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

Klaus-Peter.Schindler@Volkswagen.de