Clean-Air Technology

Decrease of VOC emissions from small plants and products in the USA

The substantial goal of the project was to find out the focal point regarding the decrease of VOC emissions and to examine whether and to what extent a transmission of strategies and measures to conditions in Germany is possible. Special attention was paid to smaller plants and products, because need for action is primarily seen for these fields in Germany. The different attempts for VOC emission reduction are summarized and discussed, pro and cons are worked out, and in consideration of the present VOC emission situation in Germany starting points for future measures are pointed out.

Summary

Further information in German:

In den USA liegen Erfahrungen aus der Ozonbekämpfung über einen Zeitraum von 20 bis 30 Jahren vor. Aufgrund besonders hoher Ozonbelastungen in vielen Regionen werden große Anstrengungen zur VOC-Minderung unternommen.
Wesentliches Ziel des Vorhabens war es, die Schwerpunkte im Hinblick auf die Minderung von VOC-Emissionen herauszufinden und zu prüfen, ob und inwieweit eine Übertragung von Strategien und Maßnahmen auf die Verhältnisse in Deutschland möglich ist. Hauptaugenmerk wurde auf kleinere Anlagen und Produkte gelegt, weil in diesen Bereichen in Deutschland momentan vordringlich Handlungsbedarf gesehen wird.
Im ersten Band sind die Strategien und Maßnahmen zur Ozonminderung in den USA (bundesweit) sowie in fünf Regionen mit besonders hoher Ozonimmissionsbelastung beschrieben. Hierzu erfolgte eine Darstellung der Zuständigkeitsbereiche auf nationaler, einzelstaatlicher, regionaler und lokaler Ebene, der Gesetzgebung und Regelwerke, der Schwerpunktsetzung hinsichtlich NOx- und VOC-Minderung und eine kurze Darstellung der quellenbezogenen Maßnahmen auf nationaler Ebene und in den betrachteten Regionen.

In Band 2 erfolgt eine ausführliche Beschreibung der Maßnahmen zur VOC-Emissionsminderung bei Produkten und im gewerblichen Bereich in den USA anhand der nationalen Regelungen für Anstrichstoffe und Konsumgüter, der von der kalifornischen Luftreinhaltebehörde erlassenen VOC-bezogenen Regelungen für Anstrichstoffe, Konsumgüter und Gewerbebetriebe sowie der Regelungen des südkalifornischen South Coast Air Quality Management Districts (Los Angeles und Umgebung). Zur Darstellung der regionalen Bestimmungen wurde diese Region ausgewählt, da die Regelungen dort aufgrund der besonders hohen Immissionsbelastung grundsätzlich am weitesten gehen.

Darüber hinaus werden die Regelungen zur VOC-Emissionsminderung für den Bereich der Kleinanlagen und Produkte in Europa dargestellt. Die unterschiedlichen Ansätze zur VOC-Emissionsminderung werden zusammenfassend diskutiert, Vor- und Nachteile herausgearbeitet und unter Berücksichtigung der derzeitigen VOC-Emissionssituation in Deutschland Ansatzpunkte für zukünftige Maßnahmenschwerpunkte aufgezeigt.

Minderung der VOC-Emissionen aus Produkten und Kleinanlagen in den USA

Bewertung und Vergleich mit europäischen Ansätzen

Lösemittel und andere flüchtige organische Stoffe verursachen bei umweltoffener Anwendung Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOC). Sowohl am Arbeitsplatz als auch in der Wohnumwelt können VOC-Emissionen zu Beschwerden oder Gesundheitsschäden führen. Bei den ökologischen Auswirkungen von VOC-Emissionen ist ihre Rolle als Vorläufersubstanz für die Bildung von bodennahem Ozon (Sommersmog) von großer Bedeutung. Die Ozonbildung und -zerstörung ist von vielfältigen Reaktionsmechanismen und Einflussparametern abhängig. Stickstoffoxide (NOx ) und flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC) haben als Ozon-Vorläufersubstanzen maßgeblichen Anteil an der Entstehung von Sommersmog. Daneben sind meteorologische Randbedingungen, wie z.B. die Sonneneinstrahlung, bestimmend.

Im Gegensatz zu den NOx -Emissionen, die im wesentlichen aus Verbrennungsprozessen (Kraftfahrzeugverkehr, Kraftwerke und Großfeuerungsanlagen) stammen, bestimmt bei den VOC-Emissionen eine viel größere Anzahl unterschiedlicher Quellenarten die Gesamtemission. Es handelt sich um die Bereiche der genehmigungsbedürftigen Anlagen, des Verkehrs sowie die bisher kaum geregelten Bereiche der nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen und der Produkte.

Die Lösemittelverwendung stellt inzwischen mit 54 Prozent (Bezugsjahr 1996, vorläufige Angabe) den größten Anteil an den VOC-Emissionen.

Der in der 22. BImSchV zum Schutz der menschlichen Gesundheit festgelegte Schwellenwert von 110 µg/m3 (8-Stunden-Mittelwert) wird in den Sommermonaten vielfach überschritten. Daher ist eine deutliche Reduzierung der Ozonbelastung erforderlich. Nach vorherrschender Expertenmeinung müssen dazu neben den NOx -Emissionen auch die VOC-Emissionen um 70 bis 80 Prozent bezogen auf 1988 gesenkt werden, wozu auch Maßnahmen zur Begrenzung der Emissionen aus nicht genehmigungsbedürftigen Anlagen und Produkten unerlässlich sind. In Deutschland wie auch in den anderen EU-Mitgliedstaaten sind diese Emittenten bei Minderungsmaßnahmen bisher noch nicht effizient einbezogen worden. Um dieses Defizit möglichst schnell und erfolgreich auszugleichen, müssen Erfahrungen anderer Länder auf diesem Gebiet aufgearbeitet und in die eigene Strategie einbezogen werden.

In den USA liegen Erfahrungen aus der Bekämpfung des Sommersmogs über einen Zeitraum von mehr als zwei Jahrzehnten vor. Aufgrund besonders hoher Ozonbelastungen in vielen Regionen werden große Anstrengungen zur Minderung von VOC-Emissionen unternommen. Um Grundlagen zur Einschätzung und Beurteilung von Maßnahmen zur VOC-Minderung zu liefern, wurde ein Vorhaben im Rahmen des Umweltforschungsplans mit dem Titel "Emissionsminderungsmöglichkeiten bei Vorläufersubstanzen von bodennahem Ozon - Ozonminderungsmaßnahmen in den USA" initiiert, das im Auftrag des Umweltbundesamtes vom Institut für Umwelttechnologie und Umweltanalytik e.V. Duisburg (IUTA) durchgeführt wurde.

Ziele des Vorhabens

Wesentliches Ziel des Vorhabens war es, die Schwerpunkte in den USA im Hinblick auf die Emissionsminderung zu ermitteln und zu prüfen, ob und inwieweit eine Übertragung von Strategien und Maßnahmen auf die Verhältnisse in Deutschland möglich ist. Hauptaugenmerk wurde auf Produkte und kleinere Anlagen (unterhalb der Schwelle der Genehmigungsbedürftigkeit in Deutschland) gelegt, weil in diesen Bereichen - wie oben dargelegt - ein vordringlicher Handlungsbedarf besteht.

Nicht nur die in Kürze zu erwartende EU-Lösemittelrichtlinie, sondern auch die Diskussion um Wettbewerbsverzerrungen durch z.B. unterschiedlich strenge Grenzwerte in den Mitgliedstaaten der EU lassen eine erfolgreiche Umsetzung von Maßnahmen zur Minderung von VOC-Emissionen nur im europäischen Rahmen zu. Daher waren der Vergleich und die Bewertung europäischer Regelungen und Vorschläge für den Bereich der Kleinanlagen und Produkte ein weiteres Ziel des Vorhabens.

Inhalt der Untersuchungen

Bei der Analyse der Strategien und Maßnahmen zur Minderung von VOC-Emissionen in den USA wurde deutlich, dass die Kenntnis der Emittentenstruktur, die in den einzelnen Bundesstaaten sehr unterschiedlich ist, eine wesentliche Voraussetzung dafür darstellt, um im Rahmen eines Maßnahmenplans eine gezielte Minderung der Emissionen aus allen relevanten Quellen erreichen zu können. Zudem wurde erkannt, dass Maßnahmen eines einzelnen Bundesstaates nicht ausreichen.

Daher wurden verschiedene hochbelastete Regionen ausgewählt, die besondere Erfahrungen mit der Minderung von Ozonbelastungen besitzen, aber auch Unterschiede hinsichtlich meteorologischer Bedingungen, Immissions- und Emissionsstrukturen aufweisen, um die Bandbreite möglicher Maßnahmen erfassen zu können. Folgende Regionen wurden betrachtet:

Kalifornien (höchste Ozonbelastung, umfassende und weitreichende Maßnahmen);
Neuenglandstaaten (hohe Bevölkerungsdichte, zwischenstaatliche Zusammenarbeit im Rahmen der Ozontransportkommission OTC);
Südstaaten (besondere Aspekte hinsichtlich der Ferntransporte der Luftschadstoffe, Zusammenarbeit einer Vielzahl von Bundesstaaten im Rahmen der Ozon Transport Assessment Group OTAG);
Staaten, die an den Michigan See angrenzen (Ballungszentren, geprägt von Stahl-, Automobil- und metallverarbeitender Industrie, zwischenstaatliche Zusammenarbeit im Rahmen des Lake Michigan Air Directors Consortium);
Louisiana (stellvertretend für die Region an der Golfküste, geprägt von der petrochemischen Industrie).

Ergebnisse und Bewertung

Alle Maßnahmen zur Minderung von Ozonbelastungen orientieren sich an dem im Clean Air Act festgelegten bisherigen Immissionsgrenzwert für Ozon von 120 ppb als 1-Stunden-Mittelwert (240 µg/m3), der inzwischen - auf Vorschlag der nationalen Umweltbehörde EPA - durch einen Grenzwert von 80 ppb als 8-Stunden-Mittelwert (160 µg/m3) ersetzt wurde. Bei Überschreitung des Immissionsgrenzwertes wird die entsprechende Region zum "Überschreitungsgebiet" (Non-Attainment Area). Abhängig von der Höhe der Überschreitung erfolgt eine Einstufung in eine von sechs festgelegten Überschreitungsklassen.

Schwerpunktmäßig erfolgen in den USA Maßnahmen zur Emissionsminderung in den Überschreitungsgebieten mit dem Ziel, den Immissionsgrenzwert einzuhalten. Für die sechs Überschreitungsklassen sind im Clean Air Act konkrete Reduktionsquoten für VOC-Emissionen und Zeitpläne für deren Erreichen festgelegt. Die Zeitvorgaben liegen zwischen drei und zwanzig Jahren, wobei die Frist umso länger ist, je höher die Ozonkonzentrationen ausfallen.

Maßnahmen bei großen stationären Quellen und beim Verkehr sind in allen Bundesstaaten der USA generell üblich. Dabei werden große stationäre Anlagen in der Regel durch Mengenschwellen definiert. Bei Kleinanlagen und Produkten werden Maßnahmen vor allem an der Westküste (Kalifornien) durchgeführt, da hier aufgrund der hohen Ozonbelastung ein besonderer Handlungsbedarf besteht.

Die Maßnahmen zur Minderung von VOC-Emissionen in den USA wurden ergänzend mit folgenden nationalen und europäischen Regelungen und Vorschlägen verglichen:

Entwurf der EU-Lösemittelrichtlinie,
Großbritannien - Regelung für Fahrzeugreparaturlacke,
Österreich - Lösemittelverordnung und Lackieranlagenverordnung,
Niederlande - Vorschlag zur produktbezogenen Beschränkung des Lösemittelgehaltes in bestimmten Lacken (Autoreparatur und Bautenschutz),
Schweiz - VOC-Lenkungsabgabe,
EU-Umweltzeichen Lacke.

Aufgrund der Erfahrungen in den USA ist davon auszugehen, dass in Deutschland eine signifikante Verminderung der Ozonbelastung nur erreicht werden kann, wenn - neben den bereits ergriffenen Maßnahmen bei Großanlagen (TA Luft) und Kraftfahrzeugen - auch

der Lösemittelgehalt in Produkten beschränkt wird, da hier ein großes Defizit hinsichtlich der Anforderungen zur Lösemittelbegrenzung besteht, und
die Lösemittelemissionen aus kleinen Anlagen unterhalb der Schwelle der Genehmigungsbedürftigkeit deutlich reduziert werden.

Eine Harmonisierung dieser Maßnahmen auf europäischer Ebene ist unbedingt erforderlich. Die Erfahrungen in den USA zeigen deutlich, dass Minderungsstrategien auf lokaler oder einzelstaatlicher Ebene allein nicht ausreichen, sondern aufgrund der Ferntransporte und Ozonbildungsmechanismen große Regionen in die Betrachtungen zur Minderung der Ozonbelastung einbezogen werden müssen. In vielen Überschreitungsgebieten in den USA werden Ozonbelastungen auch von Emissionen verursacht, die von außerhalb herangeführt werden.

Die Auswertung der Regelwerke in den USA und den europäischen Nachbarstaaten zeigt eine eindeutige Schwerpunktsetzung bei produktbezogenen und prozesstechnischen Primärmaßnahmen. Die Begrenzung des VOC-Gehalts in Produkten ist der bevorzugte Ansatz. Als Alternative kommen vor allem für größere Anlagen Sekundärmaßnahmen in Betracht, wenn dadurch eine mindestens gleichwertige Emissionsminderung erreicht wird. Dem Bereich Anstrichmittel, Lackierung und Drucken wird innerhalb der stationären VOC-Quellen besondere Bedeutung beigemessen.

Damit bestätigen die Regelwerke in den USA die bereits seit längerem in Deutschland diskutierten und bevorzugten Ansätze zur weiteren VOC-Emissionsminderung hinsichtlich der zu regelnden Quellgruppen und Maßnahmen. Weil beim Einsatz lösemittelhaltiger Produkte außerhalb von Anlagen bzw. in kleinen Anlagen Sekundärmaßnahmen nicht möglich sind oder nicht verhältnismäßig erscheinen, sind in erster Linie Primärmaßnahmen zu ergreifen, wobei insbesondere

der Einsatz lösemittelarmer Produkte und
Applikationsverfahren mit hohem Auftragswirkungsgrad in Frage kommen. Da emissionsarme Applikationsverfahren bei Neuanlagen ohnehin zum Tragen kommen, gilt es, den Austausch der alten Systeme zu forcieren.

BMU-Umwelt 09/98, S. 430

Der Abschlussbericht ist in der UBA-Veröffentlichungsreihe "Texte" (43/98) erschienen.

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Source: Environmental library of the Federal Environment Agency (UBA)