Dachbegrünung Reduziert Luftverschmutzung

by Dr. Anna Zakrisson on Wednesday, February 12, 2020

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Wie begrünte Dächer dazu beitragen können, die Luftverschmutzung zu verringern

Wir sprechen einfach nicht so viel über Luftverschmutzung, da es nicht nur einen einzelnen Auslöser gibt und sie schwer zu fassen ist (auch wenn sie uns nach Luft schnappen lässt!). Sie ist unsichtbar und schleichend. Aber wir dringen darauf, über Luftverschmutzung zu reden und wollen darlegen, wie gut konzipierte Dachbegrünung und generell grüne Infrastruktur uns helfen können, dieses sehr gravierende Problem zu lindern. Es gibt Dachbegrünungskonzepte, die diesem lautlosen Tod, der laut WHO gegenwärtig jährlich für den frühzeitigen Tod von ca. 4,2 Millionen Menschen verantwortlich ist, vorbeugen.

Dieser Artikel wird sich mit der Wirksamkeit von begrünten Dächern und Fassaden bei der Reduzierung der Luftverschmutzung und der Verbesserung der Luftqualität befassen. Wir werden uns auch den Stickstoffhaushalt und -abfluss anschauen, da dies ein Thema ist, das sehr eng mit Luftverschmutzung zusammenhängt.

Ist Luftverschmutzung nur ein Problem weit entfernter, asiatischer Megastädte wie Peking?

Sie werden möglicherweise überrascht sein zu hören, dass in der schönen, sauberen europäischen Stadt Amsterdam die Luftverschmutzung in Form von photochemischem Smog und Luftpartikeln die WHO Richtlinien an allen Orten, an denen die Luftverschmutzung regelmäßig getestet wird, um 77% überstieg [2]. Auch die US-amerikanische Luftqualität wird immer schlechter. Die Environmental Protection Agency berichtete, dass es im Vergleich zu 2015-2016 in den Jahren 2017-2018 einen Anstieg von 15% an Tagen mit ungesunder Luft gegeben habe [3].

Gegenwärtig sterben jährlich ca. 100,000 US-Amerikaner aufgrund dieses vermeidbaren Problems [4].

Luftverschmutzung ist eine Sache, die uns alle betrifft. Aber wir können etwas tun! Begrünte Dächer können die Bildung schädlichen Smogs reduzieren, gefährliche Luftpartikeln absorbieren, verringern den Hitzeinseleffekt und den Energiebedarf von Gebäuden und verbessern die örtliche Wasserqualität.

Was ist Luftverschmutzung?

Außenluftverschmutzung ist eine Mischung aus natürlich vorkommenden und künstlichen Substanzen. Natürlich vorkommende Luftschadstoffe wären z. B. vulkanische Gase, Asche und Ruß, aber auch Dinge wie Radon und Abgase von Feuern. An Orten wie NYC und Amsterdam verursachen von Menschenhand geschaffene Schadstoffe aus Verkehr und Industrie die meisten Probleme.

Der Großteil menschengemachter Luftverschmutzung stammt von Verbrennungsmotoren, die sowohl Gase als auch Aerosole in die Atmosphäre abgeben, aber es gibt viele weitere Prozesse von der Bergbauindustrie bis zur Landwirtschaft, die für Luftverschmutzung verantwortlich sind. Aerosole entstehen, wenn flüssige oder feste Partikel in die Luft gelangen.

Es wäre gut, sich bewusst zu machen, dass Partikel, die kleiner als 10 Mikrometer sind, durch die Lunge direkt in den Blutkreislauf gelangen können. Einmal im Körper können sie ernsthaften Schaden anrichten. Dies ist etwas, was wir sehr gerne vermeiden würden! Die Kosten von Krankheitstagen aufgrund von Luftverschmutzung für ein kleines Land wie die Niederlande werden auf kolossale 348 Million EUR jährlich geschätzt [5].

Natürlich verursachen Maßnahmen zur Schadstoffverringerung Kosten, aber einfach so weiterzumachen, wird uns weit teurer zu stehen kommen! Grüne Infrastruktur ist ein naturnaher Ansatz, die Mortalität und sozioökonomischen Kosten der Luftverschmutzung zu reduzieren.

NOx und Ozon – die Hauptverursacher städtischer Luftverschmutzung

Welche Hauptschadstoffe bekämpfen wir also? Einer der bekanntesten Schadstoffe ist Ozon! Ozon (O3) ist ein ziemlich spektakuläres Molekül, das unseren Planeten vor gefährlicher ultravioletter (UV) Strahlung schützt. Naja, Ozon ist so lange toll wie die Moleküle weit oben in der Stratosphäre bleiben. Bodennahes Ozon andererseits ist da eine ganz andere Sache… Bodennahes Ozon entsteht durch ein unheiliges Gebräu aus NOx (NO2+NO+N2O und weiteren Stickstoffoxiden), flüchtigen organischen Kohlenstoffverbindungen (VOC) und Sonnenlicht. Diese Luft ist an heißen Sommertagen oft in Bodennähe zwischen Gebäuden eingeschlossen und schafft optimale Bedingungen für die Bildung von Ozon und Smog! Ozon ist ein extrem reaktives Molekül und dieses Reaktionsvermögen kann dazu führen, dass es mit Lungengewebe reagiert und Asthma und viele andere Lungenerkrankungen auslöst. Vor allem Kinder sind gefährdet.

Was ist Ozon und wie können begrünte Dächer helfen?

Urbane Hitzeinseleffekte beschleunigen die Ozonbildung und dieses Problem wird sich aufgrund der Klimaerwärmung mit der Zeit noch verschärfen. Deshalb müssen wir die Temperaturen in unseren Städten senken. Die Begrünung von Dächern und Fassaden ist eine hervorragende Methode, um diese Temperatursenkung zu erreichen. Wenn Sie an weiteren Einzelheiten zur Nutzung von grüner Infrastruktur zur Entschärfung von Hitzeinseln interessiert sind, werfen Sie einen Blick auf unseren Artikel Wie Dachbegrünung Hitzeinseleffekte entschärft. Allerdings sind da noch mehr Seiten an der NOx-Story, die betrachtet werden müssen.

Die Gefahren von NOx – photochemischer Smog

Die Reaktion zwischen NOx und flüchtigen (organischen) Kohlenstoffverbindungen führt vor allem an heißen und sonnigen Tagen zu Smog. Darüberhinaus entsteht saurer Regen, wenn NOx mit Schwefeldioxiden reagiert.

NOx ausgesetzt zu sein verursacht eine Reihe von ernsthaften Gesundheitsproblemen, von denen geringere Fertilität, geistige Verwirrung und Geburtsfehler nur ein paar wenige sind, weshalb es wichtig ist, dass wir die uns zur Verfügung stehenden Instrumente in die Hand nehmen und etwas dagegen tun.

Die Leistungsfähigkeit begrünter Dächer bei der Entfernung von Luftschadstoffen

Es hat sich gezeigt, dass die Vegetation die Luft verbessern und NOx absorbieren kann [6]. Aber es konnte nachgewiesen werden, dass falsch platzierte Bäume die Situation manchmal verschlimmern , da unter den Baumkronen Luft eingeschlossen wurde. Begrünte Dächer und Fassaden blockieren die Luftzirkulation nicht auf diese Weise, absorbieren gleichzeitig aber NOx.

Interessanterweise hat sich sogar herausgestellt, dass begrünte Fassaden schädliche Zirkulationsmuster, vor allem solche, die man in Hochhausschluchten vorfindet, auflösen und dazu beitragen, eingeschlossene Schadstoffe zu entfernen, sodass begrünte Fassaden und Dächer geradezu Alleskönner im Kampf gegen die todbringende Luftverschmutzung darstellen.

Um eine Vorstellung davon zu erhalten, was Dachbegrünung für die örtliche Luftqualität erreichen kann: Eine Modellstudie zeigte, dass jährlich ca. 6 Tonnen Ozon und 6 Tonnen Feinstaub aus der Luft entfernt werden könnten, wenn 20% der Dachoberflächen der Gebäude in Washington D.C. mit einer Dachfläche von mehr als 900 qm begrünt wären. Dies entspricht der Menge der Schadstoffe, die von 25.000-33.000 Bäumen [7] absorbiert würde. Viele weitere Studien bestätigten ebenfalls die Effektivität von begrünten Dächern und Fassaden bei der Reduzierung von Verschmutzung wie z. B. Ozon, Feinstaub und NOx. Wir sollten auch nicht außer Acht lassen, dass grüne Infrastruktur die Smogbildung drosselt, indem sie urbane Hitzeinseln reduziert.

Bei der Studie der Schadstoffaufnahme durch begrünte Dächer müssen viele Parameter wie z. B. Gebäudehöhe, Temperatur und Wetterbedingungen, Windverhältnisse und Schadstoffbelastung beachtet werden.

Stickstoff-Luftschadstoffe

Ein weiteres Problem, das von diesen stickstoffhaltigen Molekülarten wie z. B. Stickoxid (NOx), aber auch Ammoniak (NH4) und Nitrat (NO3) als Nassablagerung verursacht werden kann, ist die Eutrophierung. Eutrophierung geschieht, wenn ein Ökosystem einen zu hohen Eintrag an Nährmitteln, vor allem Stickstoff und manchmal Phosphor aufweist. Dieser Nährmittelüberschuss kann in Gewässern übermäßiges Wachstum von schnellwachsenden Bakterien- und Algenarten auslösen, die den verfügbaren Sauerstoff aufbrauchen, was zu toten, übelriechenden Gewässern führt, die nicht mehr zur Erholung und als Wasserspeicher genutzt werden können.

Dies ist, natürlich, ein ökologisches Desaster und dazu noch ein kostspieliges. Wer möchte schon in einer dicken, stinkenden Algensuppe schwimmen gehen? Die Sanierung von Gewässern ist teuer und schwierig und die Tourismusindustrie kann darunter massiv leiden. Eine Studie in China zeigte, dass pro Quadratmeter und Jahr mit großen monatlichen Schwankungen ca. 2300mg Stickstoff abgelagert wurden; die höchsten Ablagerungsraten waren während der sonnigen und heißen Sommermonate [8] zu verzeichnen.

Aber auch in Europa wird ein sehr hohes Maß an atmosphärischem Stickstoffeintrag beobachtet, wobei in europäischen Hotspots wie den Benelux-Ländern die jährlichen Konzentrationen häufig 2000 mg Stickstoff pro Quadratmeter pro Jahr erreichen [9]. Zur besseren Einordnung des Ausmaßes der europäischen Eutrophierungssituation: Laut des deutschen Umweltministeriums sind 68% der deutschen empfindlichen Ökosysteme von Eutrophierung bedroht.

Sind begrünte Dächer Stickstoffquellen?

Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass begrünte Dächer in der Lage sind, stickstoffhaltige Luftschadstoffe zu absorbieren und dadurch die urbane Umwelt deutlich verbessern. Das ist fantastisch, aber Sie sollten die verschiedenen Systembereiche nicht nur getrennt, sondern auch im Kontext betrachten, um das Gesamtbild zu sehen. Daher würde ich gerne einen Schritt zurücktreten und nicht nur Luftschadstoffe betrachten, sondern auch einen schnellen Blick auf den Gesamtstickstoffbedarf des Dachsystems werfen.

Einige Studien berichteten, dass begrünte Dächer aufgrund von Düngeverfahren zu Stickstoffquellen werden können. Andere Studien sahen keinen Unterschied zum verglichenen gedeckten Dach [10]. Obwohl die Dächer NOx und andere Schadstoffe aus der Luft aufnehmen, müssen wir kritisch hinschauen und sicherstellen, dass die Dächer nicht einen Stickstoffüberschuss durchsickern lassen, d. h. nicht aufgrund von übermäßiger Düngung zu Stickstoffquellen werden.

Allerdings bleibt zu bemerken, dass viele der Studien, die einen ansteigenden Stickstoffablauf nachwiesen, sich mit neugepflanzten Dächern befassten, die dafür bekannt sind, deutlich mehr Nährstoffe abgeben als ältere Dächer, da der frisch verwendete Kompost in der Pflanzerde ein hohes Maß an Stickstoff enthält. Nach den anfänglich hohen Konzentrationen an Stickstoffablauf sinkt die Menge schnell.

Die Bodendeckung mit Pflanzen scheint ein kritischer Faktor zu sein, da der Ablauf von Nährstoffen bei Dächern mit gesunder Bodendeckung deutlich geringer zu sein schien [10]. Kahler Boden ist den Elementen ausgesetzt und so können Nährstoffe nicht durch die Biota im System gehalten werden. Darauf basierend möchte ich gerne die Hypothese aufstellen, dass der Einsatz von Fertigbepflanzung für das gesamte Dach Stecklingen zu bevorzugen ist, da Fertigpflanzen aufgrund der sofortigen Bodendeckung eher den Nährstoffablauf reduzieren.

Nährstoffkonzentration verglichen mit Nährstoffbelastung

Es sollte auch beachtet werden, dass das Gesamtablaufvolumen geringer ist, obwohl die absoluten Stickstoffkonzentrationen im Ablauf im Vergleich mit grauen/schwarzen Dächern höher sein können. Ein begrüntes Dach hält ca. 50% der jährlichen Regenmenge zurück. Das bedeutet, dass 50% des Regens nie das Abwassersystem erreichen. Während dieser Niederschläge erreichen keine Nährstoffe den Boden. Bei einem schwarzen Dach hingegen wird diese Menge ziemlich sicher den Boden erreichen – und mit ihr Stickstoff und andere Schadstoffe. D. h., dass die Gesamtbelastung noch immer sehr niedrig sein kann, auch wenn die Konzentrationen eventuell hoch sind.

Begrünte Dächer und die Zukunft

Unsere zukünftige urbane Umwelt braucht grüne Infrastruktur. Urbane Hitzeinseln bedrohen unsere Zukunft. Wir haben das Werkzeug, um die Zukunft für uns großartig zu gestalten. Wir müssen sie nur in die Hand nehmen und weiter daran arbeiten und auf dem Weg immer besser werden. Lassen Sie uns damit beginnen, indem wir Dächer begrünen! Wir benötigen klimatisch angepasste Dachbegrünung, die in Ihrem örtlichen Klima optimal funktioniert.

Dachbegrünung 2.0, die auf Ihren örtlichen Bedarf reagiert. Zu diesem Zweck haben wir Den Purple-Roof Green Roof Modeler entwickelt. Die Dachbegrünung der nächsten Generation ist bereits vorhanden! Obwohl ich das Wort ‘ganzheitlich’ verabscheue, da es sich so anhört wie von jemandem, der Duftkerzen und Henna im Tagesprogramm eines Shoppingkanals verkauft, müssen wir anfangen, ‘ganzheitlich’ zu denken, wenn es um Dachbegrünung geht. Kein Teilbereich ist von den anderen trennbar. Auch sind die Teilbereiche ziemlich wahrscheinlich nicht additiv.

Lesen Sie hier mehr dazu, was Detentionsdächer können: Purple-Roof Detention Erklärt

Nichts ist wichtiger als unsere Zukunft. Die Zukunft ist grün, sauber und wasserfest.

- Dr. Anna Zakrisson für Purple-Roof

Bibliography

[1] WHO, “WHO | Air pollution,” World Health Organization. 2016.

[2] I. Dekker, “NOx concentrations and exposure in Amsterdam and over Europe,” no. x, pp. 1–39, 2014.

[3] C. NUNEZ, “Air pollution, facts and information,” National Geographic. p. 4, 2019.

[4] S. Borenstein and N. Forster, “US air quality is slipping after years of improvement,” Associated Press. 2019.

[5] M. Amann, M. Holland, R. Maas, T. Vandyck, and B. Saveyn, “Costs, Benefits and Economic Impacts of the EU Clean Air Strategy and their Implications on Innovation and Competitiveness,” pp. 1–59, 2017.

[6] X. Wei et al., “Phylloremediation of air pollutants: Exploiting the potential of plant leaves and leaf-associated microbes,” Front. Plant Sci., vol. 8, no. 2, pp. 1–23, 2017.

[7] US EPA, “Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies. Cool Pavements,” Epa, pp. 1–23, 2008.

[8] J. Yu et al., “Wet and dry atmospheric depositions of inorganic nitrogen during plant growing season in the coastal zone of Yellow River Delta,” Sci. World J., vol. 2014, 2014.

[9] W. Aas et al., “in emissions and implications for habitat protection,” 2018.

[10] B. G. Johannessen, E. Fassman-beck, and Y. Cheng, “Investigating substrate amendments to prevent nutrient leaching from extensive sedum green roofs,” pp. 1–15.