Möglichkeiten zur Reduzierung von Feinstaub-Emissionen bei Fahrzeugen

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1 Möglichkeiten zur Reduzierung von Feinstaub-Emissionen bei Fahrzeugen Clustertreffen Logistik zum Thema Feinstaub am 22. November 2005 Stadtwerke Aschaffenburg Verkehrs GmbH Werkstraße 2, Aschaffenburg Tel. (06021) Fax. (06021)

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7 Die im Zuge der EU-Luftqualitätsrichtlinie 1999/30/EWG festgelegten Tagesgrenzwerte in deutschen Städten konzentriert sich derzeit auf die von dieselbetriebenen Fahrzeugen verursachte Feinstaubpartikel. Darüber hinaus ist jedoch zu hinterfragen, welche Antriebssysteme einen nachhaltigen, auch wirtschaftlich vertretbaren Beitrag zur Senkung aller Schadstoffe beinhalten. Dies erfordert eine Betrachtung verschiedener Techniken, deren jeweilige Vor- und Nachteile der Diskussion eine hohe Komplexität verleihen. 7

8 Rußpartikelfilter Erdgasantrieb Erfüllung der Euro V-Werte mit dieselbetriebenen Bussen Unterschiedliche Möglichkeiten der Verkehrsunternehmen Biodiesel Wasserstoffantrieb Weitere Kraftstoffarten 8

9 Umweltverträgliche Antriebsarten werden bei den Stadtwerken nicht erst seit der nun aktuellen Diskussion um Feinstaubpartikel betrachtet. Mit Beschluss des Werksenates vom erfolgte die Umstellung der Kraftstoffart auf schwefelfreien Dieselkraftstoff. Gleichzeitig wurde die Nachrüstung von zusätzlichen Rußpartikelfiltern (CRT-Systemen) für damals 25 Busse beschlossen. 9

10 Nur durch die Umstellung von schwefelarmen (S-Anteil 500 ppm) auf schwefelfreien Dieselkraftstoff (S 10 ppm) konnten die gesetzlich limitierten Schadstoff-Komponenten um bis zu 44% reduziert werden: Einfluss von Dieselkraftstoff mit einem Schwefelgehalt von 10 ppm im Vergleich zu Kraftstoff mit 500 ppm 0% -7% -10% -20% -38% -26% -44% -30% -40% -50% NOx CO HC PM 10

11 1. Rußpartikelfilter Eine deutliche Reduzierung wurde durch die Abgasnachbehandlung mittels CRT-Systemen erreicht. Nachfolgend eine Darstellung der Emissionen: 11

12 In Folge des genannten Beschlusses wurden zwischenzeitlich 32 von insgesamt 48 Fahrzeugen mit CRT- Filtern aus- bzw. nachgerüstet. Im dargestellten Emissionsvergleich ist zu erkennen, dass damit sehr gute Abgaswerte erreicht werden. Der Filter reduziert HC, CO und PM um ca. 85%. 12

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17 Ein CRT-System besteht aus einem Oxidationskatalysator mit nachgeschaltetem Partikelfilter. Im Oxidationskatalysator wird zunächst NO 2 gebildet, das als Sauerstoffträger für die selbständige Regeneration der im Partikelfilter gesammelten Rußpartikel dient. Die selbständige Regeneration des Filtersystems erfordert jedoch eine ausreichend hohe Abgastemperatur, die u. a. vom jeweiligen Fahrzyklus abhängig ist. Es muss sichergestellt sein, dass eine Abgastemperatur von 260 C vor dem CRT-System in mind. 40 Prozent des Fahrzyklus erreicht wird. Wird diese Temperatur nicht erreicht, brennen die Rückstände im Filter nicht aus und dieser setzt sich zu. 17

18 Für die dieselbetriebenen LKW, PKW und Kleintransporter des Konzernverbundes Stadtwerke bestehen die für den Bus genannten technischen Probleme nicht. Für 6 von insgesamt 30 Dieselfahrzeugen (PKW s und Kleintransporter) werden derzeit Rußpartikelfilter angeboten. 18

19 2. Biodiesel Biodiesel (technisch auch als FAME = Fettsäuremethylester bezeichnet) wird aus landwirtschaftlich erzeugten nachwachsenden Rohstoffen in Deutschland vorwiegend aus Rapsöl hergestellt. In den deutschen Raffinerien sind seit 01. Januar 2004 gemäß der EU-Richtlinie 2003/30/EG bis zu 5% Volumen Zumischungen von Biodiesel zum Dieselkraftstoff zulässig. Seit diesem Zeitpunkt kommt entsprechend vermischter Kraftstoff bei den STWAB zum Einsatz. Der aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnene Biodiesel ist (bis 2009) von der Mineralölsteuer befreit und kann daher um rund 15 Cent je Liter günstiger als herkömmlicher Diesel bezogen werden. 19

20 Dieser wirtschaftliche Vorteil wird jedoch durch einen rund 10 Prozent erhöhten Treibstoffverbrauch sowie erhöhte Ölwechselintervalle teilweise kompensiert. 20

21 Km = 1.600,-- Mehrverbrauch 2 x Ölwechsel = 150,-- Mehrkosten/a = 1.750,-- Einsparung = 2.000,-- (bei 10 Cent Preisdifferenz) Einsparung = 250,-- Umbau = 5.100,-- (CITARO O530) Zusatzheizung? Steuerbefreiung nach 2009? Hohe Nachfrage? Beimischung bis 20 Prozent? 21

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24 Kritik am Biotreibstoff üben Greenpeace, der Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland, der Naturschutzbund und das Umweltbundesamt. Zwar trägt Biodiesel zur Verringerung von Treibhausgasen, Schwefelfreiheit und zur Einsparung fossiler Rohstoffe bei, allerdings stehen dem die vermehrte Produktion von Ozonkillern, die steigende Versauerung des Bodens und die Belastung durch Pflanzenschutzmitteln gegenüber. Zur Lösung des Feinstaubproblems eignet sich Biodiesel nach Angaben des Umweltbundesamtes ebenso nicht, da die Abgase genauso viele feine Partikel enthalten wie herkömmlicher Diesel. 24

25 3. Wasserstoffantrieb Als Treibstoff für den Massenmarkt von übermorgen wird von Experten nur Wasserstoff für geeignet erklärt. Übermorgen heißt in diesem Zusammenhang ca Derzeit sind rund 100 Brennstoffzellen-Fahrzeuge im Testeinsatz. Die Brennstoffzelle erlaubt einen abgasfreien Betrieb. Aus dem Auspuff kommt nur Wasser. Damit schlägt Wasserstoff in der Ökobilanz viele Alternativen, vorausgesetzt er wurde nicht mit fossilen Brennstoffen, sondern mit Atomkraft oder alternativen Energien erzeugt. Eine kurz- oder mittelfristig zur Verfügung stehende Alternative ist Wasserstoff jedoch nicht. 25

26 4. Erdgasantrieb Das Umweltbundesamt bezeichnet Erdgasfahrzeuge als die kurzfristig zur Verfügung stehende Lösung, mit der bereits heute EEV-Abgasnormen erreicht werden können. Ein Vorteil hierbei ist u. a., dass hierzu keine aufwendige Abgasnachbehandlung zur Reduktion des Partikelausstoßes erforderlich ist. Erdgas als Kraftstoff für PKW s und Kleintransporter erfüllt bereits heute hervorragende Abgaswerte. Erdgasmotoren sind bei vielen Herstellern ohne Aufpreis verfügbar. Bei jeder Betankung spart der Nutzer Geld, da Erdgas um fast die Hälfte günstiger als Benzin gekauft werden kann. Für den Bereich der Nutzfahrzeuge ist jedoch eine genauere Betrachtung erforderlich: zwar erfüllen auch Busse und LKW s mit Erdgastechnik bereits heute EEV-Norm, allerdings sind diese Emissionsvorteile im Gegensatz zum PKW mit Mehrkosten verbunden. 26

27 Diesel contra CNG Variante 2 Fixkosten Diesel mit CRT Erdgas Kaufpreis Zusätzliche Systemkosten CRT-Filter, bzw. Erdgas-Komponenten GVFG-Förderung für einen Solobus in Niederflurtechnik Zusätzliche GVFG-Förderung für Technologiekomponente Anschaffungskosten Erhöhte Kapitalkosten bei 5% Zins und 10 Jahren Laufzeit Angenommener Restwert nach 10 Jahren* Fixkosten bei 500 Tkm in 10 Jahren Nutzung Variable Einsatzkosten Dieselkraftstoffverbrauch in Liter je 100 Km 41,420 Dieselkraftstoffpreis (schwefelfrei 2003 im Mittel) 0,695 Ökosteuer-Rückerstattung ÖPNV je Liter Diesel 0,061 Dieselkraftstoffkosten je Kilometer 0,262 CNG-Verbrauch in Kg je 100 Km 46,000 Erdgaspreis je Kg 0,380 Rückvergütung an ÖPNV je Kg 0,014 CNG-Kosten je Kilometer 0,168 Wartung der CRT-Filter je 50 TKm: 460 Module + 61 Monteurkosten (2 Std 0,011 Zünkerzenwechsel bei CNG je 50 TKm: Monteurkosten (2 Std.) 0,016 Gasflaschenprüfung alle 250 TKm (5 Jahre) á ,011 Variable Kosten bei 500 Tkm in 10 Jahren Nutzung Fixkosten + variable Kosten bei 500 Tkm in 10 Jahren Nutzung

28 Unterschiede Variante 2 Notwendige Investitionskosten bei Einsatz von Erdgasbussen Tankstelle davon 50 % Förderung nach GVFG davon Euro Absatzförderung Mainova zusätzliche Euro Förderung Mainova bei Bestellung vor Rest + AFA bei 10 Jahren Nutzung Kapitalkosten bei 5 % Zins und 10 Jahren Laufzeit Gesamtkosten in 10 Jahren Bauliche Maßnahmen zur Erhöhung der Einfahrtshöhe der Abstellhalle Baukosten GVFG Zuschuss 50 % FAG Zuschuss 5% Verbleibende Baukosten + damit AFA innerhalb 10 Jahren Kapitalkosten bei 5 % Zins und 10 Jahren Laufzeit Gesamtkosten in 10 Jahren

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33 5. Erfüllung der Euro V-Werte mit dieselbetriebenen Bussen Die Vorteile des Dieselantriebs in Linienbussen, also Fahrzeugen mit hohen Laufleistungen und langer Lebensdauer, sind unbestritten sein Verbrennungsmotor mit hohem Wirkungsgrad, seine außerordentliche Zuverlässigkeit und seine lange Lebensdauer. Dem stehen Nachteile durch höhere Partikel- und NO x Emissionen gegenüber, die eine aufwendige Abgasnachbehandlung erforderlich machen. Hierbei besteht beim zeitgleichen Verringern der Stickoxidund Partikelanteile ein technischer Zielkonflikt: innermotorische Maßnahmen, die den Stickoxidanteil reduzieren, lassen die Partikelmasse steigen und umgekehrt. 33

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35 Eine deutliche Reduzierung der Stickoxide ist zur Erreichung der in der vorangegangenen Tabelle dargestellten EURO IV und EURO V-Werte notwendig. Dies erreichen die Hersteller mittels veränderter Motorsteuerung oder intelligenter Abgasrückführung (MAN), bzw. harnstoffhaltigen Kraftstoffzusätzen (DaimlerChrysler). Welches langfristig der richtige Weg ist, wird derzeit unter den Herstellern kontrovers diskutiert. DaimlerChrysler baut auf harnstoffhaltige Kraftstoffzusätze (AdBlue), weil sie gegenüber anderen Lösungen einen geringeren Kraftstoffverbrauch zur Folge haben und mit dieser Technik auch Euro V-Werte erreicht werden können. 35

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40 Der jährliche Verbrauch bei einem kompletten STWAB- Busfuhrpark mit AdBlue-Lösung wäre max. 4 Prozent des Treibstoffvolumens, also maximal Liter jährlich. Die für diese Technik erforderliche Infrastruktur würde sich also auf einen Liter Tank beschränken, aus welchem 1 x monatlich die Ad-Blue-Tanks der Busse aufgefüllt werden. Kommt diese Technik, wie vom Hersteller geplant, ab 2006 funktionsfähig und langzeittauglich zum Einsatz, geht ab diesem Zeitpunkt der Emissionsvorteil von Erdgasbussen verloren. 40

41 Einen anderen Weg beschreiten MAN und Scania: Bei ihnen bilden gekühlte Abgasrückführungssysteme die Eckpunkte der Motorenstrategie. Mit dem Zuführen einer vergrößerten Menge Abgase wird die Brennraumtemperatur abgesenkt und so dem Entstehen von Stickoxid bereits im Brennraum entgegengewirkt. Allerdings erhöht sich dadurch die Partikelemission, welche mit einem PM- Kat wartungsfrei und ohne Zusatzstoffe herausgefiltert wird. Diese Technik erfüllt Euro IV-Normen und ist bereits verfügbar. 41

42 Ein Nachteil dieser veränderten Motorsteuerung ist die Optimierung hinsichtlich Abgasemissionen, die der Optimierung des Treibstoffverbrauches entgegenwirkt. Insofern ist das kontinuierliche Steigen der Treibstoffverbräuche mit den veränderten Euro-Normen in der Vergangenheit messbar. 42

43 6. Weitere Kraftstoffarten Interessante Erkenntnis bei der Auseinandersetzung mit alternativen Kraftstoffarten war, dass sog. SunDiesel (Kraftstoff aus Holzschnitzeln) bereits ab 2007 für Nutzer verfügbar ist. Im Gegensatz zu Biodiesel weist dieser Kraftstoff eine sehr gute Öko-Gesamtbilanz auf und erfüllt gleichzeitig die Möglichkeit der Massenproduktion. Die Verfügbarkeit dieses Kraftstoffes, dessen Entwicklung von großen Fahrzeughersteller und einem Mineralölkonzern gefördert wird, ergibt weitere Möglichkeiten zur deutlichen Reduzierung des Schadstoffausstoßes bei Dieselfahrzeugen. 43

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46 Fazit: Handlungsrahmen der Stadtwerke Aschaffenburg Fahrzeug-Ersatzbeschaffungen werden im Bereich der PKW und Kleintransporter zukünftig ausschließlich mit Erdgasantriebssystemen vorgenommen; für vorhandene PKW und Kleintransporter verfügbare Rußfilter werden nachgerüstet; in zunächst 3 Bussen werden Sintermetallfilter zum Testeinsatz gebracht. Über Erfahrungen wird zu gegebener Zeit berichtet. Eine sukzessive Nachrüstung aller Busse ab Abgasnorm Euro II wird geplant, wenn die Filter störungsfrei arbeiten; Fahrzeug-Ersatzbeschaffungen im Bereich der Busse und LKW s werden auch weiterhin dieselbetrieben mit Rußpartikelfiltern vorgenommen; Der Einsatz von Biodiesel mittels erhöhten Zusätzen sowie der Testeinsatz von Biodiesel als ausschließlicher Kraftstoff bei zunächst 2 3 Bussen erfolgt. 46

47 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Entsorgung Parkhäuser Verkehrsbetrieb Strom Erdgas Wasser Wärme Bäder Eissporthalle 47

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