Kosten/Nutzen-Analyse

Transkript

1 Faurecia Clean Air Tech Day Augsburg 5.Juni 2018 Kosten/Nutzen-Analyse bestverfügbarer Nachrüsttechnologie zur sofortigen Minimierung der Abgasemissionen Andreas C.R.Mayer / VERT 1

2 Mobilität ist unverzichtbar Verbrennungs- Motoren werden auf absehbare Zeit gebraucht 4 Kriterien dominieren die Bewertung und priorisieren Massnahmen Mobilität Leitung Reichweite, Kosten Energie Brennstoffverbrauch Gesundheit Schadstoffe PM/PN, NOx Global Warming CO 2, Russ

3 Mortalität + Gesundheitkosten global 2012/15 durch Fahrzeugemissionen PM und NOx Personen Mio. Mortalität Verkehr X1000 Health Cost Verkehr Mia Mortalität pro 1 Mio und Jahr Kosten /Person USA ? 638? California 38 9? 236? London Schweiz EU World ? 642? 3

4 Frühe grundlegende Arbeiten Netzwerkes - PM PN NOx VGB Feb.1995

5 Filter für Diesel-Abgas seit 1982 Abscheidung > 99% 1979 GM 1984/86 Mayer mit BBC-Daimler 1982 Corning Heute 120 Millionen im Einsatz

6 1994 der NEAT-Tunnel VERT-Start Anforderungen des Arbeitschutzes SUVA, AUVA, TBG «Verminderung der Feststoff Submikron Russ Partikel um > 98% auf < 100 µg/m 3 (EC) innerhalb von 3 Jahren» erster Arbeitsplatz Russ-Grenzwert «krebserzeugend» 4 Tunnel-Röhren max57 km; total 152 km

7 Bedeutungvon Partikelgrösse+ Partikelanzahl 1.0E+7 1.0E+6 1.0E+5 Octimax Liebherr D914 T, 2000 min-1/ full load (20 ppm Fe + 5 ppm Sr) without particle trap Der wichtigste Schritt war die Definition der Filterquaität durch Partikelanzahl und Partikelgrösse heute gesetzlich verankert auf EU übertragen Grundlage der Filterpflicht concentration dw [cm-3] 1.0E+4 1.0E+3 1.0E+2 1.0E+1 stand. fuel stand. fuel Octimax ambient air with particle trap 99% der Feststoffpartikel Im Grössenbereich nm 1.0E+0 10 diameter [nm]

8 Verbesserung der Atemluftqualität im Schweizer Tunnelbau kein Diesel ohne Filter since 1997

9 VERT Verification of Emission Reduction Technology 1. Zertifizierung 2. Forschung, Publikation 3. Schulung, Konferenzen 4. Support von Projekten Ziel: Implementierung bestverfügbarer Emissionsminderungstechnologie Form: allgemeinnütziger Verein nach Schweizer Recht Mitglieder: weltweit Hersteller von Motoren, Abgasnachbehandlung, Messinstrumenten

10 Nachrüstung von Baumaschinen und öffentl. Verkehr in der Schweiz ab 1994 und Anreize für OE-DPF in LKW und PKW > 90% > 90% > 60% > 50%

11 Das Ergebnis: 60% Partikelminderung durch DPF Messungen BC (Russpartikel) offiziellen Messnetz (Härkingen) EBC EBC deseasonalized (mg m -3 ) [-0.29, -0.22] units/year mg m-3 year-1 Limit today based on PM Limit <0.1 µm/m3 For 4/ cancer cases Year

12 Neue Motoren emittieren kaum weniger PN und NOx als ältere zuweilen mehr Emissionsminderung nur durch Abgasnachbehandlung möglich! Gilt für OEM + Retrofit Vorhanden und erprobt: TWC, DPF, GPF, SCR Kontrolle erforderlich PTI Entkoppelung Leistung/Abgas verbessert die Motoren CO2

13 NOx-Konversion des Standard-SCR hängt stark von der Betriebstemperatur ab 400 w/o DPF, w/o SCR 350 NRTC Fahrzyklen mit mittleren Abgastemperaturen von 250 C 200 C 160 C 130 C 100 Tailpipe Temp. [ C] ETC 200 WHTC 150 BRAUNSCHWEIG NYCC Time [s]

14 UMTEC 2005 VERT-Hersteller haben das Problem längst gelöst

15 VERT-Forschungsprojekt SDPF 2011 DPF + SCR in einer Einheit Praktischumgesetztvon VERT- Mitglied LIEBHERR Red SCRoF(1040mm) Purple SCR-only(868mm) 15

16 Mit John J.Mooney, dem Erfinder des Dreiwege-Katalysators 1984 F.Legerer John.J.Mooney 2018: 120 Millionen DPF/SCR 500 Millionen TWG im Einsatz

17 Die Technologie ist also vorhanden und erprobt, aber was kostet das? und was ist es wert? für den Betreiber für die exponierte Bevölkerung für die Volkswirtschaft für die Gesamtgesellschaft

18 DEFINITIONEN Spezifische Kosten [ /kw] Erlaubt den Einfluss von Maschinengrösse und Anwendung, Lerneffekt und Volumeneffekt abzuschätzen, zeigt Wettbewerb und technische Entwicklung Kosten-Effizienz [ /kg Russ] Erlaubt die Wirksamkeit unterschiedlicher Systeme (offene/geschlossene) an den eingesetzten Kosten zu messen, ermöglicht, den Geldeinsatz bezüglich der erzielten Wirkung zu optimieren Nutzen / Kosten [ / ] Wenn der Nutzen monetarisiert wird, lässt er sich direkt mit den Kosten vergleichen damit wird klar, ob die Volkswirtschaft verliert oder gewinnt erlaubt Entscheidungen 18

19 Spezifische Kosten DPF Schweiz 2005 bezogen auf die Motorenleistung [CHF/kW] 19

20 Kosten Effizienz ist das Verhältnis der Gesamtkosten einer Partikelfilternachrüstung zu dem dadurch erzielten Gesamteffekt also der Verminderung der emittierten Russmenge infolge dieser Massnahme / kg Russ 20

21 Kosteneffizienz [CHF/kg Russ] zeigt die Gleichberechtung der Nachrüstung bei grossen und kleinen Maschinen 21

22 Nachrüstung im Vergleich NFZ und PKW was sagt die Kosteneffizienz / kg Russ? NFZ+Filter PKW+Filter PM-Emission Euro III/3 0.2 g/kwh 0.05 g/km Laufleistung 1000 hrs/y 8'000 km/y Durchschnittliche Leistung [kw] PM Emission [kg/jahr] 15 4 Restlebensdauer [Jahre] 10 5 Emission [kg/fahrzeugrestleben] Filter-Typ Full Flow DPF Full Flow DPF Filter Abscheidegrad [%] Filter Kosten life [EUR] Vermiedene Russemission [kg] Kosteneffizienz [ /kg Russ] kg krebserzeugenden Russ zu eliminieren kosten bei LKW-oder Baumaschinen-Nachrüstung nur 54 Euro bei PKW-Nachrüstung

23 FLOTTENOPTIMIERUNG: Welche Fahrzeuge soll man nachrüsten, um mit dem gegebenen Budget den maximalen Minderungseffekt zu erzielen? Kosteneffizienz liefert das richtige Ergebnis [ / kg Russ] und ist einfach zu berechnen 23

24 Berechnung der Russ-Emission Russ Masse pro Jahr und während der gesamten Restebensdauer ab Nachrüstung RM RL [kg] RM RL = EF x N x LF x T x LD x 1/1000 [kg] RM RL = gesamte Russmasse während Restlebensdauer [kg] EF = Emissionsfaktor [ g/kwh] N = Nennleistung [kw] LF = Lastfaktor [-] im entspr.arbeitszyklus T = Arbeitsstunden pro Jahr [h/a] LD = Restlebensdauer [a] 24

25 25

26 Kosteneffizienz [Fr/kg Russ] am Beispiel einer Kommunalflotte (Luzern) Fahrzeug-, Geräteart Ersatz Rest- gemäss Betriebsstu Russ- Kosten Motorleistung Norm Jg. auer jahres- km jährlich Faktor gesamt Effizienz Euro- Lebensd Mehr- nden oder Emissions- Menge Kosten planung KW g/kwh kg Fr/kg Fr Kehrmaschine 100 D ' Schwemmwagen 63 D ' Kleintraktor 25 D ' Kleintraktor 18 D Kleintraktor 22.2 F ' Transporter Transporter Walze 18 D ' Kompressor ' Lieferwagen ' Walze 10 D ' Walze 10 D ' Raupenbagger ' Walze 3.6 D '

27 Russ-Minderungspotenzial optimiert durch Anordnung der Fahrzeuge nach der Kosteneffizienz ihrer Nachrüstung Reduktionsgrad und Anzahl sanierte Fahrzeuge % Anzahl Fahrzeuge 27

28 Praktischer Anwendungsfall bei der Kommunalflotte von Luzern 2007 Angewendet für Schweizer Städte und die Flughäfen Genf und Zürich 28

29 Wert für die VOLKSWIRTSCHAFT Dazu muss der Nutzen der Filternachrüstung, also die Russminderung [kg] umgesetzt werden in ein monetäres Nutzenäquivalent [ ], um im Vergleich des Geldwertes des Nutzens mit den Kosten zu entscheiden, ob die Massnahme der Filternachrüstung gerechtfertigt ist Nutzen / Kosten [ ] / [ ] dimensionslos Äpfel mit Äpfeln vergleichen 29

30 EU-Studien 2008 Value chosen: 460 CHF/kg PM10 Switzerland 500 /kg PM /kg Russ 27% 14% 1% 15% 11% Black Carbon Organic mass Nitrate Sulfate Ammonium 30 Chloride 32%

31 Gesundheitsnutzen mit 2000 /kg Russ 2 Anwendungen: NFZ und PKW mit DPF NFZ PKW-Diesel PM-Emission 0.2 g/kwh 0.05 g/km Laufleistung 1000 hrs/y 8'000 km/y Durchschnittliche Leistung [kw] PM Emission [kg/jahr] Restlebensdauer [Jahre] 10 5 Emission [kg/fahrzeugrestleben] Filter Abscheidegrad [%] Filter Kosten [EUR] Vermiedene Russemission [kg] Gesamtnutzen [ ] pro Fahrzeug Nutzen / Kosten

32 Monetärer Nutzen: Kanton Zürich spart 550 Mio CHF extern. Gesundheitskosten durch Partikelfilter 4/2018

33 Strategie für rasche Minderung der Schadstoffbelastung in Städten Flottenoptimierung durch Nachrüstung aller relevanten kommunalen Nutzfahrzeuge (Bus, Abfall, Service) mit Partikelfiltern und Entstickung Nachrüstung aller relevanten innerstädtisch betriebenen Baumaschinen mit Partikelfiltern und Entstickung Nachrüstung aller relevanten schweren und mittelschweren Zulieferfahrzeuge mit Partikelfiltern und Entstickung Anreize für Elektromobilität bei Taxis und leichten Zulieferfahrzeugen TTM ist bereit, als Dienstleister für Städte die Flottenoptimierung durchzuführen

34 Teheran Bogotá Beijing Israel 34

35 Andreas C.R. Mayer Maschinenbau TH Karsruhe Independent Consultant on Emission Control of Internal Combustion Engines TTM is responsible for VERT Verification of Emission Control Systems - Research and Development of Emission Control and Metrology - Implementation of Emission Control Measures in Switzerland+EC+ Germany, Austria, California, Canada, Chile, China, Iran, Israel..), - Organization of Seminars and Conferences - >100 papers on Supercharging, Ceramics, Catalysis, Filtration - 3 books published 2004/5/8 on Retrofit DPF - Co-Author: Handbuch Verbrennungsmotor und Lexikon Verbr.mot - SAE-fellowship Award of Swiss Cancer Ligue Dr.med.h.c. University of Berne 2010