Verbrennungsprozesse in Energiegewinnung und Verkehr

Verbrennungsprozesse in Energiegewinnung und Verkehr

Energiegewinnung und Verkehr führen zur Emission verschiedenster Substanzen, die bei der Verbrennung von Kohle, Gas, Öl oder verschiedener Kraftstoffe freigesetzt werden. Jeder Brennstoff führt zu einem leicht unterschiedlichen Gemisch von Chemikalien.

Der Hauptanteil der Elektrizität, die weltweit erzeugt wird, wird aus der Verbrennung von Öl, Kohle und Erdgas gewonnen. Die Verbrennung setzt nicht nur Kohlendioxid frei, sondern auch eine Menge anderer Gase, deren chemische Zusammensetzung davon abhängt, welcher Brennstoff verwandt wurde. Erdgas wird z.B. als relativ reiner Brennstoff angesehen, die Verbrennung von Diesel setzt neben Kohlendioxid (CO2) auch Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx) frei. Die größten Belastungen gehen jedoch von der Verbrennung von Kohle aus. Hierbei werden sowohl Gase wie auch Stäube in die Luft entlassen. Die Gase bestehen aus SO2, NOx, CO (Kohlenmonoxid) und CO2. In den Stäuben finden wir Schwermetalle (Blei, Zink, Cadmium). Bei der Verbrennung fossiler Energieträger wurden allein in der Europäischen Union (EU 25) im Jahr 2004 etwa 4.116.000.000 Tonnen (4,116 Mrd. t = 4,116 Pg) an CO2 in die Atmosphäre entlassen. Von allen Brennstoffen enthält die Kohle am meisten Schwefel. Sein Anteil schwankt jedoch, je nachdem um welchen Kohletyp es sich handelt. Schwefelemissionen aus der Kohleverbrennung trugen bis zur Einführung effizienter Filter erheblich zur Bildung von saurem Regen bei. In manchen Staaten tun sie dies noch heute.

Luftverschmutzung durch Energieproduktion

1. Energieproduktion und Luftverschmutzung
Oben: Kohlekraftwerk - Kühltürme (links) und Elektrizitätswerk (rechts)
Unten: Kernkraftwerk (links) und Wasserkraftwerk (rechts)
Quellen: www.freefoto.com, Climate Action Network Central And Eastern Europe

In einigen Ländern wird der Hauptanteil der Elektrizität aus anderen Quellen bezogen, was lokal und natürlich auch weltweit zur Verbesserung der Luftqualität beiträgt. In Frankreich beispielsweise stammen 65% der Elektrizität aus Kernkraftwerken, in Norwegen werden über 90% aus Wasserkraft gewonnen.

Luftverschmutzung durch Stadtverkehr

2. Stadtverkehr und Luftverschmutzung
Quelle: www.freefoto.com

Der Verkehr trägt weltweit erheblich zur Luftverschmutzung bei. In den Industrieländern übersteigt sein Anteil sogar den der Industrie. Weltweit emittieren Kraftfahrzeuge jährlich etwa 300 Millionen Tonnen an giftigen Abgasen in die Atmosphäre. Mit Benzinmotoren ausgestattete Fahrzeuge emittieren CO und NOx, Kohlenwasserstoffe, SO2 und feste Partikel. Dieselmotoren emittieren zwar weniger giftige Gase (z.B. 20 mal weniger CO und 8 mal weniger Kohlenwasserstoffe), dafür aber mehr Ruß. Verstärkt ins öffentliche Bewusstsein getragen wurde dies durch die Feinstaubverordnung der EU im Frühjahr 2005, gegen die in nahezu allen Großstädten mit viel Autoverkehr verstoßen wurde. Der zunehmende Einbau von Rußfiltern führt nun dazu, dass Dieselfahrzeuge mehr Stickstoffdioxid (NO2) emittieren.

Wachstum Bevölkerung und Verkehr Delhi

3.Wachstum im Transportbereich in Delhi / Indien
Datenquelle: Gurjar, Lelieveld und van Aardenne, 2003 / GNCTD, 2002
Bild: Elmar Uherek

In Europa und Nordamerika sind nur 10% der Stickoxide NOx natürlichen Quellen zuzuordnen. Der überwiegende Anteil (90%) stammt vorwiegend aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe bei hohen Temperaturen, z.B. in Automotoren bei 1200 - 1800°C. Aus dem Kraftverkehr wurden auch enorme Mengen an Blei in die Atmosphäre entlassen, vor allem in den Jahren 1940 - 1960, als dem Kraftstoff Blei zugesetzt wurde, um die Verbrennungseigenschaften zu verbessern. Später dann wurde bleifreies Benzin eingeführt, zunächst in den USA, dann in Europa. Nach und nach hat es das bleihaltige Benzin ersetzt.

In den 1970er Jahren produzierte ein Busmotor pro Stunde etwa 1000 m3 an Abgasen, die 3,5 g Blei enthielten (somit 3500 µg/m3). Heute darf Stadtluft (nicht Abgas) in der EU nicht mehr als 5 µg/m3 für einen 30 min Spitzenwert enthalten. Langzeitwerte liegen niedriger. Durch die heute nahezu ausschließliche Nutzung von bleifreiem Kraftstoff sind die Emissionen in den Industrieländern sehr stark gesunken. Die Folgen einer permanenten Bleibelastung unseres Körpers zeigen sich erst langfristig, da sich das Blei anreichert und u.U. erst nach Jahren Schäden anrichtet.

Verkehr in Delhi

4. Im Stadtverkehr von Delhi © Matthias Stähle

Seit dem Jahr 2000 ist in der Europäischen Union die Vermarktung von verbleitem Benzin verboten. Dieselmotoren sind ohnehin bleifrei. Die Partikel und Stäube, die der Straßenverkehr mit sich bringt, kommen allerdings nicht nur aus den Abgasen, sondern auch von der Abnutzung der Straßenbeläge und dem Abrieb von Reifen und Bremsen.
Mit der Einführung des Autokatalysators (Dreiwege-Katalysator) bekam man auch das Problem der Stickoxide besser in den Griff. Freilich entlassen auch Katalysatoren wiederum feine Schwermetallpartikel in die Luft: Platin, Palladium und Rhodium zum Beispiel. Ihre Auswirkungen auf die Umwelt sind jedoch noch nicht bekannt.

Luftbelastung in Delhi

5. Entwicklung der Luftbelastung (Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Partikel) in Dehli / Indien
Datenquelle: Gurjar, Lelieveld und van Aardenne, 2003 / GNCTD, 2002
Author: Elmar Uherek

Trotz Abgasumwandlung im Katalysator kommt es jedoch auch bei den 'traditionellen' Emissionen nicht zur Entlastung der Umwelt, da der Trend zu erhöhter Mobilität den Reduktionen im Emissionsbereich und höherer Effizienz entgegenläuft. In Mitteleuropa erfolgt bei einem schon sehr hohen Niveau noch weiteres Wachstum. Die Daten von Neu-Dehli zeigen, wie Entwicklungsländer auf ein solches hohes Niveau langsam zulaufen: Die Bevölkerung wächst, die Zahl der Autos pro Einwohner wächst und ihre Gesamtzahl wächst dramatisch. Das Beispiel Dehli zeigt auch, dass es in einer solchen Großstadt nicht die Abgase aus Energieerzeugung und Industrie sind (SO2), sondern die aus dem Straßenverkehr (NO2), die dominieren.

Mit zunehmendem Luftverkehr kommt auch den Flugzeugen als Luftverschmutzern eine größere Rolle zu. Ein Flugzeug emittiert so viel wie 7000 Autos, die gleichzeitig laufen. Im Gegensatz zu Autos erfolgt die Emission in die besonders empfindliche obere Troposphäre und untere Stratosphäre. Ersteres führt zu hohen Wolken, letzteres kann den Ozonabbau begünstigen.

Luftverschmutzung durch Luftverkehr

6. Luftverkehr und Luftverschmutzung
Quelle: www.freefoto.com

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About this page:

Authors: Pawel Jezioro, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland
Supporter: Grzegorz Wawrejko
1. Scientific reviewer: Prof. Barbara Obrebska-Starkel - Jagiellonian University - Cracow / Poland - 2003-06-20
2. Scientific reviewer: Dr. Marek Nowosad - Maria Curie-Sklodowska University - Lublin / Poland - 2003-06-16
Übersetzung 2004 und letzte Überarbeitung 2007-09-07: Elmar Uherek, Max-Planck-Institut für Chemie Mainz

Utolsó módosítás: 2019. december 23., hétfő, 18:09