Eine interessante und informative Lektüre wünscht

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1 Über Abgase von Diesel-Pkw ist in den letzten Monaten ausführlich berichtet worden. Die Schlagwörter dieser Diskussion reichen dabei von Dreckschleuder über Fahrverbot bis hin zur Klimaschutznotwendigkeit. Warum aber die europäische Autoindustrie Diesel-Pkw für den amerikanischen Markt unter Einhaltung doppelt so strenger Grenzwerten für Stickoxide (NO X ) beliefert und in Europa diese nur im Autoprospekt einhält, blieb dagegen unterbelichtet In der aktuellen Ausgabe der Umwelt & Verkehr Fakten und Positionen analysiert Barbara Schodl vom österreichischen Umweltbundesamt dieses Missverhältnis und zeigt auf, dass der Dieselmotor durchaus noch weniger Schadstoffe ausstoßen könnte. Wie so oft, sind es nicht technische Gründe, sondern zwingende Vorgaben und Kontrollen, die die Autoindustrie in Europa braucht, damit unsere Luft in den grünen Bereich kommt. Klar ist daher für uns: Fahrverbote sind fragwürdig und führen zu sozialen Verwerfungen bei allen, die auf den Pkw angewiesen sind. Maßnahmen müssen daher bei klaren Vorgaben für die Autoindustrie ansetzen. Dass dies für die Hersteller weder technisch noch wirtschaftlich ein Problem darstellt, zeigt der Beitrag klar. 5 7 Eine interessante und informative Lektüre wünscht die Redaktion

2 Unabhängige Messlabors wie jene aus der HBEFA 1 Gruppe überprüfen seit der Einführung der Abgasstandards (Euroklassen) in den 80-iger Jahren, inwieweit die Herstellerangaben in Bezug auf Verbrauch und Schadstoffe mit der Realität übereinstimmen. Bis zum 31. August 2017 mussten die Fahrzeuge zur Erlangung der Typengenehmigung den Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) absolvieren. Dieser Prüfzyklus wurde seit dem Ende der 60-iger Jahre zur Überprüfung der Emissionen herangezogen und galt als zu wenig dynamisch in Bezug auf Durchschnittsgeschwindigkeit, Maximalgeschwindigkeit, Beschleunigung etc. Darüber hinaus wurden die Fahrzeuge auf die Prüfung vorkonditioniert. Seit 1. September 2017 dient ein neuer, realitätsnäherer Zyklus der WLTC 2 zur Emissionsüberprüfung. Dieser ist in Summe dynamischer, länger, die Geschwindigkeiten sind höher und generell soll dieser die Realität besser widerspiegeln. Zusätzlich zu diesem neuen Rollenprüfstandstest kommt auch ein Prüfungsteil auf der Straße, der sogenannte RDE (engl.: Real Drive Emissions) Teil. In diesem müssen die Fahrzeuge nun auch, mit einer gewissen Überschreitungserlaubnis außerhalb des Labors die Stickoxidgrenzwerte einhalten (bei NO X um den Faktor 2,1 bis 2019 danach um den Faktor 1,5). Die HBEFA Gruppe hinterlegte bei den Nachmessungen seit jeher realistischere, dynamischere Fahrzyklen, wie den CADC (Common Artemis Driving Cycle) und mittlerweile sind, zur Überprüfung der aktuellen Abgasklasse Euro 6, auch Daten aus RDE Fahrten auf der Straße hinterlegt. Laut CO 2 Monitoring, das die CO 2 Emissionen gemäß Normverbrauch von neu zugelassenen Fahrzeugen analysiert, beträgt die Abnahme des Kraftstoffverbrauches bei Diesel-Pkw von 2000 bis 2015 rund 22 %. Dies betrifft jedoch lediglich den Verbrauch im Labortest. Die Divergenz zwischen Normverbrauch und Realverbrauch ist seit dem Jahr 2000 auf knapp 40 % gestiegen. Die HBEFA Datenbank zeigt, dass es über die letzten 27 Jahre (seit Einführung von Euro 1) und über alle Euroklassen bei Diesel- Pkw noch zu keiner erwähnenswerten Zunahme an Effizienz (also weniger Kraftstoffverbrauch) gekommen ist in Zahlen minus 1,5 % oder 0,25 % pro Euroklasse. Die Vorteile der an sich energieeffizienteren Motorentechnik des Diesel- Pkw wurden durch den Trend zu immer größe- 1 Handbuch Emissionsfaktoren für den Straßenverkehr 2 Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle

3 ren und leistungsstärkeren Fahrzeugen kompensiert. Es kann somit festgehalten werden, dass der Diesel-Pkw in den letzten 27 Jahren nicht effizienter wurde. Im Bereich der Luftschadstoffe konnten mittels effizienter Abgasnachbehandlung bereits einige Probleme gelöst werden. Bei den Feinstaubemissionen aus Dieselmotoren ist durch den Einsatz der Partikelfiltertechnologie ab der Euroklasse 4 bzw. 5 eine massive Reduktion der Belastung erreicht worden. Seit einigen Jahren haben jedoch die ultrafeinen Partikel (kleiner als 0,1 µm) aus Benzinmotoren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Immer mehr Hersteller setzten wie beim Dieselmotor auf eine Direkteinspritzung vorwiegend um Treibstoff einzusparen (Potenzial ca. 15 %). Bei Motoren mit Direkteinspritzung wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch direkt im Brennraum gebildet. Hierfür wird der Kraftstoff mit hohem Druck in den Brennraum gespritzt dies soll die Verwirbelung optimieren und die Kühlung des Brennraums verbessern. Die höhere Verdichtung soll auch zu einem besseren Wirkungsgrad des Motors führen. Je nach Einspritzverfahren kann es zu einer ungünstigen Gemischbildung im Verbrennungsraum kommen. Auch beim Benzinmotor kann es daher zu einer hohen Partikelbildung wie beim Dieselmotor kommen. Somit müssen mit der Abgasklasse Euro 6d_temp (September 2017) Benzinfahrzeuge die gleichen Grenzwerte einhalten wie Dieselfahrzeuge (6*10^11 Teilchen/ km), inklusive RDE Teil (Überschreitungsfaktor 1,5). Partikelfilter werden hierbei auch für Benzinfahrzeuge technisch notwendig. Das Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid- Thema wurde durch die Einführung des Oxidationskatalysators mit der Euroklasse 2 bzw. durch den 3-Wege-Katalysator beim Benziner gelöst. Problematisch entwickeln sich jedoch die Stickoxidemissionen. Anders als beim Drei- Wege-Katalysator beim Benzinfahrzeug können die für Mensch und Umwelt gefährlichen Stickoxide (NO X ) beim Dieselfahrzeug nicht mittels Oxidationskatalysator eliminiert werden. Hier würde der Einsatz eines DeNO X Systems, wie ein SCR-Katalysator oder ein NO X - Speicherkatalysator (oder sogar eine Kombination daraus) notwendig sein, um die Schadstoffe auf ein unbedenkliches Maß zu reduzieren. Stickoxide (NO x ) entstehen überwiegend als unerwünschtes Nebenprodukt bei der Verbrennung unter hohen Temperaturen, wobei zwischen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO 2 ) unterschieden wird. Für den Menschen gefährlich ist das NO 2 ein Reizgas, das die Lungenfunktion beeinträchtigt. NO 2 ist ein Teil der Gesamt-NO X. Es gibt jedoch bei Fahrzeugen keinen eigenen NO 2 -Grenzwert. NO 2 wird indirekt bei einer Reduktion der Gesamt- NO X -Emissionen reduziert. Problematisch ist, dass die Stickoxidemissionen bei Dieselfahrzeugen kaum abgenommen haben, sich der Anteil an direktem NO 2 Ausstoß in den letzten Jahren jedoch massiv erhöht hat. Zurückzuführen ist dies auf den Einsatz von Oxidationskatalysatoren, die aufgrund des Luftüberschusses im Dieselmotor das ungefährliche NO zum kritischen NO 2 umwandeln und durch den Einsatz von katalytisch beschichteten Partikelfiltern, die NO 2 brauchen um kontinuierlich regenerieren zu können. Überspitzt kann man sagen, NO 2 entsteht, um andere Schadstoffe wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid oder Partikel in harmlose Substanzen umzuwandeln. Bei älteren Dieselfahrzeugen liegt das NO/NO 2 Verhältnis bei 90:10, dieses Verhältnis hat sich bei modernen Dieselfahrzeugen aufgrund der beschriebenen Systeme auf etwa 40:60 geändert. An verkehrsbelasteten Luftmessstellen zeigt sich, dass der Trend des Jahresmittelwertes an PM10 (40 µg/m³ Luft, das strengere Kriterium ist aber im Unterschied zu NO 2 jenes für den

4 Quelle: Ämter der Landesregierungen, Umweltbundesamt Tagesmittelwert) eindeutig nach unten geht mittlerweile liegt die Belastung seit vielen Jahren an allen Messstellen unter dem Grenzwert (das Grenzwertkriterium für den Tagesmittelwert wird aber in einzelnen Jahren in Graz bzw. der Steiermark überschritten). Aus Sicht der Luftqualität besonders problematisch ist speziell die Einhaltung des Immissionsgrenzwerts für NO 2 (gem. EU- Luftqualitätsrichtlinie Jahresmittelwert 40 µ/ m³). Dieser sollte an keiner Luftmessstelle überschritten werden andernfalls kann die EU ein Vertragsverletzungsverfahren gegen die Republik Österreich einleiten, was in letzter Konsequenz mit Strafzahlungen verbunden sein kann. Die EU-Luftqualitätsrichtlinie wurde mit dem Immissionsschutzgesetz Luft (IG-L) umgesetzt. Hier sind vor allem verkehrsnahe Luftgütemessstellen noch deutlich von der Einhaltung des EU-Grenzwertes (Jahresmittelwert von 40 µ/m³) entfernt. Es stellt sich die Frage, warum es trotz ständig verschärfter Abgasstandards bei den Diesel- Pkw noch zu keiner Verbesserung der Stickoxid-Belastung gekommen ist. Abgesehen davon, dass die Fahrzeuge für den Rollprüfstandstest optimiert werden, wurden diese bis jetzt bei der Typprüfung nur unter optimalen Umgebungstemperaturen gemessen. Bei rund 25 Grad (Vorgabe im Prüfprozess gemäß NEFZ) arbeiten sowohl Abgasrückführung (AGR) als auch ein SCR-Katalysator in ihrem Betriebsoptimum. Bei geringen Umgebungstemperaturen besteht bei der AGR das Problem, dass es durch Kondensation von Wasser und Verbrennungsprodukten zu einer Korrosion und Verblockung im AGR-System kommen kann. Beim SCR ist bei niedrigen Umgebungstemperaturen mit höheren Wärmeverlusten zu rechnen der SCR kühlt aus und arbeitet weniger effektiv. Dies ist vor allem bei Fahrten mit geringer Geschwindigkeit relevant und beim Stop&go Verkehr. Ein weiterer Grund für die mangelnde Stickoxidreduktion findet sich vor allem in den anfallenden Systemkosten für die Hersteller. Eine effiziente NO X -Minderung führt zu höheren Systemkosten. Die Größe des Katalysators muss grundsätzlich ausreichend ausgelegt werden. Bei SCR-Systemen wird darüber hinaus auch eine Harnstofflösung (etwa AdBlue) benötigt. Ein entsprechend großer AdBlue-Tank inklusive Bauteile führt zu Mehrkosten. Geringe Systemkosten sind auch bei AGR-Systemen relevant. AGR-Systeme, die auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen hohe AGR-Raten vertragen, sind technologisch aufwändiger. Schlecht dimensionierte Bauteile (z.b. ein zu kleiner Ad- Blue-Tank), AGR-Systeme von minderer Qualität bzw. eventuelle (illegale) Eingriffe in die Motorsteuerung, um einen geringeren AdBlue-

5 Quelle: Umweltbundesamt/HBEFA Verbrauch auf der Straße zu erzielen, führen letztendlich zu höheren NO X -Emissionen auf der Straße. Des Weiteren dürfen sich die Hersteller auf eine Ausnahmebestimmung im Artikel 5, Kapitel 2 der Verordnung VO (EG) Nr. 715/2007 beziehen, in dem es heißt: Abschalteinrichtungen, die die Wirkung von Emissionskontrollsystemen herabsetzen, sind legitim, wenn es notwendig ist, den Motor vor Beschädigung oder Unfall zu schützen oder und um den sicheren Betrieb des Fahrzeugs zu gewährleisten. Bis jetzt mussten Hersteller nicht dokumentieren, ob dies wirklich notwendig ist bzw. welche Emissionsstrategien für ein Fahrzeug eingesetzt werden. Unter Berücksichtigung all dieser Gründe wird deutlich, weshalb die Umgebungsluft derart massiv von Dieselfahrzeugen belastet wird. Wie weit ist der reale Emissionsfaktor 3 (unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur) vom eigentlichen Grenzwert pro Euroklasse entfernt? Die Abbildung zeigt: Bis zur Euroklasse 6 a/b haben die spezifischen Emissionen trotz deutlicher Grenzwertabsenkung noch nicht massiv abgenommen. Bei den Euro 5 Pkw beträgt die Abweichung das 2,5-fache vom erlaubten Grenzwert, bei den Euro 6 Pkw das 3,6-fache. Euro 5 Fahrzeuge zeigen im Realbetrieb die höchsten NO X -Emissionen aller Diesel-Pkw. Anmerkung: Bei den schweren Nutzfahrzeugen sind seit 2006 SCR-Katalysatoren serienmäßig im Einsatz. Die Stickoxidemissionen liegen bei diesen Fahrzeugen, sofern die Abgasnachbehandlungssysteme funktionieren, tatsächlich auf niedrigem Niveau. In den USA werden historisch bedingt (z.b. Smog in Kalifornien) NO X -Emissionen stärker reglementiert. Der ganze Zulassungsprozess ist eher auf eine Bringschuld der Hersteller aufgebaut. Die Hersteller müssen jederzeit damit rechnen, dass die Einhaltung der Grenzwerte real auf der Straße überprüft wird (durch die die US- Umweltschutzbehörde EPA). Für Dieselund Benzin-Pkw gelten zudem dieselben Grenzwerte. Während in der EU nach der seit September 2014/2015 geltenden Euro-6-Norm maximal 80 Milligramm NO X pro Kilometer erlaubt sind, sieht die vergleichbare Norm der EPA (Tier II Bin 5) umgerechnet auf Kilometer 43 Milligramm NO X pro Kilometer vor. Aufgrund ihrer technologischen Voraussetzungen sind Dieselfahrzeuge imstande, strenge Emissionsgrenzwerte wie in den USA einzuhal- 3 Gemäß HBEFA 3.3 (Stand 2017)

6 ten. Es ist lediglich eine Frage der korrekten Systemauslegung des Motors und der Abgasnachbehandlungsanlage (wie Beschichtung des Katalysators, oder andere AGR-Strategie). Der Einsatz sauberer Dieseltechnologie in Amerika ist sicher auch durch den Umstand hoher Strafandrohungen geschuldet. Jene Hersteller, die Dieseltechnologie für den US Markt anbieten, setzen daher auch höherwertigere DeNO X Systeme als in Europa ein. BMW sticht hervor, da beide Systeme, LNT (Speicher-Katalysator) und SCR, in Kombination eingesetzt werden. Chevrolet, Jeep, Mercedes und Porsche verkaufen ausschließlich Fahrzeuge mit SCR-Technologie, ebenso bietet Audi beinahe zu 100 % SCR-Systeme an. VW hat mit 40 % den geringsten SCR-Anteil am amerikanischen Markt, dieser ist jedoch bedeutend höher als in Europa. Quelle: The International Council on Clean Transportation (ICCT) In Europa bieten die gesetzlichen Rahmenbedingungen (die auch unter dem Einfluss der Automobilindustrie nicht ausreichend streng formuliert wurden) viel Spielraum für Interpretation. Der Einsatz verfügbarer Abgasnachbehandlungsanlagen bzw. deren korrekte und damit kostenintensivere Auslegung wurde nicht ausreichend wahrgenommen dadurch erreichten Pkw in Europa die Grenzwerte nur im Prüfverfahren. Die Abbildung zeigt die verwendeten NO X -Abgasnachbehandlungssysteme von 2012 bis 2014 der europäischen Hersteller von Dieselfahrzeugen für den europäischen Markt. Citroen, Peugeot und Porsche setzen auf SCR- Technologie, Mazda ausschließlich auf Abgasrückführung, Mini und Volvo ausschließlich auf LNT (Speicherkat). Zu bemerken ist auch eine Verschiebung der eingesetzten Technologie über die Jahre. Von vorwiegend SCR zu mehr LNT wie bei Audi, Mercedes, Opel und VW, sowie auch von LNT verstärkt auf SCR wie bei BMW. In Europa ist somit der verstärkte Einsatz der einfacheren und kostengünstigeren LNT- Technologie zu verzeichnen, wobei hier auch der Effekt einer Ausweitung von DeNO X Systemen auf kleinere Fahrzeugklassen einen Einfluss hat. Die Abgasnachbehandlungs- Systemkosten für Euro 6 (oder US-Tier 3) Benzinfahrzeuge sind in der Herstellung rund viermal günstiger als für Euro 6 Dieselfahrzeuge. Diese liegen für Euro 6 Fahrzeuge bei rund 400

7 Dollar (335 Euro). Bei den Dieselfahrzeugen steigen die Herstellkosten seit der Euroklasse 2 relativ stark an und liegen bei Euro 6 Fahrzeugen bei rund Dollar (1.340 Euro). In den USA liegt das Kostenniveau für das Dieselabgas-Nachbehandlungssystem zur Erreichung der Tier 2 B5 Emissionsstufe (und strenger Tier 3 B30) bei rund Dollar (1.508 Euro). Die Hersteller müssen demnach in den USA rund 13 % mehr in Abgasnachbehandlungssysteme, vor allem in die SCR- Technologie, investieren als in Europa. Für diese relativ geringen Mehrkosten ist es möglich, die deutlich strengeren NO X - Standards in Amerika einzuhalten und auch aus Schadstoffsicht saubere Dieselfahrzeuge auf den Markt zu bringen. Die Kosten für die Abgasnachbehandlungsanlage erreichen aufgrund der hohen Rohemissionen des Motorenkonzepts damit jedoch Dimensionen, die den Einsatz dieser Technologien speziell in kleinen Fahrzeugen mittelfristig nicht mehr wirtschaftlich darstellen lassen. Momentan liegen die Herstellungskosten eines modernen Euro 6 Pkw-Dieselmotors der Mittelklasse mit Direkteinspritzung zwischen und Euro. Die Kosten für die Abgasnachbehandlung liegen bei rund Euro und machen somit etwa 50 % der Motorkosten aus. Bei Fahrzeugen der Klein- und Kompaktwagenklasse wird der Einsatz von Elektromotoren und Batteriesystemen in absehbarer Zeit günstiger werden als die Produktion von Dieselfahrzeugen. Somit wird der Dieselantrieb nur noch bei größeren und schwereren Fahrzeugen wirtschaftlich bleiben. Ob der Diesel sauberer geworden ist, lässt sich nur bedingt positiv beantworten. Bei den Feinstaubemissionen ist durch den Einsatz der Partikelfiltertechnologie eine massive Reduktion der Belastung erreicht worden. Bei den Stickoxidemissionen haben durch das Ausloten aller gesetzlichen Möglichkeiten vonseiten der Hersteller und durch gezielte Manipulationen moderne Euro 5 Fahrzeuge höhere Emissionen als Altfahrzeuge. Euro 6 Fahrzeuge, die derzeit verkauft werden (Euro 6 a/b), zeigen trotz technologisch vorhandener Optionen keine ausreichende NO X -Reduktion. Darüber hinaus haben die für die Luftqualität besonders kritischen NO 2 -Emissionen massiv zugenommen. Hier ist erst mit der Flottendurchdringung von Euro 6 d_temp Fahrzeugen (Neutypisierungen ab September 2017, Neuzulassungen ab September 2018) bzw. 6 d (2020) eine potentielle Verbesserung in Sicht. Dies ist möglich, wenn die Hersteller funktionstüchtige Systeme einsetzen und die Dauerhaltbarkeit gewährleistet ist bzw. nachträgliche Manipulationen (etwa durch Chiptuning) die Abgasnachbehandlungssysteme nicht negativ beeinträchtigen. Derzeitige Euro 6 a/b Fahrzeuge mit teils sehr hohen NO X - Emissionen werden noch bis 2019 als auslaufende Modelle auf den Markt gebracht; die neuen Fahrzeugtypen mit ausreichend guten Abgasnachbehandlungssystemen gelangen zeitverzögert in den Handel. Bis eine Verbesserung der Luftqualität durch die Flottenerneuerung erkennbar sein wird, kann es noch gut fünf bis sieben Jahre dauern. In städtischen Gebieten wird es somit notwendig sein, Maßnahmen zur Fahrleistungsreduktion speziell bei Dieselfahrzeugen zu setzen (Förderung Umweltverbund bis zu Fahrverboten). Außerorts lassen sich die Stickoxidemissionen speziell durch Temporeduktion (Effekt bei NO X ca. 25 %) verringern wodurch Fahrbeschränkungen bzw. Fahrverbote meist vermieden werden können. Diese Maßnahmen wären in Bezug auf NO X beim rechtzeitigen Einsatz verfügbarer und funktionierender Abgasnachbehandlungssysteme seitens der Hersteller nicht erforderlich.

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