Zukünftige Anforderungen an Abgasreinigungssysteme aus Herstellersicht

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1 Zukünftige Anforderungen an Abgasreinigungssysteme aus Herstellersicht Innovationsforum Feinstaubarmes Fahrzeug 14. und 15. Februar 2011 in Klettwitz Peter Hirth Rolf Brück Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbh

2 Abgasgrenzwerte / Anforderung an die Abgasreinigung Verfügbare Technologien Beispiel: HD-LKW-Applikation für EU-VI Versuchsaufbau, Katalysatorvarianten Emissionsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick Überblick

3 THC/NMHC [mg/km] CO [mg/km] NOx [mg/km] HC+NOx [mg/km] PM [mg/km] PN [#/km] SI EU EU / ,0/4,5 - EU / ,5 TBD CI EU 4 - / EU 5 - / ,0/4,5 6,0 * EU 6 - / ,0/4,5 6,0 * EU 6 ab 2014 / 2015 PKW Emissionsgrenzwerte M1 und N1 Klasse 1: EU 4 EU 6

4 HC [g/kwh] CO [g/kwh] NOx [g/kwh] PM [mg/kwh] PN [#/kwh] ESC / ETC ESC / ETC ESC / ETC ESC / ETC ESC / ETC / WHTC EU IV 0,46 / -- 1,5 / 4,0 3,5 20 / EU V 0,46 / -- 1,5 / 4,0 2,0 20 / EEV 0,25 / -- 1,5 / 3,0 2,0 20 / EU VI 0,12 / 0,16 1,5 / 4,0 0,4 10 / 10 8*10 11 / 6*10 11? EU VI ab 2013 / 2014 LKW Emissionsgrenzwerte: EU IV EU VI

5 Diesel PKW Heavy Duty (ETC) Grenzwert PM [mg/km] PN [#/km] NOx [g/km] PM [mg/kwh] PN [#/kwh] (in Diskussion) NOx [g/kwh] EU 6 / VI 4,5* 6 x , * (ETC)? 8 * (ESC)? 0,4 * PMP Meßverfahren Ursprünglicher Ansatz bei Einführung des HD-Anzahlgrenzwerts: Korrelation mit dem Massengrenzwert erwünscht Wert soll bestimmt sein durch die BAT (best availlable technology) Start des EU-PMP-Programms zur Schaffung einer Datenbasis Partikel-Massen- und Anzahlgrenzwerte für Diesel HD - EU VI

6 Cycle WHTC (kalt) WHTC (warm) WHSC ETC NOx PM (CVS) PN (CVS) 4, ,2 3,4 94, ,2 93,6 99,9-0,5 96,3 100 Solch hohe ESC Filterraten können nur - 0,9mit 96,6 99,9 Filterkuchen erzielt werden (EU-III-Motoren) Testmotor: EU III Zukünftige EU-IV-Motoren werden keinen Filterkuchen mehr ausbilden. 95,3 99,95 Daher werden angepasste Filterkonzepte benötigt werden. delta entspr. ~ Faktor 100 bezogen auf die Restemissionen PMP-Programm: Untersuchung eines EU III Heavy Duty Motors in div. Testzyklen hinsichtlich Massen- und Anzahl-Effektivität

7 1,00E+15 EU VI EU III Rohemission 1,00E+14 Partikelanzahl [# / kwh] 1,00E+13 1,00E+12 1,00E+11 ~ Faktor 30 Vorgeschlagener Anzahlgrenzwert ist ca. Faktor 30 niedriger, 1,00E+10 als es der Korrelation mit dem Massenwert 10 mg entspricht EU VI Somit 1,00E+09 gibt es keine Korrelation zwischen Masse / Anzahl bzgl. 0,1 Rohemission DPF wird somit als Technologie Partikelmasse vorgeschrieben [mg/kwh] und alternative z.b. motorische Lösungen unterdrückt Partikelmassen- und Anzahlemissionen verschiedener Konzepte im Vergleich mit den EU 6 HD - Grenzwerten

8 Ziel für 2012: Flottenmittelwert von 130 g/km CO 2 Weitere 10 g/km sind erreichbar durch begleitende Maßnahmen Von 2012 bis 2018: für das erste Gramm CO 2 / km oberhalb des Grenzwerts pro Fahrzeug => 5 für das zweite Gramm CO 2 / km oberhalb des Grenzwerts pro Fahrzeug => 20 für das dritte Gramm CO 2 / km oberhalb des Grenzwerts pro Fahrzeug => 45 für das vierte Gramm CO 2 / km oberhalb des Grenzwerts pro Fahrzeug => 95 Von 2019 an: Ab dem ersten Gramm CO 2 / km an => 95 In Diskussion für 2020: Flottenmittelwert von 95 g/km CO 2 Zusätzliche Anforderung: Gesetzgebung bzgl. CO 2 in Europa (PKW)

9 PM-Emission [g/kwh]] 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 EU VI 80 % 90 % 95 % 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 NOx-Emission [g/kwh] Kraftstoffverbrauch Kraftstoffsparpotential beim Diesel-Motor: NOx- / PM-Trade-Off und Kraftstoffverbrauch / CO 2 eines Nutzfahrzeugmotors

10 Abgasgrenzwerte / Anforderung an die Abgasreinigung Verfügbare Technologien Beispiel: HD-LKW-Applikation für EU-VI Versuchsaufbau, Katalysatorvarianten Emissionsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick Überblick

11 Heute: DOC CCDPF AdBlue Mischer SCR Zukünftig: DOC AdBlue DPF / SCR Technologien für den Dieselmotor

12 Abgasgrenzwerte / Anforderung an die Abgasreinigung Verfügbare Technologien Beispiel: HD-LKW-Applikation für EU-VI Versuchsaufbau, Katalysatorvarianten Emissionsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick Überblick

13 Motor Oxicat Harnstoff (AdBlue) Partikelfilter SCR - Reduktion der HC und CO Emissionen; - Oxidation von NO zu NO 2 - Reduktion Partikel - Hydrolyse - Reduktion NOx mit NH 3 LS-Struktur Layout des SCRi Katalysatorsystems PM-Metalit LS-Struktur

14 Keramik Seriensystem: (EU V) SCR-Katvolumen = 34,8 l (inkl. Zone Coating zur NH 3 - Oxidation) Metallisches Katalysatorsystem: (EU VI) SCR-Katvolumen = 26,2 l Oxidationskatalysator mit LS-Struktur PM-Metalit-Filter mit Hydrolysefunktion Serien-Dosiersystem, kein Zugriff auf die Dosierstrategie Katalysatorsystem: EU-V-Seriensystem im Vergleich mit dem SCRi- System für kombinierte NOx- und PM-Nachbehandlung für EU VI

15 NOx-Emissionen [g/kwh] Rohemissionen Tailpipe-Emissionen SCR-Volumen = 34,8 l - 79 % - 98 % - 88 % SCR-Volumen = 26,2 l unter EU-VI-Grenzwert 1 0 1,5 0,84 0,16 EU-V-Seriensystem Metallsystem Metallsystem (mod. Dosierung) Serien-Dosierstrategie Mod. Dosiermenge (α = 1) NOx-Emissionen (roh und tailpipe): Serien-EU-V-System im Vergleich mit dem SCRi-System; ETC-Testzyklus 2 x 251,4 x ( ) mm / 300/600 LS

16 25 Gemittelte NH 3 Konzentration [ppm] % EU-V-Seriensystem Metallsystem Metallsystem (mod. Dosierung) 30 mm Sperr-Katalysator Kein Sperrkatalysator Kein Sperrkatalysator Serien-Dosierstrategie Mod. Dosiermenge (α = 1) NH 3 -Emissionen: Serien-EU-V-System im Vergleich mit dem SCRi- System; ETC-Testzyklus 2 x 251,4 x ( ) mm / 300/600 LS

17 Unter EU-VI-Grenzwert 90 PM-Massenreduktion [%] EU-VI-Grenzwert = 66 % Ohne Filter 0 EU-V-Seriensystem Metallsystem Metallsystem (mod. Dosierung) PM-(Massen)Emissionen: Serien-EU-V-System im Vergleich mit dem SCRi-System; ETC-Testzyklus 2 x 251,4 x ( ) mm / 200 cpsi PMM

18 6,00E+13 PM-Anzahl-Emissionen [#/kwh] 5,00E+13 4,00E+13 3,00E+13 2,00E+13 1,00E % 0,00E+00 EU-V-Seriensystem Metallsystem PM-(Anzahl)Emissionen: Serien-EU-V-System im Vergleich mit dem SCRi-System; ETC-Testzyklus 2 x 251,4 x ( ) mm / 200 cpsi PMM

19 Hochspannun gs-netzteil Abgas PM-Metalit Elektrische Isolierung Elektroden Stromverteiler mit Elektroden Abscheideträger PM-Metalit Schematischer Aufbau des Elektrostatischen Filters PM-Metalit advanced für den automobilen Einsatz

20 Abgasgrenzwerte / Anforderung an die Abgasreinigung Verfügbare Technologien Beispiel: HD-LKW-Applikation für EU-VI Versuchsaufbau, Katalysatorvarianten Emissionsergebnisse Zusammenfassung / Ausblick Überblick

21 Zukünftige Gesetzgebungen erfordern insbesondere die Reduktion von Stickoxiden sowie der Partikelmasse und anzahl Nachbehandlungskonzepte für Partikel können nicht losgelöst von den Konzepten für die anderen Abgaskomponenten betrachtet werden Mit dem vorgestellten integrierten SCRi Nachbehandlungkonzept konnten NOx- Umsatzraten > 90 % und eine Partikelmassenreduktion von > 80 % erreicht werden Mit Hilfe des in Entwicklung befindlichen PM-Advanced -Filtersystem ist Potenzial zur Erfüllung der EU-VI-Partikel-Anzahlgesetzgebung gegeben Zusammenfassung / Ausblick

22 Zukünftige Anforderungen an Abgasreinigungssysteme aus Herstellersicht Innovationsforum Feinstaubarmes Fahrzeug 14. und 15. Februar 2011 in Klettwitz Peter Hirth Rolf Brück Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbh