischen Ökosystemen (300 kT N/a), der grenz-überschreitende Import atmosphärischer Stickstoffverbindungen (260 kT N/a)und Emissionen reaktiven Stickstoffs aus Verbrennungsprozessen in stationärenund mobilen Quellen (514 kT N/a).

Die Entfernung reaktiven Stickstoffs (grüne Pfeile) aus dem Kreislauf in Deutsch-land ist bisher weniger genau quantifizierbar. Vor allem die Umwandlung reak-tiven Stickstoffs in elementaren, unschädlichen Luftstickstoff (N2) in terrestri-schen und aquatischen Ökosystemen ist schwierig bestimmbar. Bisher quantifi-ziert sind etwa 2000 kT N/a: Grenzüberschreitender atmosphärischer Transport

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Bilanz der wichtigsten Stickstoff-Flüsse in Deutschland in kT Rein-N pro Jahr


entfernt jährlich fast 700 kT N reaktive Stickstoffverbindungen; Fließgewässer-systeme entlassen nach Denitrifikation etwa 230 kT N als elementares N2 andie Atmosphäre und exportieren etwa 450 kT gelöste Stickstoffverbindungenpro Jahr in angrenzende Meeres- und Küstenökosysteme. Zusätzlich entfernendie Abwasserbehandlung und mikrobiologische Prozesse in landwirtschaft-lichen Systemen jeweils geschätzte 300 kT N/a als elementares N2.

Verschiedene Bilanzgrößen sind mit Unsicherheiten behaftet. Dies gilt sowohlfür Speichergrößen als auch für wichtige Flussgrößen, z. B. die Differenz zwi-schen Überschüssen in der Landwirtschaft und den in Emissionsinventarenberechneten Stickstoffausträgen.

Trotz dieser Unsicherheiten ist von einer erheblichen Akkumulation reaktiverStickstoffverbindungen in Deutschland auszugehen. Ein Gesamt-Import nachDeutschland von ca. 3200 kT/a und ein Export von ca. 2000 kT/a bedeuteneinen Verbleib von ca. 40 % aller eingetragenen reaktiven Stickstoffverbindun-gen in den Ökosystemen und damit ein Jahr für Jahr wachsendes Risiko, dassnegative Wirkungen auf die Umwelt entstehen. Der wesentliche Teil der Akku-mulation findet in terrestrischen Ökosystemen statt.

Der landwirtschaftliche Sektor ist mit mehr als 50 % oder ca. 1060 kT/a Haupt-verursacher reaktiver Stickstoffemissionen in alle Umweltmedien. Emissionenaus dem Verkehr, aus Industrie und Energiegewinnung sowie in Abwässern undnicht landwirtschaftlichen Oberflächenabläufen tragen mit jeweils knapp 15 %bei.

Emissionsminderungspotentiale und Handlungsempfehlungen

Eine integrierte Betrachtung der Maßnahmen und Instrumente zur Stick-stoffminderung muss sowohl das Emissionsminderungspotential als auch dieKostenwirksamkeit sowie potentielle Synergien und Verlagerungseffekte als Kri-terien heranziehen. Ein solcher Ansatz zeigt im ersten Schritt folgendes (vgl.Hintergrundpapier Kapitel 3 und Anhang 2):

Das größte Emissionsminderungspotential liegt in der Landwirtschaft. Vorallem optionale Instrumente oder bisher noch freiwillige Maßnahmen indiesem Sektor fallen durch ein hohes Reduktionspotential und eine hoheKosteneffizienz auf. Zu nennen sind hier Management-, Beratungs- oderAnpassungsmaßnahmen und -instrumente zur Verbesserung der Düngeeffi-zienz sowie ökonomische Steuerungsinstrumente, wie eine Abgabe auf Stik-kstoff-Überschüsse. Über das tatsächliche Emissionsminderungspotential lässtsich noch keine Aussage treffen, da es vom künftigen Umsetzungsgrad sol-cher Emissionsminderungsmaßnahmen abhängt.

Demgegenüber stellen rechtlich verbindliche Regelungen – bei einem wir-kungsvollem Vollzug eine quantifizierbare Verringerung der Stickstoffeinträ-

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ge sicher. Bestehende Regelungen könnten um eine Flächenbindung in derTierhaltung ergänzt werden.

Daneben birgt die Konkretisierung und Verschärfung einiger Regelungenein kosteneffizientes Emissionsminderungspotential. Dies betrifft insbesonde-re die heute mögliche Auflage im Genehmigungsverfahren, abgedeckte Gül-lebehälter zu verwenden, die Forderung des Nachweises einer angepasstenstickstoffreduzierten Fütterung sowie eine Verschärfung der Düngeverord-nung, z. B. hinsichtlich der Anrechnung pflanzlicher Anteile in Gärrük-kständen auf die maximale Ausbringungsmenge für organischen Stickstoffmit Wirtschaftsdüngern.

Maßnahmen und Instrumente im Bereich der Landwirtschaft zeigen zudemdie größten Synergieeffekte: Die Steigerung der Stickstoffeffizienz (Düngungund Fütterung) führt zu einem reduzierten Eintrag reaktiver Stickstoffverbin-dungen in den N-Kreislauf. Viele Maßnahmen der Nitratrichtlinie sind alsbesonders effektiv zu werten, da sie zusätzlich NH3 und N2O Emissionenreduzieren und dadurch auch im Sinne der Luftreinhaltung und derKlimaschutzziele wirken.

Weitere nennenswerte Synergieeffekte weisen Instrumente auf, die eine Ein-sparung und bessere Nutzung der Energie bewirken, um Ziele des Klima-schutzes zu erreichen. Sie lassen grundsätzlich zusätzliche und deutlich posi-tive Effekte, wie eine Reduktion von NOx-Emissionen im Bereich der Energie-umwandlung, erwarten.

Im Verkehrsbereich sind die meisten Maßnahmen, die sowohl ein hohesEmissionsminderungspotential als auch eine hohe Kosteneffizienz aufweisen,bereits verbindlich eingeführt. Als neue Regelung ist die bevorstehende Ver-abschiedung der EURO VI Emissionswerte für schwere Nutzfahrzeuge zunennen. Die Marktdurchdringung der Flotte mit EURO VI Nutzfahrzeugenließe sich mit steuerlichen Anreizen und einer Ausweitung der Maut aufLKW zwischen 3,5 und 12 Tonnen beschleunigen.

Auch in den Sektoren Industrie, Energieumwandlung, Abwasser- und Abfall-behandlung sind viele kosteneffiziente Minderungspotentiale ausgeschöpft.Eine Ausnahme bilden etwa die kleinen Feuerungsanlagen, deren NOx-Emis-sionen sich im Rahmen der Novellierung der 1.BImSchV reduzieren lassen.

Der Eintrag reaktiven Stickstoffs in die Umwelt hängt stark vom Konsumver-halten ab. Daher kann sich ein verändertes Konsumentenverhalten, z. B.verminderter Konsum von tierischem Eiweiß oder die Einhaltung vonGeschwindigkeitsbeschränkungen auf Bundesautobahnen, reduzierend aufEmissionen reaktiven Stickstoffs auswirken. Eine hierauf zielende Kommuni-kationsstrategie ist daher als wirksame Maßnahme anzusehen.


Entwicklungs- und Forschungsbedarf, internationale Zusammenarbeit

Der Wissensstand vor allem zu Wirkungen, Stickstoffflüssen, Technik,Kosten sowie zu Prognosen und Szenarien ist kontinuierlich zu verbessern.Erforderlich sind:

genauere Analyse der Wirkungen erhöhter Stickstoffemissionen auf dieUmwelt und die menschliche Gesundheit sowie der Wechselwirkungen mitKlimaänderungen;

Schließen der relevanten Erkenntnislücken über den Stickstoffkreislauf inDeutschland, insbesondere Quantifizierung und Bewertung globaler Han-delsströme im Hinblick auf Stickstoffwirkungen;

verbesserte Quantifizierung der Nebenwirkungen und Synergieeffekte aufandere Umweltmedien oder Regelungsregime;

Prognosen der Entwicklung der Stickstoffflüsse und –wirkungen;

Quantifizierung der Kosteneffekte soweit methodisch möglich, insbesondereder synergetisch und antagonistisch („Pollution Swapping“) wirkenden Maß-nahmen und Instrumente;

fortlaufende Quantifizierung des Erreichungsgrades der Umweltqualitäts-und Umwelthandlungsziele in verschiedenen Umweltbereichen;

Beteiligung an und Austausch mit internationalen Aktivitäten, z. B.

internationale Zusammenarbeit im Rahmen der globalen InternationalNitrogen Initiative (INI) und europäischer Foren; Mitarbeit am EuropeanNitrogen Assessment,

inationale Koordinationsstelle für umweltpolitische Gremien (Task Forceon Reactive Nitrogen der UNECE-Luftreinhaltekonvention) und EU-geför-derte Projekte und Aktivitäten (COST729, ESF Nitrogen in Europe) zumThema.

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