Saurer Regen: Entstehung, Reaktionen und Folgen

Auch ganz normaler, sauberer Regen ist schwach sauer. In der Luft ist Kohlenstoffdioxid enthalten, das sich im Wasser löst und Kohlensäure bildet. Dadurch hat natürlicher Regen einen pH-Wert von etwa 5,6. Von saurem Regen spricht man erst, wenn der pH-Wert deutlich darunter liegt, zum Beispiel bei 4 oder 4,5.

Verantwortlich dafür sind vor allem zwei Gruppen von Abgasen: Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffoxide (NOx). Sie entstehen, wenn Kohle, Heizöl, Benzin oder Diesel verbrennen. Gelangen sie in die Luft, reagieren sie mit Sauerstoff und Wasser zu starken Säuren, nämlich Schwefelsäure und Salpetersäure. Diese kommen mit Wolken, Nebel und Regen wieder auf die Erde.

Das Wichtige dabei: Die Schadstoffe fallen nicht dort herunter, wo sie entstehen. Der Wind trägt sie oft hunderte Kilometer weit. Deshalb litten in den 1980er-Jahren auch Wälder und Seen in Skandinavien unter Abgasen, die in Mitteleuropa entstanden waren.

Schwefeldioxid entsteht, weil Kohle und Erdöl in kleinen Mengen Schwefel enthalten. Beim Verbrennen verbindet sich der Schwefel mit Sauerstoff. Früher kam das Gas vor allem aus Kohlekraftwerken, Industrieanlagen und Heizungen. Stickstoffoxide haben eine andere Quelle: In heißen Motoren und Feuerungen reagieren Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft miteinander. Deshalb stammen sie stark aus dem Straßenverkehr.

Aus Schwefeldioxid wird Schwefelsäure, aus Stickstoffdioxid wird Salpetersäure. Beide sind starke Säuren, die im Regenwasser vollständig in Ionen zerfallen. Je mehr Säure ein Liter Regenwasser enthält, desto niedriger ist der pH-Wert. Weil die pH-Skala logarithmisch ist, bedeutet ein Unterschied von einer pH-Einheit einen zehnfachen Unterschied in der Konzentration der Oxonium-Ionen.

Auch Salzsäure kann eine Rolle spielen, zum Beispiel wenn bei der Müllverbrennung Chlorwasserstoff entsteht. Heute filtern moderne Anlagen diesen Stoff aus dem Abgas. Der größte Teil des sauren Regens ging aber immer auf Schwefel- und Salpetersäure zurück.

Die Entstehung von Schwefelsäure läuft in vier Schritten ab. Zuerst verbrennt Schwefel im Brennstoff zu Schwefeldioxid. Das Gas steigt mit dem Rauchgas auf und verteilt sich in der Luft. Dort wird es durch Sauerstoff weiter zu Schwefeltrioxid oxidiert, besonders schnell, wenn Sonnenlicht, Staubteilchen oder Wolkentröpfchen helfen.

Im letzten Schritt löst sich das Schwefeltrioxid in Wassertröpfchen der Wolken. Es reagiert mit dem Wasser zu Schwefelsäure. Diese verdünnte Säure fällt als saurer Regen, als Nebel oder als Schnee zu Boden. Auch trocken können die Gase abgelagert werden, sie lösen sich dann später in Tau oder Regen auf dem Boden.

Die Salpetersäure entsteht ähnlich: Stickstoffmonoxid verbindet sich mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid, und dieses reagiert mit Sauerstoff und Wasser zu Salpetersäure. Wenn du die Schritte kennst, kannst du jede Gleichung selbst herleiten.

Im Boden löst saurer Regen wichtige Nährstoffe wie Calcium und Magnesium heraus und spült sie weg. Gleichzeitig setzt er giftige Aluminium-Ionen frei, die feine Baumwurzeln schädigen. Bäume werden anfälliger für Trockenheit und Schädlinge. In den 1980er-Jahren sprach man vom Waldsterben, das in Deutschland große Sorge auslöste. In Seen ohne Kalkuntergrund fiel der pH-Wert so stark, dass Fische und Kleintiere starben.

Danach wurde konsequent gehandelt. Seit den 1980er-Jahren müssen Großkraftwerke das Schwefeldioxid aus den Abgasen entfernen. Bei der Rauchgasentschwefelung leitet man das Abgas durch eine Kalksteinsuspension: 2 CaCO3 + 2 SO2 + O2 + 4 H2O ergibt 2 CaSO4 · 2 H2O + 2 CO2. Das Produkt ist Gips, der in der Bauindustrie genutzt wird. Autos mit Katalysator, in der EU bei Benzinern seit 1993 Pflicht, wandeln Stickstoffoxide in harmlosen Stickstoff um.

Die Zahlen zeigen den Erfolg: Die Schwefeldioxid-Emissionen in Deutschland sanken von rund 5,5 Millionen Tonnen im Jahr 1990 auf deutlich unter 0,5 Millionen Tonnen in den 2020er-Jahren, also um mehr als 90 Prozent. Der Regen ist heute weniger sauer als in den 1980er-Jahren. Ganz gelöst ist das Problem nicht: Stickstoffverbindungen aus Verkehr und Landwirtschaft belasten die Böden weiter, und manche Böden erholen sich nur sehr langsam.

Ein verbreiteter Irrtum lautet: Saurer Regen verätzt Haut und Kleidung. Das stimmt nicht. Mit einem pH-Wert von 4 bis 5 ist saurer Regen ungefähr so sauer wie schwarzer Kaffee oder Tomatensaft. Er ist für Menschen ungefährlich, schädigt aber über Jahre Pflanzen, Böden und Gesteine.

Der zweite Fehler ist die Verwechslung mit dem Treibhauseffekt oder dem Ozonloch. Saurer Regen entsteht durch Schwefel- und Stickstoffverbindungen und verändert den pH-Wert. Der Treibhauseffekt geht auf CO2 und andere Gase zurück, die Wärme in der Atmosphäre halten. Das Ozonloch ist eine ganz andere Geschichte, nämlich der Abbau der Ozonschicht durch FCKW.

Der dritte Fehler: Kohlenstoffdioxid gilt nicht als Ursache des sauren Regens. Es macht den Regen zwar schwach sauer, aber nur bis etwa pH 5,6. Das ist der natürliche Wert. Wer Schwefeldioxid und Kohlenstoffdioxid in einen Topf wirft, übersieht, dass Schwefelsäure viel stärker ist als Kohlensäure.

Wenn du durch eine alte Stadt gehst, siehst du die Folgen noch an Statuen, Brunnen und Kirchen. Dort sind Kalkstein und Marmor angegriffen, manchmal mit schwarzen Gipskrusten. Auch Metalldächer und Brücken korrodieren schneller, wenn die Luft Schwefeldioxid enthält. Restaurierungen kosten Millionen.

Die Wälder haben sich in vielen Regionen stabilisiert, doch Förster kalken noch heute manche Waldböden, damit sie Säure besser abpuffern. Der Kalk neutralisiert die Säure im Boden, ähnlich wie ein Magentablette die Magensäure. Der Erfolg beim sauren Regen gilt als eines der besten Beispiele dafür, dass internationale Umweltpolitik funktioniert, wenn Chemie, Technik und Gesetze zusammenarbeiten.