Die gute Seite der Stickoxide

Alles, was aus dem Auspuff eines Autos herauskommt, das ist giftig und umweltschädlich. Diese banale Aussage würde jedermann und  jede Frau sofort blind unterschreiben. Oder etwa nicht?

Es scheint abstrus, daß diese Banalität überhaupt in Frage gestellt wird. Und doch! Wie wir im folgenden nachweisen, ist ausgerechnet das von Dieselmotoren emittierte Stickstoffdioxid ein wichtiger Faktor für die Waldgesundheit. Obendrein hilft es, den Anstieg des anthropogenen Kohlendioxyd wirksam zu begrenzen. Damit kann NO2 sogar einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Paradox! Aber dieser Beitrag ist kein Ulk! Es geht vielmehr darum, eine ernsthafte Diskussion anzustoßen über einen Aspekt,  der in der ganzen Aufgeregtheit über den  Dieselabgasskandal zu kurz gekommen ist: Können wir auf Stickoxide in unserer Umwelt überhaupt noch verzichten? Was ist, wenn wir einfach den atmosphärischen Stickoxid-Ausstoß auf null reduzieren? Die folgende Überlegung mag manchen überraschen. Um das Ergebnis vorwegzunehmen: Eine massive Reduktion der Stickoxide hätte schwerwiegende negative Auswirkungen auf unsere Wälder.  

Stickoxide als Diesel- und Verbrennungsabgas ist atmosphärischer Dünger, der seit über fünfzig Jahren in unseren Breiten zu verstärkten Pflanzenwachstum, insbesondere in unseren Wäldern, führt.  Diese Erkenntnis ist unter Biologen unumstritten. Allerdings sagt es niemand laut. Denn diese Aussage passt nicht in die gegenwärtige politische Landschaft. Im Umkehrschluss bedeutet das nämlich: Die  vollständige Eliminierung künstlich erzeugter Stickoxide würde unmittelbar negative Folgen haben für Land- und Forstwirtschaft. Geringere Ernteerträge sowie verringertes Holzwachstum wären die direkten Konsequenzen. Auch die Ziele des derzeit propagierten Klimaschutzes würden konterkariert: Der vor sich hin kümmernde Wald könnte weniger CO2 binden als bis dato. Die Mengen, um die es da geht, sind durchaus erheblich: Durch atmosphärische Stickoxiddüngung werden allein in unserem Land jährlich 55 Millionen Tonnen Kohlendioxid zusätzlich  in der Holzmasse des Waldes fixiert. Das sind über 6% des gesamten anthropogenen CO2-Ausstoßes Deutschlands. Das in anderen Pflanzen gebundene CO2 ist hierbei noch gar nicht berücksichtigt.  Anders formuliert: Die Stickoxide tragen mehr zum Klimaschutz bei als irgendwelche Verordnungen zur Wärmedämmung in Gebäuden.         

Betrachten wir das ganze mal etwas genauer. Der nachfolgende Artikel kann das bücherfüllende Thema der Stickoxide nicht in voller Gänze abhandeln und will es auch nicht. Er soll lediglich einen Denkanstoß in eine andere Richtung geben, in der Hoffnung, daß dieser Ball aufgenommen wird.

Zunächst zwei banale wie berechtigte Einwände: Erstens: Stickoxid führt zu saurem Regen. Richtig, denn Stickstoffdioxid verbindet sich mit Wasser, seien es nun Nebel- oder Regentropfen, zu salpetriger Säure, die sich dann weiter zu Salpetersäure umwandelt. Das lernt jeder Gymnasiast im ersten Jahr seines Chemieunterrichtes.

Allerdings: Dieser Effekt ist bei weitem nicht so ausgeprägt wie der saure Regen von einst, der durch Schwefeldioxid verursacht wurde. Nachdem Schwefelabgase  durch verschiedene technische Maßnahmen in Kraftwerken, Feuerungsanlagen und Straßenverkehr eliminiert wurden, hat sich die Diskussion um den  „Sauren Regen“ weitgehend erledigt. Ich zitiere aus  Verlautbarungen des Bundesumweltamtes (!): „Der Regen ist heute also deutlich weniger sauer als zu Beginn der 1980er Jahre.“ Und weiter: „Damit befinden sich die heutigen pH-Werte im Bereich der natürlichen, ohne anthropogene Beeinflussung in Mitteleuropa zu erwartenden Werte.“ Nachzulesen hier im Text: „Nasse Deposition saurer und säurebildender Regeninhaltsstoffe“  Fundstelle: http//www.umweltbundesamt.de/daten/luftbelastung/nasse-deposition-saurer-saeurebildender  . – Das Waldsterben wurde abgesagt.  

Nebenbei: Stickstoffdioxid muß nicht erst durch Tau oder Regen im Waldboden deponiert werden, um dann vom Wurzelwerk aufgenommen zu werden. Dazu Professor Fritz Führ aus Jülich: Drei meiner Doktoranden haben in interdisziplinären Forschungsansätzen überzeugend nachgewiesen, daß Pflanzen Stickoxide direkt aufnehmen und verwerten. – Zitiert nach einem Leserbrief in der FAZ vom 6.11.2013.

Zweiter Einwand: Stickstoffdioxid ist ein giftiges Gas. Auch richtig. Allerdings muß es schon in hoher Konzentration bzw. über einer längeren Zeitraum eingeatmet werden, um Vergiftungserscheinungen zu bewirken. Auf die Problematik der derzeitigen Grenzwerte sowie auf der Stand der Forschung wird am Ende dieses Beitrages eingegangen.

Nun zu den guten Seiten des Stickoxids. Damit meine ich  ausschließlich das Stickstoffdioxid. Ich zitiere eine unverdächtige Quelle, nämlich aus einem Text der Bayerischen Landesanstalt für Wald- und Forstwirtschaft: : … hohe Stickstoffeinträge aus der Luft, die als Dünger für die Bäume wirken, tragen zu der hohen Wuchsleistung der Wälder bei.   Quelle: http://www.lwf.bayern.de/mam/cms04/service/dateien/lwf-spezial_02.pdf

Der bayerische Waldbesitzerverband spezifiziert etwas genauer: ..Die in den traditionellen Wuchsmodellen festgelegten Zuwachsraten liegen inzwischen weit unter dem, was heute im Wald an Massenzuwächsen stattfindet (siehe LWF, 2005, Daten der Bundeswaldinventur, 2002). Der Hauptgrund dafür liegt in der extrem hohen Stickstoffanreicherung der unteren Atmosphäre, bedingt durch Stickstoffemissionen aus Industrie, Landwirtschaft und Straßenverkehr, denn Stickstoff steigert das Pflanzenwachstum. Die Zuwachsraten der alten Ertragstafeln liegen noch bei etwa 7 bis 8 fm pro Hektar und Jahr, wohingegen in Bayern heute im Mittel ca. 10 bis 12 fm pro Hektar und Jahr üblich sind. In manchen Gegenden werden bis zu 25 fm erreicht.

Quelle: https://www.holz-von-hier.de/waldbesitzer-info/waldtypen7.html

Die Werte für das flächengrößte Bundesland Bayern lassen sich ohne weiteres auf den Rest der Republik übertragen. Rechnen wir einmal nach: Pro Hektar Wald generieren Stickoxide jährlich zusätzlich etwa  5 Festmeter Holz. Ein Festmeter Holz bindet eine Tonne CO2. Ein Drittel der Landesfläche Deutschlands ist bewaldet. Das sind 11,4 Millionen Hektar. Quelle: https://www.bundeswaldinventur.de/index.php?id=563

Somit werden jährlich über 55 Mio. Tonnen des vermutlich klimaschädlichen Gases durch die Bäume des Waldes eliminiert. Dank Stickoxid. Das sind immerhin über 6% der gesamten CO2-Emissionen. Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/daten/klimawandel/treibhausgas-emissionen-in-deutschland   In dieser Rechnung sind Bodenpflanzen, Sträucher und sonstiger Bewuchs, wie etwa Ackerfrüchte und Gräser nicht einmal enthalten.

Aber was ist mit Gesundheitsschädigungen durch Stickoxide?  Die Faktenlage ist äußerst dürftig, epidemiologische Untersuchungen sind Mangelware und zudem häufig Jahrzehnte alt.   Der Grund ist einfach:  Ein isolierter Effekt des Stickoxides auf die menschliche Gesundheit war bisher selten messbar, denn in der realen Welt treten höhere Stickoxidkonzentrationen zumeist mit vermehrten Feinstaub und anderen Faktoren auf, so daß eventuelle Gesundheitsschäden nicht eindeutig kausal zugeordnet werden können. Es gibt Anzeichen, daß bei Überschreiten der aktuell von der EU definierten Grenzwerten Kleinkinder  und Asthmatiker verstärkt zu entzündlichen Reaktionen der Atemwege neigen können. Die umfangreichste Zusammenfassung von Untersuchungen findet sich hier:  http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0005/112199/E79097.pdf

Diese Publikation stammt aus dem Jahre 2003, spätere Veröffentlichungen nehmen auf die ältere Datenerhebung Bezug.

Es ist erstaunlich, daß trotz aktueller Diskussionen keine neueren Reihenuntersuchungen  zu dem Thema vorliegen. Dabei könnte jeder Innenraum eines Autos, das im Straßenverkehr bewegt wird, als Messstation dienen. Denn Staubpartikel werden in modernen Fahrzeugen durch die Filter der Klimaanlage zurückgehalten, während das gasförmige Stickoxid ungehindert durchströmt. Ein Zusammenhang mit Erkrankungen der Atmungsorgane bei Berufskraftfahrern sollten sich auf diese Weise verifizieren lassen, so es sie denn gibt. Oder will man  es gar nicht so genau wissen?

Es ist an der Zeit, die Dinge zu hinterfragen und die Probleme ganzheitlich zu betrachten. Vielleicht gibt es dann noch die eine oder andere Überraschung.

( Ein ähnlicher Beitrag erschien bereits im Oktober letzten Jahres, allerdings ohne Mengenrüst und quantitative Abschätzung  →hier)

Nachtrag: Ich danke Herrn Leitenden Forstdirektor Dirk Schmechel von der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft und seinen Mitarbeitern für die kritische Durchsicht und die Anmerkungen, die sich am Schluss dieses Absatzes finden. Mein Dank gilt zudem Professor Fritz Führ, der mir die Forschungsergebnisse zur Stickoxidaufnahme durch pflanzliches Blattwerk bereitgestellt hat. Hier das Schreiben von  der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft:

Sehr geehrter Herr Ulrich,

wie angekündigt nun nach Einbindung unserer Experten nachfolgende Rückmeldungen:

Die düngende Wirkung durch erhöhte Stickstoffeinträge für Bäume bzw. für Pflanzen im Allgemeinen ist unumstritten.

Öffentliche Studien u.a. zu Dauerbeobachtungen von Wäldern in Bayern belegen dies.

Der Stickstoffeintrag ist jedoch nur eine unter mehreren Ursachen von höheren Zuwachsraten:

Höhere Temperaturen, längere Vegetationsperioden, höhere Niederschläge sowie eine höhere CO2-Konzentration in der Luft sind weitere entscheidende Faktoren dafür.

Die Reduzierung auf den Stickstoff als alleinige Ursache greift demnach zu kurz.  

Siehe dazu auch    

http://www.nature.com/ncomms/2014/140912/ncomms5967/full/ncomms5967.html

und

http://www.lwf.bayern.de/mam/cms04/waldbau-bergwald/dateien/w76_veraenderte_dynamik_von_sueddeutschen_waldbestaenden_seit_1870_bf_gesch.pdf

Zudem stellt sich die Frage, wie viel Stickstoff Wälder tatsächlich benötigen, um einen maximalen Zuwachs zu erreichen. Vermutlich liegen aktuell die Einträge weit über dem, was Wälder benötigen. Zumal auch berücksichtigt werden muss, dass andere Nährelemente wie Phosphor oft limitierend sind, so dass noch mehr Stickstoff dann keine weiteren Zuwachserhöhungen bedingt (siehe anl. pdf; aus LWF aktuell 1/2016, Seiten 20-23; Liebigsches Minimumprinzip).

Auch ist zu bedenken, dass Stickstoff neben der angesprochenen Düngewirkung auch negative Auswirkungen bedingen kann, sofern kritische Schwellenwerte überschritten werden. Dabei sind verschiedenste Folgen zu nennen, u.a. eine versauernde Wirkung auf Böden oder eine eutrophierende Wirkung auf Gewässern oder die Bildung von Lachgas.

Siehe auch  

http://www.lwf.bayern.de/mam/cms04/boden-klima/dateien/a82-luftschadstoffbelastung-der-waelder-ruecklaeufig.pdf   

Eine Zuwachserhöhung in Wäldern, die (u.a.) auf Stickstoff zurückzuführen ist, ist aus unserer Sicht somit lediglich ein Aspekt und gemäß dem Grundsatz von Ökobilanzen, Umweltwirkungen umfassend zu beleuchten.

Mit freundlichen Grüßen

Dirk Schmechel, Leitender Forstdirektor

Sehr geehrter Herr Schmechel,

    entschuldigen Sie bitte die verspätete Antwort. Mein herzlicher Dank an Sie und Ihre Kollegen für die ergänzenden Informationen. Inzwischen habe ich eine Antwort von Professor Führ erhalten, der seinerzeit in Jülich die Untersuchungen zur direkten atmosphärischen Stickoxidaufnahme durch Pflanzen, darunter auch junge Fichten, durchgeführt hat. Die konkreten, mit aufwendigen Versuchsanordnungen (Isotopentrennung) erzielten Ergebnisse haben auch mich überrascht. Ich gehe am Schluss meines Schreibens darauf an.  Die Ergebnisse habe ich in Papierform (Veröffentlichungen der frühen neunziger Jahre), ich kann sie gerne einscannen und Ihnen zusenden, sofern Sie es wünschen. Das Quellenverzeichnis habe ich beigefügt.

 Meine Anmerkungen in Ihrem Schreiben habe ich eingerückt und rot markiert. Eine Referenz auf eine Schweizer Untersuchung habe ich eingefügt.

 Ich bin weiterhin an zusätzlichen und ergänzenden Informationen zu dem Themenkomplex interessiert.

Es gibt es eine Schweizer Untersuchung, die den alleinigen Anteil  einer erhöhten CO2-Konzentration im mehrjährigen Versuch evaluiert hat: http://www.waldwissen.net/wald/klima/wandel_co2/wsl_wald_co2/index_DE Aus dem Text:„Die vorliegenden Ergebnisse lassen quer über die untersuchten Baumarten keine signifikante Wachstumssteigerung unter erhöhtem CO2-Angebot erkennen. Im Vergleich zu zahlreichen Experimenten mit jüngeren Bäumen zeigt dieses erste und bisher einzige CO2-Anreicherungsexperiment mit erwachsenen Waldbäumen in natürlicher Umgebung nicht die erwartete markante Wachstumsstimulierung.“

Ich zitiere aus dem unten stehenden Text

http://www.lwf.bayern.de/mam/cms04/waldbau-bergwald/dateien/w76_veraenderte_dynamik_von_sueddeutschen_waldbestaenden_seit_1870_bf_gesch.pdf

 Die Simulationsläufe mit BALANCE erbrachten für die Buche und noch deutlicher für die Fichte, dass Zuwachs und Vorräte merklich zurückgehen (Reduktion auf 84% bzw. 50%), wenn in den Simulationsszenarien die historischen Wuchsbedingungen lediglich durch die gegenwärtigen Klimabedingungen ersetzt werden (Abbildung 6). Damit zeigen die Modellläufe, dass alleine durch die Klimaveränderungen die positiven Wachstumstrends nicht erklärt werden können…… Bemerkenswerterweise zeigt ein drittes Szenario, in welchem nur die temperaturbezogenen Wuchsbedingungen auf die aktuellen Werte gesetzt und die anderen Umweltvariablen auf historischem Level belassen wurden, keine Wachstumstrends gegenüber 1901-1930 für die Buche und ein deutlich gehemmtes Wachstum für die Fichte (Abbildung 7). Demnach legen die Szenarioanalysen nahe, dass die Temperaturzunahme kaum die Ursache für die Wachstumssteigerungen sein dürfte….. Das wiederum lässt vermuten, dass die verbesserte Versorgung mit Stickstoff und C02 die entscheidende Ursache hinter den beobachteten Wachstumstrends darstellt.“

 Es sieht damit ganz danach aus, daß doch das  zusätzliche Stickstoffangebot den entscheidenden Faktor für die Beschleunigung des Wachstums darstellt.

Siehe dazu auch    
http://www.nature.com/ncomms/2014/140912/ncomms5967/full/ncomms5967.html
und
http://www.lwf.bayern.de/mam/cms04/waldbau-bergwald/dateien/w76_veraenderte_dynamik_von_sueddeutschen_waldbestaenden_seit_1870_bf_gesch.pdf
Interessant, daß die Autoren in dieser Schrift bei der Berechnung des zusätzlichen Holzzuwachses aufgrund veränderter Bedingen  etwa die gleiche Größenordnung kommen, die auch ich abgeschätzt habe. Ich hatte für die Fläche Deutschlands eine jährliche Fixierung von ca. 55 Mio. Tonnen COermittelt. In dieser Schrift wird für die Fläche von Zentraleuropa eine Masse von 45 Mio. Tonnen Kohlenstoff angesetzt. Dies entspricht 148 Mio. Tonnen CO2

 Nochmals herzlichen Dank und freundliche Grüße nach Bayern

 Bernd Ulrich
Zusammenfassung der  Untersuchungen von Prof. Führ und Kollegen:

Hier wurde in verschiedenen Versuchsanordnungen der Nachweis erbracht, das Stickstoffdioxid direkt vom Blattwerk der Pflanze (also nicht nur über das Wurzelwerk) aufgenommen wird und im wesentlichen in pflanzlichen Aminosäuren innerhalb der Pflanze deponiert wird.  Sofern auch über das Wurzelwerk ausreichend Stickstoff zur Verfügung steht, ist der mengenmäßige Anteil der Aufnahme über die Atmosphäre allerdings gering und beträgt nur ca. 1%. Als Versuchspflanzen dienten junge Fichten, Sonnenblumen und Tabakpflanzen. Auch bei NO²-Konzentrationen, die als für den Menschen gesundheitsschädlich erachtet werden, nahmen die Pflanzen keinen Schaden. Für Sonnenblumen gelang der Nachweis, daß bei vollständiger Abwesenheit von mineralischen Stickstoff im Boden die Pflanze in der Lage ist, den Stickstoffbedarf ausschließlich durch direkte Blattaufnahme aus der Umgebungsatmosphäre zu decken. Die dabei umgesetzten Mengen sind erheblich: So wäre eine einzelne Sonnenblume in der Lage, mehrere hundert cbm belasteter Umgebungsluft zu reinigen.

Literatur:

Wechselwirkung Atmosphäre-Biosphäre,  Tagung der AGF 7.-9. Dezember 1989 Bonn-Bad Godesberg

Dto.  In Jahresberichte Grundlagenforschung im KFA, 1993, Seite 39-45

Uptake of NO² and O³ by Sunflower and Tobacco Plants in Atmospheric Environment Vol. 27a No 14, pp. 2137-2145, 1993

Quantitative Measurements of NO² Uptake and Matabolism by Sunflower Plants in Naturwissenschaften Nr. 77 283-285 (1990)

Aufnahme von Stickstoffdioxid in verschiedene Stickstofffraktionen bei Sonnenblumen in Isotopenpraxis Environ. Health Stud 1993, Vol 29, pp 51-57