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Luftschadstoffe DLR: Weniger Stickstoffdioxid durch Corona-Lockdown

| Autor: Thomas Günnel

Der Corona-Lockdown entfachte eine Diskussion über Diesel-Fahrverbote, weil die Emissionen an einzelnen Messpunkten nicht so stark sanken, wie erwartet. Forscher zeigen aber: So einfach lassen sich die Daten nicht bewerten.

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Der sogenannte „Corona-Effekt“ hat die Luftqualität erhöht – das hat jetzt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt wissenschaftlich nachgewiesen.
Der sogenannte „Corona-Effekt“ hat die Luftqualität erhöht – das hat jetzt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt wissenschaftlich nachgewiesen.
(Bild: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt)

Stickstoffdioxid, NO2, ist spätestens seit der Affäre um manipulierte Dieselmotoren der bekannteste Luftschadstoff neben Kohlendioxid. Außerdem ist das Gas ein Indikator für Luftbelastung durch industrielle Produktion und Verkehr – die in vielen deutschen Städten beschlossenen Dieselfahrverbote hängen direkt mit ihm zusammen.

Um einen Kausalzusammenhang zu erkennen, hätten sich nach dem Corona-Lockdown die NO2-Emissionen an den Messstationen deutlich verringern müssen, sagen Gegner der Fahrverbote. Weil sie das an einigen Messpunkten nicht taten, fordern erste Stimmen bereits das Ende der Fahrverbote, das Umweltbundesamt und die Deutsche Umwelthilfe halten dagegen.

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Für eine verlässliche Aussage ist aber weit mehr notwendig, als einmalige Werte an einzelnen Messstationen zu deuten. Wissenschaftler des Earth Observation Center im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben exemplarisch Messdaten aus der Lombardei, und auch von deutschen Städten, analysiert und kommen zu einem eindeutigen Ergebnis. Der Reihe nach.

Schwankungen sind normal

Die Messwerte des europäischen Satellit „Sentinel-5P“ zeigen weltweit einen starken Rückgang von Stickstoffdioxid, verglichen mit dem vergangenen Jahr. In weiten Teilen Europas sorgten dieses Jahr Polarluft und eine andauernde Westwindlage, bei der sich die Schadstoffe nicht anreichern konnten, bereits für ungewöhnlich saubere Luft.

Aber: Der sehr kurze Vergleichszeitraum lässt noch keine fundierten Rückschlüsse zu. Der europäische Satellit „MetOP-A“ liefert seit vielen Jahren täglich Daten zur weltweiten Schadstoffverteilung. Die Langzeitanalysen zeigen: Starke witterungsbedingte Schwankungen des Luftschadstoffs Stickstoffdioxid gab es immer.

Mehr als eine Datenquelle notwendig

Allerdings erfasst der Satellit die gesamte Atmosphäre. In zunehmender Höhe können Winde Luftschadstoffe verfrachten, verdünnen oder Belastungen aus entfernten Regionen hereintragen. Daher sind diese Messungen alleine kein Beweis. Auch am Boden werden durch Winde und Niederschläge Schadstoffe verlagert oder ausgewaschen. Die Messdaten von Bodenstationen sind deshalb alleine auch nicht aussagekräftig genug.

Für pauschale Bewertungen ist das atmosphärische Geschehen zu komplex.

„Erst das kombinierte Betrachten von Satellitenmessungen, In-situ-Daten, also vor Ort erfasste Daten, und Computermodellierungen ermöglicht einen wissenschaftlich stichhaltigen Nachweis des ‚Corona-Effekts‘“, beschreibt es ein Sprecher des DLR. „Für pauschale Bewertungen ist das atmosphärische Geschehen zu komplex.“

Wettereinfluss simulieren

Wie lassen sich die Wettereinflüsse berücksichtigen? Hierfür simulieren die Wissenschaftler die Schadstoffbelastung am Computer. Das verwendete Modell kann die chemischen Vorgänge in der Atmosphäre für verschiedene Luftinhaltsstoffe berechnen und berücksichtigt dabei die tatsächlich vorliegenden Wind- und Wetterbedingungen.

Die Wissenschaftler starteten ihre Berechnung mit Emissionswerten von Schadstoffen, die über mehrere Jahre gemittelt wurden und die Normalsituation abbilden. Das stellt sicher, dass das Modell unabhängig ist von den Corona-bedingten Maßnahmen. Es berücksichtigt aber von Stunde zu Stunde die realen Wetterbedingungen. Für jede der in der Lombardei betrachteten 25 Bodenstationen wurde so die normalerweise zu erwartende NO2-Konzentration berechnet.

Deutlich weniger Schadstoffe

Die norditalienische Region wurde früh von Corona heimgesucht. Ab dem 8. März 2020 hatte die italienische Regierung daraufhin in rascher Folge Quarantäne-Maßnahmen beschlossen. Satelliten- und Bodenmessungen an 25 Stationen zeigen entsprechend seit dem Lockdown eine Abweichung vom langjährigen Mittelwert. Ein erstes Indiz.

Die Wissenschaftler zogen daraufhin die in der Simulation modellierte Normalsituation von den tatsächlichen Bodenmesswerten der 25 beobachteten Messstationen ab. Das Ergebnis: Das Modell ohne Corona-Einfluss liefert trotz gleicher Wettervoraussetzung systematisch höhere Verschmutzungen. Ab dem 8. März führt der Lockdown in der Lombardei zu einer echten Reduktion der NO2-Belastung um etwa 20 µg/m³. Ein Rückgang um 45 Prozent.

Ähnliche Ergebnisse in Europa, Afrika, Süd- und Nordamerika

Ein ähnliches Bild zeigt sich in den Benelux-Ländern, Westdeutschland, dem südlichen Großbritannien und Hotspots wie die Poebene, Madrid, Paris, Mailand und Rom. Hier ging das troposphärische NO2 um mehr als 40 Prozent zurück, verglichen mit dem Vorjahr. Die Forscher betrachteten dazu den Zeitraum 16. März bis 15. April.

Was ist die Troposphäre?

Die Troposphäre ist die Schicht der Erdatmosphäre, die von der Erdoberfläche bis zur Stratosphäre reicht. Sie enthält etwa 90 Prozent der Luft und nahezu den gesamten Wasserdampf der Erdatmosphäre. Der Großteil des Wetters findet in dieser Schicht statt. Ihre Höhe beträgt zwischen sieben Kilometern an den Polen und bis zu 17 Kilometer am Äquator.

Im südafrikanischen Johannesburg zeigte sich beim Vergleich der Werte von März/April 2019 und 2020 ein Rückgang der NO2-Emissionen von über 75 Prozent, in Buenos Aires und Sao Paulo lassen sich beim Vergleich der beiden Jahre zwischen 50 und 60 Prozent weniger Stickstoffdioxide in der Troposhpäre messen, zwischen 20 und 30 Prozent weniger sind es in Santiago de Chile.

Die Situation in Nordamerika zwischen Mitte März und April 2020 ähnelt der in Europa. Hier liegt die Reduktion des troposphärischen NO2 an der Ostküste und insbesondere in der Region um New York in der Größenordnung von 30 Prozent.

Die wetterbedingten Schwankungen wurden in den genannten Orten durch die Bildung von Monatsmitteln reduziert. In dieser Berechnung wurde der Wettereinfluss nicht mittels der Kombination aus langjähriger Satellitenbeobachtung, In-situ-Messung und Modellberechnung bereinigt.

Daten für das Bundesverkehrsministerium

Die am DLR erzeugten Daten werden unter anderem in dem vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderten Projekts „S-VELD“ genutzt, um den Einfluss von Verkehrsemissionen auf die Luftqualität in Deutschland zu analysieren.

Die Analyse für die Lombardei wurde mit Daten des europäischen Satelliten „MetOp-A“ durchgeführt. Seit 2018 stehen mit dem europäischen Satelliten „Sentinel-5P“ nun auch Messungen in weit höherer Auflösung zur Verfügung. Hier fehlen aktuell noch lange Zeitreihen, so dass nur Vergleiche zwischen 2019 und 2020 möglich sind.

Um den Wettereffekt zumindest zu reduzieren, bildeten die Forscher des DLR ein globales Monatsmittel. Dafür verarbeiteten sie über zwei Monate hinweg 1,2 Billionen Einzelmessungen und prüften sie auf ihre Qualität. Auch diese Daten zeigen – wenn auch nicht wetterunabhängig – eine klare Reduktion der Emissionen im betrachteten Zeitraum.

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE