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Schadstoffreduktion bei bestehenden Linienbussen – Technische Möglichkeiten Dipl.-Ing. Ralph Pütz Verband Deutscher Verkehrsunternehmen VDV Tagung Saubere.

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Präsentation zum Thema: "Schadstoffreduktion bei bestehenden Linienbussen – Technische Möglichkeiten Dipl.-Ing. Ralph Pütz Verband Deutscher Verkehrsunternehmen VDV Tagung Saubere."—  Präsentation transkript:

1 Schadstoffreduktion bei bestehenden Linienbussen – Technische Möglichkeiten Dipl.-Ing. Ralph Pütz Verband Deutscher Verkehrsunternehmen VDV Tagung Saubere Busse – ein wichtiger Beitrag für bessere Luft in unseren Städten, Düsseldorf, 19. März 2009

2 Ganzheitlicher Umweltschutz als übergeordnete Zielsetzung Geräuschemissionen EU Lärmreduzierung (2002/49/EG) Lärmkataster Blauer Umweltengel: 77 dB(A) Lokale 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 Energieverbrauch Grünbücher, Weißbücher Ressourcenschonung (Effizienz) Bremsenergie-Rekuperation (FP7-Projekt Hybrid?) Regenerative Energien (z.B. HYFLEET:CUTE, 2001/77/EG) Globale Emissionen Kyoto-Protokoll EU Biokraftstoffe (2003/30/EG) CO 2 -Emissionshandel (2003/87/EG; ÖPNV ausgenommen) EU Hydrogen and FC Technology Platform

3 3 Partikelmasse-Emissionen in realen Fahrzyklen (in g/100 km/Fahrgast) 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

4 4 Problemfeld 2010: NO 2 –Reduzierung NO x -Reduzierung! Quelle: BMU/IVU, 2005 Stuttgart Berlin Düsseldf. München Ferntransport Kfz-Verkehr Industrie Gebäudeheizung Übriger Verkehr Sonstige Frankfurt/M. Beitrag des Kfz-Verkehrs dominiert!

5 5 NOx- /NO 2 -Emissionen im realen Fahrzyklus Quelle: VVT Automotive, 2004 OC: Oxikat TW: 3-Wege-Kat SM: Lambda=1 LB: Magergas LM: Mager-Mix V m = 22,5 km/h

6 6 Technische Maßnahmen (Dieseltechnik) und deren Bewertung Interne MaßnahmenNOxPMHCCOCO 2 Kosten optimiertes Brennverfahren Abgasrückführung Ladungskühlung ( Frischluft, AGR ) Verbesserung Einspritzsystem ( ) Wassereinbringung ( ) Ladungswechsel Externe Maßnahmen Dieselpartikelfilter (DPF) NOx-Speicherkatalysator SCR-System (flüssig, fest) Globale Maßnahmen Motorsteuerung

7 Folie 7 Option 1: NOx-Reduzierung durch Abgasrückführung (AGR) Long-Route AGR nach Partikelfilter (DPF) Saugrohr Auspuff AGR Short-Route AGR vor Abgasturbine und Partikelfilter (DPF) AGR AGR-Wirkmechanismus: Reduzierung des Reaktionspartners O 2 Temperaturabsenkung

8 Folie 8 1.Ammoniak (NH 3 ) Bildung durch Hydrolyse der Reagens (Harnstoff) bei Temp. > 200°C (NH 2 ) 2 CO + H 2 O => 2 NH 3 + CO 2 EIN Reagenszugabe (32,5%ige wässrige Harnstofflösung = AdBlue) AUS SCR-KATALYSATOR NOX- Reduktion durch selektive katalytische Reduktion 4 NH NO + O 2 => 4 N H 2 O 2 NH 3 + NO + NO 2 =>2 N H 2 O 8 NH NO 2 =>7 N H 2 0 NH 3 Oxi-Kat 3 3.Oxidation NH 3 -Schlupf 4 NH O 2 => 2 N 2 + 6H 2O Option 2: NOx-Reduzierung durch SCR mit AdBlue (Selektive Catalytic Reduction) Quelle: TÜV Nord, 2005

9 9 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

10 Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeit der Zyklusgeschwindigkeit (Solobus; Hersteller 1) 10 Quellen: VTT, 2007 und TNO, 2008 Zuladung: kg (20 Fahrgäste a 75 kg) Stickoxid (NOx) in g/km Zyklusgeschwindigkeit in km/h 7,3 l / 199 kW 7,2 l / 213 kW

11 Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeit der Zyklusgeschwindigkeit (Solobus; Hersteller 2) 11 Quellen: VTT, 2007 und TNO, 2008 Zuladung: kg (20 Fahrgäste a 75 kg) Stickoxid (NOx) in g/km Zyklusgeschwindigkeit in km/h 9,0 l / 169 kW 8,9 l / 169 kW

12 Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeit der Zyklusgeschwindigkeit (EURO-IV-Solobusse) 12 Quellen: VTT, 2007 und TNO, 2008 Zuladung: kg (20 Fahrgäste a 75 kg) Stickoxid (NOx) in g/km Zyklusgeschwindigkeit in km/h 8,9 l / 169 kW 7,2 l / 213 kW 12,0 l / 220 kW

13 Reale Partikelmasse-Emissionen (PM) in t/a im Stadtlinienverkehr (100 Solobusse) 13 Annahmen: Stadtverkehr; 19 km/h km/Bus/a 5 % >1 % 100 % Quelle: Pütz, R., 2009

14 Reale Stickoxid-Emissionen (NOx) in t/a im Stadtlinienverkehr (100 Solobusse) % 76 % 75 % Quelle: Pütz, R., 2009 Annahmen: Stadtverkehr; 19 km/h km/Bus/a

15 Option 3: Externe, vorgemischte Wassereinbringung (Emulsionskraftstoff) 15

16 Stickoxid-Konzentration in Abhängigkeit der Motorlast für verschiedene Wasseranteile 16 Externe, vorgemischte Wassereinbringung

17 Dieselruß-Konzentration in Abhängigkeit der Motorlast für verschiedene Wasseranteile 17 Externe, vorgemischte Wassereinbringung

18 Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit der Motorlast für verschiedene Wasseranteile 18 Externe, vorgemischte Wassereinbringung

19 Option 4: Mikro-Emulsionskraftstoff (Messung bei 2100/min) 19

20 Option 5: Betriebspunktoptimierte interne Wassereinbringung (Zukunft) 20

21 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

22 22 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen? Tagung Saubere Busse – ein wichtiger Beitrag für bessere Luft in unseren Städten, Düsseldorf, 19. März 2009


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