ÖKODRIVE Grazer Busse fahren klimaschonend und emissionsmindernd mit Biodiesel

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1 ÖKODRIVE Grazer Busse fahren klimaschonend und emissionsmindernd mit Biodiesel Prutsch W. Umweltamt der Stadt Graz, A-8010 Graz, Kaiserfeldgasse 1, Sams Th. Firma AVL List GmbH., A-8020 Graz, Hans-List-Platz 1, Proßnigg B. Grazer-Verkehrsbetriebe, Autobuswerkstätte, A-8053 Graz, Kärntnerstr. 120, Fax: +43(0)316/887/8282 ABSTRACT Mit Unterstützung des Landes Steiermark wurde bei den Grazer Verkehrsbetrieben (GVB) im November 1994 ein Pilotversuch zum Einsatz von Biodiesel in städtischen Bussen gestartet. Zum Einsatz kommt sogenannter Altspeiseöl-Methylester (AME), der von der Firma Südsteirische Energie und Eiweißerzeugung (SEEG) in Mureck gesammelt und entsprechend aufbereitet wird. In einem ersten Schritt wurde dieser Biodiesel bei 2 GVB Solobussen eingesetzt, die bereits mit Oxidationskatalysatoren ausgerüstet waren, was jedoch keine Voraussetzung für diesen Einsatz ist. Nach entsprechenden Adaptierungsarbeiten waren seit diesem Zeitpunkt diese beiden Busse ohne Probleme im Einsatz, was dazu geführt hat, daß in Zusammenarbeit mit dem Umweltamt der Stadt Graz im Dezember 1997 dieser Pilotversuch in einer zweiten Stufe auf weitere 8 GVB-Solobusse ausgeweitet wurde. Während der ersten Stufe des Pilotversuches fanden regelmäßige Abgasmessungen und Überprüfungen der Motorölkonsistenz durch das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der Technischen Universität Graz statt, die eine deutliche Verbesserung der Abgassituation bei Diesel-Motoren bei Verwendung von Biodiesel zeigten. Key words: Biodiesel, Stadtbusse, Altspeiseöl, Altspeiseöl-Methylester, Emissionen 1. AUSGANGSSITUATION 1.1. Bestrebungen der Stadt Graz Im Sinne der Gemeinderatsbeschlüsse ÖKOSTADT 2000 (Niederl, 1995) und Kommunales Energiekonzept KEK sowie dem Beitritt zum Klimabündnis hat sich die Stadt Graz zum verstärkten Einsatz biogener Rohstoffe und einer Verminderung der Luftbelastung verpflichtet. Unter dem Projekttitel ÖKODRIVE werden verschiedene Aktivitäten zur Verminderung der Umweltbelastung aus dem Sektor Verkehr zusammengefaßt Die Emissionssituation Nach dem Emissionskataster Graz (Sturm et. al. 1997) ergeben der Busverkehr und der gesamte Verkehrsbereich jährliche Belastungen gemäß Tabelle 1.

2 [t/a] CO CO 2 NO x HC-ges. Partikel SO 2 Kraftstoff Pkw-Fahrt 4335, ,9 525,4 38,36 77, Lkw 229, ,6 132,0 34,00 53, Bus 44, ,7 26,0 6,32 9, Kaltstart 3785, , ,66 1, Verdunstung / / / 308,0 / / 308 Garagen 27, ,09 3,2 0, Straße gesamt 8421, ,0 1399,0 83,5 142, Schiene 14, ,7 6,5 2,12 2, Gesamt Verkehr 8436, ,0 1405,0 85,6 144, Tabelle 1: Verkehrsemission im Jahr 1995 [t/a] In der Gesamtbetrachtung der Sektoren Verkehr, Hausbrand und Betriebe (Sturm, 1997) verursacht der Verkehr einen wesentlichen Anteil der Emissionen im Stadtgebiet (Bild 1) [t/a] Emissionen 1995 Verkehr Hausbrand * Betriebe CO/10 CO2/100 NOx HCges PM SO2 CH4 Bild 1: Emissionen der einzelnen Sektoren 1995 (* inkl. NMVOC aus Haushalten) 2. ERPROBUNG VON AME ALS DIESELKRAFTSTOFF 2.1. Das Pilotprojekt Im Rahmen eines österreichischen Forschungsprojektes und eines EU-ALTENER-Projektes haben sich das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der Technischen Universität Graz und das Institut für Organische Chemie der Universität Graz in Zusammenarbeit mit dem Österreichischen Biodieselinstitut sowohl mit der chemischen Seite

3 der Produktion, als auch mit der möglichst praxisnahen Erprobung von Altspeiseöl- Methylester (AME) als Dieseltreibstoff beschäftigt (Sams, 1998). AME wird durch einen Umesterungsprozeß aus Altspeiseöl hergestellt. Das Projekt stellt eine Fortsetzung der langen erfolgreichen österreichischen Biodieselaktivitäten dar und wurde vom Bundesministerium für Umwelt, Bundesministerium für Wissenschaft und Verkehr sowie der Fachabteilung für Abfallwirtschaft und der Abteilung für Wissenschaft und Forschung des Amtes der Steiermärkischen Landesregierung finanziert. Die Besonderheit des Projektes liegt darin, daß neben den Labor und Prüfstandsuntersuchungen die Praxiserfahrung aus dem Feldeinsatz von ca. 500 Fahrzeugen und die Ergebnisse eines 3 jährigen Dauertests von zwei Stadtbussen der Grazer Stadtwerke AG mit dem neuartigen Treibstoff AME eingebracht wurden. Für die chemischen Untersuchungen wurden aus der laufenden AME-Produktion in der Umesterungsanlage der SEEG in Mureck über einen Zeitraum von 2 Jahren regelmäßig Proben des eingesetzten Altspeiseöls und des daraus gewonnenen AME untersucht. Dabei zeigte sich, daß während der gesamten Zeit die Qualität des Öles, welches in Gemeinden, Haushalten und Gastgewerbebetrieben gesammelt wurde, sehr konstant war und der daraus hergestellte AME durchwegs den Anforderungen der gültigen Ö-NORM entsprach. Bei zu langer Erhitzungsdauer des Öles im Fritiereinsatz leidet jedoch auch die Qualität des daraus gewonnenen AME Verhalten als Treibstoff und Emissionseigenschaften Bei den motorischen Untersuchungen konnten im Vergleich zu herkömmlichem Dieselkraftstoff weitgehend gleicher Wirkungsgrad und gleiches Geräuschverhalten der Motoren erzielt werden. Hinsichtlich der Emissionen gilt, daß bei wesentlich niedrigeren Schwarzrauchemissionen auch die HC- und CO-Emissionen, unabhängig vom Motorkonzept, mit AME um % niedriger liegen. Unter Testbedingungen, die dem realen Fahrbetrieb entsprechen, sind die Partikelemissionen niedriger und die Stickoxide gleich wie bei Dieselbetrieb. Partikel und Stickoxide waren bei stationärem Testbetrieb mit AME schlechter. Das bedeutet, daß der alternative Kraftstoff für den Einsatz in extrem niedrig belasteten Motoren weniger geeignet ist. [%] von Diesel ohne Kat Vergleich der Emissionen für Fahrzeuge ohne Kat Diesel AME CO NOx HC Partikel Ruß Schadstoffkom ponente Bild 2: Emissionsvergleich (Fahrzeuge ohne Katalysator) In Bild 2 wurden die Emissions-Meßdaten aller am Prüfstand untersuchten Fahrzeuge und Motoren gemittelt und im Vergleich zu den Emissionen bei Dieselbetrieb ohne Katalysator

4 dargestellt, wobei ein Schwerpunkt auf die beiden Linienbusse der GVB gelegt wurde, da diese 3 Jahre ununterbrochen mit AME im Einsatz waren. Diesel AME ohne Kat mit Kat ohne Kat mit Kat CO o + + o HC o NOx - stationär o o - - NOx - dynamisch o o o o Ruß o o PM - stationär o - (-) - (-) + + PM - dynamisch o + o + + PAH o + o + Tabelle 2: Vergleich des Emissionsverhaltens (Sams, 1995) Bei Einsatz eines Oxidationskatalysators werden die CO- und HC-Emissionen für beide Kraftstoffe um 70 80% vermindert. Die Partikelemissionen werden bei Biodiesel durch den Oxidationskatalysator noch einmal stark reduziert. Für Fahrzeuge mit einem dem heutigen Entwicklungsstand entsprechenden Rußniveau ist mit Biodiesel eine dauerhafte und wirkungsvolle Abgasreduktion mit Oxikats möglich. Werden ältere oder schadhafte Fahrzeuge, die von vorne herein einen sehr hohen Rußausstoß aufweisen, nachgerüstet, so besteht die Gefahr, daß der Oxidationskatalysator sich so stark belegt, daß er seine Wirkung verliert. Dies geschieht erfahrungsgemäß mit fossilem Diesel aufgrund der höheren Rußemission schneller als mit AME. Die beschriebenen Emissionsvorteile sind im Langzeitbetrieb nur mit sehr hoher Biodieselqualität aufrecht zu erhalten. Biodiesel mit zu hoher Gesamtverschmutzung neigt zur Bildung von Ablagerungen, besonders im Einspritzsystem, die neben direkten Schädigungen indirekt auch die motorische Verbrennung negativ beeinflussen können. Daher scheint eine Begrenzung der Gesamtverschmutzung, wie in der DIN vorgesehen, unbedingt erforderlich. Abgesehen vom Einspritzsystem wurden mit AME im Vergleich zu fossilem Diesel keine zusätzlichen Ablagerungen im Brennraum, im Kolbenringbereich oder im Auslaßsystem festgestellt. Hinsichtlich Verschleiß wurde ein Linienbus der Grazer Verkehrsbetriebe nach km oder 7500 Stunden AME-Betrieb genau analysiert. An den unmittelbar mit dem Kraftstoff in Verbindung stehenden Bauteilen wie Einspritzsystem oder Kolbenringbereich wurden keine zusätzlichen Verschleißerscheinungen festgestellt. Nach dem Pilotversuch mit zwei Bussen wurden in einem gemeinsamen Projekt der Grazer Verkehrsbetriebe und des Umweltamtes der Stadt Graz acht weitere Busse auf Biodiesel umgestellt und eine eigene Tankstelle errichtet. Damit werden nun 10 % der GVB- Busse mit Biodiesel betrieben. Der Jahresverbrauch beträgt derzeit etwa Liter. Der volumsbezogene Mehrverbrauch im Vergleich zu konventionellem Diesel liegt mit 5 8 % im erwarteten Bereich. 3. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Biodiesel aus Altspeiseöl ist eines der besten Beispiele für ökologisch wünschenswerte Kreislaufwirtschaft. Aus einem problematischen Abfall wird hochwertiger Dieseltreibstoff hergestellt und damit die Umwelt mehrfach entlastet. Zur sinnvollen Abfallverwertung

5 kommt, daß bei der Verwendung von Biodiesel deutlich weniger Luftschadstoffe emittiert werden als bei konventionellem Diesel. Hauptvorteil für die innerstädtische Luftbelastung ist dabei die Reduktion bei Rußpartikeln, die mindestens 50% beträgt. Dies ist für jedermann aufgrund der verminderten Abgastrübung sichtbar und damit besonders wichtig an Kreuzungen im Stadtbereich. Es ist daher eindeutig zu befürworten, Dieselkraftstoff aus Altspeiseöl zu erzeugen. Der so gewonnene Treibstoff bringt bei richtigem Einsatz direkte (Emissionen) und indirekte (sinnvolle Abfallverwertung) Umweltvorteile mit sich. Aufgrund der positiven Erfahrungen soll der Einsatz bei den GVB auf weitere 15 Busse ausgeweitet werden. Bei 25 Bussen mit einem Jahresverbrauch von ca Liter Biodiesel ergeben sich Emissionseinsparungen gemäß Tabelle 3. CO CO 2 NOx HC Ruß SO kg kg +/ kg 510 kg 1380 kg Tabelle 3: Jährliche Emissionsverminderung bei Betankung von 25 Bussen mit Biodiesel 4. QUELLEN Niederl K. et. al. (1995) Ökostadt 2000 Auf dem Weg zu einer Nachhaltigen Stadtentwicklung in Graz; Umweltamt der Stadt Graz Sams Th. (1995) Emissionsverhalten bei realem RME-Betrieb mit bzw. ohne Oxikat; Bericht aus Energie und Umweltforschung; Bericht 3/96, Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Sams Th., Mittelbach M. (1998) Wissenschaftliche Untersuchungen zur Qualitätsbeurteilung von Altspeiseöl-Methylester und seine Erprobung als Dieselkraftstoff; Bericht aus Energie und Umweltforschung; Bericht 3/98, Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Sturm P. et. al. (1997) Emissionskataster Graz - Bezugsjahr 1995; erstellt im Auftrag des Amtes der Steiermärkischen Landesregierung, Fa Ia und des Umweltamtes der Stadt Graz