Zukünftige Entwicklung der NO 2 -Konzentration an Straßen Szenarien zur Einführung der neuen Grenzwertstufen

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1 LUBW-Fachgespräch am 21. Juli 211 in Stuttgart Emissionen und Minderungspotenziale im Verkehrsbereich - Was bringt Tempo 3 und wie stark wird Euro 6 die NO 2 -Emissionen im Realbetrieb senken?" Zukünftige Entwicklung der NO 2 -Konzentration an Straßen Szenarien zur Einführung der neuen Grenzwertstufen Frank Dünnebeil, Udo Lambrecht und und Ingo Ingo Rehberger ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Internet:

2 Entwicklung der NO 2 -Belastung in Deutschland Im Jahr 21 lagen ca. 7% der Verkehrsmessstationen über dem NO 2 -Jahresgrenzwert von 4 µg/m³ Große Unterschiede bei der Höhe der Grenzwertüberschreitungen. An vielen hoch belasteten Messstationen nahm die NO 2 -Konzentration in den letzten Jahren nicht oder nur in geringem Maße ab.

3 Ursachen der NO 2 -Luftbelastungen an Straßen Zur NO 2 -Immission tragen bei: Ozon Lokaler Verkehr NO-Emission (lokaler Verkehr) NO 2 -Emission (lokaler Verkehr) NO 2 Luftchemie NO 2 2 Primäre Emission Beitrag lokaler Verkehr NO-Emissionen tragen nach luftchemischer Reaktion v.a. mit Ozon zur NO 2 -Immission bei NO + O 3 NO 2 + O 2 photochemisches Gleichgewicht andere Quellen NO 2 Städtischer Hintergrund IFEU 21 Primäre NO 2 -Emissionen tragen direkt zur NO 2 -Immission bei Hintergrundbelastung Emissionen anderer Quellen

4 Vergangene Entwicklung der NO x - und NO 2 -Emissionen 1,4 1,2 1, Spezifische NO x -Emissionen einer mittleren Kfz-Innerortsflotte NOx in g/km -58% -45% -41% -18%,8-33% -23% -29% -28%,6-37%,4,2, HBEFA 1.2 (1999) HBEFA 2.1 (24) Lkw LNF Pkw HBEFA 3.1 (21) Rückgang der NO x -Emissionen im Straßenverkehr geringer als erwartet

5 Vergangene Entwicklung der NO x - und NO 2 -Emissionen 1,4 1,2 1, Spezifische NO x -Emissionen einer mittleren Kfz-Innerortsflotte NOx in g/km -58% -45% -41% -18% 6 5 kg/(km*d) NO 2 -Emissionen in mittleren Innerortssituationen Linienbus Lkw Leichte Nutzf. Diesel-Pkw Otto-Pkw,8-33% -23% -29% -28% 4,6-37% 3,4,2 Lkw LNF 2, Pkw HBEFA 1.2 (1999) HBEFA 2.1 (24) HBEFA 3.1 (21) Rückgang der NO x -Emissionen im Straßenverkehr geringer als erwartet. Anstieg der direkten NO 2 -Emissionen, v.a. durch Diesel-Pkw

6 Zusätzliche Maßnahmen zur NO 2 -Immissionsminderung nötig Eine Fristverlängerung zur NO 2 -Grenzwerteinhaltung bis 215 ist unter bestimmten Bedingungen möglich. Entscheidend für eine Verringerung der NO 2 -Konzentrationen ist die Abnahme der NO x - und NO 2 -Emissionen des Verkehrs. Mit der Einführung der Kfz-Abgasgrenzwertstufen Euro 5+6 & Euro VI werden deutliche NO x - und NO 2 -Emissionsminderungen erwartet. Resultierende Minderungen der NO 2 -Immissionen abhängig von: Höhe und Zusammensetzung der lokalen NO 2 -Konzentrationen, Wie hoch sind die spezifischen Emissionsminderungen durch Euro 5/6/VI. Wie schnell wird Euro 5/6/VI in die Kfz-Flotten eingeführt

7 BMU-Gutachten zur Wirksamkeit der neuen Abgasgrenzwerte IFEU-Gutachten im Auftrag des Bundesumweltministeriums: TREMOD-Szenarien zur Abschätzung der Wirksamkeit der neuen Kfz-Grenzwerte auf die NO 2 -Luftqualität Emissionsberechnungen für eine mittlere Innerortssituation für die Jahre mit Emissionsfaktoren des aktuellen HBEFA 3.1 Trendszenario: Entwicklung der Emissionen ohne Zusatzmaßnahmen auf Basis gesetzlich festgelegter Einführungszeiten und weiterer Annahmen. Vorzeitige Einführung : Vorgezogene Einführung der Grenzwertstufen Euro 6 & Euro VI durch Förderungen bei allen Fahrzeugkategorien. Entwicklung zukünftiger NO 2 -Immissionen infolge der Emissionsänderungen am Beispiel ausgewählter typisierter Belastungssituationen

8 NO x - und NO 2 -Emissionsfaktoren aus HBEFA 3.1 1,2 1, Otto-Pkw Diesel-Pkw NO NO2,8,6,4,2, <Euro 1 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 <Euro 1 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Benzin Diesel Anstieg der NO x -Emissionen von Diesel-Pkw bis Euro 3 trotz verschärfter Abgasgrenzwerte. Starke Erhöhung der NO 2 -Emissionen von Diesel-Pkw ab Euro 3. Deutlich höhere Emissionen auch aktueller Diesel-Pkw gegenüber Otto

9 NO x - und NO 2 -Emissionsfaktoren aus HBEFA 3.1 1,2 1, Otto-Pkw Diesel-Pkw NO NO2,8,6,4,2-9 -, <Euro 1 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 <Euro 1 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Benzin Diesel Anstieg der NO x -Emissionen von Diesel-Pkw bis Euro 3 trotz verschärfter Abgasgrenzwerte. Starke Erhöhung der NO 2 -Emissionen von Diesel-Pkw ab Euro 3. Deutlich höhere Emissionen auch aktueller Diesel-Pkw gegenüber Otto. Mit Euro 5 leichter Rückgang der NO 2 -Emissionen. Erst mit Euro 6 starker Rückgang von NO x und NO 2.

10 Einführungszeiten in den Szenarien 1% Pkw 1% LNF 1% Lkw/Bus 9% 9% 9% 8% 8% 8% 7% 7% 7% 6% 6% 6% 5% 5% 5% 4% 3% 2% 1% Euro-4 Euro-5 Euro 6 durch vorzeitige Einführung Euro-6 4% 3% 2% 1% Euro-4 Euro 5 durch vorzeitige Einführung Euro-5 Euro 6 durch vorzeitige Einführung Euro-6 4% 3% 2% 1% Euro-V Euro VI durch vorzeitige Einführung Euro-VI % % Trendszenario: Gesetzliche Einführungsfristen + Erfahrungen zu Einführungszeiträumen bei früheren Grenzwertstufen. Vorzeitige Einführung: Die Einführungsfristen für Euro 6 orientieren sich bei Pkw an vom VDA (unter Grundlage einer Förderung) abgeschätzten Fahrzeugzahlen (21: 5%, Anstieg bis 215: 1%). Insgesamt wird die Einführung von Euro 6 (Pkw & LNF) um ca. 2 Jahre gegenüber dem Trend vorgezogen, Euro VI (Lkw) um ca. 1 Jahr. %

11 NO x -Emission in kg/km/d NO 2 -Emission in kg/km/d Emissionsentwicklung im Trendszenario NO x -Emissionen -23% Bus Lkw >3,5t LNF Pkw Diesel Pkw Otto MZR -36% Jahr Bus Lkw >3,5t LNF Pkw Diesel Pkw Otto MZR -11% -36% Jahr Zwischen 25 und 21 nahmen die NO x -Emissionen um 25% ab. Sie werden auch nach 21 kontinuierlich zurückgehen. Die NO 2 -Emissionen stiegen um 15% an. NO 2 -Emissionen 4. Kfz/d, 4% Lkw,,5% Bus 4. Kfz/d, 4% Lkw,,5% Bus Erst nach dem Jahr 211 gehen die NO 2 -Emissionen zurück. Nach 215 verstärkt sich der NO 2 -Emissionsrückgang deutlich.

12 NO x -Emission in kg/km/d NO 2 -Emission in kg/km/d Emissionsentwicklung Vorzeitige Einführung NO x -Emissionen 4. Kfz/d, 4% Lkw,,5% Bus Bus Lkw >3,5t LNF Pkw Diesel Pkw Otto MZR NOx Trend Jahr NO 2 -Emissionen Jahr sind die NO x -Emissionen durch vorzeitige Einführung zusätzlich um 6% gegenüber 21 reduziert, die NO 2 -Emissionen um 8%. 217 wird die größte Zusatzminderung gegenüber dem Trend erreicht. Durch die vorzeitige Einführung wird das im Trendszenario bis 22 erreichte NO x - bzw. NO 2 -Emissionsniveau ca. 1-2 Jahre früher erreicht Bus Lkw >3,5t LNF Pkw Diesel Pkw Otto MZR NO2 Trend 4. Kfz/d, 4% Lkw,,5% Bus

13 Emissionsminderungen 215 und 22 gegenüber 21 NO x -Emissionsminderung zu 21 NO 2 -Emissionsminderung zu 21 % -1% -2% -3% -4% -5% -6% ,1% -1,% -1,7% -9,6% -2,9% -23% Bus Lkw >3,5t Leichte Nutzfahrz. Pkw-Diesel Pkw-Otto -9,9% -4,9% -21,3% -5,4% -51% ,4% -3,% -,4% -2,5% -2,5% -23,1% NO x -Minderungen bis 215 am größten bei Otto-Pkw und Lkw. Bis 22 weitere Minderungen bei Lkw, Abnahmen auch bei Diesel-Pkw + LNF. NO 2 -Emissionsminderungen bis 215 deutlich schwächer als bei NO x. Nach 215 stark erhöhte NO 2 -Minderungen, v.a. durch Diesel-Pkw. % -1% -2% -3% -4% -5% -6% 11% Bus Lkw >3,5t Leichte Nutzfahrz. Pkw-Diesel Pkw-Otto -6,3% -5,6% -4,8% -43%

14 Emissionsminderungen 215 und 22 gegenüber NO x -Emissionsminderung zu 21 % -1% -2% -3% -4% -5% -6% ,1% -1,% -1,7% -9,6% -2,9% -3,3% -1,4% -23% -6% Zusatzminderung durch frühere Euro 6-Einführung Bus Lkw >3,5t Leichte Nutzfahrz. Pkw-Diesel Pkw-Otto -9,9% -4,9% -21,3% -5,4% -2,% -51% -3% NO 2 -Emissionsminderung zu ,4% -3,% -,4% -2,5% -2,5% -23,1% NO x -Minderungen bis 215 am größten bei Otto-Pkw und Lkw. Bis 22 weitere Minderungen bei Lkw, Abnahmen auch bei Diesel-Pkw + LNF. NO 2 -Emissionsminderungen bis 215 deutlich schwächer als bei NO x. Nach 215 stark erhöhte NO 2 -Minderungen, v.a. durch Diesel-Pkw. Zusatzminderungen durch vorgezogene Euro 6/VI-Einführung hauptsächlich durch Diesel-Pkw, bei NO x bis 215 auch durch Lkw. % -1% -2% -3% -4% -5% -6% -6,1% -,4% 11% -8% Zusatzminderung durch frühere Euro 6-Einführung Bus Lkw >3,5t Leichte Nutzfahrz. Pkw-Diesel Pkw-Otto -6,3% -5,6% -4,8% -3,6% -,1% -43% -5%

15 NO x -Emission in kg/km/d NO 2 -Emission in kg/km/d Sensitivitätsanalyse: Lkw-Anteil im lokalen Verkehr NO x -Emissionen +25% -29% Hoher Lkw+Bus Anteil: 8% Mittlerer Lkw-Anteil (4,5%) Kein Lkw,,5% Bus -18% -25% +22% -25% -31% -4% NO 2 -Emissionen +9% -1% -12% -9% +8% -8% -35% -37% 1 Hoher Lkw+Bus Anteil: 8% Mittlerer Lkw-Anteil (4,5%) Kein Lkw,,5% Bus Bei einem hohen Lkw-Anteil von 8% sind die NO x -Emissionen im Jahr 21 um 25%, und 215 um 22% höher als im Basisszenario (4,5%). Die NO 2 -Emissionen sind nur 9% bzw. 8% höher. Bei einem niedrigen Lkw-Anteil sind die NO x -Emissionen 21 und 215 um 29% bzw. 25% niedriger, die NO 2 -Emissionen um 1% bzw. 8%. In Straßen mit hohem Lkw-Verkehr sind zukünftig stärkere NO x - und NO 2 -Emissionsrückgänge zu erwarten als bei wenig Lkw-Verkehr.

16 Definition typisierter Belastungssituationen Definition 4 unterschiedlicher innerstädtischer Belastungssituationen NO 2 -Gesamtimmission im Jahr 21: 6 µg/m³ Hintergrundbelastung: Niedrig (2 µg/m³): z.b. Freiburg, Karlsruhe Hoch (3 µg/m³): z.b. Stuttgart, Hamburg Anteil primäres NO 2 im Immissionsbeitrag des lokalen Verkehr: Hoch (6%): z.b. hoher Dieselanteil, geringe Ozonverfügbarkeit Mittel (5%): z.b. niedriger Dieselanteil, erhöhter Ozoneinfluss Lokaler Beitrag Städtischer Hintergrund Niedrig (2 µg/m) Hoch (3 µg/m³) Hoher Anteil primäres NO2: 6% A C Mittlerer Anteil primäres NO2: 5% B D

17 Abschätzung zukünftiger NO 2 -Immissionen Auf Basis von Immissionsanalysen wurde ein Verfahren zur Ermittlung von NO 2 -Jahresmittelwerten anhand der individuellen Entwicklung der einzelnen Quellenbeiträge entwickelt. NO 2 [Gesamt] = NO 2 [Hintergrund] + NO 2 [primär] + NO 2 [Luftchemie] mit: Hintergrundbelastung: Entwicklung im Trend wie NO x -Emissionen in Deutschland (UBA-Projekt PAREST). Primäres NO 2 : Reduktion gemäß prozentualer Abnahme der direkten NO 2 -Emissionen. Luftchemisches NO 2 : Anteilige Reduktion bei NO-Emissionsabnahme. (über statistische Auswertungen der stündlichen NO 2 -Bildung an Verkehrsstationen in Abhängigkeit von lokalen NO-Emissionen und Ozonverfügbarkeit) Ein Vergleich dieser Methode mit den Chemieboxmodell-Berechnungen für Baden-Württemberg [IFEU 21] zeigt eine gute Übereinstimmung.

18 Lokale Quellenbeiträge zur Minderung der NO 2 -Immission 3 25 Situation A NO 2 in µg/m³ 3 25 Situation B NO 2 in µg/m³ 3 25 Situation C NO 2 in µg/m³ 3 25 Situation D NO 2 in µg/m³ Lokal primäres NO2 Trend 1 Lokal primäres NO2 Vorzeitig Euro 6 Lokal luftchem. NO2 5 Trend Lokal luftchem. NO2 Vorzeitig Euro Lokal primäres NO2 Trend Lokal primäres NO2 Vorzeitig Euro 6 Lokal luftchem. NO2 Trend Lokal luftchem. NO2 Vorzeitig Euro Bis 215 ist der Rückgang von lokal primärem und lokal luftchemisch gebildetem NO 2 im Trend ähnlich stark. Bis 22 sinkt primäres NO 2 um 6-8 µg/m³ und damit deutlich stärker als die luftchemisch gebildete NO 2 -Menge. Eine frühere Euro 6-Einführung brächte bei primärem NO 2 weitere 1-2 µg/m³ Minderung, bei luftchemischem NO 2 nur ca.,3-,5 µg/m³. Der lokale primäre NO 2 -Beitrag ist selbst bei hohem Ausgangsniveau im Jahr 22 nur noch leicht höher als lokal luftchemisch gebildetes NO

19 NO 2 -JMW in µg/m³ NO 2 -Immissionen im Trendszenario NO 2 -Grenzwert Trend A B C D Deutliche NO 2 -Immissionsabnahmen im Trend. Rückgänge der Gesamtimmission für alle Belastungssituationen ähnlich. Stationen mit einem Ausgangsniveau von 6 µg/m³ im Jahr 21 überschreiten im Trend-Szenario auch 215 den NO 2 -Grenzwert Erst im Jahr 22 kann der Grenzwert erreicht werden.

20 NO 2 -JMW in µg/m³ NO 2 -Immissionen bei vorzeitiger Euro 6/VI-Einführung NO 2 -Grenzwert Trend Vorzeitige Einführung A B C D Eine vorzeitige Einführung von Euro 6/VI könnte im Jahr 215 zu einer zusätzlichen NO 2 -Minderung um 1,5-2,2 µg/m³ führen. Im Jahr 22 wirkt sich eine vorzeitige Einführung weniger stark auf die Immissionsbelastung aus als im Jahr

21 NO2 [µg/m³] Sensitivitätsanalyse: Höhe der Emissionsfaktoren Euro , 51,5 49,3 51, 48,4 4,2 38,8 38,2 36,4 Trend Trend Vorzeitig Trend Vorzeitig Trend Vorzeitig Trend Vorzeitig HBEFA 3.1 Euro 6 Diesel Pkw EFA =,5 g NOx/km HBEFA Euro 6 Diesel Pkw EFA =,5 g NOx/km Wie wirkt sich die Annahme deutlich niedrigerer Emissionsfaktoren für Diesel-Pkw Euro 6 auf die berechneten NO 2 -Immissionsminderungen aus? Basis (HBEFA 3.1): NO x -EFA =,19 g/km (Euro6/Euro4: -65%, GW -68%) Sensitivitätsanalyse: NO x -EFA =,5 g/km. NO 2 -Minderung wäre im Trend 215 um,5 µg/m³ höher, 22 um 2 µg/m³ Kombiniert mit vorgezogener Euro 6-Einführung wäre die NO 2 -Immission im Jahr 215 ca. 3 µg/m³ niedriger als im Trendszenario mit HBEFA 3.1.

22 Entwicklung der NO 2 -Belastung an Überschreitungsstationen 215 könnten 3-5% der Messstationen mit aktueller NO 2 -Grenzwertüberschreitung ohne Zusatzmaßnahmen 4 µg/m³ NO 2 -JMW erreichen. 1-3% der Messstationen mit aktueller NO 2 -Grenzwertüberschreitung liegen auch im Jahr 22 im Trend noch über dem Grenzwert

23 Entwicklung der NO 2 -Belastung an Überschreitungsstationen 215 könnten 3-5% der Messstationen mit aktueller NO 2 -Grenzwertüberschreitung ohne Zusatzmaßnahmen 4 µg/m³ NO 2 -JMW erreichen % der Messstationen mit aktueller NO 2 -Grenzwertüberschreitung liegen auch im Jahr 22 im Trend noch über dem Grenzwert. Durch vorzeitige Euro 6-Einführung könnten im Jahr 215 etwa 1 weitere Stationen den NO 2 -Grenzwert ohne zusätzliche Maßnahmen erreichen.

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Und vielen Dank an Frank Dünnebeil

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