„Stickstoffdioxid“ – Versionsunterschied

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;Entstehung durch natürliche und industrielle Prozesse:
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Stickstoffdioxid ist seit 1908 ein Zwischenprodukte bei der technischen Herstellung von [[Salpetersäure]]. Dabei gelangen Reste von Stickstoffdioxid NO<sub>2</sub> und [[Stickstoffmonoxid]] NO als sog. ''[[Nitrose Gase]]'' mit anderen Abgasen über die Fabrikschornsteine in die Luft. Wegen der rötlichen Färbung des Gases wurden diese Abgase früher als die „ roten Fahnen auf den Schornsteinen im Ruhrgebiet“ bezeichnet. Stickstoffdioxid sammelt sich mit den höchsten Werten in Bodennähe an.
Stickstoffdioxid ist seit 1908 ein Zwischenprodukte bei der technischen Herstellung von [[Salpetersäure]] nach einem von [[Wilhelm Ostwald]] entwickelten Verfahren ([[Ostwald-Verfahren]]). Bei diesem wird Ammoniak mit Luftsauerstoff bei 600–700°C katalytisch zu Stickstoffmonoxid oxidiert wurde. Dieses wurde weiter zu Stickstoffdioxid, welches in Wasser zu Salpetersäure gelöst wurde.<ref name="Jost Weyer">{{Literatur| Autor=Jost Weyer | Titel=Geschichte der Chemie Band 2 – 19. und 20. Jahrhundert | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-662-55802-7 | Jahr=2018 | Online={{Google Buch | BuchID=lcRXDwAAQBAJ | Seite=214 }} | Seiten=214 }}</ref> Dabei gelangen Reste von Stickstoffdioxid NO<sub>2</sub> und [[Stickstoffmonoxid]] NO als sog. ''[[Nitrose Gase]]'' mit anderen Abgasen über die Fabrikschornsteine in die Luft. Wegen der rötlichen Färbung des Gases wurden diese Abgase früher als die „roten Fahnen auf den Schornsteinen im Ruhrgebiet“ bezeichnet. Stickstoffdioxid sammelt sich mit den höchsten Werten in Bodennähe an.


NO<sub>2</sub> entsteht als Nebenprodukt bei jeder Verbrennung fossiler Energieträger, wie Gas, Kohle und Öl, und ist daher unter anderen Bestandteil des Abgases von Kraft- und Luftfahrzeugen, von Öl- und Gas-Heizkesseln sowie von Gas- und Kohlekraftwerken. Es entsteht aus Stickstoffmonoxid, wobei die Konzentration von Stickstoffdioxid mit steigender Temperatur abnimmt. Bei Temperaturen von 700 bis 1700&nbsp;°C liegen bei der Reaktion von Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff nur 0,15 bis 1,8 ppm als Stickstoffdioxid vor. Erst unterhalb von 600&nbsp;°C bildet sich Stickstoffdioxid in nennenswertem Umfang. Bei Verbrennungsmotoren liegt die maximale Stickstoffdioxidbildung im Temperaturbereich von 200 bis 300 °C.<ref name="Jörgen Kolar">{{Literatur| Autor=Jörgen Kolar | Titel=Stickstoffoxide und Luftreinhaltung Grundlagen, Emissionen, Transmission, Immissionen, Wirkungen | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-642-93418-6 | Jahr=2013 | Online={{Google Buch | BuchID=00amBgAAQBAJ | Seite=11 }} | Seiten=266 }}</ref>
NO<sub>2</sub> entsteht als Nebenprodukt bei jeder Verbrennung fossiler Energieträger, wie Gas, Kohle und Öl, und ist daher unter anderen Bestandteil des Abgases von Kraft- und Luftfahrzeugen, von Öl- und Gas-Heizkesseln sowie von Gas- und Kohlekraftwerken. Es entsteht aus Stickstoffmonoxid, wobei die Konzentration von Stickstoffdioxid mit steigender Temperatur abnimmt. Bei Temperaturen von 700 bis 1700&nbsp;°C liegen bei der Reaktion von Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff nur 0,15 bis 1,8 ppm als Stickstoffdioxid vor. Erst unterhalb von 600&nbsp;°C bildet sich Stickstoffdioxid in nennenswertem Umfang. Bei Verbrennungsmotoren liegt die maximale Stickstoffdioxidbildung im Temperaturbereich von 200 bis 300 °C.<ref name="Jörgen Kolar">{{Literatur| Autor=Jörgen Kolar | Titel=Stickstoffoxide und Luftreinhaltung Grundlagen, Emissionen, Transmission, Immissionen, Wirkungen | Verlag=Springer-Verlag | ISBN=978-3-642-93418-6 | Jahr=2013 | Online={{Google Buch | BuchID=00amBgAAQBAJ | Seite=11 }} | Seiten=266 }}</ref>

Version vom 14. Juni 2020, 12:58 Uhr

Strukturformel
Strukturformel von Stickstoffdioxid
Allgemeines
Name Stickstoffdioxid
Andere Namen
  • Nitrogendioxid
  • Stickstoff(IV)-oxid
  • Stickstoffperoxid
Summenformel NO2
Kurzbeschreibung

rotbraunes, stechend riechendes Gas[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 10102-44-0
EG-Nummer 233-272-6
ECHA-InfoCard 100.030.234
PubChem 3032552
ChemSpider 2297499
Wikidata Q207895
Eigenschaften
Molare Masse 46,01 g·mol−1
Aggregatzustand

gasförmig

Dichte
  • 3,663 g·l−1 (Gasdichte bei 0 °C)[1]
  • 1,439 g·cm−3 (flüssig am Siedepunkt)[1]
Schmelzpunkt

−11,2 °C[1]

Siedepunkt

21,2 °C[1]

Dampfdruck

963 hPa (20 °C)[1]

Löslichkeit

Hydrolyse in Wasser[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),[2] ggf. erweitert[1]
Gefahrensymbol Gefahrensymbol Gefahrensymbol Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 270​‐​280​‐​330​‐​314
EUH: 071
P: 260​‐​280​‐​244​‐​220​‐​304+340​‐​305+351+338​‐​303+361+353​‐​370+376​‐​315​‐​403​‐​405[3]
MAK
  • DFG: 0,95 mg·m−3 (Empfehlung)[1]
  • Schweiz: 3 ml·m−3 bzw. 6 mg·m−3[4]
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

33,2 kJ/mol[5]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Stickstoffdioxid, NO2, ist ein rotbraunes, giftiges, stechend chlorähnlich riechendes Gas. Das Gas gehört zur Gruppe der Stickoxide und kann leicht durch Druckerhöhung oder Abkühlung unter Dimerisierung zu N2O4 (Distickstofftetraoxid) verflüssigt werden. Stickstoffdioxid wird seit 1908 großtechnisch erzeugt und für die Herstellung von Salpetersäure verwendet. In Spuren entsteht Stickstoffdioxid aus Sauerstoff und Stickstoff als den beiden Hauptbestandteilen der Atmosphäre sowohl bei natürlichen Vorgängen wie z. B durch Blitzschlag, als auch bei technischen Verbrennunsvorgängen, z. B in Verbrennungsmotoren.

Herstellung

Im Labor kann NO2 durch Erhitzen von Schwermetallnitraten (zum Beispiel Bleinitrat[6]) hergestellt werden.[7]

Technisch wird es als Zwischenprodukt bei der Salpetersäuresynthese durch Luftoxidation von NO gewonnen. Außerdem entsteht es bei der Reaktion von Salpetersäure mit Kupfer, da diese Säurereaktion nicht unter Bildung von Wasserstoff abläuft.

Entstehung durch natürliche und industrielle Prozesse

Stickstoffdioxid ist seit 1908 ein Zwischenprodukte bei der technischen Herstellung von Salpetersäure nach einem von Wilhelm Ostwald entwickelten Verfahren (Ostwald-Verfahren). Bei diesem wird Ammoniak mit Luftsauerstoff bei 600–700°C katalytisch zu Stickstoffmonoxid oxidiert wurde. Dieses wurde weiter zu Stickstoffdioxid, welches in Wasser zu Salpetersäure gelöst wurde.[8] Dabei gelangen Reste von Stickstoffdioxid NO2 und Stickstoffmonoxid NO als sog. Nitrose Gase mit anderen Abgasen über die Fabrikschornsteine in die Luft. Wegen der rötlichen Färbung des Gases wurden diese Abgase früher als die „roten Fahnen auf den Schornsteinen im Ruhrgebiet“ bezeichnet. Stickstoffdioxid sammelt sich mit den höchsten Werten in Bodennähe an.

NO2 entsteht als Nebenprodukt bei jeder Verbrennung fossiler Energieträger, wie Gas, Kohle und Öl, und ist daher unter anderen Bestandteil des Abgases von Kraft- und Luftfahrzeugen, von Öl- und Gas-Heizkesseln sowie von Gas- und Kohlekraftwerken. Es entsteht aus Stickstoffmonoxid, wobei die Konzentration von Stickstoffdioxid mit steigender Temperatur abnimmt. Bei Temperaturen von 700 bis 1700 °C liegen bei der Reaktion von Stickstoffmonoxid mit Sauerstoff nur 0,15 bis 1,8 ppm als Stickstoffdioxid vor. Erst unterhalb von 600 °C bildet sich Stickstoffdioxid in nennenswertem Umfang. Bei Verbrennungsmotoren liegt die maximale Stickstoffdioxidbildung im Temperaturbereich von 200 bis 300 °C.[9]

In geringerem Umfang entsteht Stickstoffdioxid bei der Papierproduktion. Zudem entsteht es bei Lichtbögen an Luft, z. B. an Jakobsleitern

Gewitter sind eine natürliche Quelle von atmosphärischem Stickstoffdioxid.[6] Es entsteht auch durch mikrobiologische Umsetzungen im Boden. In Innenräumen werden Stickoxide vor allem durch offene Feuerstellen (z. B. Gasherde, Durchlauferhitzer, Petroleumlampen oder Kerzen) und das Tabakrauchen (100 bis 600 µg NOx pro Zigarette[10]) verursacht.[11]

Eigenschaften

Bindungswinkel
Stickstoffdioxid bei verschiedenen Temperaturen

Stickstoffdioxid ist ein braunrotes, charakteristisch riechendes, äußerst korrosives und stark giftiges Gas, das sich leicht verflüssigen lässt. Die Flüssigkeit ist kurz unterhalb des Siedepunktes (21,15 °C) rotbraun, wird beim Abkühlen immer heller bis blassgelb und erstarrt bei −11,20 °C zu farblosen Kristallen.[12]

Bei 150 °C beginnt der Zerfall von NO2 in O2 und NO, bei 650 °C ist der Zerfall vollständig.[12] Zusätzlich ist es relativ gut löslich unter Salpetersäurebildung in Wasser und hat einen stechenden, hustenreizenden Geruch.[6]

Das paramagnetische NO2 steht mit dem diamagnetischen farblosen Distickstofftetroxid N2O4 im Gleichgewicht, wobei sich dieses Gleichgewicht mit zunehmender Temperatur nach links verschiebt und unter 0 °C fast vollständig zu farblosem Distickstofftetroxid dimerisiert. Es sind (jeweils bei 1 bar Gesamtdruck) am Siedepunkt etwa 20 %, bei 50 °C 40 %, bei 100 °C 90 % und bei 140 °C fast 100 % des gasförmigen Distickstofftetroxid in Stickstoffdioxid gespalten. Flüssiges Distickstofftetroxid liegt am Siedepunkt noch zu 99,9 %, festes am Schmelzpunkt zu 99,99 % undissoziiert vor.[12]

Durch dieses Gleichgewicht ändert sich auch die Dichte. Diese beträgt bei 0 °C für das ideale reine Gas NO2 2,05 g/l und für das ideale Gas N2O4 4,1 g/l. Der reale Wert von 3,6 g/l gilt somit für ein Gleichgewichtsgemisch der beiden Gase. Der kritische Punkt liegt bei 157,8 °C, 101,32 bar und 0,557 kg/l; der Tripelpunkt bei −11,20 °C und 0,1864 bar.[1]

Stickstoffdioxid ist ein kräftiges Oxidationsmittel, das die Verbrennung (z. B. von Kalium, Phosphor, Kohle, Schwefel, Wasserstoff) lebhaft unterhält und mit organischen Verbindungen explosionsartig reagieren kann. Seine Oxidationskraft entspricht etwa der des Broms. Gegenüber starken Oxidationsmitteln, wie zum Beispiel Ozon, kann es auch als Reduktionsmittel wirken.[12]

N2O4 und NO2 verhalten sich wie das gemischte Anhydrid der Salpetersäure und der Salpetrigen Säure. Mit Alkalihydroxidlösungen bilden sie Nitrate und Nitrite, z. B:

Bei der Einleitung von NO2 in Wasser erfolgt Disproportionierung zu Salpetersäure und Salpetriger Säure, wobei letztere in der sauren Lösung zu NO2, NO und Wasser zerfällt.

In Anwesenheit von Luft wird NO zu NO2 oxidiert, so dass letztlich das gesamte eingeleitete NO2 in Salpetersäure überführt wird:

Stickstoffdioxid begünstigt erhöhte Ozonwerte in Bodennähe. Es zerfällt durch UV-A-Strahlung in Bodennähe (320–380 nm) in Stickstoffmonoxid und atomaren Sauerstoff, welcher mit dem Sauerstoff in der Luft zu Ozon reagieren. Da Ozon wiederum mit Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid reagiert bildet sich ein Gleichgewicht.[13]

Stickstoffdioxid nimmt Einfluss auf die Atmosphärenchemie und den Ozongehalt in der Troposphäre.[14]

Saurer Regen entsteht durch die Bildung von Salpetersäure (HNO3) in der Erdatmosphäre durch Reaktion von (2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2) oder durch Aufnahme von N2O5 in Aerosolpartikeln und nachfolgender Bildung von NO3− in der flüssigen Phase.

Verwendung

Stickstoffdioxid wird zur Herstellung von Salpetersäure verwendet, wozu es in Wasser eingeleitet wird und mit diesem reagiert. Sein Dimer Distickstofftetroxid wird in der Raketentechnik als Oxidationsmittel verwendet. Es dient weiterhin als nichtwässriges Lösungsmittel und wird zur Herstellung von Additionsverbindungen mit Metallen (z. B. Kupfer, Nickel) und Ammoniumnitrat (im Gemisch mit NO) verwendet.[1]

Sicherheitshinweise

Stickstoffdioxid ist sehr giftig. Eingeatmetes Stickstoffdioxid löst in höheren Konzentrationen Kopfschmerzen und Schwindel aus. Es wirkt sich negativ auf Atemwegserkrankungen aus[15] und kann zu Atemnot und Lungenödem führen.[16] Grundsätzlich wird die Geruchswahrnehmung des Menschen gegenüber Stickstoffdioxid als sicheres Warnzeichen angesehen.[17] Nitrose Gase haben einen charakteristischen stechenden Geruch und können mit Verzögerung von mehr als 24 Stunden (Latenzzeit) nach dem Einatmen noch zu einem Lungenödem führen. Es gibt Hinweise für eine Verminderung der Zeugungsfähigkeit als Spätfolge.[18][19]

Stickstoffdioxid übt in höheren Konzentrationen (> 10 ppm = 20.000 µg/m³) eine Reizwirkung auf die Augenschleimhäute aus. Die Ausprägung der klinischen Effekte hängt weniger von der Expositionsdauer als von der Konzentration ab. Folgende Dosis-Wirkungs-Beziehungen wurden für eine 60 min-Exposition des Menschen dargestellt: 100 ppm (200.000 µg/m³) – Lungenödem mit Todesfolge, 50 ppm (100.000 µg/m³) – Lungenödem mit möglicher Folge einer subakuten oder chronischen Lungenschädigung, 25 ppm (50.000 µg/m³) – Atemtraktirritation und Brustschmerz. In einer neuen Studie an Freiwilligen wurde nachgewiesen, dass bereits kurzzeitige Expositionen (3 Stunden) gegenüber 1,5 ppm Stickstoffdioxid die Atemwegsreaktivität bei gesunden Personen steigern können. Nach längerfristiger Exposition gegenüber 1 ppm Stickstoffdioxid wurden Störungen der Lungenfunktion (erhöhter Atemwegswiderstand, verminderte Lungendehnbarkeit und reduzierte Vitalkapazität) beobachtet. Asthma-Patienten und Menschen mit chronischer Bronchitis scheinen nicht empfindlicher zu reagieren als Gesunde. Von besonderem Interesse sind auch die Stickstoffdioxid-Wirkungen auf den systemischen Immunstatus (Veränderungen der Antikörperproduktion, der Milzhistologie und der Zusammensetzung der Lymphozytensubpopulationen). Daraus wurde eine möglicherweise erhöhte Disposition von Menschen mit einer vorhandenen Immunsuppression gegenüber Stickstoffdioxid abgeleitet.[1]

Grenzwerte

Arbeitsplatz und Innenräume

Der Grenzwert für Stickstoffdioxid von 950 µg/m³ gilt für bestimmte Industrie- und Handwerksarbeitsplätze und bezieht sich auf den Mittelwert einer Schicht, die in der Regel 8 Stunden lang ist; er darf kurzzeitig und bis zu 4-mal pro Schicht um das Zweifache (als Mittelwert über 15 Minuten, Überschreitungsfaktor 2) überschritten werden.[20][21] Der Arbeitsplatzgrenzwert gilt im Sinne der Gefahrstoffverordnung[22] für Beschäftigte, bei denen aufgrund der Tätigkeiten am Arbeitsplatz eine erhöhte Stickstoffdioxid-Belastung zu erwarten ist. Dieser Wert wird als Arbeitsplatz-Richtgrenzwert auch in der Richtlinie (EU) 2017/164 aufgeführt.[23] Der Wert gilt für gesunde Arbeitende an acht Stunden täglich und für maximal 40 Stunden in der Woche. Die Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer, die berufsbedingt Schadstoffen ausgesetzt sind, erhalten zusätzlich eine arbeitsmedizinische Betreuung und befinden sich somit unter einer strengeren Beobachtung als die Allgemeinbevölkerung.[24] Falschmeldungen, dass der Grenzwert von 950 µg/m³ für Büros gelte, führten zu Kritik am Grenzwert von 40 µg/m³ für den Jahresmittelwert im Freien.[25][26][21]

Der Vorsorgegrenzwert von 80 µg/m³ als 60-Minuten-Mittelwert und der Gefahrengrenzwert von 250 µg/m³ als 60-Minuten-Mittelwert gilt für alle anderen Innenräume, in denen keine entsprechenden Tätigkeiten durchgeführt werden, z. B. Büros und Schulen, sowie für Wohnräume. Diese Werte hat der Ausschuss für Innenraumrichtwerte (AIR, ehemals Ad-hoc-Arbeitsgruppe der Kommission Innenraumlufthygiene) des Umweltbundesamtes 2018 festgelegt.[27] Der Gefahrenrichtwert, auch Kurzzeitrichtwert II genannt, stellt einen wirkungsbezogen Wert dar, bei dessen Erreichen bzw. Überschreiten unverzüglich zu handeln ist, da bei einer dauernden Überschreitung dieses Richtwertes insbesondere bei empfindlichen Personen eine gesundheitliche Gefährdung gegeben sein kann.[28][29]

Den Grenzwert von 40 µg/m³ für den Jahresmittelwert, der für die Außenluft gilt, sehen der AIR und die Arbeitsstättenverordnung auch für die Bewertung der langfristigen Belastung in Innenräumen vor.[21][25]

Außenluft

Europaweit ist für Stickstoffdioxid in der Außenluft ein 1-Stunden-Grenzwert von 200 µg/m³ festgelegt worden, der nicht öfter als 18-mal im Kalenderjahr überschritten werden darf. Durch die EU-Richtlinie 2008/50/EG – (in deutschem Recht mit der 39. BImSchV umgesetzt: die Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen) ist ein Jahresgrenzwert von 40 µg/m³ im Jahresmittel festgelegt.[30] Bei Inkrafttreten des Grenzwerts (in deutschem Recht mit der Verordnung über Immissionswerte für Schadstoffe in der Luft umgesetzt) im Jahr 2002 galt für diesen Jahresgrenzwert noch eine Toleranzmarge von 16 µg/m³. Sie verminderte sich ab 1. Januar 2003 bis zum 1. Januar 2010 stufenweise um jährlich 2 µg/m³. Seit 2010 ist die Toleranzmarge entfallen und der Jahresgrenzwert von 40 µg/m³ ist verbindlich einzuhalten.[31]

In den USA gilt nach der Vorgabe der für die nationalen Umweltstandards zuständigen Gesundheitsbehörde EPA seit 2010 ein zu den EU-Kriterien annähernd vergleichbarer 1-Stunden-Grenzwert (100 ppb bzw. 191 µg/m³), aber ein gut doppelt so hoher Grenzwert für das Jahresmittel wie in der EU (53 ppb bzw. 100 µg/m³)[32]. In Kalifornien und sechzehn weiteren US-Bundesstaaten hingegen beträgt der Grenzwert für das Jahresmittel nur 30 ppb bzw. 57 µg/m³.[33][34]

Für Stickstoffdioxid ist in der EU eine Alarmschwelle von 400 μg/m³ festgelegt. Wird dieser Wert in drei aufeinander folgenden Stunden an Orten gemessen, die für die Luftqualität in Bereichen von mindestens 100 km² oder im gesamten Gebiet/Ballungsraum repräsentativ sind, muss der betroffene Mitgliedsstaat umgehend geeignete Maßnahmen ergreifen.[35]

Luftbelastung

Zwischen 1990 und 2015 verringerte sich der Ausstoß an Stickstoffoxiden in Deutschland um 59 %. Trotz dieses deutlichen Rückgangs bei den Emissionen, also dem, was Kraftwerke, Heizungen oder Autos ausstoßen, führte dies nicht zu einer vergleichbaren Verringerung der Stickstoffdioxid-Konzentration, also dem, was bei Mensch und Umwelt ankommt. Im Jahr 2016 wurde der EU-Grenzwert von maximal 40 µg/m³ im Jahresmittel an 57 % der verkehrsnahen Messstationen überschritten. Der Straßenverkehr ist im urbanen Raum die Hauptquelle für Stickstoffoxide, da die höchsten Konzentrationen ausschließlich an viel befahrenen Straßen gemessen werden. Die Stickstoffdioxid-Jahresmittelwerte an verkehrsnahen Messstationen betragen mit leicht abnehmender Tendenz seit 1995 zwischen 30 und 60 µg/m³, vereinzelt sogar um 90 µg/m³. Von dem kraftfahrzeugverkehrsbedingten Anteil der Stickstoffoxidemissionen tragen in der Stadt etwa zu 60 % Diesel-Fahrzeuge bei. Der Grund ist zum einen, dass Dieselautos im Extremfall bis zu zehnmal mehr Stickstoffdioxid ausstoßen als vergleichbare Benziner, zum anderen nutzen die sehr verbrauchsintensiven Fahrzeugklassen Bus und LKW hauptsächlich Diesel. In städtischen oder vorstädtischen Gebieten liegen die Jahresmittelwerte für Stickstoffdioxid im Bereich von etwa 20 bis 30 µg/m³, in ländlichen Gebieten um 10 µg/m³.[36][37]

EU-Vertragsverletzungsverfahren

Am 17. Mai 2018 hat die Europäische Kommission Deutschland, Frankreich und das Vereinigte Königreich vor dem Gerichtshof der Europäischen Union verklagt, weil die Grenzwerte für Stickstoffdioxid in diesen Ländern nicht eingehalten werden. Auch haben laut Kommission diese Mitgliedstaaten keine geeigneten Maßnahmen ergriffen, um die Zeiträume, in denen die Grenzwerte überschritten werden, so kurz wie möglich zu halten. Die Mitgliedstaaten haben „keine überzeugenden, wirksamen und zeitgerechten Maßnahmen vorgeschlagen, um die Verschmutzung schnellstmöglich – wie es das EU-Recht vorschreibt – unter die vereinbarten Grenzwerte zu senken.“ In Deutschland wurden die Grenzwerte in 26 Gebieten überstiegen, besonders betroffen sind die Großstädte Berlin, München, Hamburg, Köln, Stuttgart und Düsseldorf. Die im Jahr 2016 gemeldeten Jahreskonzentrationen beliefen sich z. B. in Stuttgart auf bis zu 82 µg/m³ bei einem Grenzwert von 40 µg/m³.[38]

Mit NO2 korrelierte Krankheitslast

In einer epidemiologischen Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes wurden für das Jahr 2014 rund 6.000 vorzeitige Todesfälle aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen statistisch ermittelt, die mit NO2 in Verbindung gebracht wurden. Dies entspricht einem Anteil von ungefähr 1,8 Prozent aller kardiovaskulären Todesfälle in Deutschland. Die Studie begründet so außerdem acht Prozent der bestehenden Diabetes-mellitus-Erkrankungen in Deutschland im Jahr 2014. Dies entspricht etwa 437.000 Krankheitsfällen. Bei bestehenden Asthmaerkrankungen liegt der prozentuale Anteil der Erkrankungen, die auf die Belastung zurückzuführen sind, bei rund 14 Prozent. Dies entspricht etwa 439.000 Krankheitsfällen.[39][40] Die Berechnung der Krankheitslast basiert dabei auf Stickstoffdioxid als Markermolekül für verkehrsnahe Gesundheitsschäden. Das bedeutet nicht, dass Gesundheitsschäden durch Stickstoffdioxid verursacht werden, sondern dass Anwohner in Gegenden mit einer Stickstoffdioxidbelastung unter 40 µg/m³ weniger krank sind. Der Studie wird vorgeworfen diese Korrelation, einseitig auf Stickstoffdioxid bezogen, kausal zu interpretieren.[41][42] Der kausale Zusammenhang zwischen NO2-Belastung und niedriger Lebenserwartung ist aufgrund des oft gemeinsamen Auftretens anderer Giftstoffe mit Stickstoffdioxid (Feinstaub, Ozon und andere) auch grundsätzlich von der WHO hinterfragt worden.[43][44] Eine Entfernung von Stickstoffdioxid aus Abgasluft beendet die Korrelation, aber verbessert nicht zwingend die Gesundheit. Die Sinnhaftigkeit unterschiedlicher Maßnahmen zur Einhaltung des Grenzwerts wird deswegen auch öffentlich sehr kontrovers diskutiert.[45][46][47][48][49] Die Frage nach der Wirkung auf die Gesundheit ist indes oft nur politisch motiviert, jedoch unter den meisten Wissenschaftlern unbestritten – entspricht also dem Stand der Wissenschaft. Der Klimareporter schreibt dazu, eine falsche Ausgewogenheit in den Medien (vgl. Kontroverse um die globale Erwärmung) würde das Thema zur Glaubensfrage machen.[50]

Wirkung auf Pflanzen

Es gibt zahlreiche Pflanzen, die gegenüber Stickstoffdioxid empfindlich reagieren – empfindlicher als der Mensch. Bereits geringe Volumenanteile können normale biochemische Vorgänge beeinflussen und beispielsweise zu einer Minderung des Trockengewichts, des Blattwachstums und zu Ertragsverlust der Pflanzen führen. Zu diesen gehören z. B. Apfel- und Birnbaum, Weißbirke, Gerste, Salat. Bei diesen Pflanzen reicht ein Volumenanteil von 3 ppb aus, um bei einmaliger Einwirkung nach weniger als einer Stunde erste äußerliche Veränderungen auftreten zu lassen. (ppb, steht für „Teile pro Milliarde“ d.h. für die Zahl 10−9 ein Milliardstel. [51]

Messtechnischer Nachweis von Stickstoffdioxid

Emissionsmessung

Bei Emissionsmessungen wird Stickstoffdioxid häufig zusammen mit Stickstoffmonoxid als Summenparameter messtechnisch erfasst. Beim Chemilumineszenz-Verfahren wird aus dem Abgas ein repräsentativer Teilstrom entnommen und nach Durchströmen eines Konverters, der möglicherweise vorhandenes Stickstoffdioxid in Stickstoffmonoxid umwandelt, mit Ozon in Verbindung gebracht.[52] Das bei der Reaktion ausgesendete Licht wird von einem Photomultiplier in ein elektrisches Signal umgewandelt, das Aufschluss über die Stickstoffoxid-Konzentration gibt.[52]

Beim Ionenchromatographie-Verfahren wird ein definiertes Abgasvolumen mit Ozon oder Wasserstoffperoxid in wässriger Lösung in Salpetersäure umgewandelt. Die analytische Bestimmung der Nitratkonzentration erfolgt ionenchromatographisch.[53]

Immissionsmessung

Bei der Immissionsmessung von Stickstoffdioxid kann das Saltzman-Verfahren angewendet werden, bei dem die Probenluft durch eine Reaktionslösung geleitet wird, die mit der zu detektierenden Gaskomponente zu einem roten Azofarbstoff reagiert.[54] Die Farbintensität der Reaktionslösung wird photometrisch bestimmt und ist ein Maß für die Masse an Stickstoffdioxid.[55] Dieses Verfahren findet auch bei der Bestimmung von Stickstoffdioxid in der Innenraumluft Anwendung.[56]

Ebenso wie bei der Emissionsmessung können auch bei der Immissionsmessung Chemilumineszenz-Verfahren zum Einsatz kommen.[57] Das entsprechende Verfahren ist in der Norm EN 14211 beschrieben.[58]

Eine weitere Möglichkeit der Immissionsmessung von Stickstoffdioxid ist die Verwendung von Passivsammlern.[59] In einem nach unten geöffneten Glasröhrchen befindet sich ein mit Triethanolamin präpariertes Drahtnetz, auf dem Stickstoffdioxid abgeschieden wird. Das Drahtnetz wird nach Ende der Sammelzeit mit einer Kombinationsreagenz versetzt, um die entstehende Verfärbung photometrisch zu analysieren.[60] Passivsammler können aufgrund ihrer Netzunabhängigkeit auch an abgelegenen Orten eingesetzt werden.[61]

Literatur

  • Alexandra Schneider, Josef Cyrys, Susanne Breitner, Ute Kraus, Annette Peters, Volker Diegmann, Lina Neunhäuserer: Quantifizierung von umweltbedingten Krankheitslasten aufgrund der Stickstoffdioxid-Exposition in Deutschland. In: Umweltbundesamt (Hrsg.): Umwelt & Gesundheit. Band 2018, Nr. 01, 5. März 2018, ISSN 1862-4340, ZDB-ID 2732263-4 (umweltbundesamt.de [PDF; 5,0 MB]).

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f g h i j k l Eintrag zu Stickstoffdioxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
  2. ↑ Eintrag zu Nitrogen dioxide im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.
  3. ↑ Datenblatt Stickstoffdioxid (Memento des Originals vom 12. Juli 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.airliquide.de bei Air Liquide, abgerufen am 5. Mai 2016.
  4. ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 10102-44-0 bzw. Stickstoffdioxid), abgerufen am 2. November 2015.
  5. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-16.
  6. ↑ a b c Karl A. Hofmann: Anorganische Chemie. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-663-14240-9, S. 139 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  7. ↑ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 488–489.
  8. ↑ Jost Weyer: Geschichte der Chemie Band 2 – 19. und 20. Jahrhundert. Springer-Verlag, 2018, ISBN 978-3-662-55802-7, S. 214 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  9. ↑ Jörgen Kolar: Stickstoffoxide und Luftreinhaltung Grundlagen, Emissionen, Transmission, Immissionen, Wirkungen. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-93418-6, S. 266 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  10. ↑ WD 8 – 3000 – 034/18: Sachstand – Einzelfragen zu Stickoxiden im Tabakrauch. Deutscher Bundestag – Wissenschaftliche Dienste, 2018, abgerufen am 19. Januar 2019.
  11. ↑ Enius: Stickstoffdioxid, abgerufen am 3. August 2017.
  12. ↑ a b c d Egon Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie Mit einem Anhang: Chemiegeschichte. Walter de Gruyter, 2011, ISBN 978-3-11-023832-7, S. 237 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  13. ↑ Josef K. Felixberger: Chemie für Einsteiger. Springer-Verlag, 2017, ISBN 3-662-52821-5, S. 221 (google.com).
  14. ↑ Michael Binnewies, Maik Finze, Manfred Jäckel, Peer Schmidt, Helge Willner, Geoff Rayner-Canham: Allgemeine und Anorganische Chemie. Springer-Verlag, 2016, ISBN 978-3-662-45067-3, S. 553 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  15. ↑ Beate Ritz, Barbara Hoffmann, Annette Peters: Auswirkungen von Feinstaub, Ozon und Stickstoffdioxid auf die Gesundheit. In: Deutsches Ärzteblatt. Band 116, Heft 51–52, 23. Dezember 2019, S. 881–886, hier: S. 882.
  16. ↑ Health Aspects of Air Pollution with Particulate Matter, Ozone and Nitrogen Dioxide (PDF; 558 kB), Report on a WHO Working Group, Bonn, Deutschland, 13. bis 15. Januar 2003 (englisch), DNB 968681158.
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