Verbessertes Verständnis der Emissionen von leichten flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und deren genaue Zusammensetzung aus großen Populationszentren sowie deren chemische Veränderung windabwärts. Dies beinhaltet die Messung möglichst vieler VOCs mit unterschiedlichen Eigenschaften wie chemische Lebensdauern, chemische Eigenschaften (z.B. unterschiedliche Abbauprozesse wie z.B. Reaktion mit OH, NO3, O3, Photolyse), Wasserlöslichkeit (Auswaschung und/oder trockene Deposition), Dampfdruck (auswirkend auf Bildung und Wachstum von organischen Aerosolen). Eine wichtige Frage ist diesbezüglich die Rolle von biogenen Emissionen in asiatischen Megastädten. Die gesammelten Daten sollen mit Simulationen des neuen Klimamodells ICON-ART in Kollaboration mit der Modellgruppe des IMK (Institut für Meteorologie und Klimaforschung) verglichen werden. Hierbei geht es darum Schwachstellen in den verwendeten Emissionsdaten und der chemischen Prozessierung entlang der Transportpfade aufzudecken. Des Weiteren können hier auch die Wechselwirkungen mit organischen Aerosolen sowie Mischungs- und Verdünnungsprozesse mit Hintergrundluftmassen untersucht werden.Ausserdem sollen die Quelltypen und deren Aufteilung von europäischen und asiatischen Megastädten identifizert und quantifiziert werden. Unterschiede diesbezüglich werden erwartet und wurden bereits identifiziert (Guttikunda, 2005; von Schneidemesser et al., 2010; Borbon et al., 2013), z.B. aufgrund von unterschiedlichen Treibstoffen, PKW und LKW - Typen / Alter, Abfall-Zusammensetzungen / Management, Energieerzeugung, etc. Zum Beispiel ist Acetonitril ein verlässlicher Marker für Biomassenverbrennung und es wird vermutet, dass dessen Bedeutung in Asien wesentlich größer ist als in Europa. Eine weitere Frage ist, ob die photochemische Ozonbildung windabwärts von Megastädten durch NOx oder durch VOCs limitiert ist und wie verändert sich dies entlang der Transportpfade bzw. mit dem Alter der Luftmasse. Gibt es diesbezüglich allgemeine Unterschiede zwischen asiatischen und europäischen Megastädten und wie ist der Einfluss biogener Emissionen?
A3.1 Räumliche und zeitliche Auflösung der 13CO2- und VOC-Flüsse im BlattWir erfassen die räumliche und zeitliche Dynamik des Gaswechsels in Blättern innerhalb Baumkronen und Baumarten in einem Mischbestand. Durch die Messung der natürliche 13C-Isotopen Diskrimination können Anpassungen der Wassernutzungseffizienz und Umwelteinflüsse auf die Photosynthese entschlüsselt werden. Blattemissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) sind weitere Indikatoren für biotische und abiotische Stresse, so dass Hot Spots und Hot Moments in Echtzeit erfasst werden können. A3.2 Entwicklung von miniaturisierten Blattküvetten und kompakten Laser-spektroskopen für 13CO2-IsotopeWir entwickeln Mikro-Gasküvetten, welche in großer Zahl eingesetzt werden sollen, um die 3D-Variabilität der 13CO2-Isotope innerhalb des Kronendachs zu überwachen. Sie sind mit einem integrierten Öffnungs- und Schließ-mechanismus ausgestattet und werden mit mehreren kleinen, kostengünstigen Kohlenstoffisotopen-Laserspektroskopen verbunden, die auch die H2O-Flüsse in den Blättern messen werden. Da die Laserspektroskope nicht in ähnlichem Maße miniaturisiert werden können wie die Blattküvetten, werden sie an einer zentralen Stelle platziert und durch Schläuche verbunden.
Deutschland ist aufgrund verschiedener internationaler Regelungen verpflichtet, jährlich die nationalen Emissionen zu berichten. Dieser Bericht betrachtet die Emissionen flüchtiger organischer Verbindung aus der Mineralölkette gemäß der IPCC und NFR Kategorie 1.B.2.a. Dieser Bericht versteht sich als Begleitbericht zum jährlichen Nationalen Inventar Dokument (NID) und dem jährlichen Informativen Inventarreport (IIR). Er ist eine Synopse von Gutachten und Forschungsberichten der letzten zwanzig Jahre und dient vornehmlich Review-Experten/Expertinnen unter UNFCCC und UNECE , die Herleitung der Emissionsfaktoren nachzuvollziehen. Veröffentlicht in Texte | 119/2025.
<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><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/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>) und Feinstaub (PM2,5) deutlich zu reduzieren. Deutschland hat sich im Rahmen der neuen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NEC-Richtlinie#alphabar">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 2023 nur noch 46 % 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 2022 auf etwa 53 % (Stickstoffoxide) bzw. 65 % (NMVOC) und 59 % (Feinstaub PM2.5) des Niveaus von 2005. Die Emissionen von Ammoniak lagen bis 2017 über dem Niveau von 2005 und sinken seitdem sichtbar, die Emissionen im Jahr 2023 liegen aber noch auf 80 % des Jahres 2005. Dadurch fällt der Schadstoff-übergreifende Indikatorwert mit 63 % 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><p>Problematische Stoffe</p><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>Internationale Vereinbarungen zur Minderung der Emissionen</p><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 (UNECE) über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigungen im Jahr 1979 folgten acht internationale rechtsverbindliche Vereinbarungen (Protokolle) zur Luftreinhaltung.</p><p>Ansätze für weitere Maßnahmen</p><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) 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.<br><br>Im Bereich der Lösemittel (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">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.<br><br>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/daten/luft/luftschadstoff-emissionen-in-deutschland/ammoniak-emissionen">„Ammoniak-Emissionen“</a>).</p>
Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in der Reduktion der Emission insbesondere neu aufkommender Schadstoffe aus NawaRo-Dämmstoffen. Für einige dieser Stoffe sind noch keine eindeutigen Wege der Generierung identifiziert worden. Dies gilt insbesondere für neu aufgekommene Stoffe wie VVOC. Die Entwicklung von Minderungsmaßnahmen steht folglich zumindest zum Teil noch aus. Ziel des Projektes ist es daher, VOC- und VVOC-Emissionen weiter zu senken, um Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen mehr Verwendungsmöglichkeiten zu eröffnen. Als Hauptkomponenten wurden in Vorarbeiten organische Säuren, Aldehyde, Alkohole und andere, meist polare Verbindungen sowie SVOC identifiziert. Um die zur Reduzierung dieser Emissionen sinnvollen Entwicklungsschritte definieren zu können, fehlen zum Teil vertiefte Kenntnisse zu deren Entstehung aus Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Dies gilt insbesondere für Substanzen wie Alkohole, VVOC und SVOC (Semi Volatile Organic Compounds). Außerdem sind viele dieser Dämmstoffe mit Flammschutzmitteln ausgerüstet. Inwieweit das das Emissionsverhalten möglicherweise indirekt beeinflusst, z.B. durch deren Einfluss auf den Feuchtehaushalt, ist nicht bekannt. Aus den bestehenden und zusätzlich gewonnenen Erkenntnissen zur Generierung der Emissionen sollen mindernde Veränderungen im Herstellprozess abgeleitet werden. Dabei kann auf Erkenntnisse aus dem Bereich der Herstellung von Holzwerkstoffen aufgebaut werden. Eine weitere Möglichkeit der Emissionsminderung ergibt sich aus dem Zusammenwirken verschiedener Materialien, z.B. Dämmstoffen und Folien. Vorkenntnisse über das Diffusionsverhalten von Wasserdampf und einiger weniger (V)VOC sind vorhanden, bedürfen aber einer Vervollständigung. Konkret soll daher die Möglichkeit dampfbremsender Folien, den Übergang solcher Stoffe in die Innenraumluft zu behindern, über die o.g. Stoffe hinaus geprüft werden.
Terpenes (=isoprenoids) are volatile organic compounds (VOCs) emitted by plants but their ecological functions are not fully understood. Poplars are strong isoprene emitters. In preceding studies we have constructed non-isoprene emitting poplars and started with their characterization. We have also constructed poplars expressing pinene synthase. We aim to study the role of isoprene and monoterpenes in herbivore and mycorrhizal interactions. In addition to wild type poplar plants (isoprene and non-monoterpene emitters) we will make use of transgenic poplar lines, that are either non-isoprene emitters or non-isoprene, but constitutive monoterpene emitters. The influence of the VOC emission on the interaction with herbivores and/or ectomycorrhizal fungi will be studied under laboratory, green house and open air conditions. Furthermore, it will be investigated how attack by herbivores affects the survival of ectomycorrhizal fungi or pathogenic fungi and vice versa, and how EM changes the VOC blend emitted by the plants and the performance of leaf feeding insects. Responses of the plant and the ectomycorrhiza will be studied on a molecular level. The results of these studies will provide important knowledge about poplar interaction and defense from herbivory.
In Wüstenökosystemen wird die zeitliche Dynamik durch Nass-Trocken-Zyklen bestimmt, und diese werden durch den Klimawandel zunehmend gestört. Niederschläge in Wüstenökosystemen lösen einen unmittelbaren CO2-Anstieg aus, verbunden mit erheblichen Emissionen von Petrichor, dem "Geruch von Regen". Dieser erdige Geruch setzt sich aus verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) zusammen, die mit dem Wind über große Entfernungen transportiert werden. Die Wassertröpfchen, die mit trockenen Böden in Berührung kommen, setzen zuvor gebundene VOCs frei und regen Bakterien und Pilze zur Neuproduktion von VOCs an. Sechzig Jahre nach der ersten Beschreibung von Petrichor ist immer noch wenig über seine Rolle in der Bodenökologie und seine Bedeutung für die Atmosphärenchemie bekannt.Biotische Interaktionen zwischen Mitgliedern mikrobieller Gemeinschaften im Boden erfolgen durch den Austausch von Signalmolekülen. Flüchtige Signale wirken auf einer größeren räumlichen Skala als lösliche Verbindungen und werden zunehmend als entscheidende Infochemikalien zur Vermittlung von intra- und interspezifischen Interaktionen zwischen Bodenmikrobiota anerkannt. Dennoch ist wenig über die spezifischen Funktionen von VOCs und ihre Rolle bei der Vermittlung von Wechselwirkungen zwischen Organismen bekannt, insbesondere in Trockengebieten.Die Emissionen von Petrichor aus Trockengebieten wie der Negev-Wüste (Israel) werden sich in naher Zukunft verändern, da die Niederschlagsmenge bis 2050 voraussichtlich um ~40 % zunehmen wird. Biogene flüchtige organische Verbindungen (VOC) - insbesondere Terpenoide und Benzoide - sind als wesentliche Akteure der Atmosphärenchemie bekannt und beeinflussen das Klima durch Wolkenbildung und die Entstehung sekundärer organischer Aerosole die Strahlungsenergie absorbieren und streuen. Mikrobielle Bodengemeinschaften dominieren die Wüstenökosysteme, die sich über 20 % der Erdoberfläche erstrecken. Daher ist es dringend erforderlich, die Rolle der mikrobiellen Gemeinschaften im Wüstenboden für die Chemie der Atmosphäre zu untersuchen. Unser Ziel ist es, die Quellen, Regulierungsmechanismen und Kontrollfaktoren der VOC-Emissionen in Wüstenökosystemen zu verstehen, was für die Erstellung umfassender globaler Klimaprojektionsmodelle von größter Bedeutung ist. Zu diesem Zweck wollen wir Veränderungen in der Petrichor-Zusammensetzung entlang eines Trockenheitsgradienten in der Negev-Wüste (Israel) quantifizieren und charakterisieren, die gesamte aktive mikrobielle Gemeinschaft (Eukaryonten, Prokaryonten, Archaeen) nach Niederschlagsereignissen in den Biokrusten der Wüste und in tieferen Bodenschichten identifizieren, mit Hilfe von Netzwerkanalysen Kandidaten für die Produktion von und die Reaktion auf VOC ermitteln und die Rolle der VOC durch Experimente mit mikrobiellen Isolaten und durch die Anwendung von Inhibitoren der wichtigsten Petrichor-VOC in Böden verifizieren und die globalen Auswirkungen der Petrichor-Emissionen hochskalieren.
Von der Europäischen Gemeinschaft wurde die Richtlinie 1999/13/EG vom 11.03.1999 über die Begrenzung von Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen, die bei bestimmten Tätigkeiten und in bestimmten Anlagen bei der Verwendung von organischen Lösemitteln entstehen (EU-VOC-RL), erlassen. Die EU-VOC-Richtlinie wurde als 31. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG) in deutsches Recht umgesetzt. Die Lösemittelrichtlinie 1999/13/EG wurde zwischenzeitlich inhaltlich in die Industrieemissionsrichtlinie (Richtlinie 2010/75/EU vom 24. November 2011 über Industrieemissionen) aufgenommen und das deutsche Recht entsprechend angepasst. Zuständig für die immissionsschutzrechtlich genehmigungsbedürftigen Anlagen sind die Betriebsreferate im Amt für Immissionsschutz und Abfallwirtschaft der BUKEA und für die nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen die Bezirksämter Hamburgs.
Atmosphärische Aerosole wirken auf die menschliche Gesundheit und beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde. Die Quellen, Bildungsmechanismen und Senken sekundärer Aerosole, welche aus der Transformation von organischen und anorganischen Vorläufergasen entstehen, sind nicht ausreichend verstanden, so dass eine genaue Vorhersagbarkeit der Aerosolbelastung unter gegenwärtigen Emissionen und zukünftigen Szenarien nicht möglich ist.Um ein genaueres Prozessverständnis zu erlangen, werden wir neue analytische Methoden entwickeln, die die Messung einzelner aerosolgetragener Moleküle in Echtzeit, sowie die Erstellung molekularer Fingerabdrücke von Aerosolfilterproben, ermöglichen. Hierfür werden wir ein ultra-hochauflösendes (OrbitrapTM) Massenspektrometer (MS) für die Echtzeit-Aerosolmessung adaptieren, um im Rahmen von Messkampagnen an der Simulationskammer SAPHIR am Forschungszentrum Jülich, die Chemie der Aerosole unter zukünftigen Emissionsszenarien zu untersuchen. An der SAPHIR Kammer werden wir VOC-Emissionen von Pflanzen unter Stress und deren Wechselwirkung mit SO2, NOX und NH3 studieren. Die zentrale Fragestellung dieser Experimente ist, inwiefern überschüssiges Ammoniak mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in der Atmosphäre reagiert, und ob es im Aerosol zu einer verstärkten Bildung von absorbierenden organischen Stickstoff-Heterozyklen kommt. Die Relevanz heterogener photochemisch-induzierter Prozesse soll an der SAPHIR Kammer bei atmosphärischen Konzentrationen untersucht werden. Diese Untersuchungen sind nötig um Voraussagen darüber treffen zu können, inwieweit sich verändernde, zukünftige anorganische Emissionen und VOC-Emissionen gestresster Pflanzen einen Effekt auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Aerosolen in der zukünftigen Atmosphäre haben werden.Neben den Kammermessungen in Jülich sollen Feldmessungen an solchen Orten unternommen werden, an denen eine besonders starke Wechselwirkung zwischen organischen und anorganischen Komponenten zu erwarten ist, und somit die Kammerexperimente im Hinblick auf deren atmosphärische Relevanz validiert werden können.Während der Echtzeit-Messungen mit dem online Aerosol-Orbitrap-MS werden wir Aerosolfilterproben sammeln und molekulare Fingerabdrücke der Aerosolzusammensetzung mit Hochleistungs-Flüssigchromatografie / Massenspektrometrie erstellen. Basierend auf Laborstudien zur Oxidation einzelner VOCs werden wir die molekularen Fingerabdrücke der Realproben mit den Laborexperimenten vergleichen. Eine open-access-"Aerosolomics"-Datenbank soll erschaffen werden, die die gemessenen Merkmale einzelner Oxidationsprodukte archiviert und online verfügbar macht. Dies wird eine „top-down“ Klassifizierung von Aerosolproben ermöglichen, mit deren Hilfe man Aussagen darüber treffen kann welche VOCs und welche Prozesse für die sekundäre Bildung von atmosphärischem Aerosol an den untersuchten Orten verantwortlich sind.
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|---|---|
| Bund | 208 |
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|---|---|
| Ereignis | 1 |
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| Boden | 222 |
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