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Luftschadstoff-Emissionen in Deutschland

<p> <p>Luftschadstoff-Emissionen aus unterschiedlichsten Quellen beeinträchtigen die Luftqualität, können in der Umwelt Säuren bilden oder die übermäßige Anreicherung von Nährstoffen (Eutrophierung) in Ökosysteme vorantreiben. Auch die menschliche Gesundheit kann belastet werden.</p> </p><p>Luftschadstoff-Emissionen aus unterschiedlichsten Quellen beeinträchtigen die Luftqualität, können in der Umwelt Säuren bilden oder die übermäßige Anreicherung von Nährstoffen (Eutrophierung) in Ökosysteme vorantreiben. Auch die menschliche Gesundheit kann belastet werden.</p><p> Entwicklung der Luftschadstoffbelastung <p>Emissionen werden durch den Verkehr, die Energieerzeugung, Industrieprozesse, die Landwirtschaft und viele andere Aktivitäten verursacht. Die seit 1990 erzielten deutlichen Erfolge bei der Emissionsminderung einzelner Luftschadstoffe zeigt die Abbildung „Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe“. Daraus geht hervor, dass bei vielen Luftschadstoffen die stärksten Minderungen in der ersten Hälfte der 1990er Jahre erzielt werden konnten.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/2_Abb_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.png"> </a> <strong> Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.pdf">Diagramm als PDF (50,24 kB)</a></li> </ul> </p><p> Ermittlung der Emissionsmengen <p>Die jährlichen Emissionen werden im Umweltbundesamt aus den verfügbaren Daten (Statistiken der Länder und des Bundes, Informationen von Verbänden und Betrieben, Modelle) für alle Quellen berechnet. Die Schadstoffemissionen werden dann Verursachergruppen, so genannten Quellkategorien, zugeordnet.</p> <p>Diese Aufteilung ist in der Tabelle „Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien“ zu sehen, unerheblich ist dabei der Ort des Verbrauchs. Beispielsweise werden die Emissionen aus der Stromproduktion bei dieser Systematik den Produzenten (hier: Kraftwerke) und nicht den Verbrauchern zugerechnet. Die Tabelle stellt Angaben zu Stickstoffoxiden (NOx), Ammoniak (NH3), leichtflüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nmvoc">NMVOC</a>), Schwefeldioxid (SO2) und Staub – einschließlich der Feinstaubanteile PM10 und PM2,5 – sowie Kohlenmonoxid (CO) zusammen. Außerdem werden die Säurebildner SO2, NH3 und NOx unter Berücksichtigung ihres Säureäquivalents erfasst.</p> <p>Die Berechnungen erfolgen nach den internationalen Berichtsvorschriften unter der <a href="http://www.unece.org/env/lrtap/welcome.html">UNECE Luftreinhaltekonvention</a>. Zum Zweck der Harmonisierung der Berichterstattung haben sich diese an den Vorgaben des Intergovernmental Panel on Climate Change der Vereinten Nationen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/ipcc">IPCC</a>) für die Treibhausgase orientiert.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/3_Tab_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.png"> </a> <strong> Tab: Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_Tab_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.pdf">Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung (163,25 kB)</a></li> </ul> </p><p> Minderung von Emissionen durch die europäische National Emission Ceilings (NEC)-Richtlinie und das Göteborg-Protokoll <p>In der europäischen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nec-richtlinie">NEC-Richtlinie</a> (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">EU 2016/2284</a>) sind für die EU-Mitgliedstaaten Emissionsminderungsverpflichtungen für die wichtigsten Luftschadstoffe (SO2, NOx, NH3, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nmvoc">NMVOC</a> und PM2,5) festgelegt, die ab dem Jahr 2020 relativ zu 2005 einzuhalten sind. Auch das von den Parteien der Genfer Luftreinhaltekonvention beschlossene <a href="https://unece.org/environment-policy/air/protocol-abate-acidification-eutrophication-and-ground-level-ozone">Göteborg-Protokoll</a> enthält analoge Minderungsziele für diese Schadstoffe. Dabei sind die Reduktionsverpflichtungen für den Zeitraum 2020 bis 2029 in beiden Regelungen identisch. Unter der NEC-Richtlinie sind ab dem Jahr 2030 dann deutlich höhere Reduktionen vorgesehen.</p> <p>Die Tabelle „Reduktionsverpflichtungen der NEC-Richtlinie; Emissionen im Jahr 2023“ zeigt die beschlossenen Emissionshöchstmengen und stellt sie den Emissionsdaten für das Jahr 2023 gegenüber. Bei der Überprüfung der Zielerreichung werden nach der NEC Richtlinie die Emissionen aus der Düngewirtschaft und landwirtschaftlichen Böden nicht berücksichtigt.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/4_Tab_Emissionshoechstmengen_2026-06-09.png"> </a> <strong> Tab: Emissionshöchstmengen der NEC-Richtlinie; Reduktionsverpflichtungen der neuen NEC-Richtlinie... </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_Tab_Emissionshoechstmengen_2026-06-09.pdf">Tabelle als PDF (50,32 kB)</a></li> </ul> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Emissionen prioritärer Luftschadstoffe

<p> <p>Seit den 1970-er Jahren führten zahlreiche politische und technische Anstrengungen zur Reduzierung der Emissionen von Schwefeldioxid, Stickstoffoxiden, flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan sowie von Feinstaub. Dennoch sind die Einträge in Ökosysteme nach wie vor zu hoch.</p> </p><p>Seit den 1970-er Jahren führten zahlreiche politische und technische Anstrengungen zur Reduzierung der Emissionen von Schwefeldioxid, Stickstoffoxiden, flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan sowie von Feinstaub. Dennoch sind die Einträge in Ökosysteme nach wie vor zu hoch.</p><p> Entwicklung seit 2005 <p>Die Bundesregierung hat sich in der <a href="https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/nachhaltigkeitspolitik/deutsche-nachhaltigkeitsstrategie-318846">Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie</a> zum Ziel gesetzt, die Emissionen von Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxiden (NOx), Ammoniak (NH3), flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nmvoc">NMVOC</a>) und Feinstaub (PM2,5) deutlich zu reduzieren. Deutschland hat sich im Rahmen der neuen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nec-richtlinie">NEC-Richtlinie</a> der EU (siehe weiter unten) zu nationalen Emissionsminderungen für diese Stoffe verpflichtet. Ziel der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie ist es, das ungewichtete, arithmetische Mittel der zugesagten Emissionsminderungen (45 %) zu erreichen. Die Verrechnung der Emissionsentwicklungen zu einem Index ermöglicht es, steigende Emissionen einzelner Schadstoffe durch stärkere Eindämmung des Ausstoßes anderer Schadstoffe zu kompensieren.</p> <p>Die Emissionen von Schwefeldioxid sinken am stärksten und zeigen im Jahr 2024 nur noch knapp 43&nbsp;% des Niveaus des Jahres 2005. Die Emissionen von Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan (NMVOC) und Feinstaub zeigen ebenfalls einen stetigen Abwärtstrend und sanken bis 2024 auf etwa 49 % (Stickstoffoxide) bzw. 64 % (NMVOC) und 56 % (Feinstaub PM2.5) des Niveaus von 2005. Die Emissionen von Ammoniak lagen bis 2017 über dem Niveau von 2005 und sanken seitdem sichtbar, liegen im Jahr 2024 aber noch bei 76 % des Jahres 2005. Dadurch fällt der Schadstoff-übergreifende Indikatorwert mit 57,6 % etwas höher aus (siehe Abb. „Index der Luftschadstoff-Emissionen“).</p> <p>Eine Sonderrolle im Trendverlauf nimmt dabei das Jahr 2009 ein, das durch die Effekte der globalen Wirtschaftskrise geprägt war. Die verminderten Aktivitäten führten zu sichtbaren Einbrüchen und Kompensationseffekten im Folgejahr 2010 bei allen Schadstoffen außer Ammoniak (NH3).</p> <ul> <li>Die <em>Schwefeldioxid-Emissionen</em> konnten zwischen 2005 und 2023 deutlich gemindert werden. Wesentliche Gründe hierfür sind die Senkung des Schwefelgehaltes im Heizöl, sowie die Verbesserung der Abgasreinigung in Großfeuerungsanlagen im Zuge der Neufassung der 13. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/bimschv">BImSchV</a> aus dem Jahre 2013.</li> <li>Ebenfalls deutliche Minderungen konnten bei den <em>flüchtigen organischen Verbindungen (ohne Methan)</em> erreicht werden. Zum einen gelang dies durch den Einsatz von lösemittelärmeren Produkten und einen reduzierten Lösemittelverbrauch im industriellen und gewerblichen Bereich. Des Weiteren wirken sich hier die fortschreitende Verschärfung der Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge und mobile Maschinen sowie der starke Verbrauchsrückgang von Benzin als Kraftstoff aus.</li> <li>Die Minderung der <em>Stickstoffoxid-Emissionen </em>resultiert in Teilen ebenfalls aus einer fortschreitenden Verschärfung der Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge und mobile Maschinen. Eine wichtige Rolle kommt hier aber auch dem Einsatz von Entstickungsanlagen im Kraftwerksbereich zu.</li> <li>Die überwiegend landwirtschaftlich verursachten <em>Ammoniak-Emissionen</em> liegen mit ihren Minderungen der letzten Jahre noch nicht weit unter dem Ausgangswertes des Jahres 2005. Es bleibt abzuwarten ob verschärfte Regelungen wie z.B. die novellierte Düngeverordnung einen nachhaltigen Effekt auf das Emissionsniveau haben werden.</li> <li>Auch die <em>Feinstaub-Emissionen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/pm25">PM2,5</a>) </em>sind seit dem Jahr 2005 deutlich gesunken. Einen wesentlichen Beitrag leistete hier der zunehmende Einsatz von Partikelfiltern in Kraftfahrzeugen. Die Novellierung der 1. BImSchV führte zu verminderten Emissionen aus Kleinfeuerungsanlagen. Im Industriebereich folgen die Emissionen der Konjunktur sowie dem technischen Fortschritt von Maßnahmen zur Emissionsminderung.</li> <li>Als <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/indikator">Indikator</a> für die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/versauerung">Versauerung</a> wird das Versauerungspotenzial aus den Emissionsangaben der Säurebildner Schwefeldioxid, Stickstoffoxide und Ammoniak ermittelt. Der Anteil der Landwirtschaft (Ammoniak-Emissionen, aber auch Stickstoffoxid-Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden) stieg von gut 16 % im Jahre 1990 auf 43 % in 2005 bzw. 56 % im Jahr 2024. Er liegt damit seit Mitte der 90er Jahre höher als der jedes anderen Bereichs (siehe Tab. „Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien“).</li> </ul> <p>Ein Diagramm zeigt die Entwicklung des Ausstoßes von fünf Luftschadstoffen sowie eines Gesamt-Index relativ zum Basisjahr 2005 (=100 %). Der Trend aller Substanzen sinkt deutlich, Ammoniak aber erst seit 2014. Das Ziel für 2030 (55 %) scheint in Reichweite.</p> <strong> Index der Luftschadstoff-Emissionen </strong> <p>* Wert Schwefeldioxid 1995: 360<br>** Zielwert 2020 basiert auf den Reduktionsverpflichtungen des Göteborg-Protokolls.</p> <p>*** Der Zielwert basiert auf den Verpflichtungen aus der „National <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/emission">Emission</a> Ceilings Directive“ (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nec-richtlinie">NEC-Richtlinie</a>) der EU sowie auf dem Ziel der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung.</p> Quelle: <p>Umweltbundesamt 2026</p> Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/DE_Indikator_LUFT-01_Emission-Luftschadstoffe_2026-06-09.pdf">Diagramm als PDF (48,20 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/DE-EN_Indikator_LUFT-01_Emission-Luftschadstoffe_2026-06-10.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (72,08 kB)</a></li> </ul> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/3_Tab_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.png"> </a> <strong> Tab: Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_Tab_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.pdf">Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung (163,25 kB)</a></li> </ul> </p><p> Problematische Stoffe <p>Obwohl der Ausstoß von Luftschadstoffen bis heute deutlich verringert wurde, ist er, gemessen an der dauerhaften Belastbarkeit der Ökosysteme, immer noch zu hoch. Dies gilt besonders für versauernde und eutrophierende Luftverunreinigungen (vor allem Stickstoffoxide und Ammoniak). Die über Jahrzehnte erfolgten Einträge von Schwefel und Stickstoff in die Böden hinterlassen noch für lange Zeit eine kritische Altlast. So haben zum Beispiel viele Waldböden erhebliche Anteile basischer Nährstoffe (zum Beispiel Calcium, Magnesium, Kalium) verloren und versauern. Damit geht auch eine Belastung des Sickerwassers einher. Ammoniak wird im Boden durch Bodenbakterien zu Nitrat oxidiert und ausgewaschen. Hohe Ammoniakdepositionen induzieren damit auch eine stärkere Nitratbelastung des Grundwassers und stellen somit eine Gefährdung unseres Trinkwassers dar. Luftverunreinigungen, insbesondere Stickstoffverbindungen, führen auch zum Rückgang der biologischen Vielfalt.</p> </p><p> Internationale Vereinbarungen zur Minderung der Emissionen <p>Das Problem des grenzüberschreitenden sauren Regens machte deutlich, dass die Umweltprobleme nur durch internationale Anstrengungen bekämpft werden können. Der <a href="http://www.unece.org/env/lrtap/welcome.html">Genfer Luftreinhaltekonvention</a> der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/unece">UNECE</a>) über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigungen im Jahr 1979 folgten acht internationale rechtsverbindliche Vereinbarungen (Protokolle) zur Luftreinhaltung.</p> <ul> <li>In den 1980er und 1990er Jahren wurden Protokolle zur Minderung versauernder und eutrophierender Substanzen (1. Schwefelprotokoll, 1985; Stickoxidprotokoll, 1988; 2. Schwefelprotokoll, 1994), in den 1990er Jahren die Protokolle über flüchtige organische Verbindungen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nmvoc">NMVOC</a>-Protokoll, 1991) und über die Schwermetalle und schwer abbaubare organische Stoffe (Schwermetallprotokoll und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/pop">POP</a>-Protokoll, 1998) beschlossen.</li> <li>Die zunehmende Belastung der Umwelt durch bodennahes Ozon und eutrophierenden Stickstoff in den 1990er Jahren machte eine internationale Vereinbarung zur Emissionsreduktion von Ozon-Vorläufersubstanzen (NOx und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/voc">VOC</a>) und Stickstoffverbindungen notwendig. Mit dem am 1. Dezember 1999 auch von Deutschland unterzeichneten <a href="http://www.unece.org/env/lrtap/multi_h1.html">Multikomponentenprotokoll </a>(Göteborg-Protokoll) zur Verringerung von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/versauerung">Versauerung</a>, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/eutrophierung">Eutrophierung</a> und bodennahem Ozon wurde ein integrierter Ansatz mit mehreren Schadstoffkomponenten (NOx, VOC, SO2, NH3) einschließlich ihrer Wechselwirkungen eingeführt.</li> <li>Die Vertragsstaaten des Protokolls haben im Mai 2012 weitergehende Emissionsminderungen für das Jahr 2020 ff. sowie zahlreiche weitere Änderungen des Multikomponenten-Protokolls vereinbart. So wurden für Deutschland im Zeitraum 2005 bis 2020 folgende Emissionsminderungsverpflichtungen festgelegt: SO2: -21 %, NOx: -39 %, NH3: -5 %, NMVOC: -13 % und PM2.5: -26 %.</li> <li>Die <a href="http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=celex%3A32001L0081">Richtlinie über nationale Emissionshöchstmengen</a> (NEC-Richtlinie 2001/81/EG) legt für die EU-Mitgliedsstaaten (wie das Göteborg-Protokoll für UNECE-Staaten) nationale Höchstmengen für die jährlichen Emissionen der geregelten Schadstoffe fest, die seit dem Jahr 2010 nicht mehr überschritten werden dürfen.</li> <li>Die <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">neue NEC-Richtlinie</a> (EU) 2016/2284 enthält zudem relative Minderungsverpflichtungen für die Jahre 2020 und 2030, jeweils ausgedrückt als prozentuale Minderung gegenüber 2005. Für 2020 wurden dabei die Ziele des Göteborg-Protokolls (siehe oben) in den Rechtsakt übernommen. Die neuen Minderungsverpflichtungen für 2030 sind folgende: SO2: -58 %, NOx: -65 %, NH3: -29 %, NMVOC: -28 % und PM2.5: -43 %.</li> </ul> </p><p> Ansätze für weitere Maßnahmen <p>Weitere Minderungen der NOx-Emissionen aus dem Straßenverkehr sind vor allem durch anspruchsvolle Abgasstandards für LKW (EURO VI), leichte Nutzfahrzeuge und PKW (EURO 6 und 7) sowie durch eine umweltverträgliche Gestaltung des Verkehrs zu erzielen. Selbstverständlich haben Abgasrichtlinien nur eine positive Wirkung, wenn sie nicht nur auf dem Prüfstand, sondern auch auf der Straße eingehalten werden.</p> <p>Im Bereich der Lösemittel (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nmvoc">NMVOC</a>) besteht die Möglichkeit der Verwendung lösemittelarmer oder freier Produkte in allen Produktbereichen, die durch zusätzliche europäische Regelungen zur Beschränkung des Lösemittelgehaltes in Produkten gefördert werden soll.</p> <p>Potenziale der Luftreinhaltung liegen auch in Energiesparmaßnahmen, der Steigerung der Energieeffizienz (zum Beispiel durch verbrauchsarme Motoren und neue Antriebstechnologien), dem Einsatz von emissionsfreien regenerativen Energien (beziehungsweise weitestgehender Verzicht auf Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen) sowie die Verwendung emissionsarmer Einsatzstoffe und Produkte.</p> <p>Die Reduzierung der Ammoniak-Emissionen aus der Landwirtschaft soll durch die Reform der gemeinsamen europäischen Agrarpolitik und durch verschiedene <a href="https://www.bmel.de/DE/themen/landwirtschaft/eu-agrarpolitik-und-foerderung/agrarumwelt-und-klimamassnahmen-aukm/agrarumweltmassnahmen-deutschland.html">nationale Agrarumweltmaßnahmen</a> erreicht werden (siehe <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/15699">„Ammoniak-Emissionen“</a>).</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

MINCA - MItigation der StickstoffbelastuNg auf der CAtchment-Skala

Die Intensivierung der Landwirtschaft und insbesondere der Einsatz von Düngemitteln ist der Schlüssel zur Ernährungssicherung einer wachsenden Weltbevölkerung. Der im Dünger enthaltene Stickstoff geht jedoch nicht nur in die pflanzliche Biomasse ein und wird schließlich geerntet, sondern wird auch als reaktiver Stickstoff (Nr) über verschiedene gasförmige und hydrologische Pfade in die Umwelt abgegeben. Dies führt zu gravierenden Umweltproblemen wie Eutrophierung, Treibhausgasemissionen oder Grundwasserverschmutzung. Wir gehen davon aus, dass wissenschaftlich fundierte Stickstoffminderungsstrategien es ermöglichen, die N2O- und NH3-Emissionen zu reduzieren und die NO3-Einträge in die Gewässer zu verringern, während die Erträge erhalten bleiben. Ziel des MINCA-Projekts ist daher die Etablierung eines gekoppelten, prozessbasierten hydro-biogeochemischen Modells zur Identifizierung von Feldbewirtschaftungsstrategien zu nutzen, die es ermöglichen, den Nr-Überschuss zu reduzieren und damit die N-Belastung in landwirtschaftlich dominierten Landschaften zu mindern. Unser besonderes Interesse gilt den Nr-Umwandlungsmechanismen an den Schnittstellen von Feldern, Grundwasser, Uferzone und Bächen. Um das derzeit begrenzte Verständnisses der zeitlichen und räumlichen hydro-biogeochemischen Flüsse bei der Nr-Transformation in der Landschaft zu überwinden, werden wir innovative Feldexperimente mit einem prozessbasierten Modellierungsansatz kombinieren. Der N-Zyklus in hydro-biogeochemischen Modellen ist jedoch komplex und die Validierung der zugrunde liegenden Prozesse datenintensiv. Die Messungen werden daher auf vier verschiedenen landwirtschaftlichen-, einem Grünland- und einem Waldgebiet durchgeführt. MINCA besteht aus vier eng miteinander verbundenen Arbeitspaketen (WP). In WP1 werden bereits laufende Messung der Wasser- und Stickstoffflüsse im Vollnkirchener Bach Studiengebiet beschrieben. Die bereits relativ umfangreichen kontinuierlichen Messungen, z.B. N2O-Emissionen, Bodenfeuchte, Abfluss und Gewässerqualität, sollen durch weitere Messungen wie NO3-Auswaschung und -Konzentrationen, saisonale Blattflächenindices, Erträge, Biomasse und deren C- und N-Gehalt ergänzt werden. Zusätzlich werden 15N2O und 15NO3 Isotopomer in Feldkampagnen gemessen. Komplexe Messungen für Modellversuche in WP1, modellbasierte hochskalierungs-Methoden im Rahmen von WP2 und Parameterreduktion, Unsicherheitsanalyse und Prozessplausibilitätsprüfung von WP3 erlauben es uns zu erkennen, wann und wo N-Belastung in der Landschaft auftreten. Dieses vertiefte Wissen wird die Grundlage für die Entwicklung von wissenschaftlich fundierten Mitigationsszenarien im WP4 bilden. Das gekoppelte Modell wird im Echtzeit-Modus ausgeführt, um die vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft erstrebten Zielwerte von reduziertem Nr-Überschuss zu erreichen. Maßgeschneiderte in-situ-Experimente zu N2O-Emissionen und NO3-Auswaschung werden die Wirksamkeit des Minderungspotenzials aufzeigen.

Emissionen aus dem Straßenverkehr und städtische Lufthygiene: Neue Möglichkeiten aus zeitlich hoch aufgelöster Analyse

In diesem Projekt sollen zeitlich hoch aufgelöste Spurengasmessungen und Messungen der Größenspektren der Aerosolpartikel an einem Verkehrsstandort zu einer deutlichen Weiterentwicklung unseres Verständnisses der Dynamik der Konzentrationen von Luftschadstoffen im städtischen Umfeld sowie der Emissionen aus dem Straßenverkehr beitragen. Neue, schnelle Techniken sollen das bereits gut entwickelte Grundlagenwissen zu Emissionsverhältnissen NO / NO2 / NOx einzelner Fahrzeuge und Fahrzeuggruppen entwickeln, den Einfluss auf die Ozonchemie und die Interaktion mit dem vorhandenen Ozon studieren, Emissionsverhältnisse NH3 / CO2 und NOx / CO2 unter realen Bedingungen quantifizieren, und vor allem die Emissionen der Aerosopartikel in einem weiten Größenspektrum (einige nm bis über 1 mym Durchmesser) detailliert quantifizieren. Dies bedeutet und ermöglicht eine neuartige Analyse der Emissionen von Partikeln im echten Straßenverkehr. Die vorgeschlagenen Konzepte und Messungen ergänzen sich mit anderen modernen Konzepten der Analyse von Luftverschmutzung und Emissionen wie z.B. multi-Sensoren-Anwendungen, Einsatz mobiler Plattformen, oder Eddy-Kovarianz. Hier wird Grundlagenforschung vorgeschlagen, die in Ergänzung mit anderen Anwendungen und Konzepten einschließlich Modellierung zu einer deutlichen Verbesserung unseres Verständnisses der städtischen Umwelt führen wird. Das Herzstück der experimentellen Forschung ist eine 18-monatige Messreihe am Straßenrand, die allerdings von zwei Intensivmesskampagnen (IOPs) um Kenntnisse zur räumlichen Representativität und zur chemischen Zusammensetzung der Partikel im Größenspektrum ergänzt werden.

Reduzierte Emissionen und mehr Tierwohl durch saubere, attraktive Bodenflächen in Außenklimaställen und Ausläufen in der Schweinehaltung, Teilprojekt D

Die Verbesserung des Tierwohls und die Reduktion umwelt- und klimarelevanter Emissionen sind wichtige Schlüsselelemente für eine nachhaltige Schweinehaltung. Das Projekt verfolgt daher das Ziel, die für eine Emissionsminderung notwendige häufige und regelmäßige Reinigung verschmutzter Flächen von Außenklimaställen und Ausläufen automatisiert auszuführen. Durch den Einsatz neu entwickelter innovativer Reinigungsroboter und Oberflurschieberentmistungsanlagen sowie durch kombinierte Entmistungstechniken soll die Entfernung von Kot, Harn und organischen Materialien zur Einstreu und Beschäftigung in den Buchten automatisiert ablaufen. Darüber hinaus soll durch die Einstreu die Attraktivität des Auslaufs für die Schweine gesteigert werden. Auf die Entmistungssysteme abgestimmte Buchtensysteme mit digital steuerbaren Türen und Toren stellen eine weitere Innovation dar. Die autonomen Entmistungssysteme sollen die Tieraktivität berücksichtigen und das Tierverhalten durch intervallgesteuerte Elemente, wie Einstreu und Kühlen unterstützten. Mit der Unterstützung von künstlicher Intelligenz-Algorithmen zur Erkennung verschiedener Merkmale und deren Verknüpfung mit der Steuerung der Entmistungstechnik sollen die emissionsrelevanten Bereiche in der Fläche verkleinert, die zeitliche Aktivität der Entmistungstechnik optimiert und die Emissionen (insbesondere Ammoniak) stark vermindert werden.

ResGAR – Ressourcenschonende und energieeffiziente Gärrestbehandlung mit Ammoniak-Rückgewinnung

Die BIORESTEC GmbH wurde 2018 als ein unabhängiges Ingenieurbüro im Bereich Umwelttechnik mit Sitz in Laatzen gegründet. Ihre Schwerpunkte sind Dienstleistungen in der Forschung und Entwicklung, Technologietransfer und Markteinführung von innovativen, neuen Produkten im Bereich Bioenergie und Ressourceneffizienz. Am Standort Merkendorf (Bayern) soll eine großtechnische Anlage zur Behandlung von Gärresten errichtet und in Betrieb genommen werden. In der Anlage sollen Gärreste aus der im Umkreis befindlichen Biogasanlage Lachholzfeld behandelt werden, die aktuell unaufbereitet landwirtschaftlich genutzt werden. Da sich die Biogasanlage in einem Gebiet mit hoher Nitratbelastung des Grundwassers befindet (sog. rotes Gebiet), wird die Biogasproduktion und Flexibilität in Hinblick auf die eingesetzten Substrate wegen der in roten Gebieten langen Dünge-Sperrfristen derzeit durch die Lagerkapazität für Gärreste limitiert. Ziel des Vorhabens „ResGAR“ ist die Errichtung, Inbetriebnahme und der Betrieb einer AGRIFER® PLUS-Anlage im großtechnischen Maßstab. In der Anlage sollen jährlich 13.000 Kubikmeter Gärreste behandelt werden. Dabei soll das Volumen der Gärreste reduziert und so die Transportaufwendungen bei der Gärrestnutzung reduziert werden (25 Prozent statt 7 Prozent Trockensubstanz-Gehalt im Gärrest). Das Prinzip der fraktionierten Eindampfung wird als Schlüssel zur Stickstoff-Ausschleusung mit geringerem Säurebedarf genutzt. So sollen jährlich 22 Tonnen Stickstoff als Ammoniakwasser für die Nutzung auch außerhalb der Landwirtschaft zur Verfügung gestellt werden. Das entspricht knapp 30 Prozent des im Gärrest vorhandenen Stickstoffs. Das Verfahren kann dazu beitragen, dass der Stickstoffüberschuss auf den umliegenden landwirtschaftlichen Flächen in der Region gesenkt wird. Es wird davon ausgegangen, dass die geringeren Lachgasemissionen während der Lagerung der Gärreste einer Emissionsminderung von 25 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr gleichkommen. Durch den (im Vergleich zur Produktion von Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren) geringeren Energieeinsatz bei der Herstellung des Ammoniakwassers können zudem indirekte Emissionen von rund 180 Tonnen CO 2 -Äquivalente pro Jahr eingespart werden.  Im Vergleich zu einer zweistufigen Eindampfung mit Brüdenwäscher soll der Säureeinsatz um ca. 90 Prozent von jährlich 210 Tonnen auf 18 Tonnen reduziert werden. Zudem stellt die dreistufige Wärmekaskade eine Verbesserung der Energieeffizienz im Vergleich zum Stand der Technik dar. Das energieeffiziente Verfahren zur Produktion von Ammoniakwasser sowie die Reduktion des Einsatzes von Chemikalien bei der Gärrestaufbereitung sind auch übertragbar auf andere Anlagentypen. Beispielsweise kann das Verfahren zur Aufbereitung anderer Wirtschaftsdünger, z.B. Gülle eingesetzt werden. Die Technik könnte damit auch in Viehhaltungsbetrieben ohne Biogasanlage eingesetzt werden. Hierbei müsste jedoch die fehlende Wärmequelle bei der Gülleaufbereitung berücksichtigt werden, während Biogasanlagen die Wärme aus Blockheizkraftwerken nutzen können. Grundsätzlich kann die ResGAR-Technologie auf viele Betriebe der gleichen oder anderer Branchen übertragen werden. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: BIORESTEC GmbH Bundesland: Bayern Laufzeit: seit 2024 Status: Laufend

Entfernung von gelöstem Sauerstoff aus Aminlösungen für die CO2-Abtrennung

MeDORA zielt entsprechend der Vorrangigen Forschungsrichtungen von Mission Innovation auf die beschleunigte Umsetzung umweltfreundlicher Prozesse zur CO2-Abscheidung ab und setzt die im 7. Energieforschungsprogramm 'Innovationen für die Energiewende' des Bundes in Abschnitt 3.15 'Technologien für die CO2-Kreislaufwirtschaft' genannte Zielsetzung der Weiterentwicklung von Komponenten und Werkstoffen für die CO2-Abtrennung konsequent um. In MeDORA soll mittels eines innovativen Membranverfahrens der in Amin-Waschmitteln von CO2-Abtrennungsanlagen gelöste Sauerstoff entfernt werden, um die oxidative Waschmittelzersetzung um 50% zu reduzieren und darüber hinaus den O2-Gehalt im abgetrennten CO2 auf kleiner als 10 ppmv zu begrenzen. Die angestrebte Erhöhung der Waschmittellebensdauer lässt eine Senkung der Betriebskosten für das Waschmittelmanagement um bis zu 70 % erwarten und kann damit die Umweltauswirkungen einer Abscheidungsanlage durch geringe Abfallmengen beim Waschmittelmanagement (Reclaiming) und reduzierte Emissionen (insbesondere des flüchtigen Zersetzungsprodukts NH3) deutlich senken. Die höhere Reinheit des CO2-Produkts erlaubt es die strengen Spezifikationen geologischer Speicherprojekte (z.B. Northern Lights in Norwegen) ohne aufwändige Nachbehandlung zu erfüllen und senkt entsprechend auch die Kosten für CCU-Anwendungen, bei denen O2-Spuren Katalysatoren schädigen. MeDORA, mit 6 Partnern aus 3 europäischen Ländern, wird von einem starken industriebasierten Konsortium geleitet, das die gesamte Wertschöpfungskette abdeckt. Die Langzeittests von MeDORA (TRL 7-8) in Niederaußem, hier erstmalig auch mit innovativen asymmetrischen Membranen, und bei HVC in den Niederlanden stellen die industrielle Anwendbarkeit sicher und werden begleitet von technisch-wirtschaftlichen Analysen, LCA, Vergleich mit anderen Techniken zur O2-Reduzierung im Waschmittel und im Produkt-CO2, werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungen sowie der Entwicklung eines Verwertungsplanes.

cAtchment nitRous oxide Emissions and nitrAte Leaching

The accurate estimation of nitrous oxide (N2O) emissions and monitoring of nitrate (NO3) leaching in agricultural catchments are critical for contemporary environmental science and policymaking. These issues contribute to climate change and groundwater pollution, necessitating a thorough understanding of underlying processes to develop effective mitigation strategies. Our research aims to develop a robust upscaling procedure for N2O emissions and NO3 leaching at the catchment scale, where mitigation actions are finally applied. This involves an integrated approach spanning three scientific disciplines: 1. Field and laboratory measurements: Utilizing local chamber-based and laboratory-based measurements to assess microbial N cycling fluxes and process rates, providing essential data for process understanding. 2. Remote sensing: Leveraging satellite data with unprecedented spatiotemporal resolution to gather catchment-scale information on geomorphology, topography, land use, standing biomass, and soil water status, enhancing our understanding of the catchment environment. 3. Modelling: Employing a fusion of machine learning techniques and mechanistic modeling, we aim to integrate all information from the collected datasets, facilitating the upscaling of N2O emissions and NO3 leaching to the entire catchment scale. Our work program comprises two interrelated work packages focusing on data collection and modeling. WP 1 Data Collection: Creation of a comprehensive dataset, including N2O and NH3 emissions, NO3 leaching, soil d15N isotopic composition, site preference and d15N-N2O, and lab-based measurements of N process rates such as gross nitrification. This dataset will provide a deeper understanding of microbial N-cycling processes such as nitrification and denitrification and their roles in N2O production and NO3 leaching. Hot spot monitoring: Continuous measurements at model-guided identified N2O emission hot spots, covering potential hot moments such as freeze-thaw periods and fertilization events. WP 2 Modeling: Machine Learning: Extracting knowledge from all collected data to create models predicting N2O emissions and NO3 leaching. Mechanistic modelling: Improving a state-of-the-art biogeochemical model that includes a spatially explicit hydrology model for the lateral flow of water and nutrients. Improving will be particularly based on incorporating isotopic data and an isotopic tracing model. Combining machine learning and mechanistic models to benefit from each other, with mechanistic models enhancing machine learning through providing additional data and machine learning to identify and improve structural deficiencies of the mechanistic model. This interdisciplinary proposal seeks to advance our understanding of N2O emissions and NO3 leaching at the catchment scale, ultimately providing valuable insights for environmental assessment and mitigation strategies in agricultural landscapes.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Die Landwirtschaft ist für etwa 80% der gesamten N2O-Emissionen in Deutschland und für 45% der Treibhausgasemissionen (THG) aus dem Agrarsektor verantwortlich. Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern (Mineraldünger und organischer Dünger, einschließlich Biogasgärresten), der ca. 60% der gesamten N2O-Emissionen aus der Landwirtschaft verursacht. Dabei sind sowohl direkte N2O-Emissionen aus den gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen durch die Freisetzung reaktiver Stickstoffverbindungen (z.B. Auswaschung von Nitrat, Emission von Ammoniak) von Bedeutung. Die Verringerung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz der Stickstoffnutzung sind unerlässliche Maßnahmen, um die in internationalen Vereinbarungen festgelegten Emissionsminderungsziele für den Agrarsektor zu erreichen. Nitrifikationshemmer werden als robuste und skalierbare Maßnahme zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies jedoch eine effiziente, praktikable und umweltverträgliche Maßnahme zur Reduzierung der düngemittelbedingten N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird in Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits besteht das Potenzial, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch die indirekten N2O-Emissionen deutlich zu reduzieren und damit die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierte Ergebnisse, die NI-Effekte unter mehreren Gesichtspunkten verlässlich bewerten: i) die standortdifferenzierten jährlichen N2O-Emissionen und Nitratauswaschungen, ii) die ökologische Langzeitwirkung der Hemmstoffe und ihr Einfluss auf andere umwelt- und klimawirksame Emissionen (z.B. Ammoniakemissionen) und iii) die Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Berücksichtigung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.

Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung der Nutzung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau, Standortdifferenzierte Bewertung und Anrechnung von Nitrifikationsinhibitoren als Klimaschutzmaßnahme im Pflanzenbau

Die größte N2O-Quelle in der Landwirtschaft ist der Einsatz von Stickstoffdüngern, der rund 60% der gesamten N2O-Emission der Landwirtschaft verursacht. Bedeutend sind hierbei sowohl direkte N2O-Emissionen aus den gedüngten Böden als auch indirekte N2O-Emissionen, die durch den Austrag reaktiver Stickstoffverbindungen (z.B. Auswaschung von Nitrat, Emission von Ammoniak) verursacht werden. Sowohl direkte als auch indirekte THG Emissionen der N-Düngung hängen direkt mit der ausgebrachten N-Menge zusammen. Die Minderung dieser Emissionen und die Verbesserung der Effizienz des Stickstoffeinsatzes sind daher vordringliche Maßnahmen für das Einhalten des verbindlichen Emissionsreduktionsziels des Sektors Landwirtschaft. Nitrifikationshemmstoffe werden als robuste und skalierbare THG Reduktionsmaßnahme für den Pflanzenbau vorgeschlagen. Ob dies aber eine effiziente, praxisgerechte und umweltschonende Maßnahme zur Verringerung düngungsinduzierter N2O-Emissionen unter mitteleuropäischen Bedingungen ist, wird von Wissenschaft, Politik und Praxis kontrovers diskutiert. Einerseits bestehen die Potenziale, durch die Hemmung der Nitratbildung sowohl die direkten als auch indirekten (Minderung der Nitratauswaschung) N2O-Emissionen deutlich zu mindern und die Effizienz der Stickstoffdüngung zu verbessern. Andererseits fehlen für eine gesicherte Bewertung in mehreren Punkten wissenschaftlich belastbare und standortdifferenzierende Ergebnisse: i) die Bewertung der Wirkung auf die N2O-Jahresemission und Nitratauswaschung, ii) die ökologischen Langzeitwirkungen einer regelmäßigen Ausbringung der Hemmstoffe und ihre Wirkung auf andere umwelt- und klimawirksamen Emissionen (z.B. Ammoniakemission) sowie iii) die zusammenführende und standortdifferenzierende Gesamtbewertung als Klimaschutzmaßnahme unter Einbeziehung von Klimaschutzeffekten, ökologischen Risiken, sowie ökonomischen und pflanzenbaulichen Effekten.

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