Die europaeische Abgasgesetzgebung hat mit Verabschiedung der Grenzwertstufen bis
einschliesslich EURO 4 fuer Pkw und leichte Nutzfahrzeuge sowie EURO V fuer
Nutzfahrzeugmotoren entscheidende Fortschritte erreicht. Die Notwendigkeit einer
Fortschreibung der Abgasgrenzwerte besteht in erster Linie fuer Fahrzeuge mit Dieselmotoren.
Artikel 3 der Richtlinie 98/69/EG (Pkw, leichte Nutzfahrzeuge), der gemeinsame Standpunkt des
Rates zur Richtlinie 99/96/EG (Nutzfahrzeugmotoren) sowie die Schlussfolgerungen des
Umweltrates vom 18./19.12.2000 zur Auswertung des AutooelProgramms
II enthalten
entsprechende an die Kommission gerichtete Auftraege.
Die Kommission hat in einer Note vom
11.02.2003 zum Thema „Concept of Enhanced Environmentally Friendly vehicles (EEV) for
light vehicles” erklaert, dass sie sich nunmehr mit einer Fortschreibung der Abgasgrenzwerte fuer
Pkw und leichte Nutzfahrzeuge befassen werde.
In Deutschland hat sich der Anteil der DieselPkw
an den Neuzulassungen in den vergangenen
Jahren mehr als verdoppelt. Er hat inzwischen fast 40 % erreicht. Die Entwicklung der
Partikelemissionen zeigt, dass der stark steigende Anteil der DieselPkw
bis 2020 zu einer
Erhoehung der Partikelemissionen aus Pkw um den Faktor 2,3 und damit zu einer Erhoehung der
Partikelemissionen des Strassenverkehrs gegenueber den frueheren Annahmen um den Faktor 1,6
fuehrt. An verkehrsnahen Immissionsmessstellen ist keine der bisherigen Senkung der
Abgasgrenzwerte entsprechende Minderung der FeinstaubImmissionen
erkennbar. Hier besteht
ein Handlungsbedarf.
Im Hinblick auf die Luftreinhaltung wird zur Zeit das Problem der Feinstaubemissionen
diskutiert.
Die Weltgesundheitsorganisation, die EUKommission
sowie der National Research
Council und die Umweltbehoerde der USA stellen die Feinstaeube als eine der gegenwaertig
vorrangigen umwelthygienischen Schwerpunktthemen in Europa und USA heraus. Auch gibt es
Hinweise auf kanzerogene Wirkungen. Aus Gruenden des Gesundheitsschutzes ist fuer den
Dieselmotor die technisch moegliche Partikelminderung von weit ueber 90 % zu fordern.
In Deutschland versterben pro Jahr insgesamt ca. 800 000 Menschen (alle Todesursachen). Nach
einem Gutachten von Prof. Wichmann, GSF Neuherberg, sind von diesen Todesfaellen ca. 1 bis
2 % den KfzAbgasen
aus Dieselfahrzeugen als vorzeitige Todesfaelle zuzuordnen. Durch die
Reduktion der Partikelemissionen als Massnahme zur Gefahrenabwehr, zum Beispiel durch
Partikelfilter, liesse sich zum ueberwiegenden Teil verhindern, dass diese Personen vorzeitig
versterben.
Der Einsatz von Partikelfiltern laesst damit gegenueber der gegenwaertigen Situation
eine mittlere Verlaengerung der Lebenserwartung aller Menschen in Deutschland um 1 bis 3
Monate erwarten.
Bezueglich der NOxEmissionen
haben moderne DieselPkw
im Vergleich zum „Benziner“ einen
erheblichen Nachteil. Sie emittieren acht bis zehnmal mehr Stickoxide, die u. a. zur Bildung des
gesundheitsschaedlichen Sommersmogs beitragen. Der NOxGrenzwert
EURO 4 fuer DieselPkw
ist etwa dreimal so hoch wie derjenige fuer OttoPkw.
Elektronische Einspritzsysteme in Schweren Nutzfahrzeugen – eingefuehrt ab der Grenzwertstufe
EURO II – ermoeglichen unterschiedliche Einspritzstrategien in den verschiedenen Bereichen des
Motorkennfeldes. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass EURO IIMotoren
ausserhalb des
im gesetzlichen Pruefzyklus gefahrenen Kennfeldbereiches vielfach gezielt auf den spezifischen
Verbrauch hin optimiert werden.
Dies bewirkt dann im Gegenzug einen erheblichen Anstieg der
StickoxidEmissionen.
Die Folge: Fuer das Jahr 2003 liegt der mittlere NOxEmissionsfaktor
der Schweren Nutzfahrzeuge um etwa 40% hoeher als bisher angenommen wurde, was einer
zusaetzlichen Deckungsluecke in der Groessenordnung von 115.000 t NO x im Jahr 2010 entspricht.
Die Richtlinie 1999/96/EG ueber Massnahmen gegen die Emissionen von Nutzfahrzeugmotoren
sieht eine Grenzwertstufe EURO V mit einem NOxGrenzwert
von 2,0 g/kWh vor, der ab 2008
fuer die Erteilung der Betriebserlaubnis fuer neue Motortypen gilt. Im Rahmen der Berechnungen
zum Massnahmenplan der Bundesregierung zur Einhaltung der NECRichtlinie
2001/81/EG hat
sich eine weitere Halbierung dieses Grenzwertes auf 1,0 g/kWh als notwendige Massnahme mit
dem absolut hoechsten NOxMinderungspotential
erwiesen.
Dies ist bei der ueberpruefung des
EURO VGrenzwertes
durch die EUKommission
zu beruecksichtigen, zumal in anderen
europaeischen Laendern aehnliche Verhaeltnisse vorliegen. Dieser Anpassung muss eine weitere
Senkung des NOxGrenzwertes
fuer NfzMotoren
auf 0,5 g/kWh ab 2010 folgen.
In den vergangenen Jahren wurden die Partikelemissionen von Dieselmotoren in Pkw und
Nutzfahrzeugen durch motorische Massnahmen, d.h. durch die Verbesserung der Verbrennung,
bereits erheblich gemindert. Zur knappen Einhaltung der ab 2005 fuer die Typpruefung gueltigen
EURO 4/EURO IVGrenzwerte
fuer DieselPkw
und fuer Nutzfahrzeugmotoren kommenabhaengig
vom heutigen Ausgangszustand weitere
motorische Massnahmen in Betracht, die eine
Partikelemissionsminderung in der Groessenordnung von 30 bis 50 % bewirken koennen.
Eine
weitergehende Partikelminderung ist dagegen nach heutigem Stand nur durch eine AbgasNachbehandlung,
d.h. durch den Partikelfilter moeglich. Die nachgewiesenen Minderungsraten
liegen bezueglich der Partikelmasse weit ueber 90 % und bezueglich der Partikelzahl werden
99,999 % erreicht. Dies wurde fuer eine Reihe verschiedener PartikelfilterSysteme
nachgewiesen.
Fuer DieselPkw
wird das Inkrafttreten der EURO 4Grenzwerte
ab 2005 nur teilweise zum
Einsatz der Partikelfiltertechnik fuehren. Laut Veroeffentlichungen der deutschen PkwHersteller
werden kleine und mittlere DieselPkw
mit Schaltgetriebe ohne Partikelfilter auskommen,
waehrend von mittleren DieselPkw
mit Automatikgetriebe an aufwaerts und bei schwereren
DieselPkw
vermutlich Partikelfilter erforderlich sind.
Die Firma Toyota erprobt seit Maerz 2002 die Kombination von NOxSpeicherkatalysator
und
Partikelfilter unter der Bezeichnung DPNR im Feldeinsatz in mehreren europaeischen Laendern
und plant die Serieneinfuehrung in der zweiten Jahreshaelfte 2003. Welche Emissionswerte mit der
endgueltigen Auslegung des DPNRSystems
fuer den europaeischen Markt erreicht werden, stand
im Juni 2003 noch nicht fest. Das UBA geht davon aus, dass das DPNRSystem
das technische
Potential bietet, die in diesem Bericht vorgeschlagenen Grenzwerte einzuhalten.
International hat der PSA Peugeot CitroënKonzern
im Jahr 2001 ca. 135.000 Fahrzeuge mit
serienmaessigem Partikelfilter (sog. FAPTechnologie)
verkauft, im Jahr 2002 waren es bereits
rund 270.000 Exemplare. 2004/2005 wird bei PSA mit rund 1 Mio. Zulassungen von Fahrzeugen
mit FAPTechnologie
gerechnet.
Im Mai 2003 wurden insgesamt 14 PkwTypen
mit Partikelfilter von franzoesischen und
italienischen Herstellern angeboten. Fuer weitere 20 PkwTypen,
auch von deutschen Herstellern,
wurde die Einfuehrung des Partikelfilters fuer den Herbst 2003 oder fuer Anfang 2004 angekuendigt.
Die FAPTechnologie
definiert damit den Stand der Technik und die Moeglichkeit, auf dieser
Basis Grenzwerte zu setzen. Bei fast allen Herstellern von DieselPkw
sind Partikelfiltersysteme
serienreif oder fast serienreif. Diese Filtersysteme unterscheiden sich weniger hinsichtlich der
problemlos erreichbaren hohen Abscheiderate, als vielmehr hinsichtlich des
Regenerationsverfahrens des Filters.
Auch fuer Nutzfahrzeuge ist die Partikelfiltertechnik verfuegbar. Bereits Anfang der 90er Jahre
wurde sieben verschiedene Systeme mit Abscheideraten bis ueber 90 % an 1.100 Stadtbussen im
Rahmen des RussfilterGrossversuchs
des BMU in Deutschland erfolgreich erprobt. In der
Schweiz sind zahlreiche Partikelfiltersysteme nach ausfuehrlichen Eignungstests seitens der
Behoerden (BUWAL, SUVA) fuer die Ausruestung von Baumaschinen anerkannt worden und
werden aufgrund eines Obligatoriums auf Baustellen eingesetzt. Heute laufen in Deutschland
nach Angaben des VdV ueber 5.000 Stadtbusse mit Partikelfiltersystemen. Weltweit laufen mehr
als 50.000 Nutzfahrzeuge mit Partikelfiltersystemen, in Kalifornien ist die Ausruestung von
900.000 Dieselfahrzeugen im Rahmen eines Programms mit Foerdermitteln in Hoehe von
100 Mio. US$ beschlossen worden.
Aus heutiger Sicht ist fraglich, ob die seitens der europaeischen Umweltminister bei der
Verabschiedung der Richtlinie 99/96/EG erklaerte Absicht, mit den EURO IVund
EURO VGrenzwerten
fuer Nutzfahrzeugmotoren die Partikelfiltertechnik durchzusetzen, erfuellt wird.
Eine Fortschreibung der Partikelgrenzwerte ueber EURO 4 fuer Pkw und EURO IV/V fuer
Nutzfahrzeugmotoren hinaus ist aus Gruenden der Abwehr von Gesundheitsgefahren notwendig
und technisch machbar.
Eine weitere Herabsetzung der massenbezogenen Partikelgrenzwerte um den Faktor 10 reicht
prinzipiell aus, um das Ziel des Gesundheitsschutzes zu erreichen, wenn dafuer effektive
Partikelfilter oder gleichwertige Techniken mit einer hohen Minderungsrate ueber den gesamten
Groessenbereich der Partikel einschliesslich der NanoPartikel
zum Einsatz kommen. Um
Zielverfehlungen in Form von technischen Entwicklungen, die hauptsaechlich auf die Minderung
der Masse hin optimiert sind, zu verhindern, ist als flankierende Massnahme zur Begrenzung der
Partikelmasse eine Begrenzung der Partikelzahl notwendig.
Mit dem Ziel, die Eignung der massenbezogenen Partikelbegrenzung fuer die Zukunft zu
ueberpruefen und eine Methode der Partikelbegrenzung mit besserem Wirkungsbezug
vorzuschlagen, wurde im Jahr 2001 auf Ebene der ECEGRPE
eine Expertengruppe „Particle
Measurement Programme (PMP)“ gegruendet. Zum Zeitpunkt dieses Berichtes (Juni 2003) war
die Phase II des Projektes weitgehend abgeschlossen, und es zeichnet sich ab, zu welchem
Ergebnis und zu welchen konkreten Vorschlaegen die Arbeitsgruppe kommen wird. Neben einer
verbesserten gravimetrischen Methode (US 2007) steht mit dem CPC (Condensation Particle
Counter) ein System zur Verfuegung, mit dem zeitaufgeloest die Partikelzahl (genauer: die
Partikelkonzentration in 1/cm3 ) im wirkungsrelevanten Groessenbereich entsprechend den
Anforderungen einer Typpruefung gemessen werden kann.
Aus den vorstehenden Ausfuehrungen sind folgende Vorschlaege fuer eine Fortschreibung der
Abgasgrenzwerte fuer Pkw als Stufe EURO 5 und fuer eine Anpassung der Stufe EURO V fuer
Nutzfahrzeugmotoren abzuleiten:
Der Partikelgrenzwert EURO 5 fuer Pkw (vorlaeufig nur massenbezogen) sollte gegenueber dem
EURO 4Grenzwert
mit 0,0025 g/km einer Emissionsminderung von 90 % entsprechen. Der
NOxGrenzwert
fuer DieselPkw
sollte mit 0,08 g/km demjenigen fuer OttoPkw
der Stufe
EURO 4 entsprechen.
Fuer Nutzfahrzeugmotoren ist als Anpassung der Stufe EURO V ab 2008 ebenfalls die weitere
Minderung der Partikelemission bis auf PartikelfilterNiveau
mit der selben Begruendung wie bei
DieselPkw
erforderlich. Da die Partikelgrenzwerte EURO IV/V von 0,02 g/kWh im ESC und
0,03 g/kWh im ETC auch ohne Partikelfilter eingehalten werden koennen, ist die mit Partikelfilter
sicher erreichbare Emissionsminderungsrate von 90 % auf diese Werte anzuwenden. Dies ergibt 0,002 g/kWh im ESC und 0,003 g/kWh im ETC. Im Hinblick auf die NOxEmissionen
sollte der
NOxGrenzwertes
der Stufe EURO V von 2,0 auf 1,0 g/kWh halbiert und eine weitere Senkung
auf 0,5 g/kWh ab 2010 erfolgen.
Zusaetzlich sollte die Gesamtzahl der emittierten Partikel im gesundheitlich relevanten
Groessenbereich sowohl fuer Pkw als auch fuer Nutzfahrzeugmotoren begrenzt werden.
Die PMPGruppe
wird RichtlinienAnnexes
zur genauen Definition des verbesserten gravimetrischen
Verfahrens und des CPCVerfahrens
bis Ende 2003 vorschlagen. Damit waere neben
der
Minderung der Masse vor
allem eine Minderung der gesundheitlich relevanten ultrafeinen
Partikel gewaehrleistet. Fuer die gravimetrische Bestimmung der Partikelemission auf niedrigem
Niveau steht das in den USA fuer den Einsatz ab 2007 definierte Messverfahren grundsaetzlich zur
Verfuegung. Untersuchungen der Automobilindustrie belegen die Verfuegbarkeit und die hohe
Genauigkeit dieses verbesserten Massemessverfahrens.
Die Mehrkosten fuer EURO 5Konzepte
bei DieselPkw
und die geeigneten Kombinationen von
Massnahmen zur Erfuellung der vorgenannten Grenzwerte sind gegenueber der EURO 4Technik
im Bereich von 200 € bis 400 € pro Fahrzeug anzusetzen. Im Fall der Nutzfahrzeugmotoren
werden die Mehrkosten fuer eine ueber die verabschiedete Stufe EURO V hinausgehende
Emissionsminderung und die dafuer notwendigen Abgasnachbehandlungssysteme, die im
wesentlichen eine weitere Optimierung der fuer EURO V erforderlichen Systeme darstellen, zu
vernachlaessigen sein. Die Gesamtkosten werden gegenueber einem EURO IIIMotor
je nach
Motorengroesse zwischen 1.500 € und 3.000 € liegen.
Fazit: Die Fortschreibung der Emissionsgrenzwerte fuer Pkw, leichte Nutzfahrzeuge und
Nutzfahrzeugmotoren wird national und international gefordert. In den USA und in J apan
wird bereits an Umsetzungskonzepten gearbeitet.
Die gesundheitlichen und oekologischen Wirkungen von Part ikeln und NOxEmissionen
machen eine deutliche Senkung der Grenzwerte erforderlich.
Technische Minderungsmassnahmen fuer ein fortschrittliches Emissionsniveau stehen schon
jetzt zur Verfuegung. Die Minderungskosten pro Fahrzeug/Motor sind im Verhaeltnis zum
bewirkten Effekt gering und verhaeltnismaessig. Messver fahren zur eindeutigen ueberpruefung der Grenzwerte stehen zur Verfuegung.
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