Stickoxide entstehen aus dem organisch gebundenen Stickstoff und dem Luftstickstoff bei hohen Temperaturen. Die Bildung von Stickoxiden ist kein einfacher Vorgang und es gibt noch keine schlüssige Theorie der Entstehung. "Thermisches NOx" entsteht bei hoher Temperatur; "promptes NOx" bildet sich bei der Brennstoffumsetzung im Überschuß von atomarem Sauerstoff und wird über Kohlenwasserstoffe katalysiert. "Brennstoff-NOx" ist im Brennstoff gebunden und wird von dort bereits bei mäßigen Temperaturen freigesetzt. Faktoren, welche die Entstehung und Menge von NOx beeinflussen, sind: Luftüberschuss, Stickstoffgehalt im Brennstoff, Betriebsweise (Grundlast, Anfahren, Lastfolge), Grad der Verschmutzung, Anteil an anderen Brennstoffen, sonstige Emissionen mit möglichen Katalyseeffekten.

Für das Ausmaß an NO2-Emissionen bei der Kohleverbrennung ist neben der Art der verwendeten Kohle die Feuerungsart wichtig: Man unterscheidet dabei zwei Haupttypen: Trocken- und Schmelzfeuerung. Die Verbrennungstemperaturen liegen bei der Trockenfeuerung bei 1.100 bis 1.350°C. Bei der Schmelzfeuerung beträgt die Temperatur je nach Kesseltyp und Kohleart 1.400 bis 1.550°C. Dabei wird der Erweichungspunkt der Aschen überschritten; 60 bis 85% der eingebrachten Aschen werden durch Rotation der Feuersäule an die Wandungen geschleudert und fließen in ein sich unter dem Feuerungsraum befindliches Wasserbad. Die Schmelze erstarrt und zerfällt in grobkörniges Granulat (cm-Bereich), das sich als Straßenbau-Rohstoff und an die Bauindustrie gut verkaufen lässt. Nachteilig ist der relativ große Wärmeverlust durch die flüssige Schlacke sowie die durch die hohen Temperaturen bedingte Korrosionsgefahr und die erhöhte Emission von Stickoxiden.

Diese emittierten Stickoxide werden in der Luft umgewandelt. Photochemische Reaktionen in der Atmosphäre beziehen vor allem längerkettige Kohlenwasserstoffe wie Propan, Butan oder auch Octane ein, die oxidiert werden. Über mehrere Zwischenstufen, in denen die sogenannten Peroxiradikale R-CH2O2 auftreten, werden Kohlenwasserstoffe zum Aldehyd R-CHO und gleichzeitig NO zu NO2 aufoxidiert, das wieder photolytisch gespalten wird und dabei weitere Aldehyd- und Ozonmoleküle bildet. Häufig sind die Aldehyde nicht das Ende der Oxidationskette, sondern der am häufigsten vorkommende Aldehyd, Acetaldehyd CH3CHO kann weiterreagieren zum Peroxiacetylnitrat CH3C(O)O2NO2, das gleichzeitig eine Senke für NO2 darstellt. Photosmog entsteht bei hohen Emissionsraten an Stickstoffoxid bei gleichzeitiger Emission von Kohlenwasserstoffen während sog. "Inversionswetterlagen", d.h. wenn die höheren Luftschichten wärmer sind als die bodennahen: Die schadstoffreiche Abluft von Ballungszentren kann nicht abziehen und es stellt sich wegen des fehlenden vertikalen Luftaustausches eine ständig wachsende Schadstoffkonzentration ein.
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