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Ozon

Ozon ist Sauerstoff. In der Luft liegt Sauerstoff als Kombination von zwei Atomen Sauierstoff vor (O2). Unter bestimmten Bedingungen kommt es zur Bildung dreiatomarer Sauerstoffmoleküle (O3). Dreiatomarer Sauerstoff wird als Ozon bezeichnet.

Ozon ist ein in hohen Konzentrationen stark und "frisch" riechendes Gas. Ozon entsteht auf natürlichem Weg überwiegend durch Einwirkung ultravioletter Strahlung auf den Luftsauerstoff in der Ozonosphäre (20 bis 35 km über der Erdoberfläche) und gelangt durch atmosphärische Transportvorgänge in Spuren in erdnahe Schichten. Daneben bildet sich Ozon auch in den unteren Atmosphärenschichten in verunreinigter Luft durch luftchemische Reaktionen aus Stickstoffoxiden und Kohlenwasserstoffen unter starker Sonneneinstrahlung. Die Funkenentladung bei Gewittern und die als frisch empfundene Luft ist - unter anderem - auch auf die dabei stattfindende Ozonbildung zurückzuführen. Aber auch andere Quellen sind bekannt. Laserdrucker, Photokopierer und alle Geräte, in denen hohe Spannungen vorherrschen, bilden aus dem Luftsauerstoff Ozon. Die letztgenannten Prozesse sind dabei insbesondere für innenraumbelastungen relevant.

Zu einem Gutteil trägt menschliches Verhalten zur Freisetzung dieser Vorläufersubstanzen bei. Deshalb haben wir es auch in der Hand, sie möglichst gering zu halten und damit zu verhindern, dass Ozon im unerwünschten Übermaß entsteht.

Unter Einwirkung von Sonnenlicht bildet sich Ozon insbesondere aus Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden. Sieht man von den natürlichen und damit nicht beeinflussbaren Quellen ab, lösen insbesondere

  • die Benutzung von Kraftfahrzeugen,
  • die Verwendung von lösemittelhaltigen Produkten wie Farben und Lacke sowie
  • die Verbrennung von Öl, Kohle und Gas in Feuerungsanlagen

die komplizierten Reaktionsmechanismen aus, die insbesondere an sehr warmen Sommertagen zu erhöhten Ozonwerten führen können. Aufgrund dieses Ozonbildungsprozesses kann es im Sommerhalbjahr vor allem bei hochsommerlichem Wetter zu Anstiegen der bodennahen Ozonkonzentration kommen, die das natürliche Auftreten um ein Mehrfaches übersteigen.

Im Gegensatz zu den schädlichen Wirkungen des bodennahen Ozons (beim Auftreten übernatürlicher Konzentrationen) übt das Ozon in dfer Ozonosphäre eine wichtige Schutzfunktion aus, indem es die gefährliche UV-B-Strahlung der Sonne ausfiltert.

Ozon wirkt als starkes Oxidationsmittel negativ auf jede Art von Organismen ein. Beim Menschen kann es zu Reizungen der Schleimhäute und damit verbundenen Gesundheitsbeeinträchtigungen kommen. Ferner wurde Ozon in der "MAK- und BAT-Werteliste 1995" als kanzerogenverdächtiger Stoff aufgenommen. Ozon wird auch als potentieller Mitverursacher der neuartigen Waldschäden diskutiert.

Wichtigste Quelle für die Emission des Gemisches an Vorläufersubstanzen, aus denen sich Ozon in den bodennahen Atmosphärenschichten bildet, stellt der Kfz-Verkehr dar. Darüber hinaus werden insbesondere aus dem Kraftwerksbereich Stickstoffoxide und aus der Lacke- und Lösungsmittelindustrie flüchtige organische Verbindungen emittiert. Schwellenwerte der Ozonkonzentration sind in der "EU-Richtlinie über Luftverschmutzung durch Ozon" festgelegt. Danach soll bei einer Konzentration ab 180µg/m³ (1Std.-Mittelwert) eine Information der Bevölkerung und ab 360µg/m³ eine Warnung der Bevölkerung erfolgen. Ende Juli 1995 ist in Deutschland das Sommersmog-Gesetz in Kraft getreten. So dürfen ab einer Ozonkonzentration von 240 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft nur noch Autos mit geregeltem Drei-Wege-Katalysator fahren, für Autos ohne Katalysator besteht Fahrverbot. Generelle Ausnahmen gelten für den ÖPNV, Ärzte, Krankenwagen und Taxis.

Da Ozon ein sekundär gebildeter Schadstoff ist, der nicht direkt emittiert wird, enthält die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) keine vergleichbaren Grenzwerte wie den IW1 oder IW2 für Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid oder Schwebstaub. Das Bundes-Immissions-Schutz-Gesetz (BImSchG, §40a) enthält den Schwellenwert von 240µg/m³; beim Erreichen oder Überschreiten dieses Wertes können unter festgelegten Randbedingungen Maßnahmen wie z.B. Verkehrsbeschränkungen eingeleitet werden. Die EU-Richtlinie 92/72/EWG legt verschiedene Schwellenwerte fest, die in der 22. Bundes-Immissions-Schutz-Verordnung (BImSchV) in deutsches Recht umgesetzt sind. Die VDI-Richtlinie 2310 Blatt 15 nennt einen Richtwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit von 120µg/m³ als ½-Stundenwert. Die Weltgesundheitsorganisation gibt einen 8-Stundenwert von 120µg/m³ als Leitwert an.

Ziel muss es deshalb sein, den Ausstoß von Stickstoffoxiden und Kohlenwasserstoffen deutlich zu senken. Technische Maßnahmen allein genügen nicht. Zwar haben schon drei von vier in Deutschland zugelassenen Pkw einen geregelten Katalysator oder schadstoffarmen Dieselmotor, dennoch ist es in den vergangenen Jahren - bei insgesamt rückläufiger Tendenz - immer wieder zu erhöhten Ozonkonzentrationen gekommen. Die rund 25% nicht auf dem neuesten technischen Stand befindlichen Altfahrzeuge tragen besonders zur Ozonbildung bei.

Wenn an sommerlichen Tagen die Ozonwerte in die Höhe klettern, klagen empfindliche Menschen über gerötete, brennende Augen und gereizte Schleimhäute. Aber nicht das Ozon selbst ist der Auslöser dieser Symptome, sondern verschiedene Begleitstoffe des Sommersmogs. Peroxyacetylnitrat (PAN) zählt dazu. Daneben Perbenzolnitrat (PBN) und Formaldehyd. Auf ihre Wirkung lassen klinische Studien schließen, in denen Probanden reines Ozon mit der Luft einatmeten. Auch bei hohen Konzentrationen blieben Augen- und Nasenbeschwerden aus. Ebenso wie Ozon sind PAN und verwandte Verbindungen sogenannte Photooxidantien. Sie entstehen im Sonnenlicht vor allem aus den Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen der Autoabgase.

PAN (Peroxyacetylnitrat) ist, anders als Ozon, gut wasserlöslich. Hierdurch kommt es zu Augen- und Schleimhautreizungen, während eingeatmetes Ozon die Luftwege bis zur Lunge weitgehend passiert. Der "Sommersmog" belastet besonders Menschen, die wenig Tränenflüssigkeit bilden. Die Schadstoffe werden langsamer ausgespült und können somit leichter die Bindehaut reizen. Nur wenige Messstellen in Deutschland registrieren die PAN-Konzentration in der Luft. Die meisten messen Ozon als "Leitsubstanz" des Sommersmogs, da es rund 90 % des photochemischen Gemisches ausmacht.

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