Ansätze der Automobilindustrie zur Reduktion der NO2 - Emissionen
Dr. Klaus-Peter Schindler, Volkswagen AG
Herausforderung NO2-Immissionen –Gesetzgebung, Luftbelastung, Lösungen3. und 4. März 2010, Heidelberg
InhaltDas Problem
LuftqualitätsrichtlinieLuftqualität zu NO, NO2, O3
NO2-QuellenLösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)
TechnikEuro5/6, NSK, SCR, E-Faktoren
Wirkung der Maßnahmen, AVISO-BerechnungenRoadmap VDA-BMU
Luftqualitätsgrenzwert für NO2Direktive 1999/30/EC und 2008/50/EC
hourly meanmax. 18 exceedencies of 200 µg/m³
annual meanmax. 40 µg/m³
0
50
100
150
200
250
300
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
NO2 [µg/m³]
Jahresmittelwert
max. 40 μg/m3
2015
Stundenmittelwert
max. 18 Überschreitungen von 200 μg/m3
Anteile der NO2-Belastung in Deutschland
Quelle: www.uba.deZahlenangaben für das Mittel der Jahre 2004 - 2008: gemittelt jeweils über alle Stationen der Kategorie „ländlich Hintergrund“, „städtisch Hintergrund“ und „städtisch verkehrsnah“
Definition des Problems
Eine gesundheitliche Wirkung ist bei NO2 > 40 µg/m³ möglich.Der Jahresgrenzwert (40µg/m³) wird 2010 an manchen Stellen überschritten.NO nimmt ab, aber NO2 vor allem verkehrsnah nicht im selben Maße.Dieser Trend ist europaweit zu beobachten.Gefährdet ist auch der Stunden-Grenzwert von 200 µg/m³.Begründung:- direkte NO2-Emissionen - Luftchemie (NOx- und Ozon–Trend)
Stickstoffdioxid-Emissionen in Hessen
Kfz-Verkehr
Flugverkehr(Daten Fraport AG)
Industrie
Gebäudeheizung
biogene und nicht erfasste Quellen
61%
12%
11%
14%
2%Quelle: Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie
Quellenzuordnung (2000)
Aufteilung nach Quellen des StraßenverkehrsDüsseldorf, Corneliusstraße, 2005
Pkw Otto68%
Pkw Diesel24%
lNfz Otto 0.4%lNfz Diesel 3.2%
sNfz 1.3%Bus 0.7%
2-Räder 2.2%
Fahrzeuge/Tag
2-Räder 0.1%
Pkw Otto 15%
Pkw Diesel 55%
lNfz Diesel 13%lNfz Otto 0.3%
sNfz 7.7%Bus 9.5%
NO2-Emissionen
Quelle: Berechnungen von BMW/Ford/Aviso (2007)Quelle der Verkehrsdaten: Landesumweltamt NRW
InhaltDas ProblemDas ProblemDas Problem
LuftqualitätsrichtlinieLuftqualitätsrichtlinieLuftqualitätsrichtlinieLuftqualität zu NO, NOLuftqualität zu NO, NOLuftqualität zu NO, NO222, O, O, O333
NONONO222---QuellenQuellenQuellenLösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)
TechnikEuro5/6, NSK, SCR, E-Faktoren
Abgas-Nachbehandlungsanlage mit motornahem DPF und NOx-Speicherkatalysator
Differenz-druck-sensoren
Temperatur-sensoren
λ-Sensor
Diesel Partikel Filter
Dieseloxidations-katalysator
λ-Sensor
NOx-Speicher-katalysator
Abgasklappe
H2S-Kat.
SCR-System mit Harnstoffeinspritzung
λ-Sensor
Differenz-druck-sensoren
Temperatur-sensoren
NOx-Sensor
AdBlue -Dosierventil
SCR-Kat
Dieseloxidations-katalysator
NH3-Sperrkat
Mischer
Diesel Partikel Filter
Aufbau SCR-System
AdBlue Tank
Heizung
AdBlueLeitung
Dosierventil
T-Sensor ECU NOx-Sensor
ECU controlline
SCRSCR--KatalysatorKatalysator
Systemapplikation nach Fahrzeuggewicht
NONOxx Speicherkatalysator
Speicherkatalysator
Fahrzeuggewicht
NO
x-Em
issi
onen
Grenzwert
NOx-Emissionen Ergebnisse mit SCR und NSC
0
500
1000
1500
2000
2500
0 500 1000 1500 2000Zeit [s]
0
50
100
150
200
250
Tem
pera
tur [
°C]
FTP-Zyklus
Abgastemperatur [°C]
mNOx Rohemission US07
SCR-Abgasnachbeh.
NSC-Abgasnachbeh.
im FTP-TestzyklusK
um. N
Ox
[mg]
0
500
0 200100
250
time [sec]
acc. NOx[mg]
NOx Emissionen im FTP 75 Test
Ziel:
Optimierung der NOx -Konversion bei tiefen Temperaturen
Wirkmechanismen der NO2-Bildung: Modell
MotorDOC DPF SCR
NO
NO2
NO
NO2
NO
NO2
NO
NO2
Auslegungs-beispiel:NO & NO2in Prozent
60%40% 50%50%
90%10%
f (Edelmetallbelad.) f (Pt-Pd-Verh.)f (Abgastemperatur)
f (EGR-Rate)
HCCO
Konvertierung Konvertierung
f (Katauswahl)
Konvertierung4
1
32
5
Euro5
Euro6
80%
20%
Kostenanteil für die Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren
0102030405060708090
100
Euro2 Euro3 Euro4 Euro5 Euro6 EU-Gesetzgebungsstufe
% d
er G
esam
tkos
ten
Nachbe-handlung
Motor
• Die neuen Emissionsfaktoren sollen auf Messungen und nicht auf Abschätzungen beruhen.
• Beitrag der Industrie: zeitlich aufgelöste Messungen an 31 Fahrzeugen:1 Otto, EURO 3,5 Otto, EURO 4,3 Otto, EURO 5,1 Diesel, EURO 3,10 Diesel, EURO 4,6 Diesel, EURO 5,5 Diesel, EURO 6.
Neue Emissionsfaktoren: Datensammlung (VDA und AECC)
Emissionsfaktoren für NOx und NO2 (Diesel)
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1
0 10 20 30 40 50 60Mittlere Geschwindigkeit [km/h]
Emissionen [g/km]
NOx, Euro4NOx, Euro5
NOx, Euro6
NO2, Euro4NO2, Euro5
NO2, Euro6
Diesel, berechnet aus FTP72-Zyklenstücken
InhaltDas ProblemDas ProblemDas Problem
LuftqualitätsrichtlinieLuftqualitätsrichtlinieLuftqualitätsrichtlinieLuftqualität zu NO, NOLuftqualität zu NO, NOLuftqualität zu NO, NO222, O, O, O333
NONONO222---QuellenQuellenQuellenLösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)Lösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)Lösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)
TechnikTechnikTechnikEuro5/6, NSK, SCR, EEuro5/6, NSK, SCR, EEuro5/6, NSK, SCR, E---FaktorenFaktorenFaktoren
Wirkung der Maßnahmen, AVISO-Berechnungen
VDA Technischer Kongreß, 25. März 2010Session Umweltzonen
Städtische NO2 Luftqualität: Quellenanalyseund zukünftige Entwicklung
Urban NO2 Air Quality: Analysis of sourcesand future projection
PD Dr. Rainer VogtTeamleader Environmental Science
Ford Forschungszentrum Aachen GmbHDr.–Ing. Christoph Kessler
Senior Technical Expert, AVISO GmbHDr.–Ing. Christiane Schneider
Senior Technical Expert, AVISO GmbH
Entwicklung der Beiträge zur NO2-Belastung
Anzahl der Stationen mit NO2 > 40 μg*m-3
Abschätzung
InhaltDas ProblemDas ProblemDas Problem
LuftqualitätsrichtlinieLuftqualitätsrichtlinieLuftqualitätsrichtlinieLuftqualität zu NO, NOLuftqualität zu NO, NOLuftqualität zu NO, NO222, O, O, O333
NONONO222---QuellenQuellenQuellenLösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)Lösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)Lösungsmöglichkeiten (verkehrsseitig)
TechnikTechnikTechnikEuro5/6, NSK, SCR, EEuro5/6, NSK, SCR, EEuro5/6, NSK, SCR, E---FaktorenFaktorenFaktoren
Wirkung der Maßnahmen, Wirkung der Maßnahmen, Wirkung der Maßnahmen, AVISOAVISOAVISO---BerechnungenBerechnungenBerechnungenRoadmap VDA-BMU
Konsequenz für Industrie und Politik aus der Einführung des Partikelfilters
Konsequenz für Industrie und Politik aus der Einführung des Partikelfilters
NO2: Gemeinsames Problem>>> gemeinsames Vorgehen
NO2-Roadmap: (1)Aktivitäten des VDA
Sept. 2005 Start der Gesprächsreihe mit dem BMU zu NO2Dez. 2005 VDA einigt sich auf ein einheitliches Meßverfahren für
NO2
Dez. 2005 + Juni 2006VDA-NO2-Workshops (Automobilindustrie mit Vertretern aus Wissenschaft und Umweltämtern): Diskussion 1. der Grundlagen der NO2-Luftchemie, 2. der Technik der NO2-Bildung im Fahrzeug und 3. Möglichkeiten (technische und politische) zur
Reduktion von NO2
Sept. 2006 NO2-Workshop der DG ENV (ACEA-Stellungnahme)März 2007 BMU-VDA-Beschluß zur gemeinsamen Entwicklung
einer „Road Map NO2 2015“ einschl. abgestimmterSimulationen (Eingangsgrößen und Szenarien)
NO2-Roadmap: (2) Aktivitäten des VDA
März 2007 Vorstellung erster Berechnungsergebnisse (einschl. Luftchemie) für die Corneliusstraße, Düsseldorf beim VDA Technischer Kongreß 2007
April 2008 VDA Technischer Kongreß 2008 (Session zu NO2) Nov. 2008 vom VDA initiierter EUGT-Workshop zur Diskussion
der gesundheitlichen Effekte von NO2
Feb. 2009 VDA stellt zeitlich aufgelöste Messungen aus unterschiedlichen Zyklen von Fahrzeugen verschiedenen Emissionsniveaus zur Berechnung von Emissionsfaktoren zur Verfügung
März 2009 VDA Technischer Kongreß 2009 (Session zu NO2)März 2010 Vorstellung neuer Berechnungsergebnisse (einschl.
Luftchemie) für verschiedene Szenarien and Straßen beim VDA Technischer Kongreß 2010
März 2010 VDA Techn. Kongreß 2009 (Session zu Umweltzonen)
NO2-Roadmap: Einführung neuer Technologien
Ende 2007 die Automobilindustrie hat bei den eingesetzten katalytischen Flächen Pt - soweit technisch sinnvoll -durch eine Mischung von Pt/Pd ersetzt und reduziert damit die NO2-Emission
2008 ….. Markteinführung des Clean Diesel (BMW, Daimler, VW/Audi):
BIN5-Diesel in USAEuro6-Diesel in Deutschland
Euro6-Förderung2008 VDA begründet die Notwendigkeit der schnellen
Einführung der NOx-NachbehandlungMögliche gemeinsame Öffentlichkeitsmaßnahmen
??? BMU: Positive Würdigung von Euro5/6 als Beitrag zur Verbesserung der Luftqualität
??? VDA: Kampagne der Hersteller zur Vermarktung der NO2-mindernden Technologien
??? gemeinsamer Auftritt von VDA und BMU zur Vorstellung der Roadmap
NO2-Roadmap: Diskussion mit dem BMU
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit