Emissionsvergleich verschiedener Antriebsarten in aktuellen Personenwagen Untersuchung der Emissionen von aktuellen Personenwagen mit konventionellen und direkteingespritzten Benzinmotoren, Dieselmotoren mit und ohne Partikelfilter, sowie Erdgasmotoren Wichtigste Ergebnisse in der Übersicht Lufthygienische und klimarelevante Betrachtung Die Fahrzeuge sind aufgrund technologischer Weiterentwicklung sauberer geworden. Bei immer sauberer werdenden Fahrzeugen rückt die Emission von Treibhausgasen immer mehr in den Vordergrund. Trotz sinkender Abgasemissionen ist die Belastung der Atemluft durch Feinstaub und Ozon keinesfalls gelöst. Am saubersten schneiden Erdgasautos ab. Sie verursachen 21 Prozent niedrigere CO 2 -Emissionen als Benzin- und 11 Prozent weniger CO 2 - Emissionen als Dieselfahrzeuge und haben den geringsten Beitrag zur Ozonbildung. Schlecht sehen die Resultate für Dieselfahrzeuge ohne Partikelfilter aus. Dies unterstreicht die Forderung nach Partikelfilter für Dieselfahrzeuge 1
Untersuchte Fahrzeuge Zulassung nach Euro-4 Konventionelle Benzinfahrzeuge Benzinfahrzeuge mit Direkteinspritzung Dieselfahrezuge ohne Partikelfilter Erdgasfahrzeuge - Ford Mondeo 2.5 - VW Touran FSI 1.6 - Audi A4 3. - Toyota Avensis 2. - Seat Ibiza 1.2 - VW Polo 1. - Audi A3 1.6 - Mazda 3 2. - Opel Zafira 2.2 - Mercedes-Benz S 35 L 3.7 - Opel Astra 1.4 - VW New Beetle 1.6 - Volvo XC9 2.5 - Opel Corsa 1.8 - VW Passat 2. - BMW 33i 3. - Opel Meriva 1.7 - VW Touran 2. - Opel Corsa 1.2 - Audi A3 2. - Seat Altea 2. - Honda Accord 2.2 - VW Golf 1.9 Dieselfahrezuge mit Partikelfilter - Toyota Avensis 2. - Opel Vectra - VW Passat - Peugeot 37 2. - Mercedes A 18 2. - BMW 53 3. - VW Touran Ecofuel - Fiat Multipla Bifuel - Opel Zafira CNG Schadstoffemissionen Noch ein Problem? Die verkehrsbedingten Schadstoffemissionen nehmen gesamtschweizerisch gesehen deutlich ab. 2
Schadstoffemissionen Noch ein Problem? Im Gegensatz zu den Emissionswerten nehmen die Immissionswerte in den Städten beim Feinstaub und dem Ozon kaum ab. Gründe: Partikelemissionen aus Verbrennungsmotoren sind so klein, dass sie nur sehr wenig zu der Masse (PM1) beitragen. Problematisch ist die hohe Anzahl von sehr kleinen Partikeln (<3 nm) Die Ozonbildung hängt nicht primär von der Konzentration sondern vom Vorhandensein von Vorläuferschadstoffen ab (Kreisläufe). PM1 Jahresmittelwerte in µg/m 3 (Grenzwert: 2 µg/m 3 ) Ozon Anz. Tage mit Überschreitung des Kurzzeitgrenzwertes von 12 µg/m 3 Partikelemissionen PM1 und Partikel 1 8 Härkingen Zürich 3 25 Härkingen Zürich PM1 ( g/m 3 ) 6 4 2 2.11.2 16.11.2 3.11.2 14.12.2 28.12.2 11.1.21 25.1.21 8.2.21 22.2.21 Partikel/cm 3 2 15 1 5 2.11.2 16.11.2 3.11.2 14.12.2 28.12.2 11.1.21 25.1.21 8.2.21 22.2.21 3
Problem Ozon Ozonerhöhungsreaktivität der Kohlenwasserstoffe Incremental reactivity [molekül O3 / C atom of VOC added] 3.5 3 2.5 2 1.5 1.5 5 1 15 2 25 3 35 4 45 -.5 CO Ethan n-butan Ethen Propen trans-2-buten Benzol Toluol Formaldehyd Acetaldehyd Benzaldehyd Methanol Ethanol -1 VOC/NOX Ratio Quelle: Batelle Memorial Institute Columbus, Ohio (Air & Waste, August 1993) Problem Ozon Ozonerhöhungsreaktivität der Kohlenwasserstoffe Ratio VOC / NOx ; Zuerich, downtown 16 199 1995 1999 14 ratio VOC [ppb] / NOx [ppb] 12 1 8 6 4 2 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 4
Problem Ozon Ozonerhöhungsreaktivität der Kohlenwasserstoffe Kohlenwasserstoff Max. Ozonbildungsreaktivität MIR [g O3/g H n C m ] Methan 148 Propan.48 Propen 9.4 1,3-Butadien 1.89 Benzol.42 Toluol 2.73 Formaldehyd 7.15 Acetaldehyd 5.52 Ozonbildung Stickoxide = Stickstoffmonoxid + Stickstoffdioxid Die Stickoxidemissionen von Verbrennungsmotoren bestehen hauptsächlich (>9%) aus Stickstoffmonoxid (NO). Der Rest ist Stickstoffdioxid (NO 2 ). Bei Dieselfahrzeugen erhöht sich der NO 2 -Anteil aufgrund der katalytischen Abgasnachbehandlung unter Sauerstoffüberschuss (Umwandlung von NO zu NO 2 ). NO 2 erhöht die Ozonbildung direkt am Ort der Emission, während NO zuerst in NO 2 umgewandelt werden muss. 5
Versuchsaufbau im Abgaslabor Fahrprofile im Abgaslabor Offizieller europäischer Fahrzyklus (NEFZ) Geschwindigkeit in km/h 16 12 8 4 ECE EUDC -4 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Time in s Realitätsnaher Artemis- Fahrzyklus (CADC) Geschwindigkeit in km/h 16 12 8 4 Urban cycle Rural cycle Motorw ay cycle -4 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 22 24 26 28 3 32 Time in s 6
Fahrprofile Mehrverbrauch im realen Betrieb 6 % 5 % 4 % Teststrecke von Autobild: 16 km lang (54 km Autobahn (2 km Vollgasanteil), 61 km Landstraße und 45 km Stadtverkehr. Dauer: 2 Stunden. 3 % 2 % 1 % % Fahrprofile Mehrverbrauch im realen Betrieb 6 % 5 % 4 % Teststrecke von Autobild: 16Teststrecke km lang (54von kmautobild: Autobahn (2 km Vollgasanteil), 6116 km Landstraße km lang (54und km 45 Autobahn km Stadtverkehr. (2 km Vollgasanteil), 61 km Landstraße und 45 km Stadtverkehr. Dauer: 2 Stunden. Dauer: 2 Stunden. 3 % 2 % 1 % % 7
Fahrprofile Realverbrauch vs. Normverbrauch 3 Realverbrauch in l/1 km 25 2 15 1 5 Teststrecke von Autobild: 16 km lang (54 km Autobahn (2 km Vollgasanteil), 61 km Landstraße und 45 km Stadtverkehr. Dauer: 2 Stunden. y = 53x 2 +.2211x + 3.611 R 2 =.9261 2 4 6 8 1 12 14 16 18 Normverbrauch in l/1km Ergebnisse Partikel 5 PMm NEFZ 5 Partikelmasse (PMm): Signifikanter Unterscheid zwischen Dieselfahrzeugen ohne Partikelfilter und allen anderen Fahrzeugen Erdgas-, Benzin- und Dieselfahrzeuge mit Partikelfilter weisen keinen signifikanten Unterschied auf. Emissionen in g/km 4 3 2 1 3 1 2 28 1 4 3 2 1 Partikelanzahl (PMc): Dieselfahrzeugen ohne Partikelfilter weisen einen rund 25 mal höhere Partikelanzahl auf, als alle anderen Fahrzeuge. Erdgas-, Benzin- und Dieselfahrzeuge mit Partikelfilter weisen keinen signifikanten Unterschied auf niedrigem Niveau auf. Emissionen in 1/km 1.E+15 1.E+14 1.E+13 1.E+12 1.E+11 1.E+1 1.E+9 1.E+8 PMc NEFZ 2.1E+11 6.E+11 1.5E+12 5.1E+13 2.2E+11 1.E+15 1.E+14 1.E+13 1.E+12 1.E+11 1.E+1 1.E+9 1.E+8 8
Ergebnisse Ozon-Vorläufer Kohlenwasserstoffe.1 THC NEFZ (Grenzwert:.1 g/km).1 Geamt-Kohlenwasserstoffe T.HC (HC): Erdgasfahrzeuge weisen im Mittel 3% höhere Werte auf als die Benzinfahrzeuge bzw. doppelt so hohe Werte wie die Dieselfahrzeuge mit Partikelfilter. Emissionen in g/km 8 6 4 2.1 NMHC NEFZ.1.1.1 Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe (NMHC): Erdgasfahrzeuge weisen die niedrigsten NMHC- Emissionen auf, gefolgt von die Dieselfahrzeugen und den Benzinfahrzeugen mit den höchsten Werten. Emissionen in g/km 8 6 4 2.1.1 Ergebnisse Ozon-Vorläufer Stickoxide 1. NOx NEFZ (Grenzwert: 8/.25 g/km) 1. Stickoxide (NOx) Erdgas- und Benzinfahrzeuge weisen im Mittel statistisch gesichert rund 1 Mal niedrigere NOx- Emissionen auf. Emissionen in g/km.8.6.4.2.8.6.4.2 1. NO2 NEFZ 1. Stickstoffdioxid (NO 2 ): Erdgas- und Benzinfahrzeuge weisen praktisch keine NO 2 -Emissionen auf. Der NO 2 -Anteil der Dieselfahrzeuge liegt bei 2%, bei den Dieselfahrzeugen mit Partikelfilter bei 45%. Emissionen in g/km.8.6.4.2.8.6.4.2 9
Ergebnisse Treibhausgase (Modellrechnung) Treibhausgase (CO 2 und CH 4 ) Die Treibhausgasemissionen von Erdgasfahrzeugen liegen dank geringerem C-Gehalt im Treibstoff 21% unter denjenigen von Benzinfahrzeugen und 11% unter denjenigen der Dieselfahrzeuge. Die Methanemissionen der Erdgasfahrzeuge machen umgerechnet in ein CO 2 -Äquivalent im Mittel weniger als 1% der CO 2 -Emissionen aus. CO2-Äquivalent in g/km 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 CO2-Äquivalent NEFZ 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2 Zusammenfassung Schadstoffemissionen im NEFZ CO2 Diesel/DPF: 88.4% Diesel: 86.6% Benzin DI: 95.5% Benzin: 1% Erdgas: 78.9% NMHC Diesel/DPF: 26.5% Erdgas: 18.2% Diesel: 61.8% Benzin: 68.4% Benzin DI: 1% HC Diesel/DPF: 42.4% Diesel: 74.6% Benzin DI: 84.1% Benzin: 77.6% Erdgas: 1% NOx Benzin DI: 9.% Benzin: 9.9% Erdgas: 4.7% Diesel: 67.1% Diesel/DPF: 1% Partikelanzahl Diesel/DPF:.4% Benzin DI: 2.9% Benzin: 1.2% Erdgas:.4% Diesel: 1% % 2% 4% 6% 8% 1% 12% 14% 1
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! christian.bach@empa.ch Vollständiger Bericht unter: www.novatlantis.ch 11