NMVOC-Emissionen aus der Lösemittelanwendung und Möglichkeiten zu ihrer Minderung

Abstract

NMVOC (Non-Methane Volatile Organic Compounds) sind eine Stoffgruppe mit vielfältigen Wirkungen. Vor allem tragen NMVOC gemeinsam mit NOx zur Bildung erhöhter bodennaher Ozonkonzentrationen im Sommer bei. In der "National Emission Ceiling Directive" (NEC) wird für Deutschland für 2010 ein maximaler Emissionswert von 995 kt NMVOC aus allen anthropogenen Quellgruppen festgelegt, der voraussichtlich überschritten werden wird. Um eine zusätzliche Minderung der anthropogenen NMVOC-Emissionen in Deutschland zu erreichen, müssen vor allem im Bereich der Lösemittelanwendung weitere Maßnahmen eingeleitet werden. Dazu müssen die Quellen der NMVOC bekannt sein. Es ist also notwendig, sektoral hoch aufgelöste Daten über die Einsatzmenge von NMVOC bei der Verwendung organischer Lösemittel und die daraus resultierenden Emissionen zu berechnen. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung und Quantifizierung von Minderungspotenzialen, die über bisherige Maßnahmen zur Minderung hinausgehen, um den NEC-Zielwert 2010 für Deutschland einhalten zu können. Dazu wird zunächst eine Methode zur Berechnung von sektoral und stofflich hoch aufgelösten Lösemittelemissionen für ein konkretes Bezugsjahr entwickelt und angewendet. Dabei werden auch die Unsicherheiten analysiert, mit denen die Eingangsdaten und damit auch die Ergebnisse behaftet sind. Anschließend wird ein Referenzszenario für 2010 entwickelt, um unter Berücksichtigung der Aktivitätsentwicklung sowie von bestehenden gesetzlichen Maßnahmen den Umfang notwendiger zusätzlicher Reduktionen zu quantifizieren. Darauf aufbauend werden zusätzliche Minderungspotenziale identifiziert, quantifiziert und bewertet. Es werden auch Möglichkeiten zur Implementierung der identifizierten Maßnahmen betrachtet. Ein Ergebnis der Arbeit ist, dass im Jahr 2000 in Deutschland etwa 724 kt Lösemittel emittiert wurden. Dies entspricht ungefähr 55% der gesamten in Deutschland emittierten anthropogenen NMVOC-Emissionen. Ungefähr die Hälfte der Lösemittelemissionen entstammte der Anwendung von Anstrichmitteln, 15% der häuslichen Verwendung lösemittelhaltiger Produkte. Etwa 14% wurden bei Druckanwendungen emittiert. Durch Oberflächenreinigungsprozesse wurden etwa 5% der Emissionen verursacht. Der Rest verteilte sich auf viele verschiedene Sektoren. Die Anwendung von Treibgassprays hatte einen Anteil von etwa 10% (74 kt) an den Lösemittelemissionen in Deutschland. Die Gesamtjahresemissionen sind mit einer qualitativ abgeschätzten mittleren Unsicherheit von etwa ±30% bis ±50% behaftet. Die Lösemittelemissionen setzten sich zu 31% aus Alkoholen, 22% Alkanen und Cycloalkanen, 15% Aromaten, 11% Estern, 6% Glykolderivaten sowie 5% Ketonen, 4% Terpenen, jeweils zu 2% aus Ethern und Halogenkohlenwasserstoffen und geringen Mengen organischen Säuren, Aldehyden, Aminen und Amiden zusammen. Insgesamt 2% der Emissionen konnten stofflich nicht zugeordnet werden. Durch die nationale Implementierung der EU-VOC-Direktive, der anlagenbezogenen 31. Bundesimmissionsschutzverordnung (31. BImSchV) sowie der nationalen Implementierung der DECOPAINT-Direktive, der produktbezogenen „Chemikalienrechtlichen Verordnung zur Begrenzung der Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) durch Beschränkung des Inverkehrbringens lösemittelhaltiger Farben und Lacke“ (ChemVOC-FarbV) ist bis 2010 mit einer Minderung der Lösemittelemissionen um etwa 8,3% gegenüber 2000 zu rechnen. Dass die Minderungswirkung durch die Umsetzung der beiden Verordnungen relativ gering ausfällt, liegt daran, dass die 31. BImSchV nur die Anwendung von Lösemitteln in Anlagen erfasst, die einen bestimmten Schwellenwert bezüglich des Jahresverbrauchs an Lösemitteln überschreiten, sowie an der erwarteten Entwicklung der Aktivitäten bis 2010. Die Implementierung der ChemVOC-FarbV hat einen geringeren Minderungseffekt, als von der EU-Kommission erwartet, da in Deutschland schon seit Anfang der 90er Jahre fast ausschließlich Dispersionsfarben als Wandfarben eingesetzt werden. Insgesamt wurden zusätzliche Minderungspotenziale von etwa 96 kt identifiziert. Bei vollständiger Implementierung dieser zusätzlichen Maßnahmen könnte der NEC-Zielwert erreicht werden. Hierbei muß der Erlass neuer Verordnungen begleitet werden durch die gezielte Information der lösemittelverwendenden Akteure über Möglichkeiten zur Minderung von Lösemittelemissionen und Maßnahmen zu deren Umsetzung, da sich nur so die wesentlichen Minderungspotenziale in vollem Umfang erschließen lassen.

Non-Methane Volatile Organic Compounds (NMVOC) are a group of substances that can cause various negative effects on the environment and human health. NMVOC contribute together with NOx primarily to the formation of high ambient ozone concentrations during summer time. The EC „National Emission Ceilings Directive" (NEC) sets a maximum emission value of 995 kt NMVOC for Germany for the year 2010 for all anthropogenic source groups. Based on the results of this work, it is to be expected that this target value will be exceeded. To achieve a further reduction of anthropogenic NMVOC emissions in Germany, additional measures must be implemented in the source group of solvent use. For this, the sources of NMVOC have to be identified. Thus, it is necessary to calculate reliable data for the input amount of NMVOC for solvent use and the resulting emissions from their use in Germany in a high sectoral resolution. The aim of this work is to identify and quantify abatement potentials in addition to existing measures in order to be able to achieve compliance with the NEC emission ceiling value for 2010 in Germany. To achieve this aim, first, a method is developed and applied to generate emission data in high sectoral and substance resolution, conducting calculations for a specific reference year in Germany. The uncertainties of the input data and of the results are evaluated as well. Then a reference scenario for 2010 is developed, taking into account the expected development of activities as well as existing legislative measures. This scenario serves as the reference to quantify the amount of further reductions needed. This leads to the identification, quantification and assessment of additional abatement potentials. Furthermore the possibilities for the implementation of the abatement measures are investigated. These calculations reveal that about 724 kt NMVOC were emitted in the year 2000 in Germany from solvent use. This represents about 55% of total anthropogenic NMVOC emissions in Germany. Approximately half of those originated from the use of organic solvents in paints, concrete additives and wood preservatives and 15% came from domestic solvent use. About 14% originated from printing applications and about 5% of solvent emissions were due to surface cleaning processes. The rest of the emissions came from a variety of other processes. Furthermore the use of aerosol sprays had a share of about 10% (74kt) of the emissions from solvent use in Germany. A qualitative assessment of the uncertainties for total annual emissions yielded approximately ±30% to ±50%. NMVOC emissions from solvent use in 2000 in Germany consisted of alcohols (31%), alkanes and cycloalkanes (22%), aromatics (15%), esters (11%), glycol derivatives (6%) as well as ketones (5%), terpenes (4%), ethers and halogenated hydrocarbons (2% each) and low amounts of organic acids, aldehydes, amines and amides. Approximately 2% of the emissions could not be assigned to a substance class. A reduction of about 8.3% of the emissions from solvent use compared to 2000 is expected through the national implementation of the EU-VOC Directive by the 31. Bundesimmissionsschutzverordnung (31. BImSchV) and the national implementation of the EU-DECOPAINT Directive by the „Chemikalienrechtliche Verordnung zur Begrenzung der Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) durch Beschränkung des Inverkehrbringens lösemittelhaltiger Farben und Lacke“ (ChemVOC-FarbV). The reduction effect from the 31. BImSchV is relatively small due to the fact that this regulation only applies to the solvent use in plants with an annual solvent use above specified threshold values. Smaller plants not exceeding these threshold values and solvent use outside of plants are not included in the regulation. The implementation of the ChemVOCFarbV has a smaller reduction effect than expected by the EU Commission due to the fact that in Germany almost exclusively dispersion paints are used for wall painting since the beginning of the 1990s. Altogether, an additional reduction potential of 96 kt was identified. With a complete implementation of additional measures, the NEC target could be achieved but, in order to reach the emission ceiling for NMVOC, considerable efforts are still necessary. Enhanced regulations have to be combined with specific information for the solvent users about the possibilities for the reduction of emissions from solvent use and measures for their implementation in order to be able to achieve the full reduction potential.