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

„Ganzheitlicher“ Umweltschutz als übergeordnete Zielsetzung Globale Emissionen „Kyoto-Protokoll“ EU Biokraftstoffe (2003/30/EG) CO2-Emissionshandel (2003/87/EG; ÖPNV ausgenommen) EU Hydrogen and FC Technology Platform 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) Geräuschemissionen EU Lärmreduzierung (2002/49/EG) Lärmkataster „Blauer Umweltengel“: 77 dB(A)

Partikelmasse-Emissionen in realen Fahrzyklen (in g/100 km/Fahrgast) Mittlere Besetzung: 1,2 Fahrgäste/Fahrt Mittlerer Besetzungsgrad: 20,8% über 24 h Mittlerer Besetzungsgrad: 20,8% über 24 h Quellen: TU Graz, 2004 und Pütz, R.

„Problemfeld 2010“: NO2–Reduzierung  NOx-Reduzierung! Berlin Ferntransport Kfz-Verkehr Industrie Gebäudeheizung Übriger Verkehr Sonstige Düsseldf. Frankfurt/M. Beitrag des Kfz-Verkehrs dominiert! Stuttgart München Quelle: BMU/IVU, 2005

NOx- /NO2-Emissionen im realen Fahrzyklus Vm = 22,5 km/h OC: Oxikat TW: 3-Wege-Kat SM: Lambda=1 LB: Magergas LM: Mager-Mix Quelle: VVT Automotive, 2004

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

Option 1: NOx-Reduzierung durch Abgasrückführung (AGR) „Long-Route AGR“ nach Partikelfilter (DPF) „Short-Route AGR“ vor Abgasturbine und Partikelfilter (DPF) AGR AGR-Wirkmechanismus: Reduzierung des „Reaktionspartners O2“ Temperaturabsenkung Saugrohr Auspuff

Option 2: NOx-Reduzierung durch SCR mit AdBlue (Selektive Catalytic Reduction) EIN Reagenszugabe (32,5%ige wässrige Harnstofflösung = AdBlue) AUS SCR-KATALYSATOR 1 2 NH3 Oxi-Kat 3 Ammoniak (NH3) Bildung durch Hydrolyse der Reagens (Harnstoff) bei Temp. > 200°C (NH2)2CO + H2O => 2 NH3 + CO2 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 Oxidation NH3-Schlupf 4 NH3 + 3 O2 => 2 N2 + 6H2O 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) Zuladung: 1.500 kg (20 Fahrgäste a 75 kg) 7,3 l / 199 kW Stickoxid (NOx) in g/km 7,2 l / 213 kW Zyklusgeschwindigkeit in km/h Quellen: VTT, 2007 und TNO, 2008

Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeit der Zyklusgeschwindigkeit (Solobus; Hersteller 2) Zuladung: 1.500 kg (20 Fahrgäste a 75 kg) 9,0 l / 169 kW Stickoxid (NOx) in g/km 8,9 l / 169 kW Zyklusgeschwindigkeit in km/h Quellen: VTT, 2007 und TNO, 2008

Reale Stickoxid (NOx)-Emissionen in Abhängigkeit der Zyklusgeschwindigkeit (EURO-IV-Solobusse) Zuladung: 1.500 kg (20 Fahrgäste a 75 kg) Stickoxid (NOx) in g/km 7,2 l / 213 kW 8,9 l / 169 kW 12,0 l / 220 kW Zyklusgeschwindigkeit in km/h Quellen: VTT, 2007 und TNO, 2008

Reale Partikelmasse-Emissionen (PM) in t/a im Stadtlinienverkehr (100 Solobusse) 100 % Annahmen: Stadtverkehr; 19 km/h 60.000 km/Bus/a 5 % 5 % >1 % Quelle: Pütz, R., 2009

Reale Stickoxid-Emissionen (NOx) in t/a im Stadtlinienverkehr (100 Solobusse) Annahmen: Stadtverkehr; 19 km/h 60.000 km/Bus/a 100 % 100% 76 % 75 % Quelle: Pütz, R., 2009

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 Externe, vorgemischte Wassereinbringung

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

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.

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