Bericht und Auswertung RSD Messungen 2015

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1 Kanton Zürich Baudirektion Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft Lufthygiene Luftqualität Michael Götsch Gianola Immissionsmessungen Luft Bericht und Auswertung RSD Messungen Dezember 2015 Autoren: Michael Götsch Gian-Marco Alt

2 2/26 Inhalt 1. Zusammenfassung 3 2. Kennwerte des Fahrzeugparks im Kanton Zürich Bestand Durchschnittliches Datum der Inbetriebsetzung Bestand Personenwagen nach Emissionscode Altersverteilung Personenwagen Mittleres Gewicht Personenwagen Mittlerer Hubraum Personenwagen Mittlere Leistung Personenwagen Altersverteilung Lieferwagen Dieselanteile Dieselanteil mit Partikelfilter Auswertung der Messungen Allgemeine Hinweise zu den RSD-Messungen Gemessene Fahrzeuge Bemerkungen zum Mess-System Beschreibung des Messstandortes und der durchgeführten Messungen Vergleich der durchschnittlichen Schadstoffwerte Entwicklung der durchschnittlichen Schadstoffwerte von Personenwagen Schadstoff-Mittelwerte Personenwagen nach Emissionscode Gegenüberstellung Schadstoff-Mittelwerte von PW und Lieferwagen Gegenüberstellung Schadstoff-Mittelwerte Benzin-PW und Diesel- PW Vergleich Mittelwerte NO PW nach Treibstoff und Total Zusätzliche Auswertungen - Vorbemerkungen Mittelwerte NOx nach Modelljahr Mittelwerte NOx nach Abgasnorm 25

3 3/26 1. Zusammenfassung Ziel der RSD-Messungen ist es, Hinweise auf das Abgasverhalten der Motorfahrzeuge im realen Strassenverkehr zu erhalten. Die RSD-Messungen sind auch eine Ergänzung zu den Messungen auf dem Prüfstand. Aus den Bestandesdaten und den Messungen 2000 bis 2015 lassen sich folgende Erkenntnisse ziehen: Der Gesamtbestand von Personenwagen und Lieferwagen nimmt weiter zu. Die jährliche Zuwachsrate der letzten zehn Jahre beträgt im Mittel für Personenwagen 1.3% für Lieferwagen 2.3%. Der Bestand an Personenwagen im Kanton Zürich hat im Jahr 2015 mit immatrikulierten Fahrzeugen einen neuen Höchststand erreicht. Die Zusammensetzung der Fahrzeugflotte hat sich stark verändert. Der Diesel-Anteil bei den Personenwagen-Neufahrzeugen hat von 8% auf über 40% zugenommen. Seit 2007 verfügen die meisten Diesel-Personenwagen über Partikelfilter. Vier von fünf Lieferwagen sind seit jeher mit Dieselmotoren ausgerüstet, aber erst zu 53% auch mit Russfiltern. Die Menge an älteren Fahrzeugen nimmt kontinuierlich ab. Gegenüber dem Bestand von 2006 hat die Anzahl immatrikulierter Fahrzeuge der Emissions- Kategorie Euro 1 um 87%, diejenigen der Kategorie Euro 2 um 60% abgenommen. Die CO- und NO-Emissionen haben seit 2000 um je 50% abgenommen, das ist langsamer als aufgrund der Prognosen erwartet. Die Abnahme der Schadstoffkonzentration ist bis 2007 ausgeprägt, danach jedoch kaum mehr feststellbar. Dieselfahrzeuge emittieren bis zu 20 mal mehr NO als Benzinautos. Die Differenz bei den Gesamtstickoxiden (NOx) wird sogar noch grösser, weil Dieselmotoren zusätzlich mehr primäres NO2 ausstossen, welches mit RSD bisher nicht gemessen werden kann. Die verschärften Abgasnormen wirken sich nur noch abgeschwächt auf die Emissionen aus. Bis Euro 4 (2006) nahmen CO und NO ab, dann nicht mehr. Die Messungen von Euro 6-Dieselfahrzeugen zeigen nun eine Verbesserung, wenngleich diese den Erwartungen hinterher hinkt. Bei den Dieselfahrzeugen zeigt sich sowohl bei den Personen- wie auch den Lieferwagen ein deutlich zu hoher NOx-Wert. Bei den Lieferwagen weisen die neusten Fahrzeugmodelle sogar die höchsten NOx-Emissionen auf. Schlussfolgerungen für das AWEL: Motorfahrzeuge bleiben die wichtigste Schadstoffquelle in der Schweiz. Aufgrund ihrer grossen Anzahl wirken sich auch kleine Emissionsänderungen schnell auf die gesamte Luftqualität aus. Je schärfer die Abgasvorschriften, desto schwieriger wird deren flächendeckende Einhaltung durch alle Fahrzeugtypen und Marken. Differenzierte Kontrollmessungen sind daher immer wichtiger. Die RSD-Messungen werden im bisherigen Rahmen weitergeführt und wenn möglich mit NO2-Messungen ergänzt.

4 4/26 2. Kennwerte des Fahrzeugparks im Kanton Zürich Stichdatum für die unten aufgeführten Kennwerte des Fahrzeugparks im Kanton Zürich ist jeweils Ende September des Kalenderjahres Bestand In der folgenden Tabelle sind die Kategorien mit der grössten Anzahl von immatrikulierten Fahrzeugen aufgelistet. Bestand Fahrzeugkategorie Personenwagen 628' ' ' ' ' ' ' ' ' '722 Motorrad 80'926 83'599 86'586 88'140 89'938 91'827 94'215 96'394 98' '385 Lieferwagen 39'769 40'765 41'783 42'625 43'087 44'732 46'838 47'859 47'853 48'776 Motor-Fahrrad 16'982 16'364 16'216 16'554 16'796 17'432 17'755 18'183 19'182 20'047 Kleinmotorrad 6'850 6'456 6'284 6'070 5'583 5'100 4'742 4'213 3'550 3'073 Lastwagen 5'024 5'149 5'158 5'147 5'160 5'189 5'232 5'203 5'117 5'126 Leichter Motorwg. 4'607 4'877 5'116 5'371 5'566 5'871 6'267 6'578 6'545 6'964 Kleinbus 1'299 1'256 1'236 1'215 1'183 1'159 1' Sattelschlepper 1'037 1'143 1'154 1'155 1'186 1'209 1'211 1'230 1'205 1'192 Tabelle 1 Die mit Abstand grösste Gruppe von Fahrzeugen bilden die Personenwagen.

5 5/26 Diagramm 1 Die Wachstumsraten der einzelnen Kategorien entwickeln sich unterschiedlich. Bei den Personenwagen ist die Wachstumsrate mit 1.54% (Vorjahr 0.71%) wieder in den Bereich der vergangenen zehn Jahre zurückgekehrt. Die Anzahl der Lieferwagen hat wieder zugenommen, nachdem im vergangenen Jahr eine Stagnation zu verzeichnen war. Zur Kategorie Leichter Motorwagen zählen Campingbusse und Wohnmobile Durchschnittliches Datum der Inbetriebsetzung Das durchschnittliche Inbetriebsetzungsdatum der Personenwagen ist Januar 2007, das der Lieferwagen April Gegenüber der Vorjahresperiode hat das mittlere Alter der immatrikulierten Personenwagen und Lieferwagen um je einen Monat zugenommen.

6 6/ Bestand Personenwagen nach Emissionscode Emi- Code Jahr B00 30'695 28'336 26'344 24'446 22'719 21'411 20'208 18'981 17' B01 191' ' ' '982 79'828 64'197 49'984 38'636 30' B02 135' ' ' ' ' '125 94'753 79'901 65' B03 139' ' ' ' ' ' ' '067 90' B04 130' ' ' ' ' ' ' ' ' B5a 6'481 27'098 65'273 96' ' ' B5b 314 2'651 11'291 36'255 78' ' B6a B6b 464 4'184 15' Tabelle 2 Die Bestände von Personenwagen mit anderem Emissionscode sind vernachlässigbar klein. Diagramm 2 Die Gruppe der Personenwagen mit dem Emissionscode B01 hat in den letzten Jahren anteilsmässig am stärksten abgenommen.

7 7/ Altersverteilung Personenwagen Diagramm 3 Für die Personenwagen mit Inbetriebsetzungsjahr 2015 sind nur die Neuzulassungen bis Ende September berücksichtigt. Die Altersverteilung zeigt, dass ein grosser Teil der Fahrzeuge nicht älter als 15 Jahre ist. Der etwas kleinere Anteil von Fahrzeugen des Jahrganges 2009 ist auf die damalige wirtschaftliche Situation zurückzuführen. Der Anteil von Benzin-Personenwagen welche vor 1987 (Jahr des Katalysatorobligatoriums) in Betrieb genommen wurden beträgt noch 1.75% aller Benzin- Personenwagen.

8 8/ Mittleres Gewicht Personenwagen Diagramm 4 Das Diagramm zeigt das mittlere Gewicht von Personenwagen sortiert nach dem Alter der Fahrzeuge. Das mittlere Gewicht von neu in Betrieb gesetzten Personenwagen hat mit kg einen neuen Höchststand erreicht. In der Zeit von 1994 bis 2007 wurden die neu in Betrieb gesetzten Fahrzeuge durchschnittlich ca. 300 kg schwerer. Seit 2007 sind nur noch leichte Veränderungen zu verzeichnen.

9 9/ Mittlerer Hubraum Personenwagen Diagramm 5 Das Diagramm zeigt den mittleren Hubraum von Personenwagen sortiert nach dem Alter der Fahrzeuge. Nachdem das mittlere Hubvolumen der Personenwagen anfangs 2000 noch zunahm, kann in den letzten Jahren ein leichter Rückgang beobachtet werden, welcher jedoch in den vergangenen Jahren wieder abflachte.

10 10/ Mittlere Leistung Personenwagen Diagramm 6 Das Diagramm zeigt die mittlere Leistung von Personenwagen sortiert nach dem Alter der Fahrzeuge. Die mittlere Leistung der Personenwagen mit Erstinverkehrssetzung 2015 (Anzahl Fahrzeuge Januar bis September: ) hat mit 132 kw (180 PS) einen neuen Höhepunkt erreicht. Der Trend zu stärkeren Fahrzeugen hält an.

11 11/ Altersverteilung Lieferwagen Diagramm 7 Für die Lieferwagen mit Inbetriebsetzungsjahr 2015 sind nur die Neuzulassungen bis Ende September berücksichtigt. Die Altersverteilung zeigt, dass ein grosser Teil der Fahrzeuge nicht älter ist als 15 Jahre. Der etwas kleinere Anteil von Fahrzeugen des Jahrganges 2009 ist auf die damalige wirtschaftliche Situation zurückzuführen.

12 12/ Dieselanteile Diagramm 8 Das Diagramm verdeutlich folgendes: Die hellen Balken zeigen den Anteil Diesel betriebener Lieferwagen welche im entsprechenden Jahr in Betrieb gesetzt wurden, gegenüber allen Diesel betriebenen Lieferwagen welche im selben Jahr in Betrieb gesetzt wurden. Die dunkel eingefärbten Balken zeigen dasselbe für die Personenwagen. Die Linien entsprechen den Anteilen Diesel betriebener Fahrzeuge über den Gesamten Bestand des jeweiligen Fahrzeugtyps. Der durchschnittliche Dieselanteil am Gesamtbestand der Personenwagen stieg weiter von 25.3% auf 27.1%, bei den Lieferwagen von 79.0% auf 80.3%. Bei den 2015 in Betrieb gesetzten Personenwagen betrug der Dieselanteil 40.2%, bei den Lieferwagen 88.1%.

13 13/ Dieselanteil mit Partikelfilter Diagramm 9 Das Diagramm zeigt den Anteil jener Diesel-Fahrzeuge, welche mit einem Partikelfilter ausgerüstet sind, gegenüber allen Dieselfahrzeugen des entsprechenden Fahrzeugtyps. Insgesamt sind ca. 69% aller in Betrieb befindlichen Diesel-Personenwagen mit Partikelfiltern ausgestattet. Für die im Jahr 2015 in Betrieb genommenen Diesel- Personenwagen beträgt dieser Anteil 92.9%. Der Anteil von Diesel-Lieferwagen mit Partikelfiltern hinkt dem der Personenwagen hinterher und beträgt insgesamt 54%. Allerdings ist ein deutlicher Trend zur Steigerung erkennbar. So liegt der Anteil von Partikelfiltern für die im Jahr 2015 in Betrieb genommenen Diesel-Lieferwagen bei 94.6% und damit sogar höher als bei den Diesel-Personenwagen.

14 14/26 3. Auswertung der Messungen 3.1. Allgemeine Hinweise zu den RSD- Messungen Die Messungen 2015 erfolgten am Standort Gockhausen. An diesem Standort wird seit dem Jahr 2000 jährlich während mehreren Tagen gemessen. Seit dem Jahr 2011 wird eine neue Generation von Messgerät eingesetzt (RSD 4600) Gemessene Fahrzeuge Da technische Daten nur für ZH-Fahrzeuge vorliegen und die Zuordnung über das Nummernschild erfolgt, können für Schichtauswertungen mit Einbezug von technischen Fahrzeugdaten nur ZH-Fahrzeuge mit identifizierter Nummer verwendet werden. Zusätzlich müssen bei diesen Auswertungen Fahrzeuge mit Wechselnummer ausgeschlossen werden. Das mittlere Inbetriebsetzungsdatum der ausgewerteten PW ist März 2009, das der Lieferwagen November Das heisst, die gemessenen PW sind durchschnittlich 26 Monate, die Lieferwagen 19 Monate jünger als das jeweilige entsprechende Durchschnittsalter des immatrikulierten ZH-Bestandes (siehe 2.4) Bemerkungen zum Mess-System Die RSD-Messung ist eine Momentaufnahme, welche von folgenden Faktoren beeinflusst ist: Art des Fahrzeuges, Zustand des Fahrzeuges, Fahrverhalten des Fahrers und Verkehrssituation. Bei den angegebenen Schadstoffwerten ist zu beachten, dass es sich um hochgerechnete Schadstoff-Konzentrationen im unverdünnten Abgas handelt. Die Hochrechnung gilt korrekterweise nur für eine Benzinverbrennung, der Fehler für Dieselmotoren ist jedoch verhältnismässig klein. Die Einheiten für die Schadstoffkonzentrationen sind: CO: % Vol., NO: ppm. Um einen Vergleich der Emissionen (der ausgestossenen Schadstoffmenge) zwischen Einzelfahrzeugen oder Fahrzeuggruppen zu machen, müssen die Schadstoffkonzentrationen mit dem mittleren Verbrauch der jeweiligen Fahrzeuge oder Fahrzeuggruppen gewichtet werden. Bei gleicher Schadstoff- Konzentration im Abgas hat ein Fahrzeug mit höherem Verbrauch demnach auch einen höheren Schadstoffausstoss als ein Fahrzeug mit geringerem Verbrauch. Für die Gesundheits-Schädlichkeit der Abgase eines Fahrzeugs ist u. a. die Menge ausgestossener Stickoxide (NOx) massgebend. Das NOx setzt sich zusammen aus NO (Stickstoffmonoxid) und NO 2 (Stickstoffdioxid). Aufgrund des Messverfahrens kann das RSD kein NO 2 messen. Bei Benzin-PW beträgt der NO 2 -Anteil an den NOx- Emissionen nur ca. 5%. Bei den Diesel-PW ist der Anteil bedeutend höher (bis 40%, bei Diesel-PW mit Partikelfilter kann der NO 2 -Anteil noch höher sein). Die RSD- Messwerte unterschätzen somit den NOx-Ausstoss, v. a. bei Diesel-PW (und anderen Fahrzeugkategorien mit hohem NO 2 -Anteil im Abgas).

15 15/26 Mit abnehmender Stichprobenzahl (im vorliegenden Fall: Anzahl verfügbarer Messwerte pro Fahrzeugklasse) wird der statistische Fehler einer Aussage zunehmend grösser. Im Folgenden wird darauf hingewiesen, wenn die Stichprobenzahl pro Klasse hundert gültige Messwerte unterschreitet Beschreibung des Messstandortes und der durchgeführten Messungen Gemeinde Strasse Fahrrichtung Dübendorf Gockhauserstrasse Zürich Steigung [%] 9.2 Signalisierte Geschwindigkeit [km/h] 60 Verkehrsfluss Durschnittl. Verkehr [Fhz/Tag] locker, unregelmässig Koordinaten Messort / Messperiode Juni / Juli / August / September 2015 Anzahl Messtage 21 Anzahl PW / LI-Messungen Anteil Lieferwagen 11.4 Durchschnittsgeschw. [km/h] 46.8 Durchschnittl. Beschleunigung [m/s²] 0.08 Tabelle Vergleich der durchschnittlichen Schadstoffwerte CO [%] Personenwagen Lieferwagen Tabelle 4 NO [ppm] Der deutlich höhere NO-Mittelwert der Lieferwagen ist zu einem grossen Teil durch den markant höheren Diesel-Anteil in dieser Fahrzeugkategorie bedingt.

16 16/ Entwicklung der durchschnittlichen Schadstoffwerte von Personenwagen Diagramm 10 Diagramm 11 Die mittleren CO-Abgaskonzentrationen der PW haben sich im letzten Jahrzehnt halbiert. Seit dem Jahr 2007 stagnieren die Werte. Beim NO beträgt die Abnahme der mittleren Abgaskonzentrationen seit dem Jahr 2000 ca. 30%.

17 Emissions-Code Treibstoff Anzahl gemessene Fahrzeuge 2015 CO [%] NO [ppm] 17/ Schadstoff-Mittelwerte Personenwagen nach Emissionscode B00 Benzin Diesel B01 Benzin B02 B03 B04 B5a B5b Benzin Diesel Benzin Diesel Benzin Diesel Benzin Diesel Benzin Diesel B6a Diesel B6b Tabelle 5 Benzin Diesel Die Reduktion der Abgaskonzentrationen bei den Benzin-PW durch die Verschärfungen der Abgasnormen ist beträchtlich. Das Verhältnis zwischen den NO-Werten der Gruppe B01 (Euro 1) und der Gruppe B6b (Euro 6) beträgt 12:1. Die NO-Werte der Diesel-PW zeigen in diesem Jahr zum wiederholten Mal einen Anstieg von der Gruppe B04 zu den Fahrzeugen der Abgasnorm B5a und B5b. Ab den Fahrzeugen mit dem Emissionscode B6a ist wieder eine Abnahme zu verzeichnen.

18 18/26 Diagramm 12 Diagramm 13 Bei der Betrachtung dieser Diagramme ist unbedingt auf die Skalierung zu achten. Es ist deutlich zu sehen, dass die Personenwagen welche mit Benzin betrieben werden deutlich mehr CO emittieren. Die grössten Fortschritte in der Schadstoffreduktion bei den Benzinfahrzeugen wurden ab den Modellen mit dem Emissions-Code B01 gemacht. Seither ist lediglich eine kleine Verbesserung auszumachen. Bei den Fahrzeugen, welche mit Diesel betrieben werden ist kein eindeutiger Trend auszumachen.

19 19/26 Diagramm 14 Diagramm 15 Die grössten Fortschritte in der Schadstoffreduktion bei den Benzinfahrzeugen wurden ab den Modellen mit dem Emissions-Code B01 bis B03 gemacht. Seither ist keine signifikante Verbesserung mehr auszumachen. Dieselfahrzeuge der neueren Generation emittieren viel mehr NO als Benzinfahrzeuge. Eine Verbesserung ist ab den Modellen mit dem Emissions-Code B6a zu sehen. Verglichen mit den Benzinfahrzeugen emittieren Dieselfahrzeuge ein Mehrfaches an NO.

20 20/ Gegenüberstellung Schadstoff- Mittelwerte von PW und Lieferwagen Diagramm 16 Diagramm 17 Die NO-Werte der Lieferwagen sind um ein Vielfaches grösser als diejenigen der Personenwagen, während die CO-Werte der Lieferwagen gegenüber den Personenwagen etwas besser ausfallen. Dies hängt damit zusammen, dass der Anteil mit Diesel betriebener Fahrzeuge bei den Lieferwagen mit 80.3% deutlich höher ist als bei den Personenwagen (27.1%).

21 21/ Gegenüberstellung Schadstoff- Mittelwerte Benzin-PW und Diesel-PW Diagramm 18 Diagramm 19 Die CO-Werte für Diesel-PW liegen sehr deutlich unter denen der Benzin-PW des entsprechenden Inbetriebsetzungs-Jahrgangs. Im Betrachtungszeitraum ist bei den jahresbezogenen Durchschnittswerten der Benzin-PW tendenziell eine Abnahme festzustellen, während die Diesel-Werte keinen klaren Trend aufweisen. Die jahrgangsbezogenen Durchschnittswerte von NO der Diesel PW haben im Betrachtungszeitraum um ca. einen Drittel abgenommen, stagnieren jedoch seit neun Jahren. Die NO-Werte von Diesel-PW der letzten zehn Inbetriebsetzungsjahre sind im Durchschnitt elf Mal höher als die der Benzin-PW gleichen Alters.

22 22/ Vergleich Mittelwerte NO PW nach Treibstoff und Total Diagramm 20 Diese Auswertung zeigt die NO-Werte der gemessenen PW mit der Unterscheidung nach Treibstoffart. Es werden die Messungen von Fahrzeugen dargestellt, welche im jeweiligen Messjahr in Betrieb genommen wurden. Die erhebliche Differenz der gemessenen Werte bleibt seit Jahren etwa gleich gross, jedoch hat die Anzahl dieselbetriebener Fahrzeuge stark zugenommen.

23 23/ Zusätzliche Auswertungen - Vorbemerkungen Für die Abbildungen unter 3.9 und 3.10 wurden alle gemessenen Fahrzeuge der Messungen 2000 bis 2015 berücksichtigt. Die Daten wurden nach folgenden Kriterien gefiltert und aufbereitet: Es sind alle Personen- und Lieferwagen mit gültiger Messung, einer Geschwindigkeit zwischen 20 und 58 km/h und einer positiven Beschleunigung bis 2.8 m/s 2 berücksichtigt. Zudem werden nur Datenpunkte angezeigt, deren Stichprobe mindestens hundert Messungen umfasst. Die gemessenen NO-Konzentrationen wurden in NOx [g/kg Treibstoff] unter der Annahme einer vollständigen Verbrennung umgerechnet (Pokahrel, 2002). NO (g/kg Treibstoff) = [30 * Q'' * 860] / [(1 + Q + 6Q') * 12] mit: Q = %CO/%CO2 und Q' = %HC/%CO2 und Q'' = %NO/%CO2. NOx = NO + NO 2, wird aus dem gemessenen NO und unter der Annahme eines Anteils primären NO 2 (p) berechnet. NOx (g/kg Treibstoff) = NO (g) * 46 / 30 / (1 p) Die Werte für p stammen aus (HBEFA 3.2, 2014). Die Umrechnung des gesetzlichen Grenzwertes NOx [g/km] in NOx [g/kg fuel] ist in (Hausberger, 2010) beschrieben.

24 24/ Mittelwerte NOx nach Modelljahr Diagramm 21 Bei den Dieselfahrzeugen zeigt sich sowohl bei den Personen- wie auch den Lieferwagen ein deutlich zu hoher NOx-Wert. Während bei den Personenwagen für die neusten Modelle nach langer Stagnation erstmals eine Abnahme erkennbar scheint, ist die Situation bei den Lieferwagen gegenteilig. Dort sind die neusten Fahrzeugmodelle, diejenigen Fahrzeuge mit dem höchsten NOx-Ausstoss. Diagramm 22 Bei den Benzinfahrzeugen wird der NOx-Grenzwert seit rund 10 Jahren eingehalten.

25 25/ Mittelwerte NOx nach Abgasnorm Diagramm 23 Auch bei der Betrachtung der NOx-Emissionen nach der Abgasnorm liegen die Dieselfahrzeuge sowohl bei den Personen- wie auch bei den Lieferwagen deutlich über dem NOx-Grenzwert. Bei den Personenwagen mit der strengsten Abgasnorm (Euro 6) ist zumindest eine Annäherug an den Grenzwert erkennbar. Diagramm 24 Ab der Abgasnorm Euro 3 sind die NOx-Grenzwerte, der mit Benzin betriebenen Personen- und Lieferwagen, eingehalten.

26 26/26 Literatur Hausberger, S., Fuel Consumption and Emissions of Modern Passenger Cars. IVK, TU Graz, Graz, Austria. HBEFA 3.2, HBEFA - Handbook Emission Factors for Road Transport. Abrufbar unter: Pokharel, S.S., Bishop, G.A., Stedman, D.H., An on-road motor vehicle emissions inventory for Denver: an efficient alternative to modeling. Atmos. Environ. 36 (33),