Schadstoffreduktion bei bestehenden Linienbussen – Technische Möglichkeiten Dipl.-Ing. Ralph...

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Schadstoffreduktion bei bestehenden Linienbussen – Technische Möglichkeiten

Dipl.-Ing. Ralph PützVerband Deutscher Verkehrsunternehmen VDV

Tagung „Saubere Busse – ein wichtiger Beitrag für bessere Luft in unseren Städten“, Düsseldorf, 19. März 2009

„Ganzheitlicher“ Umweltschutz als

übergeordnete Zielsetzung

GeräuschemissionenGeräuschemissionen EU Lärmreduzierung (2002/49/EG) Lärmkataster „Blauer Umweltengel“: 77 dB(A)

Lokale EmissionenLokale Emissionen EU-Abgasemissionen für schwere Nfz

(88/77/EG i.d.F. 2005/55/EG) EU-Luftqualitätsrichtlinien (Immissionen)

(96/62/EG, 1999/30/EWG, 2000/69/EG) Kennzeichnungs-VO/ „Umweltzonen“

EnergieverbrauchEnergieverbrauch „Grünbücher“, “Weißbücher“ Ressourcenschonung (Effizienz) Bremsenergie-Rekuperation

(FP7-Projekt „Hybrid“?) Regenerative Energien

(z.B. HYFLEET:CUTE, 2001/77/EG)

Globale EmissionenGlobale Emissionen „Kyoto-Protokoll“ EU Biokraftstoffe (2003/30/EG) CO2-Emissionshandel (2003/87/EG;

ÖPNV ausgenommen) EU Hydrogen and FC Technology

Platform

Partikelmasse-Emissionen in realen Fahrzyklen(in g/100 km/Fahrgast)

EURO-V-Pkw (Grenzwert; "Drittel-Mix")

EURO-II-Diesel-Bus ohne DPF (Stadtverkehr)

Diesel-Bus mit DPF (Stadtverkehr)

Quellen: TU Graz, 2004 und Pütz, R.

Mittlerer Besetzungsgrad: 20,8% über 24 h

Mittlere Besetzung: 1,2 Fahrgäste/Fahrt

Mittlerer Besetzungsgrad:20,8% über 24 h

„Problemfeld 2010“: NO2–Reduzierung NOx-Reduzierung!

Quelle: BMU/IVU, 2005

Stuttgart

Berlin

Düsseldf.

München

Ferntransport

Kfz-Verkehr

Industrie

Gebäudeheizung

Übriger Verkehr

Sonstige

Frankfurt/M.

Beitrag des Kfz-Verkehrs dominiert!

NOx- /NO2-Emissionen im realen Fahrzyklus

Quelle: VVT Automotive, 2004

OC: Oxikat

TW: 3-Wege-Kat

SM: Lambda=1

LB: Magergas

LM: Mager-Mix

Vm = 22,5 km/h

Technische Maßnahmen (Dieseltechnik) und deren Bewertung

Interne Maßnahmen NOx PM HC CO CO2 Kosten optimiertes Brennverfahren Abgasrückführung Ladungskühlung (Frischluft, AGR) Verbesserung Einspritzsystem

Wassereinbringung () Ladungswechsel

Externe Maßnahmen Dieselpartikelfilter (DPF) NOx-Speicherkatalysator SCR-System (flüssig, fest)

Globale Maßnahmen Motorsteuerung

Folie 7

Option 1:NOx-Reduzierung durch Abgasrückführung (AGR)

„Long-Route AGR“ nach Partikelfilter (DPF)

Saugrohr Auspuff

„Short-Route AGR“ vor Abgasturbine und Partikelfilter (DPF)

AGR-Wirkmechanismus: Reduzierung des „Reaktionspartners O2“

Temperaturabsenkung

Folie 8

1. Ammoniak (NH3) Bildung durch Hydrolyse der Reagens (Harnstoff) bei Temp. > 200°C

(NH2)2CO + H2O => 2 NH3 + CO2

Reagenszugabe (32,5%ige wässrige Harnstofflösung = AdBlue)

SCR-KATALYSATOR1 2

2. NOX- Reduktion durch selektive katalytische Reduktion

4 NH3 + 4 NO + O2 => 4 N2 + 6 H2O

2 NH3 + NO + NO2 => 2 N2 + 3 H2O

8 NH3 + 6 NO2 => 7 N2 + 12 H20

NH3 Oxi-Kat

3. Oxidation NH3-Schlupf

4 NH3 + 3 O2 => 2 N2 + 6H2O

Option 2: NOx-Reduzierung durch SCR mit AdBlue (Selektive Catalytic Reduction)

Quelle: TÜV Nord, 2005

Beispiele für unterschiedliche ÖPNV-Fahrzyklen und damit unterschiedliches NOx-Reduktionspotenzial

Überlandverkehr

Zyklenlänge: 10,3 km

v-mittel: 41,2 km/h

Leichter Stadtverkehr

Zyklenlänge: 10,8 km

v-mittel: 22,5 km/h

Fahrtzeit in Sekunden

Geschwindigkeit in km/h

Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeit der Zyklusgeschwindigkeit (Solobus; Hersteller 1)

EURO III

EURO IV (SCR)

Quellen: VTT, 2007 und TNO, 2008

Zuladung: 1.500 kg

(20 Fahrgäste a 75 kg)

ckoxid

Zyklusgeschwindigkeit in

7,3 l / 199 kW

7,2 l / 213 kW

Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeit der Zyklusgeschwindigkeit (Solobus; Hersteller 2)

EURO III

EURO IV (AGR)

Zuladung: 1.500 kg

ckoxid

9,0 l / 169 kW

8,9 l / 169 kW

Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeitder Zyklusgeschwindigkeit (EURO-IV-Solobusse)

EURO IV (Hersteller 1, SCR)

EURO IV (Hersteller 2, AGR)

EURO IV (Hersteller 3, SCR)

Zuladung: 1.500 kg

ckoxid

8,9 l / 169 kW

7,2 l / 213 kW

12,0 l / 220 kW

Reale Partikelmasse-Emissionen (PM) in t/aim Stadtlinienverkehr (100 Solobusse)

Annahmen:Stadtverkehr; 19 km/h60.000 km/Bus/a

5 % 5 %>1 %

Quelle: Pütz, R., 2009

Reale Stickoxid-Emissionen (NOx) in t/aim Stadtlinienverkehr (100 Solobusse)

100 % 100%

76 % 75 %

Quelle: Pütz, R., 2009

Annahmen:Stadtverkehr; 19 km/h60.000 km/Bus/a

Option 3: Externe, vorgemischte Wassereinbringung (Emulsionskraftstoff)

Stickoxid-Konzentration in Abhängigkeit der Motorlast für verschiedene Wasseranteile

Externe, vorgemischte Wassereinbringung

Dieselruß-Konzentration in Abhängigkeit der Motorlast für verschiedene Wasseranteile

Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit der Motorlast für verschiedene Wasseranteile

Option 4:Mikro-Emulsionskraftstoff (Messung bei 2100/min)

Option 5: Betriebspunktoptimierte interne Wassereinbringung (Zukunft)

Fazit:

Die Anwendung von AGR (Option 1) und SCR (Option 2) hat bei EURO-IV-Neufahrzeugen nicht für alle ÖPNV-Anwendungsfälle (d.h. mittlere Zyklusgeschwindigkeiten) zu realen NOx-Reduzierungen gegenüber EURO-III-Fahrzeugen geführt. D.h. die Emissionsergebnisse aus der Motortypprüfung (ESC, ETC) sagen nichts über das reale Emissionsverhalten im ÖPNV-Betrieb aus!

Schlussfolgerung für die Nachrüstung: Aus der Motortypprüfung für AGR und SCR erwartete Stickoxidreduzierungen müssen für reale ÖPNV-Fahrzyklen belastbar nachgewiesen werden – auch unter Berücksichtigung der Alterung.

Mikro-Emulsionskraftstoffe (Option 4) und betriebspunktangepasste interne Wassereinbringung (Option 5) stehen serienmäßig noch nicht zur Verfügung.

Die evtl. Forderung einer NOx-Nachrüstung muss die serienmäßige Verfügbarkeit von dauerhaft effizienten und betriebstauglichen Nachrüstlösungen berücksichtigen. 21

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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