Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid entstehen überwiegend durch Verbrennungsprozesse bei der Energieerzeugung und im Kfz-Verkehr. Sie entstehen bei höheren Verbrennungstemperaturen durch Oxidation des Luftstickstoffs. Aus dem emittierten Stickstoffmonoxid wird durch Oxidation in der Atmosphäre Stickstoffdioxid.

Stickstoffdioxid ist ein Reizgas mit geringer Wasserlöslichkeit, das nach Inhalation zu Funktionsstörungen und entzündlichen Prozessen im Atemtrakt des Menschen führen kann. Die gesundheitsschädlichen Wirkungen von Stickstoffdioxid auf das Atmungssystem und das Herz-Kreislaufsystem sind durch zahlreiche Studien hinreichend belegt. Das gilt sowohl für Kurz- als auch für Langzeitwirkungen.

Gesundheitliche Effekte von Stickstoffdioxid sind zum Teil schwer von den Wirkungen anderer Schadstoffe abzugrenzen. Dennoch konnten Untersuchungen einen alleinigen Effekt des Stickstoffdioxids auf die menschliche Gesundheit belegen. Stickstoffdioxid ist ein sehr guter Indikator zur Beurteilung der gesundheitlichen Wirkungen von Schadstoffen, die aus dem Straßenverkehr stammen.

 Stickstoffdioxid ist eine wesentliche Komponente bei der atmosphärischen Bildung von bodennahem Ozon und Feinstaub, welche als gesundheitsschädliche Luftschadstoffe eingestuft sind.

EU-Grenzwerte Stickstoffdioxid:

EU-Grenzwert	Rechtsvorschrift (national/EU)
Jahresmittel: 40 µg/m³   zulässige jährliche Anzahl der Stunden mit Stundenmittelwerten > 200 µg/m³: 18	39. BImSchV/ 2008/50/EG

 

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat auf Basis gesundheitlicher Studien im Jahr 2021 neue Luftqualitätsrichtwerte abgeleitet. Diese Luftqualitätsrichtwerte sind eine Empfehlung, keine Grenzwerte. In Bezug auf Stickstoffdioxid empfiehlt die WHO einen Jahresmittelwert von 10 µg/m³, einen Tagesmittelwert von 25 µg/m³ und einen Ein-Stunden-Maximalwert von 200 µg/m³. Die Europäische Kommission überarbeitet derzeit die EU-Luftqualitätsrichtlinie, u.a. mit dem Ziel, die EU-Grenzwerte stärker an die WHO-Empfehlungen anzugleichen.

Der Begriff "Staub" bezeichnet sämtliche in der Luft verteilten Feststoffe. Staubpartikel unterscheiden sich durch Größe, Form und durch ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften. Grobe Staub-Partikel stammen vorwiegend aus biologischen und mechanischen Prozessen. Kleine Staubpartikel werden insbesondere bei Verbrennungsprozessen erzeugt. Sie sind in den Rauch- und Abgasfahnen von Industrie, Verkehr und privaten Heizungsanlagen enthalten. Je nach Größe der Staubpartikel unterscheidet man zwischen Feinstaub und Staubniederschlag. Der Begriff "Staubniederschlag" beschreibt die aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts relativ schnell Richtung Boden sinkenden Staubpartikel, die in der Luft nur wenige hundert Meter transportiert werden. Größtenteils wird der Staubniederschlag wegen seiner Partikelgröße (größer als etwa 30-50 µm) nicht eingeatmet und kann deshalb auch keine Erkrankungen der Atemwege verursachen. Allerdings können die im Staubniederschlag enthaltenen Schadstoffe auf indirektem Wege wirken – zum Beispiel durch den Verzehr von Nahrungspflanzen, auf denen sich der Staub abgelagert hat.

Partikelförmige Luftverunreinigungen in der Größe von maximal 10 µm werden als Feinstaub (PM₁₀) bezeichnet. PM steht für den englischen Begriff "Particulate Matter" (partikelförmige Luftverunreinigung). Feinstaub-Partikel dringen beim Einatmen über den Kehlkopf in die Atemwege und besonders feine Partikel (Partikel bis zu 2,5 µm: PM_2,5) bis in die Hauptbronchien ein. Die kleinsten Partikel (ultrafeine Partikel kleiner als 100 nm) schaffen es sogar bis in die Lungenbläschen. Mechanische Reizungen können die Folge sein. Die gesundheitlichen Wirkungen von Partikeln hängen wesentlich von verschiedenen physikalischen und chemischen Parametern der Partikel ab. Wichtige Einflussfaktoren sind in diesem Zusammenhang z.B. Größe, Masse, Anzahlkonzentration, Oberfläche, Struktur sowie chemische Zusammensetzung. In epidemiologischen Untersuchungen wird ein Zusammenhang zwischen Feinstaubexposition und Atemwegs- bzw. Herz-Kreislauf-Erkrankungen nachgewiesen. Diese Gesundheitsprobleme können schon bei sehr niedrigen Feinstaubkonzentrationen auftreten.

EU-Beurteilungswerte:

Komponente	EU-Grenzwerte	Rechtsvorschrift (national/EU)
Feinstaub PM10	Jahresmittel: 40 µg/m³ zulässige jährliche Anzahl der Tage mit Tagesmittelwerten > 50 µg/m³: 35	39. BImSchV/ 2008/50/EG
Feinstaub PM2,5	Jahresmittel: 25 µg/m³

 

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat auf Basis gesundheitlicher Studien im Jahr 2021 neue Luftqualitätsrichtwerte abgeleitet. Diese Luftqualitätsrichtwerte sind eine Empfehlung, keine Grenzwerte. In Bezug auf PM₁₀ empfiehlt die WHO einen Jahresmittelwert von 15 µg/m³ und einen Tagesmittelwert von 45 µg/m³. In Bezug auf PM_2,5 empfiehlt die WHO einen Jahresmittelwert von 5 µg/m³ und einen Tagesmittelwert von 15 µg/m³. Die Europäische Kommission überarbeitet derzeit die EU-Luftqualitätsrichtlinie, u.a. mit dem Ziel, die EU-Grenzwerte stärker an die WHO-Empfehlungen anzugleichen. 

Stäube, insbesondere Feinstäube, können nicht nur aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften die menschliche Gesundheit beeinträchtigen. Sie können auch gefährlich sein wegen gesundheitsschädlicher Metalle und Metallverbindungen, aus denen sie bestehen oder die ihnen anhaften. So tritt Blei in der Außenluft an Partikel gebunden auf. Bleihaltige Partikel kommen z. B. aus der Metallherstellung, der Metallverarbeitung und aus Kohlefeuerungen. Die gesundheitlichen Wirkungen von Blei sind bei Kindern stärker ausgeprägt als bei Erwachsenen. In erster Linie sind schädliche Wirkungen auf das Nervensystem, die Nieren und das Wachstum zu nennen. Erwachsene können auf Bleibelastung mit höherem Blutdruck reagieren.

EU-Grenzwert Blei:

EU-Grenzwert	Rechtsvorschrift (national/EU)
Jahresmittel: 0,5 µg/m³	39. BImSchV/ 2008/50/EG

 

Cadmium gelangt bei der Metallverhüttung, der Verbrennung fossiler Brennstoffe und aus technischen Verfahren (z. B. PVC-Stabilisatoren, Farbpigmente, Korrosionsschutz) in die Luft. Cadmium reichert sich in Leber und Niere an. Eine langfristige Exposition gegenüber Cadmium kann zu Nierenfunktionsstörungen und zu Störungen des Gefäßsystems (wie Blutdruckerhöhung) führen. Inhalierte Kadmiumverbindungen können Lungenkrebs auslösen.

EU-Zielwert Kadmium:

EU-Zielwert	Rechtsvorschrift (national/EU)
Jahresmittel: 5 ng/m³	39. BImSchV/ 2008/50/EG

 

Nickel wird bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (insbesondere Erdöl), bei Müllverbrennung und Metallverhüttung freigesetzt. Es dient als Legierungsmetall, Münzmetall und zur Oberflächenveredelung. Nickelverbindungen können toxisches, erbgutveränderndes und krebsauslösendes Potential haben und Allergien hervorrufen.

EU-Zielwert Nickel:

EU-Zielwert	Rechtsvorschrift (national/EU)
Jahresmittel: 20 ng/m³	39. BImSchV/ 2008/50/EG

 

Arsen gelangt bei Metallverhüttung und Verbrennung fossiler Brennstoffe an die Luft. Technisch wird es (samt seiner Verbindungen) in der Glasindustrie, bei der Zinkverhüttung und in Holzschutzmitteln eingesetzt. Arsen und Arsenverbindungen gelten als giftig für das Nerven- und das Immunsystem des Menschen. Das lungenkrebserzeugende Potential ist ebenso nachgewiesen wie die Schädigung von Embryonen.

EU-Zielwert Arsen:

EU-Zielwert	Rechtsvorschrift (national/EU)
Jahresmittel: 6 ng/m³	39. BImSchV/ 2008/50/EG

Schwefeldioxid entsteht vorwiegend bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Industrie, Haushalten und Kfz-Verkehr sowie bei der Eisen- und Stahlerzeugung, Zellstoffherstellung, Schwefelsäure- und Düngemittelproduktion. Schwefeldioxid ist ein Reizgas. Die individuelle Empfindlichkeit der Atemwege gegenüber der Einwirkung durch SO₂ ist unterschiedlich; Asthmatiker sind hier als empfindlichste Gruppe zu nennen. Die Wirkung von Schwefeldioxid verstärkt sich mit zunehmender Feinstaubbelastung.

EU-Grenzwerte Schwefeldioxid:

EU-Grenzwerte	Rechtsvorschrift (national/EU)
Tagesmittel: 125 µg/m³ zulässige jährliche Anzahl der Überschreitungen: 3   Stundenmittel: 350 µg/m³ zulässige jährliche Anzahl der Überschreitungen: 24	39. BImSchV/ 2008/50/EG

 

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat auf Basis gesundheitlicher Studien im Jahr 2021 neue Luftqualitätsrichtwerte abgeleitet. Diese Luftqualitätsrichtwerte sind eine Empfehlung, keine Grenzwerte. In Bezug auf SO₂ empfiehlt die WHO einen Tagesmittelwert von 40 µg/m³. Die Europäische Kommission überarbeitet derzeit die EU-Luftqualitätsrichtlinie, u.a. mit dem Ziel, die EU-Grenzwerte stärker an die WHO-Empfehlungen anzugleichen. 

Ozon wird nicht, wie andere Luftschadstoffe, direkt emittiert, sondern bildet sich in der Luft aus sog. Vorläuferstoffen unter Einwirkung intensiver Sonneneinstrahlung. Zu den wesentlichen Komponenten gehören Stickstoffoxide (NO_x) und leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC), z. B. Lösungsmittel. Da speziell die Abgase des Kfz-Verkehrs sowohl NO_x (Summe aus NO und NO₂) als auch VOC enthalten, spielen sie bei der Ozonbildung eine relevante Rolle. Aufgrund der komplexen luftchemischen Prozesse werden besonders hohe Ozonwerte meistens nicht in den Innenstädten mit hohem Verkehrsaufkommen, sondern eher in den Randgebieten gemessen: in den Abluftfahnen der Ballungsgebiete oder in ländlichen Regionen bzw. Waldgebieten. An heißen Tagen mit hoher Sonneneinstrahlung werden beim sogenannten "Sommersmog" hohe Ozon-Konzentrationen erreicht, die zur Reizung der Atemwege, zu Husten, Kopfschmerz und Atembeschwerden, zur Verschlechterung der Lungenfunktion und zu Tränenreiz führen können. Aufgrund der geringen Wasserlöslichkeit wird nur wenig Ozon durch die Bronchialschleimhaut aufgenommen, so dass Ozon verstärkt in die Lunge strömt und dort Funktionsstörungen verursachen und durch starke Oxidationswirkung das Lungengewebe angreifen kann.

EU-Beurteilungswerte Ozon:

EU-Beurteilungswerte	Rechtsvorschrift (national/EU)
Zielwert 8-Stunden-MittelTagesmittel: 120 µg/m³ zulässige jährliche Anzahl der Überschreitungen: 25   Informationsschwellenwert 1-Stunden-Mittel: 180 µg/m³   Alarmschwellenwert 1-Stunden-Mittel: 240 µg/m³	39. BImSchV/ 2008/50/EG

 

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat auf Basis gesundheitlicher Studien im Jahr 2021 neue Luftqualitätsrichtwerte abgeleitet. Diese Luftqualitätsrichtwerte sind eine Empfehlung, keine Grenzwerte. In Bezug auf Ozon empfiehlt die WHO ein 8-Stunden-MittelTagesmittel von 100 µg/m³ und eine mittlere Konzentration während der Sommermonate von 60 µg/m³. Die Europäische Kommission überarbeitet derzeit die EU-Luftqualitätsrichtlinie, u.a. mit dem Ziel, die Beurteilungswerte stärker an die WHO-Empfehlungen anzugleichen. 

Dioxine und Furane gehören zur Gruppe der chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffe. Sie können – in Gegenwart von Chlor – bei praktisch allen Verbrennungsprozessen (z. B. Abfallverbrennung, Hausbrand, Waldbrände), bei anderen thermischen Prozessen (z. B. in der metallverarbeitenden Industrie) und bei bestimmten Produktionsverfahren der Chlorchemie entstehen. Dioxine, Furane und dioxinähnliche Verbindungen können Organsysteme schädigen. Bei hohen Konzentrationen, die üblicherweise in NRW nicht vorkommen, verursachen sie Hautentzündungen und können zur Schädigung von Embryonen führen. Bei geringen Konzentrationen besteht das Risiko darin, dass das Immun- und das Nervensystem beeinträchtigt werden. Angereichert werden Dioxine und dioxinähnliche Verbindungen im Fettgewebe, in der Leber und anderen Organen, auch in der Muttermilch. Besonders toxisch ist das bekannte Seveso-Dioxin (2,3,7,8-TCDD), das krebserzeugende Wirkung hat.

In der Stoffgruppe der PAK ist Benzo(a)pyren (C20H12) von besonderer Bedeutung und gilt daher als Leitkomponente. In die Umwelt gelangen die PAK vor allem durch unvollständige Verbrennung fossiler Brennstoffe und organischer Materialien. Viele PAK haben einen schädlichen Einfluss auf das Immunsystem und die Fortpflanzung des Menschen sowie ein nachgewiesen krebserzeugendes Potential. Am besten untersucht ist die Wirkung von Benzo(a)pyren, das zu den gefährlichsten PAK zählt. Die Verbindungen reichern sich im Fettgewebe von Tieren an und gelangen somit in die Nahrungskette.

EU-Zielwert Benzo(a)pyren:

EU-Zielwert	Rechtsvorschrift (national/EU)
Jahresmittel: 1 ng/m³ Benzo(a)pyren	39. BImSchV/ 2008/50/EG

Benzol (C₆H₆) und die chemisch eng verwandten Substanzen Toluol (C₇H₈) und Xylol (C₈H₁₀) sind aromatische Kohlenwasserstoffe; sie werden häufig als BTX zusammengefasst und gemeinsam analysiert. BTX sind Chemiegrundprodukte, die in der Chemischen Industrie und als Lösungsmittel eingesetzt werden. Benzol wirkt giftig auf das Nerven- und das Immunsystem, es ist außerdem erbgutschädigend und krebserzeugend (Risikofaktor für Leukämien). Eine Langzeitexposition von Toluol beeinträchtigt das Zentralnervensystem. Xylole können bei einer Langzeitexposition ebenfalls das Zentralnervensystem beeinflussen sowie Blutbildveränderungen hervorrufen.

EU-Grenzwert für Benzol:

EU-Grenzwert für Benzol	Rechtsvorschrift (national/EU)
Jahresmittel: 5 µg/m³	39. BImSchV/ 2008/50/EG

• beim Landesumweltamt
• zum Thema "Gesundheitliche Wirkung von Luftschadstoffen" im Fachgespräch des Umweltministeriums NRW vom Oktober 2010 (PDF)
•  zum Thema "Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub und Stickstoffdioxid im Zusammenhang mit der Luftreinhalteplanung" (PDF)
• zum Thema "Korrelation von Feinstaubkonzentrationen mit höherer vorzeitiger Sterblichkeit in der Bevölkerung" in einer "Feinstaubkohortenstudie NRW"
• UBA Stellungnahme: WHO-Luftqualitätsleitlinien 2021