NO x eine Bestandsaufnahme

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1 NO x eine Bestandsaufnahme Prof. Dr. Rainer Friedrich Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Abt. Technikfolgenabschätzung und Umwelt Universität Stuttgart, Wien

2 NO x die wichtigsten Wirkungspfade NO 2 Gesundheitsschäden Ozon Gesundheitsschäden Pflanzenschäden + VOC NH 4 NO 3 Gesundheitsschäden (!?) + NH 3 NO x = NO + NO 2 NO y Eutrophierung HNO 3 Versauerung, Materialschäden

3 Grenzwerte für PM10 und Stickstoffdioxid NO 2 in der EU Stoff Mittel über Konzentration Zulässige Einzuhalten Über- ab schreitungen PM10 24 h 50 µg/m³ 35 pro Jahr PM10 1 a 40 µg/m³ NO 2 1 h 200 µg/m³ 18 pro Jahr NO 2 1 a 40 µg/m³ In Diskussion: Verlängerung des Termins für NO 2 um 5 Jahre PM2.5: 25 µg/m³ als Jahresmittel, Zielwert ab 1/2010, Grenzwert ab 1/2015 Minderung des städtischen Hintergrunds (3 Jahresmittel) um 20% bis 2020

4 Entstehung von NO x bei Verbrennungsprozessen Thermisches NO x Brennstoff NO x Promptes NO x N 2 aus Verbrennungsluft N 2 + O NO + N N + O 2 NO + O Entstehung wird begünstigt durch: hohe Temperaturen in der Flamme ca > 1300 C Sauerstoffüberschuss Verweilzeit des Brennstoff-Luft- Gemisches in der Zone hoher Temperaturen N organisch gebunden im Brennstoff > 750 C Stickstoffgehalt von Kohle: 0,5 2 Gew.- % Heizöl: 0,1 0,6 Gew.- % Umwandlungsrate: Kohle: % leichtes Heizöl: % N aus Verbrennungsluft in der Flammenzone CH + N 2 HCN + N C 2 + N 2 2 CN Oxidation zu NO

5 Entstehung von NO x in Umweltmedien Blitze: Denitrifikation in Böden durch Bakterien, anaerob thermisches NO x N 2 + O 2 2 NO NO 3 - NO 2 - Dünger, Nitrat- und Ammoniumdeposition NO biogene Emission N 2 O in die N 2 Atmosphäre

6 NOx-Emissionen 2004 in Bayern vorläufige Werte sonstige nicht gen.-bed. Anlagen 4% Haushalte 7% gen.-bed. Anlagen 18% Schienen-, Schiffs-, Luftverkehr 5% natürliche Emissionen (Böden, Blitze)* 2% sonstiger Straßenverkehr 1% PKW-Verkehr 16% NOx-Emissionen Bayern 2004 (215 kt)** LKW-Verkehr 37% Davon Kaltstart: 1,5 % Offroadverkehr Davon Traktoren 6,5% 10% ** vorläufige Ergebnisse

7 N-Atmosphärenchemie: tagsüber, vereinfacht NO NO 2

8 N-Atmosphärenchemie: tagsüber, vereinfacht + hv O 3 NO NO 2

9 N-Atmosphärenchemie: tagsüber, vereinfacht + hv O 3 NO NO 2 + RO 2, + HO 2 OH + RH H 2 O + R R + O 2 RO 2

10 N-Atmosphärenchemie: tagsüber, vereinfacht +OH HONO +hv OH + hv O 3 NO NO 2 + hv O 3 NO 3 + RO 2, + HO 2

11 N-Atmosphärenchemie: tagsüber, vereinfacht +OH HONO +hv OH + hv O 3 NO NO 2 + hv O 3 +OH NO 3 + RO 2, + HO 2 HNO 3 NO 3 - aq Deposition

12 N-Atmosphärenchemie: tagsüber, vereinfacht +OH HONO +hv OH + hv O 3 NO NO 2 + hv O 3 +OH NO 3 + RO 2, + HO 2 +NH 3 HNO 3 NH 4 NO 3 NO 3 - s aq Deposition

13 N-Atmosphärenchemie nachts, vereinfacht NO 3 NO NO 2

14 N-Atmosphärenchemie nachts, vereinfacht NO 3 +NO 2 -NO 2 NO NO 2 N 2 O 5 het +H 2 0 +NaCl +NH 3 het het NO 3 - aq, p Deposition

15 Minderungsmaßnahmen Primärmaßnahmen Prinzip: niedrige Flammentemperaturen, Sauerstoffmangel in der heißen Verbrennungszone Stationäre Feuerungen NOx-arme Brenner Stufenverbrennung Oberluftzugabe Abgasrezirkulation Motoren Abgasrückführung Ladeluftkühlung

16 Minderungsmaßnahmen Sekundärmaßnahmen Prinzip: Reduzierung von NO x zu N 2 auch mit Katalysator erst ab ca. 340 C Stationäre Feuerungen SCR: selective catalytic reduction 4 NO + 4 NH 3 + O 2 6 H 2 O + 4 N 2 Ottomotoren Dreiwegkatalysator CO, C n H m, NO x wird umgewandelt in CO 2, C n H m, N 2, H 2 O Dieselmotoren: SCR Kat mit Harnstoffeindüsung

17 SCR Kat mit Harnstoffeindüsung bei LKW, Harnstoff: Ca. 0,50 /l; Verbrauch 4% des Dieselverbrauchs Quelle:Bosch

18 Zukünftig bei LKW: EU6

19 Schadstoffgrenzwerte für Lkw in g/kwh im Testzyklus Gültig ab NOx Partikel EURO / EURO /93 9 0,4 EURO /96 7 0,15 EURO ,1 EURO ,5 0,02 EURO ,02 EURO 6 0,2 1,0 0,02 0,01

20 Bsp. Diesel-PKW Euro 3 4: 50% Senkung von NO x und PM Euro 4 5: 30% Senkung von NO x, 80% Senkung von PM Euro 5 6: 60% Senkung von NOx Sept Entwicklung der Euro-Normen für Diesel-PKW

21 Quelle: M. Lutz, Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Berlin

22 Referenzszenario für NO x -Emissionen in Deutschland [kt] Militär Landwirtschaft* Produzierendes Gewerbe Industrieprozesse Verbrennung von Brennstoffen (Haushalte + Gewerbe) Energieindustrie Verkehr Quelle: Jörß, ITZ Berlin