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Christian Roselund hat Ende Mai im Energy Transition Magazine einen interessanten Aufsatz mit dem Titel Clear Skies Forever veröffentlicht, den wir hier für Sie frei übersetzt haben. Roselund ist "Editorial Director" des Rocky Mountain Institutes, dem Träger des Energy Transition Magazines. Ursprünglich war er als Journalist tätig und beschäftigte sich dabei vor allem mit Solarenergiethemen.

Clear Skies Forever
Der „Shutdown“ durch Covid-19 hat eine Vision davon vermittelt, wie Städte ohne Luftverschmutzung aussehen könnten. Aber ist es auch möglich in den Städten saubere Luft zu haben und gleichzeitig eine blühende Wirtschaft aufrechterhalten?

Der Frühlingsanfang in Los Angeles war in diesem Jahr einmal ganz anders. Nach dem Erlass des kalifornischen Gouverneurs Gavin Newsom vom 19. März, mit dem das Reisen im ganzen Bundesstaat eingeschränkt wurde, leerten sich die berühmten 12-spurigen Autobahnen der Stadt. An ihrer Stelle begannen die Bewohner von LA Dinge zu entdecken, die es in diesem 13 Millionen Einwohner zählenden Stadtgebiet vorher nicht gegeben hatte: eine klare Sicht auf die schneebedeckten San Gabriel Mountains im Nordosten und die Insel Santa Catalina vor der Südwestküste.

Aber nicht nur in Los Angeles, auch in Bangkok, Bogota, Peking, Nairobi und Paris wurde von einer ungewöhnlich sauberen Luft und unglaublichen Aussichten berichtet. Einer der dramatischsten Berichte kam Anfang April aus dem indischen Delhi, wo der allgegenwärtige bräunlich-graue Dunst weggefegt und nach der landesweiten Abriegelung durch blauen Himmel ersetzt wurde. Die dortigen Stadtbewohner berichteten von herrlichen nächtlichen Aussichten auf die Sterne. Besonders beeindruckend: Die Bewohner der Städte im Norden Indiens konnten zum ersten Mal den Himalaja sahen.

Ein schmutziger Himmel und eine eingeschränkte Sicht sind ein Nebenprodukt unserer industriellen Zivilisation, in der Vergangenheit war das mancherorts bekanntlich noch viel schlimmer. So war die Verschmutzung durch die Verbrennung von Kohle zwischen London und Manchester im 19. Jahrhundert so intensiv, dass Bäume schwarz wurden und sich gar eine Mottenart zur Anpassung entsprechend färbte. Die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit waren damals ebenso trostlos. Noch 1952 tötete etwa ein von Schadstoffen aus der Kohleverbrennung durchzogener "Killernebel" mindestens 4.000 Einwohner Londons.

Glücklicherweise sind diese Tage weitgehend vorüber. In vielen Industrienationen sind die Werte der gefährlichsten Luftschadstoffe in den letzten Jahrzehnten durch Rauchgaswäscher in Kraftwerken und Katalysatoren in Autos, die Umstellung von Kohle auf Gas und andere Maßnahmen zurückgegangen. Aber schmutzige Luft mit hartnäckigem Smog und Dunst ist in den Städten von England über Kalifornien bis nach Indien noch immer an der Tagesordnung.

Nun wirft die nahende Rückkehr des Wirtschaftslebens im Nachgang des Coronavirus die Frage auf: Können wir in den Städten auch weiterhin eine klare Sicht haben und gleichzeitig eine blühende Wirtschaft aufrechterhalten?

Die Gefahr von PM2,5
Zunächst sollte man sich darüber im Klaren sein, was letztendlich dafür verantwortlich ist, dass sich unser Himmel verdunkelt. Was die sichtbare Luftverschmutzung angeht, so ist es vor allem der Feinstaub, den man als Hauptverursacher identifizieren kann. Feinstaub ist eine Mischung aus festen Partikeln und flüssigen Tröpfchen, die eine Reihe von chemischen Zusammensetzungen darstellen können. Er lässt die Luft schmutzig aussehen und ist, was nicht überrascht, nicht gut für das Atmen. Denn Feinstaub kann zu einer verminderten Lungenfunktion führen, Asthma verschärfen und bei Menschen mit Herz- und Lungenerkrankungen einen vorzeitigen Tod herbeiführen. Darüber dienen einige luftgetragene Partikel als Träger für andere toxische Chemikalien.

Feinstaub wird nach der Größe der Partikel unterschieden. Bei Medizinern sind dabei zunehmend Partikel, die 2,5 Mikrometer und kleiner (PM2,5) und somit viel kleiner als ein menschliches Haar oder Sandkorn sind, in den Fokus gerückt. "Aus der Perspektive von Atemwegserkrankungen ist PM2,5 weitaus gefährlicher als größere Partikel", bemerkt etwa Akshima Ghate, die Direktorin am RMI India. Diese kleineren Partikel können tiefer in die Lunge eindringen und sogar in den menschlichen Blutkreislauf gelangen. So ergab eine angesehene Studie, dass PM2,5 im Jahr 2016 weltweit 4,1 Millionen vorzeitige Todesfälle verursacht hat.

Es gibt viele verschiedene primäre Quellen von PM2,5, seine Zusammensetzung variiert stark je nach Aufenthaltsort. Die größten Verursacher weltweit, welche in einer kürzlich durchgeführten Studie identifiziert wurden, sind industrielle Prozesse, mit fossilen Brennstoffen befeuerte Kraftwerke, die Landwirtschaft und die Verbrennung von Brennstoffen in Gebäuden. Dazu zählt auch das Kochen, denn heute bereiten etwa drei Milliarden Menschen ihre Mahlzeiten mithilfe von festen Brennstoffen wie Holz oder Holzkohle zu.

In den Städten der USA sind die Hauptquellen vom PM2,5 durchaus unterschiedlich, das zeigte nicht zuletzt eine Studie der US-Umweltschutzbehörde (EPA) aus dem Jahr 2019. Es ergaben sich unterschiedliche Zusammensetzungen in den einzelnen Stadtgebieten, der Anteil der Fahrzeuge war dabei überdurchschnittlich hoch. PM2,5 fällt in den USA je nach Stadt vor allem in der dortigen Industrie, durch Kraftfahrzeuge, Straßenstaub, Kochen und beim Verbrennen von Brennstoffen an.

Eine weitere bedeutende Form der Feinstaubbelastung in vielen Gebieten ist aber auch Feuer selbst. In ländlichen Gebieten ist die Verbrennung von Nutzpflanzen eine bedeutende Primärquelle von PM2,5. Auch haben die Waldbrände, welche in den letzten Jahren im Westen der Vereinigten Staaten und in Australien wüteten, zu Spitzenwerten bei den PM2,5-Werten geführt.

In einem kürzlich erschienenen Bericht stellt die Amerikanische Lungenvereinigung (American Lung Association, ALA) fest, dass Waldbrände dazu führen, dass immer mehr Menschen aufgrund kurzfristiger Feinstaubbelastung mit ungesunder Luft zurechtkommen müssen. Das führte auch dazu, dass die ALA die Stadt Santa Barbara in Kalifornien für zwei Jahre von der Liste der Städte mit der saubersten Luft strich und sie in die Liste der Städte mit der schlimmsten kurzfristigen Luftverschmutzung neu einsortierte. Auch notierte Los Angeles zwei Tage lang gefährlich hohe Feinstaubwerte, beides ist ursächlich auf Brände zurückzuführen.

Für ALA ist der Zusammenhang klar. Im Bericht "State of the Air 2020" heißt es: "Im Westen der Vereinigten Staaten hat der Klimawandel zu einer größeren Häufung von Hitze- und Dürrebedingungen geführt, was die die Gefahr von Waldbränden begünstigt".

SOx, NOx und PM2,5
Zusätzlich zu diesen primären Quellen gibt es eine Reihe weiterer Möglichkeiten, wie PM2,5 in der Atmosphäre entstehen kann. Oxide von Schwefel und Stickstoff (SOx und NOx), die beide bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen, sind an sich schon gefährliche Schadstoffe. Laut der EPA sind Schwefeldioxid (SO2) und NOx jedoch auch die "vorherrschenden" Vorläufergase bei der Bildung von sekundärem PM2,5. Das bedeutet, dass sie mit anderen Verbindungen in der Atmosphäre zu mehr Feinstaub reagieren.

Obwohl beide die Eigenschaft teilen, mehr PM2,5 zu bilden, weisen sie wichtige Unterschiede auf. So stammt atmosphärisches SO2 hauptsächlich aus der Verbrennung von schwefelhaltiger Kohle und Öl. In den Vereinigten Staaten stammen zwei Drittel des SO2 aus mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken. Dies ist besonders besorgniserregend für Gebiete, in denen viele Kohlekraftwerke stehen oder in denen Kohle in industriellen Prozessen wie der Stahlherstellung verwendet wird.

Stickstoffdioxid (NO2) ist die am häufigsten analysierte Form von NOx, was auch daran liegt, dass Stickoxid (NO) schnell zu NO2 oxidiert. Im Gegensatz zu SO2 muss der Stickstoff in NO2 nicht aus dem Brennstoff selbst stammen, denn Stickstoff ist das häufigste Element in der Luft, die wir atmen. Es kann in jedem Hochtemperatur-Verbrennungsprozess entstehen: in einem Kraftwerk, in einem Flugzeugtriebwerk oder in einem Auto mit Verbrennungsmotor.

In den Vereinigten Staaten stammt NO2 hauptsächlich aus "mobilen" Quellen wie Autos, Lastwagen, Bussen und anderem schwerem Gerät. Während Kohlekraftwerke und Schwerindustrie oft weit von großen Städten entfernt sind, konzentriert sich das NO2 aus Fahrzeugabgasen und aus Gasöfen und Heizungen in den Städten. In Los Angeles stellte die EPA fest, machen mobile Quellen, darunter Autos, Lastwagen und schweres Gerät, 22 Prozent des PM2,5 aus. Der Anteil von Straßenstaub betrug etwa 7 Prozent.

In Indien ist der NO2-Anteil noch dramatischer. Eine Studie des Ministeriums für Schwerindustrien und öffentliche Unternehmen in Delhi, Indien, aus dem Jahr 2018 ergab, dass Fahrzeuge die Quelle von 39 Prozent des Feinstaubs waren, der Straßenstaub machte weitere 18 Prozent aus. Die Untersuchung ergab auch, dass 80 Prozent des NO2 in dieser 13-Millionen-Stadt von Kraftfahrzeugen stammten.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass sich dieser Artikel zwar auf die sichtbare Luftverschmutzung konzentriert. Was Sie aber nicht sehen können, auch das nicht sichtbare kann Ihr Leben verkürzen, Asthma verursachen und Ihren Kindern schaden - auch bereits vor ihrer Geburt. Hier empfiehlt sich auch ein Blick in die Kriterien-Schadstoffliste der EPA, in der sechs Hauptschadstoffe aufgeführt sind. SO2, NO2 und Feinstaub machen die Hälfte der Liste aus. Von den anderen drei werden Kohlenmonoxid und Ozon auch durch Kraftfahrzeugabgase erzeugt. Zuletzt ist da noch Blei. Als Bestandteil von Benzin ist es jedoch seit 1996 in den Vereinigten Staaten für Straßenfahrzeuge verboten.

Was kann man tun?
Nicht jede Quelle von PM2,5 ist leicht zu bekämpfen, es gibt auch natürlich vorkommendes PM2,5 aus Staub oder Pollen. Aber die möglichen Schritte zur Bekämpfung von PM2,5 aus der Landwirtschaft und der Abfallentsorgung würden den Rahmen dieses Artikels sprengen.

Global gesehen besteht ein wichtiger Schritt zur Reduzierung von PM2,5 und seiner SO2-Vorläufersubstanz darin, die Kohleverbrennung zur Stromerzeugung, zum Heizen von Häusern und für andere Zwecke einzustellen. Wie in einem früheren Artikel ("Zombie Coal", April 2020) untersucht wurde, ist Kohle nicht nur eine Katastrophe für die öffentliche Gesundheit. Glücklicherweise sin Kohlekraftwerke im Vergleich zu Wind und Sonne zunehmend immer weniger wettbewerbsfähig.

In den Entwicklungsländern können Feinstaubemissionen beseitigt werden, indem man von traditioneller Biomasse wie Holz oder Dung auf effizientere Kochherde umsteigt, die andere Brennstoffe verwenden. Die Vereinten Nationen haben den Zugang zu sauberem und sicherem Kochbrennstoff als einen wichtigen Schritt im Rahmen des 7. Ziels der nachhaltigen Entwicklung identifiziert. Dies würde geschätzte 12 Prozent der globalen PM2,5, die durch die Verbrennung von Holz und festen Brennstoffen zum Kochen entstehen, betreffen.

In den Wohlstandsgesellschaften sind fossile Brennstoffe, die in Gebäuden verbrannt werden, eine Hauptquelle für Vorläufergase, wobei Kohle NO2 und SO2 und Erdgas NO2 verursacht. Die Umstellung des Heizens und Kochens auf sauberere elektrische Optionen würde insbesondere in Städten diese Vorläufer für PM2,5 eliminieren.

Im Gegensatz dazu befinden sich viele der Lösungen zur Reduzierung der Verschmutzung durch die Schwerindustrie noch in früheren Entwicklungsphasen, wie z.B. der wasserstoffbasierte Direktreduktions-Stahlerzeugungsprozess, den das Hybrit-Konsortium in Schweden in einem Pilotprojekt testet (siehe "Decarbonizing Steel and Cement", November 2019). Bei einer Skalierung könnte dies auch industrielle Emissionen reduzieren.

Diese Lösungen haben den zusätzlichen Vorteil der CO2-Reduktion, was wiederum weniger Erwärmung und ein geringeres Risiko von katastrophalen Bränden, wie sie in den letzten Jahren aufgetreten sind, bedeutet.

Das Fahrzeug im Zimmer
In Städten auf der ganzen Welt - ob in LA oder Delhi - sind Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren die Hauptquelle sowohl für PM2,5 als auch für dessen Vorläufer NO2. Glücklicherweise gibt es eine Reihe von Maßnahmen, die ergriffen wurden und werden, um das, was aus den Auspuffrohren austritt, sauberer zu machen.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Luftverschmutzung in LA, so schlimm sie heute ist, in der Vergangenheit sogar noch schlimmer war. In LA und in den Vereinigten Staaten hat die Einführung von Drei-Wege-Katalysatoren die NO2-Emissionen von Fahrzeugen erheblich verringert. Ebenso hat Indien im Jahr 2000 die Bharat-Stufen als Emissionsstandards für Fahrzeuge eingeführt. Das Land geht derzeit zur Bharat-Stufe VI über, die 2018 in Delhi eingeführt wurde und die PM2,5- und NOx-Emissionen begrenzt.

Akshima Ghate von RMI India sagt, dass diese Normen für die Begrenzung der Umweltverschmutzung in Delhi wichtig waren und dass das Problem jetzt vor allem bei älteren Fahrzeugen liegt, die noch auf der Straße sind. "Die wirklich umweltverschmutzenden Fahrzeuge in unserer Flotte machen weniger als 5 Prozent des Gesamtbestandes aus", bemerkt Ghate. Sie schätzt, dass es zwischen sieben und zehn Jahren dauern wird, bis die gesamte Flotte auf die neuen Standards umgestellt ist.

Sowohl für Indien als auch für die Vereinigten Staaten besteht ein umfassenderer Schritt zur Luftreinigung darin, elektrisch zu fahren. Die Elektrifizierung von Autos, Lastwagen, Bussen und schweren Geräten (Wasserstoff-Brennstoffzellen sind eine weitere Option für schwere Nutzfahrzeuge) wird die sichtbare Luftverschmutzung verringern, indem sowohl die NO2- als auch die Partikelverschmutzung durch Benzin- und Dieselmotoren reduziert wird. Darüber hinaus bedeutet ein geringerer Einsatz von Ölraffinerien zur Herstellung von Kraftstoff eine geringere industrielle Verschmutzung.

Doch obwohl die Elektrifizierung den Großteil der Umweltverschmutzung durch Fahrzeuge reduzieren kann, sind diesem Ansatz Grenzen gesetzt. Denn ein durchschnittliches Automobil verbleibt noch viele Jahre nach seiner Erstzulassung auf der Straße, so dass es eine erhebliche Verzögerung zwischen der Erhöhung des Anteils von Elektrofahrzeugen in verkauften Neufahrzeugen und dem Anteil der Elektrofahrzeuge auf der Straße gibt. Und für Nationen wie Indien ist der Markt für Elektroautos erst im Entstehen begriffen, obwohl er auf dem größeren Zweiradmarkt weitaus besser entwickelt ist. Schließlich produzieren elektrisch betriebene Fahrzeuge immer noch Staub durch Reifen- und Bremsenverschleiß sowie Straßenstaub, die alle zur PM2,5-Verschmutzung beitragen.

Über das Auto hinausdenken
Es gibt einen radikalen Weg, die automobilbedingte Umweltverschmutzung in den Städten vollständiger zu beseitigen, dazu muss man die Menschen aus ihren Autos und die Autos aus den Städten vertreiben. Schon vor der Corona-Pandemie experimentierten Städte wie Barcelona, London, New York, Oslo, Paris und im kanadischen Vancouver damit, im Stadtzentrum mehr Platz für Aktivitäten im Freien und nicht-automobile Fortbewegungsarten wie Gehen und Radfahren zu schaffen. Diese Städte folgten dem Beispiel von Amsterdam und Kopenhagen, wo Fahrräder seit Jahrzehnten eine führende Form des öffentlichen Nahverkehrs sind.

In gewisser Weise haben die Veränderungen in der Gesellschaft, die durch die Reaktionen auf Covid-19 ausgelöst wurden, diesen Prozess beschleunigt. Die Schließung von Arbeitsplätzen, die in vielen Ländern als "nicht notwendig" angesehen wurden, bedeutet, dass mehr Angestellte von zu Hause aus arbeiten, so dass Pendeln teilweise gänzlich wegfällt. Und während Städte beginnen, wieder zu öffnen und nach Wegen suchen, wie ihre Bürger Zeit im Freien verbringen und Restaurants unter Abstandsregeln funktionieren können, ist eine beliebte Taktik für die Rückgewinnung von Flächen, die früher für Autos reserviert waren.

Letztendlich könnte der effektivste Weg zur Verringerung der Luftverschmutzung eine Kombination aus mehreren Strategien sein. "Die Arbeit von zu Hause aus, die Staffelung der Schichten, bessere öffentliche Verkehrsmittel und die Umstellung auf Elektroautos geben Hoffnung und Versprechen, einige dieser Errungenschaften zu halten", erklärt Akshima Ghate.

Eine Zukunft mit klarem Himmel
Während die Straßen jetzt gesperrt sind, wird es Jahre bis Jahrzehnte dauern, bis viele der Lösungen für die von Kraftfahrzeugen ausgehende Umweltverschmutzung maßstabsgetreu umgesetzt werden. Dies gilt sowohl für die Zoneneinteilung als auch für Änderungen in der Flächennutzung, um die Fortbewegung in Städten ohne Auto und auch die Elektrifizierung der Fahrzeuge zu erleichtern. Selbst die aggressivsten Prognosen gehen davon aus, dass die Elektromobilität im Jahr 2030 weltweit nur eine Minderheit der Autos auf der Straße darstellen wird. Verbote von Autos mit Verbrennungsmotoren, wie sie in Norwegen (2025), den Niederlanden (2030) und Island (2030) im Gange sind, könnten jedoch den Fortschritt beschleunigen.

In der Zwischenzeit, wenn Handel, Industrie und Verkehr zurückkehren, werden wir schnell erkennen, wie der Himmel wieder verschmutzt werden wird. Für Delhi war der strahlend blaue Himmel im April nicht nur das Ergebnis der Lockdowns, sondern auch von heftigen Regenfällen, die die verbliebenen Feinstaubpartikel wegspülten. "Es gab einige Tage mit wirklich guter Luft, aber auch heute haben wir noch eine zufriedenstellende Luftqualität", bemerkt Akshima Ghate.

Während in Los Angeles die staatlichen Ausgangsbeschränkungen zurückgefahren werden, füllen sich die Autobahnen wieder, die Berge verschwinden im Dunst und Kalifornien bereitet sich auf eine weitere Waldbrandsaison vor.

Aber wenn mehr Menschen erleben, wie es ist, wenn Städte vorübergehend frei von Umweltverschmutzung sind, und mehr Menschen diese Zeit nutzen, um die Erfahrung zu machen, ohne ihr Auto draußen zu sein, können wir eine Vision einer saubereren Zukunft entwerfen. Wenn wir Kohle- und Gaskraftwerke durch Wind- und Sonnenenergie und Batterien ersetzen, Gebäude und Verkehrsmittel elektrifizieren und unsere Städte für Menschen und nicht für Autos umgestalten, können wir den größten Teil der schmutzigen Luft, die den Himmel verdunkelt und unser Leben verkürzt, reinigen.

Wir können eine Zivilisation ohne weit verbreitete Nutzung fossiler Brennstoffe haben, und wir können wieder einen klaren Himmel in den Städten haben, aber es bedarf sowohl einer Vision als auch der Arbeit, um dies Wirklichkeit werden zu lassen.

Matthias Hüttmann

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