Einsatzmöglichkeiten von LPG in mobilen Maschinen und ... · Heidelberg, September 2015. Inhalt...

Einsatzmöglichkeiten von LPG in mobilenMaschinen und Auswirkungen auf dieLuftqualitätKurzstudie im Auftrag des Deutschen Verbandes Flüssiggas e. V. (DVFG)

Hinrich Helms, Christoph Heidt und Jan Kräck

Heidelberg, September 2015

ifeu Wilckensstraße 3 D - 69120 Heidelberg Telefon +49 (0)6 221. 47 67 - 0 Telefax +49 (0)6 221. 47 67 - 19 E-Mail [email protected] www.ifeu.de

Einsatzmöglichkeiten von LPG in mobilenMaschinen und Auswirkungen auf dieLuftqualitätKurzstudie im Auftrag des Deutschen Verbandes Flüssiggas e. V. (DVFG)

Hinrich Helms, Christoph Heidt und Jan Kräck

Heidelberg, September 2015

Inhalt

Abbildungsverzeichnis 4Tabellenverzeichnis 5

Zusammenfassung 6

1 Einleitung 8

2 Beitrag mobiler Maschinen zu Emissionen und Immissionen in Deutschland 9 2.1 Aktuelle Luftqualitätssituation in Deutschland 9 2.2 Emissionsbeitrag mobiler Maschinen 10 2.3 Immissionsbeitrag mobiler Maschinen 11 2.3.1 Beitrag zur Feinstaubbelastung 11 2.3.2 Beitrag zur NO2-Belastung 13

3 Emissionsbilanz von LPG- im Vergleich mit Benzin- und Dieselmaschinen 15 3.1 Emissionsgrenzwerte für Motoren in mobilen Maschinen 16 3.1.1 Grenzwerte für Dieselmotoren 16 3.1.2 Grenzwerte für Benzin- und Gasmotoren 18 3.2 Emissionsfaktoren von LPG-Motoren in mobilen Maschinen 20 3.2.1 Diskussion der Datenlage 20 3.2.2 Emissionsfaktoren für LPG-Geräte 21 3.3 Vergleich von LPG- zu Benzin- und Dieselgeräten 23

4 Anwendungsmöglichkeiten von LPG im Bereich mobiler Maschinen 25 4.1 Anwendungsmöglichkeiten Otto-Motoren 26 4.1.1 Industrielle Anwendungen 26 4.1.2 Bau- und Landwirtschaft 27 4.1.3 Grünpflege und Sportboote 28 4.1.4 Perspektiven für weitere Anwendungen 29 4.2 Anwendungsmöglichkeiten in Dieselmotoren 29 4.2.1 Technisches Prinzip und Emissionsverhalten 30 4.2.2 Anwendungsbeispiele 31 4.2.3 Treiber und Hemmnisse 31

5 Potenziale eines verstärkten Flüssiggaseinsatzes in Deutschland 33 5.1 Energetische Potenziale für den Einsatz von LPG in mobilen Maschinen 33 5.1.1 Potenziale für LPG in Ottomotoren 34

Inhalt

5.1.2 Potenziale für LPG in Dieselmotoren 36 5.2 Umweltentlastungspotenzial des Einsatzes von LPG in mobilen Maschinen 37

6 Erste Schlussfolgerungen 39

Quellenverzeichnis 40

4 ifeu Einsatzmöglichkeiten von LPG in mobilen Maschinen und Auswirkungen auf die Luftqualität

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Vergleich der NOX- und Partikelemissionen des Straßenverkehrs und mobiler Maschinen (Deutschland 2010) 11Abbildung 2: Anteil des Kfz-Verkehrs, mobiler Maschinen und sonstiger Quellen an der PM10-Belastung (JMW) im städtischen Hintergrund 12Abbildung 3: Anteil des Kfz-Verkehrs, mobiler Maschinen und sonstiger Quellen an der NO2-Belastung (JMW) im städtischen Hintergrund 14Abbildung 4: PM-Emissionsgrenzwerte für mobile Maschinen mit Selbstzündungs(CI)-motoren nach EU-Richtlinie 97/68/EG 17Abbildung 5: NOX-Emissionsgrenzwerte für mobile Maschinen mit Selbstzündungs(CI)-motoren nach EU-Richtlinie 97/68/EG 18Abbildung 6: Übersicht der in verschiedenen Modellen verwendeten Emissionsfaktoren für LPG-Geräte >19 kW. 22Abbildung 7: Vergleich der NOX- und PM- Emissionen von Dieselmaschinen mit LPG-Maschinen nach Leistungsklassen 24Abbildung 8: Vergleich der HC- und NOX- Emissionen von Benzin- und Dieselmaschinen mit LPG-Maschinen nach Leistungsklassen 24Abbildung 9: Einsatzpfade für LPG im Bereich mobiler Maschinen 25Abbildung 10: Anteil der Kraftstoffarten am Verbrauch mobiler Maschinen in Deutschland heute 33Abbildung 11: Theoretische Kraftstoffpotenziale für ausgewählte LPG-Anwendungen in Diesel (CI)-Motoren in Deutschland 37Abbildung 12: Vergleich der zukünftigen Emissionsminderung bei PM durch den Einsatz von LPG-Maschinen mit neuen Dieselgeräten 38Abbildung 13: Vergleich der zukünftigen Emissionsminderung bei NOX durch den Einsatz von LPG-Maschinen mit neuen Dieselgeräten 38

5Einsatzmöglichkeiten von LPG in mobilen Maschinen und Auswirkungen auf die Luftqualität ifeu

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Überschreitungen der Luftqualitätsgrenzwerte für Stickstoffdioxid und Feinstaub in Deutschland 10Tabelle 2: US-Emissionsgrenzwerte für LPG-Maschinen >19 kW („large SI engines“, „General Duty-Cycle“) 19Tabelle 3: Chancen und Herausforderungen von LPG-Geräten mit Ottoantrieb 29Tabelle 4: Chancen und Herausforderungen des Diesel-LPG-Mischbetriebs 32Tabelle 5: Theoretische Kraftstoffpotenziale für LPG-Anwendungen in Otto (SI)- Motoren in Deutschland 35


Zusammenfassung

Mobile Maschinen tragen in Deutschland überproportional zu den Schadstoffemissionen bei. Obwohl ihr Kraftstoffverbrauch nur ca. 10 % des im Straßenverkehr verbrauchten Kraftstoffs beträgt, liegen die Partikelemissionen etwa in gleicher Höhe und die NOX- Emis-sionen betragen immerhin 25 % der Emissionen des Straßenverkehrs. Verursacht werden die Emissionen vor allem von Dieselmotoren, welche derzeit den Großteil der mobilen Ma-schinen antreiben. Diese Studie analysiert daher, wieweit der Einsatz von LPG in mobilen Maschinen zu einer Emissionsreduktion beitragen kann. Betrachtet wurden

die Anwendungsmöglichkeiten für LPG im Bereich mobiler Maschinen,

die Schadstoffemissionen von mit LPG betriebenen Maschinen im Vergleich mit Otto- und Dieselmaschinen und

die Potenziale zur Emissionsminderung für einen verbreiteten Einsatz von LPG im Bereich mobiler Maschinen.

Heute haben Dieselgeräte mit über 90 % den größten Anteil am Kraftstoffverbrauch im Be-reich mobiler Maschinen, daneben gibt es vor allem im Garten- und Freizeitbereich sowie in kleineren Baugeräten auch viele Geräte mit Otto-Motor. Die größte Verwendung von LPG in mobilen Maschinen findet derzeit in Gabelstaplern statt, für welche eine große Auswahl an Herstellern und Modellen besteht. Technisch gesehen kann LPG auch in den meisten an-deren Geräten mit Otto-Motor bei nur geringem Umrüstungsaufwand eingesetzt werden. So wird LPG im Bereich mobiler Maschinen international auch in Stromerzeugungsaggre-gaten, Ladegeräten (z.B. Flughafengepäckfahrzeuge), Kehrmaschinen, Kompressoren und Pumpen, Sportbooten sowie zur Grünpflege und vereinzelt auch in Traktoren eingesetzt.

Die Studie konnte dabei die folgenden Vorteile des Einsatzes von LPG aufzeigen:

LPG-Geräte weisen gegenüber Benzingeräten deutlich geringere HC- und CO- Emissionen auf und sind damit für den Einsatz in Innenbereichen und Gräben besonders geeignet, da hier Verordnungen und Technische Regeln des Arbeitsschutzes (insbesondere TRGS 900 und TRGS 554) die Nutzung von Benzin- und Dieselmotoren schwierig machen.

LPG-Geräte können gegenüber kleineren Dieselgeräten (vor allem <37 kW) Vorteile hinsichtlich der NOX- und PM-Emissionen und bei Dieselmaschinen mit 37-55 kW immer noch hinsichtlich der NOX-Emissionen haben.

Zukünftig – bei Verschärfung der Abgasgrenzwerte mit der geplanten Stufe V – könnten diese Emissionsvorteile zwar entfallen, wofür bei Dieselmaschinen jedoch wahrscheinlich der Einsatz eines Partikelfilter erforderlich sein wird. Hierdurch kann ein deutlicher Kostenvorteil für LPG-Maschinen entstehen.

Über die etablierten Otto-Anwendungen hinaus kann LPG auch in heute von Diesel- maschinen dominierten Einsatzgebieten genutzt werden. Hierfür bestehen verschiedene Möglichkeiten:


a.) Nutzung von Otto-Motoren anstelle von Dieselmotoren, wie z.B. bereits im Bereich der LPG-Gabelstapler praktiziert. LPG kann dann als Reinkraftstoff eingesetzt werden und die oben beschriebenen Emissionsvorteile gegenüber Diesel aufweisen.

b.) Einsatz von LPG als Beimischung in Dieselmotoren. Die Energieeffizienz und Performance von Dieselmotoren kann damit erhalten oder sogar gesteigert werden. Auch kann die Beimischung – zumindest im Volllastbetrieb – zu einer Reduktion der NOX-, HC- und PM-Emissionen führen.

Herausforderungen für den weiteren Einsatz von LPG in mobilen Maschinen bleiben zu-sätzliche Anschaffungs- bzw. Umrüstkosten, der Informations- und Erfahrungsrückstand vieler Nutzer und das geringere Modellangebot gegenüber Geräten mit konventionellen Antrieben. Im Bereich der Land- und Bauwirtschaft werden zudem heute fast ausschließlich Maschinen mit Dieselmotoren angeboten. Hier ist zwar eine Beimischung von LPG möglich und kann mit Umwelt- und Kostenvorteilen verbunden sein, dem stehen heute jedoch noch verschiedene rechtliche und technische Hemmnisse entgegen. Mögliche nächste Schritte, um das Potenzial für den Einsatz von LPG in den Dieselmotoren mobiler Maschinen zu erschließen, wären detaillierte Analysen zur technischen und rechtlichen Machbarkeit, der ökonomischen Rentabilität sowie Fragen der Infrastruktur und Nutzerakzeptanz.

Insgesamt konnten jedoch relevante Potenziale des Einsatzes von LPG und damit auch ei-ner zusätzlichen Emissionsreduktion identifiziert werden. Zwar sinken die jährlichen PM-Emissionen mobiler Maschinen in Deutschland allein durch den sukzessiven Austausch des Bestandes mit Dieselmaschinen der heute aktuellsten Abgasstufe von etwa 10 Kilo-tonnen (Stand 2010) auf zukünftig etwa 2,3 Kilotonnen. Der konsequente Einsatz von LPG-Maschinen in Bereichen, in denen heute bereits LPG-Anwendungen verfügbar sind, z.B. Stapler, Ladegeräte, Generatoren, würde jedoch zu einer zusätzlichen Reduktion der jährlichen PM-Emissionen um 0,7 Kilotonnen auf 1,6 Kilotonnen führen. Ein ähnliches Re-duktionspotenzial besteht auch bei den NOX-Emissionen: Mit neuen Dieselmaschinen nach heutiger Gesetzgebung können die jährlichen NOX-Emissionen der mobilen Maschinen in Deutschland von heute 99 auf 30 Kilotonnen sinken, mit LPG-Maschinen dagegen auf ca. 24 Kilotonnen. LPG-Antriebe könnten damit ergänzend zu einer weiteren Verschärfung der Emissionsgrenzwerte bei Dieselmaschinen einen Beitrag zur Schadstoffreduktion leisten und gleichzeitig Kosten für aufwändige Abgasnachbehandlungssysteme, wie z.B. Partikelfil-ter, sparen.


1 Einleitung

Mobile Maschinen und Geräte haben nach Untersuchungen des IFEU einen relevanten Anteil an den NOX- und Abgaspartikelemissionen in Deutschland. Die hohen Emissionen sind insbesondere darauf zurückzuführen, dass die Abgasgrenzwerte mobiler Maschinen bisher weniger streng sind als im Straßenverkehr und noch viele ältere Dieselmaschinen eingesetzt werden. Zugleich besteht großer Handlungsbedarf auf kommunaler Ebene zur Minderung gerade dieser Emissionen, da die EU-Luftqualitätsgrenzwerte für PM10 und NO2 an hoch belasteten Stellen in Deutschland überschritten werden. Nach aktuellen IFEU-Un-tersuchungen können mobile Maschinen hier vor allem lokal zu Grenzwertüberschreitung beitragen [IFEU, 2014].

Derzeit wird zur Reduktion der Emissionen mobiler Maschinen u.a. die Einführung strenge-rer Abgasgrenzwerte von Neugeräten von der Europäischen Kommission in die Wege ge-leitet. Für eine kurzfristige Verbesserung der Luftqualität werden seit einiger Zeit - sowohl auf städtischer als auch auf Landes- und Bundesebene - auch die Nachrüstung der Be-standsmaschinen mit Abgasreinigungstechnik (z.B. Dieselpartikelfilter (DPF) und selektive katalytische Reduktion (engl. Selective Catalytic Reduction (SCR)) und die bevorzugte Ver-wendung von Neumaschinen diskutiert.

Zudem besteht jedoch auch die Möglichkeit des Einsatzes alternativer Antriebstechnolo-gien, wie z.B. Flüssiggas (engl. Liquefied Petroleum Gas (LPG)). Im Automobilbereich stellt LPG derzeit die verbreitetste alternative Antriebsart (z.B. vor Erdgas- und Elektrofahrzeu-gen) in Deutschland dar. Bis 2018 gilt für LPG als Kraftstoff eine reduzierte Energiesteu-er. Die Bundesregierung hat sich bisher mehrfach für eine Verlängerung der steuerlichen Besserstellung im Zusammenhang mit einer Reduktion der Treibhausgase ausgesprochen (siehe z.B. Koalitionsvertrag der Bundesregierung von 2013 [Bundesregierung, 2013] sowie Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 [BMUB, 2014]).

Eine umfassende Untersuchung zu den Möglichkeiten und Umweltwirkungen des Einsatzes von Flüssiggas im Bereich mobiler Maschinen liegt jedoch bisher für Deutschland nicht vor. Hier stellen sich folgende Fragen, die im Rahmen dieser Kurzstudie diskutiert werden:

Welchen Einfluss haben mobile Maschinen auf die Emissionen und Luftqualität?

Wie sieht die Emissions- und Energiebilanz von mit LPG betriebenen Maschinen im Vergleich mit Otto- und Dieselmaschinen aus?

Welche Anwendungsmöglichkeiten gibt es für LPG im Bereich mobiler Maschinen?

Welche Potenziale zur Emissionsminderung für einen verbreiteten Einsatz von LPG im Bereich mobiler Maschinen sind zu erwarten?


Mobile Maschinen und Geräte haben nach bisherigen Untersuchungen des IFEU ([IFEU, 2014]) einen hohen Anteil an den NOX- und Dieselpartikelemissionen in Deutschland. Die hohen Emissionen sind darauf zurückzuführen, dass die bisherigen Abgasgrenzwerte weni-ger streng sind als im Straßenverkehr und teilweise auch noch viele ältere Dieselmaschi-nen eingesetzt werden. Gleichzeitig gibt es für diese Maschinen bisher keine Einsatzbe-schränkungen in Umweltzonen, obwohl die Luftqualitätsgrenzwerte für PM10 und NO2 an vielen hoch belasteten Gebieten in Deutschland überschritten werden.

2.1 Aktuelle Luftqualitätssituation in Deutschland In den letzten Jahren kam es nach Daten des Umweltbundesamtes [UBA, n.d.] hinsicht-lich der zulässigen PM10- und NO2-Konzentration in Deutschland an vielen Messstationen zu Überschreitungen des Grenzwertes nach Richtlinie 2008/50/EG. Zu unterscheiden sind dabei die zulässigen Jahresmittelwerte von jeweils 40 μg/m3 bei NO2 und PM10 von den zulässigen Stunden- bzw. Tagesmittelwerten. So darf der zulässige NO2-Stundenmittelwert von 200 μg/m3 nur an 18 Tagen je Jahr und der zulässige PM10-Tagesmittelwert von 50 μg/m3 nur an 35 Tagen je Jahr überschritten werden.

Während es bei NO2 an etwa einem Drittel der Messstellen zu Überschreitungen des Jah-resmittelwertes kommt, werden bei der Feinstaubbelastung die Jahresmittelwerte weit-gehend eingehalten (Tabelle 1). Jedoch wurde die zulässige Anzahl an Überschreitungen des PM10-Tagesgrenzwertes noch 2011 bei bis zu 20 % der Messstellen verletzt. Die Daten des Umweltbundesamtes zeigen auch, dass die Überschreitungshäufigkeiten bei dem zu-lässigen NO2-Jahresmittelwert in den letzten Jahren nahezu unverändert hoch waren. Die gemessenen Feinstaub-Werte (PM10) unterliegen dagegen größeren Schwankungen, die vor allem meteorologisch bedingt sind.

In über 95 % aller Fälle treten die Überschreitungen in städtischen Gebieten auf, oft in der Nähe von stark befahrenen Straßen. Der Straßenverkehr wird daher in vielen Luftreinhal-teplänen als Hauptquelle für die städtische Schadstoffbelastung gesehen1. Eine konse-quente Luftreinhaltungsstrategie erfordert jedoch, dass auch andere Quellen, darunter mobile Maschinen, hinsichtlich ihres Minderungspotenzials untersucht und gegebenenfalls in die Maßnahmenplanung einbezogen werden.

1Eine Auswertung von Luftreinhalte- und Aktionsplänen aus ganz Deutschland (insgesamt 132 Dokumente) ergab, dass sich ca. 80 % aller Maßnahmen auf den Kfz-Verkehr bezogen [IVU Umwelt GmbH, 2009]

2 Beitrag mobiler Maschinen zu Emissio- nen und Immissionen in Deutschland


2.2 Emissionsbeitrag mobiler Maschinen

Mobile Maschinen und Geräte werden in verschiedenen Sektoren, darunter in der Land- und Bau- und Forstwirtschaft, in der Industrie sowie in Haushalten und bei Freizeitakti-vitäten eingesetzt. Viele dieser Geräte besitzen Verbrennungsmotoren und stoßen damit Schadstoffemissionen aus. Zwar werden diese über die EU-Richtlinie 97/68/EG begrenzt, die Emissionsgrenzwerte wurden aber wesentlich später als beispielsweise im Straßenver-kehr eingeführt. Mit dem Emissionsmodell TREMOD-MM werden die Bestände, die Be-triebszeiten und spezifischen Emissionsfaktoren von mobilen Maschinen in Deutschland erfasst, um somit ein bundesweites Emissionsinventar zu erstellen [IFEU, 2014].

Aktuelle Berechnungen zeigen, dass mobile Maschinen deutschlandweit insgesamt etwa ein Viertel der NOX-Emissionen des Straßenverkehrs verursachen, bei den Partikelemissio-nen (PM) liegt der Beitrag der mobilen Maschinen beinahe genauso hoch wie der des Stra-ßenverkehrs (siehe Abbildung 1). 2010 entsprach dies deutschlandweit einer Menge von 123,6 Kilotonnen NOX und 13,5 Kilotonnen abgasbedingtem Feinstaub (sowohl PM10 als auch PM2,5).

Schad Grenzwertart Grenzwert Stationen mit 2010 2011 2012 2013 2014-stoff Überschreitungen

NO2 Jahresmittelwert 40 μg/m3 Anzahl 165 173 171 161 132

Anteil gesamt 34% 35% 34% 32% 26%

Stundenmittelwert 200 μg/m3* Anzahl 7 7 5 4 3

Anteil gesamt 2% 2% 1% 1% 1%

PM10 Jahresmittelwert 40 μg/m3 Anzahl 2 1 0 0 0

Anteil gesamt 0,5% 0,2% - - -

Tagesmittelwert 50 μg/m3** Anzahl 63 80 11 11 10

Anteil gesamt 15% 20% 3% 3% 3%

Erläuterung: *an max. 16 Tagen pro Jahr; ** an max. 35 Tagen pro Jahr. Quelle: eigene Auswertung nach [UBA, n.d.]

Tabelle 1: Überschreitungen der Luftqualitätsgrenzwerte für Stickstoffdioxid und Feinstaub in Deutschland


Demgegenüber liegt der Energieverbrauch mobiler Maschinen mit 193 Petajoule (PJ) bei weniger als 10 % des Straßenverkehrs. Dieser überproportional hohe Emissionsbeitrag wird vorwiegend von Dieselmaschinen in der Landwirtschaft und Bauwirtschaft verursacht. Letztere werden, wie Straßenfahrzeuge, oft auch in städtischen Gebieten eingesetzt und haben damit direkten Einfluss auf die lokale Luftqualität.

2.3 Immissionsbeitrag mobiler Maschinen

2.3.1 Beitrag zur Feinstaubbelastung

Die Herkunft von Feinstaubpartikeln lässt sich nur mit aufwendigen Methoden quantifizie-ren. Verschiedenste natürliche und anthropogene Quellen führen zur Partikelbildung, da-runter mechanische Abriebe, Aerosole und Verbrennungsprozesse. Auch bei den abgasbe-dingten Partikelemissionen muss zwischen direkten Partikeln (z.B. Ruß) und sekundären Partikel unterschieden werden. Letztere können sich aus gasförmigen Stoffen wie Schwe-feldioxid, Stickoxiden und Ammoniak bilden und vor allem zum Ferntransport von Parti-keln beitragen.

Aus einer Vielzahl räumlicher Quellanalysen zeigt sich, dass im Durchschnitt 55 % der loka-len PM10-Belastungen aus dem regionalen Hintergrund stammen, also durch außerstädti-sche Quellen oder Ferntransport zustande kommen und damit durch die kommunale Luft-reinhaltung nicht beeinflusst werden. Im Durchschnitt stammen nur 20 % des Feinstaubs aus dem städtischen Hintergrund und 26 % aus lokalen Quellen [IVU Umwelt GmbH, 2009].

Quellen: Berechnungen mit dem Modell TREMOD- und TREMOD-MM [IFEU, 2014]

Abbildung 1: Vergleich der NOX- und Partikelemissionen des Straßenverkehrs und mobiler Maschinen (Deutschland 2010)

NOX-Emissionen Partikel-Emissionen

Straßen-verkehr

80%

MobileMaschinen

20% Land-wirtschaft

10%

Bau-wirtschaft

6%

Sonstige 4%

Land-wirtschaft

34% Bau-wirtschaft

10%

Sonstige 4%

Straßen-verkehr

52%

MobileMaschinen

48%


In der Fachliteratur wird der Beitrag mobiler Maschinen zur PM10-Belastung meist nur hin-sichtlich der städtischen Hintergrundbelastung abgeschätzt. Luftreinhalteplänen der Städ-te Berlin, Hamburg, Köln und Stuttgart zufolge tragen die Abgasemissionen mobiler Ma-schinen im Stadtgebiet daher nur zu etwa 0,2 % bis etwa 2 % zur PM10- Konzentration bei (Abbildung 2). Ein Großteil des städtisch verursachten Anteils entfällt auf sonstige Quellen (z.B. Industrie und Kleinfeuerung) und den Straßenverkehr. Gerade bei letzterem machen jedoch auch Reifen-, Bremsabrieb und Aufwirbelungsemissionen einen hohen Beitrag aus. In Stuttgart machen Kfz-Abgasemissionen z.B. nur ca. 4 % von insgesamt 17 % aus.

Die städtische Hintergrundbelastung durch mobile Maschinen kann durch motorische Minderungsmaßnahmen also nur begrenzt beeinflusst werden. Auch beim Straßenverkehr ist die mögliche Minderungswirkung motorischer Maßnahmen begrenzt. Grenzwertüber-schreitungen sind häufig lokale Phänomene und werden stark von den lokalen Quellen beeinflusst. Hier spielt der Straßenverkehr eine besondere Rolle, zusätzlich wurde der mögliche Beitrag von Baustellen zur lokalen Feinstaubbelastung in [IFEU, 2014] als Fallbei-spiele modelliert. Die untersuchten Beispielbaustellen in Berlin wurden in direkter Nähe zu realen straßennahen Verkehrsmessstation platziert. Eine kleinere Baustelle wurde an der Frankfurter Allee untersucht, deren Straßenschlucht eine West-Ost-Ausrichtung aufweist. Eine größere Baustelle wurde im Nord-Süd ausgerichteten Mariendorfer Damm auf einem nahegelegenen Parkplatz untersucht.

Quelle: [IFEU, 2014]

Abbildung 2: Anteil des Kfz-Verkehrs, mobiler Maschinen und sonstiger Quellen an der PM10-Belastung (JMW) im städtischen Hintergrund

Berlin (2009) Köln (2008) Hamburg (2008) Stuttgart (2010)

100%

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

Stadt und Bezugsjahr

79%

Ante

il PM

10-B

elas

tung

im st

ädtis

chen

Hin

terg

rund

88% 91%

60%

10%

9%1%

10%2%

0,7%

6% 3%0,2%

21%

17%

2%

Mobile Maschinen*

Kfz-Verkehr

Sonstige Quellen

Reg. Hintergrund

* FürBerlin/Stuttgart über direkte PM10-Emissionen abgeschätzt, da Anteile für mobile Maschinen in Berlin innerhalb „sonstiger Quellen“, in Stuttgart zusammen mit „Biogene, Sonstige“ ausgewiesen werden. Sekundärpartikel wurden hierbei nicht berücksichtigt.


Die Beispiele zeigten dabei eine starke lokale Zusatzbelastung durch die Baustellen. So steigt die Partikelbelastung durch die kleinere Baustelle in der Frankfurter Allee (auf dem Mittelstreifen der Straße) um bis zu 4 μg/m3, beim Beispiel Mariendorfer Damm um bis zu 7 μg/m3. Die Zusatzbelastung durch Kfz-Abgase erreicht dagegen nur 3-4 μg/m3.

2.3.2 Beitrag zur NO2-Belastung

Stärker noch als bei der Feinstaubbelastung steht die NO2-Belastung im Zusammenhang mit dem Straßenverkehr: Nahezu alle (2010: 99 % gegenüber 82 % bei PM10) der Grenz-wertüberschreitungen treten an Verkehrsmessstationen auf. Auch Untersuchungen in Luftreinhalteplänen untermauern die Rolle des lokalen Kfz-Verkehrs: Bei der durchschnitt-lichen räumlichen Zuordnung entfällt demnach 55 % der NO2-Belastung auf lokale Quel-len, unterschieden nach Verursachern entfällt 69 % auf den städtischen Kfz-Verkehr [IVU Umwelt GmbH, 2009]. Weitere Beiträge stammen u.a. aus Industrie- und Kleinfeuerungs-anlagen. Die NO2-Konzentration an einer Luftmessstation muss dabei jedoch im Zusam-menhang mit der gesamten Konzentration von Stickstoffoxiden (NOX = NO+NO2) analysiert werden. An stark verkehrsbeeinflussten Stationen kommt der überwiegende Teil der NO- und NO2-Konzentrationen direkt von den Emissionen des lokalen Verkehrs (= lokale Zusatz-belastung). Die NO2-Zusatzbelastung hat dabei jedoch zwei Hauptursachen:

NO2-Direktemissionen aus dem Auspuff: Im Straßenverkehr ist der Anteil von NO2 an den gesamten (regulierten) NOX-Emissionen moderner Diesel-Pkw mit Oxidationskata- lysatoren stark erhöht. Trotz sinkender NOX-Emissionen steigen daher in den letzten Jahren die direkten NO2-Emissionen im Straßenverkehr an. Auch bei der Ausstattung von Baumaschinen mit Partikelfiltern kann es zu einer Erhöhung der direkten NO2- Emissionen kommen.

Luftchemische NO2-Bildung, in dem das lokal emittierte NO mit Ozon unter Bildung von NO2 reagiert (NO + O3 <=> NO2 + O2). Im Falle einer Zunahme der verfügbaren Ozonmenge erhöht sich die NO2-Bildung durch den Ozonabbau.

Während der luftchemische NO2-Beitrag vom Reaktionsgleichgewicht (u.a. der Verweilzeit und Reaktionsgeschwindigkeit) abhängt, tragen direkte NO2- Emissionen sofort zur lokalen NO2-Belastung bei.

Nach Abschätzungen, die auf den Angaben in Luftreinhalteplänen basieren, kann für mobi-le Maschinen von einem Beitrag von 1-9 % zur städtischen Hintergrundbelastung ausge-gangen werden (Abbildung 7). Der NO2-Beitrag mobiler Maschinen beträgt damit trotzdem nur einen Bruchteil des Beitrags durch den Kfz-Verkehr. In Einzelfällen wie Berlin und Stutt-gart ergibt sich aber absolut ein relevanter Anteil gegenüber den sonstigen Quellen.

Verwertbare Informationen über die lokale NO2-Zusatzbelastung durch mobile Maschinen liegen aufgrund der komplexen Bildungsmechanismen bisher kaum vor. Anhand der bun-desweiten Emissionen (vgl. Kap. 4.1) lässt sich ableiten, dass mobile Maschinen bei NO2

eine geringere Relevanz als bei Partikeln einnehmen. Ein weiterer Grund für die dünne Datenlage könnte aber auch darin liegen, dass Grenzwertüberschreitungen bei NO2 vor-nehmlich den Jahresmittelwert betreffen. Dadurch fallen temporäre Einflüsse beispiels-weise durch den Maschinenbetrieb auf Baustellen weniger ins Gewicht als bei PM10. Auch der lokale Zusatzbeitrag durch eine Bausteile liegt nach [IFEU, 2014] deutlich unter dem Straßenverkehr.


Quelle: [IFEU, 2014]

Abbildung 3: Anteil des Kfz-Verkehrs, mobiler Maschinen und sonstiger Quellen an der NO2-Belastung (JMW) im städtischen Hintergrund

Berlin (2009) Köln (2008) Hamburg (2008) Stuttgart (2010)

100%

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

Stadt und Bezugsjahr

23%

Ante

il N

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rund

79% 35%

25%

6%

58%

13%

10%19%

1,3%

23%

49%

Mobile Maschinen*

Kfz-Verkehr

Sonstige Quellen

Reg. Hintergrund

* FürBerlin/Stuttgart über NOX-Emissionen abgeschätzt, da Anteile für mobile Maschinen in Berlin innerhalb „sonstiger Quellen“, in Stuttgart zusammen mit „Industrie“ ausgewiesen werden

8%

3%

45%

3%


Bei der Nutzung von Kraftstoffen in Motoren entstehen verschiedene Emissionen. Für die Luftreinhaltung sind vor allem die direkten Emissionen am Auspuff relevant. Diese werden bei Fahrzeugen und mobilen Maschinen als tank-to-wheel Emissionen (TTW) bezeichnet. Durch die stufenweise Einführung von Emissionsgrenzwerten für mobile Maschinen konn-ten diese Emissionen in den letzten Jahren deutlich reduziert werden. Betroffen von der Regulierung sind die Emissionen an Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stick-oxiden (NOX) und der Partikelmasse (PM). Gegenwärtig wird eine Erweiterung auf die Par-tikelanzahl (PN) von der EU-Kommission erwogen, wie es schon bei Pkw und schweren Nutzfahrzeugen der Fall ist.

Es entstehen jedoch auch bei der Bereitstellung der Kraftstoffe Emissionen, bedingt durch Prozesse bei der Produktion, beim Transport und der Verteilung. Diese werden als well-to-tank (WTT) Emissionen bezeichnet (siehe Kasten für weitere Informationen).

Die well-to-tank und tank-to-wheel Emissionen bilden zusammen die well-to-wheel (WTW) Emissionen. Diese Betrachtung wird vor allem bei der Bilanzierung von Treibhausgasen an-gewendet, da deren Umweltwirkung global und damit unabhängig vom Entstehungsort

3 Emissionsbilanz von LPG- im Vergleich mit Benzin- und Dieselmaschinen

Well-to-tank Emissionen von LPG

Die well-to-tank Emissionen für LPG hängen von der sogenannten Kraftstoffbereitstellungs- oder Vorkette ab. Als wichtigste Pfade für die Bereitstellung in der EU wird LPG als Nebenprodukt in der Erdöl- und Erdgasförderung bzw. -verarbeitung genannt [JEC, 2014]. Bei der Bereitstellung aus Erdgas wird LPG an den Gasfeldern aufbereitet, gerei-nigt und verflüssigt, per LPG-Tanker in die EU importiert und per Tanklaster verteilt.

Die Treibhausgasemissionen WTT werden für diesen Prozess im Mittel mit 8 g CO2-Äquivalenten (CO2, CH4 und N2O) pro Megajoule (MJ) angegeben, während bei der Verbrennung von 1 MJ LPG 65,7 g CO2-Äquivalente entstehen [JEC, 2014]. Höhere WTT-Emissionen entstehen bei der Bereitstellung von LPG aus Erdöl [MKS, 2013]. Tendenziell über-wiegen auch hier - wie bei den meisten fossilen Kraftstoffen - die Treibhausgasemissionen aus der Verbrennung, also dem tank-to-wheel Anteil. Bei erneuerbaren Quellen, z.B. Bio-LPG, werden diese CO2-Emissionen nicht bilanziert, da ein Gleichgewicht zwischen dem in die Atmosphäre abgegebenen und durch Biomasse gebundenen CO2 angenom-men wird.

Die Schadstoffemissionen WTT stehen mehr im Fokus der Ökobilanzierung als der Luftreinhaltungsplanung. Je nach Abgastechnik des Fahrzeugs können diese einen relevanten Anteil an der WTW-Bilanz ausmachen. Bei modernen LPG-Pkw mit Euro 5 bzw. Euro 6 Standards sind die direkten Schadstoffemissionen vernachlässigbar, so dass die WTT-Emissionen hier überwiegen. Bei den Schwefeldioxid (SO2)-Emissionen stammen diese sogar fast ausschließlich aus der Bereitstellung des Kraftstoffs [MKS, 2013]. Jedoch sind die Unsicherheiten der WTT-Schadstoffemissionen inner-halb der gesamten Prozesskette vergleichsweise hoch, da die technischen Eigenschaften aller Prozesse und Anlagen selten bekannt sind.


stattfindet. Wie in Kapitel 2.2 ausgeführt wurde, haben die mobilen Maschinen in Deutsch-land jedoch nur etwa 10 % des Kraftstoffverbrauches der Straßenfahrzeuge und damit ei-nen weniger relevanten Beitrag zu den Treibhausgasemissionen.

Bei den NOX- und den Partikel-Emissionen liegt der Anteil mobiler Maschinen an den Ge-samtemissionen hingegen deutlich höher bzw. annähernd gleich hoch wie durch den Stra-ßenverkehr. Im folgenden Kapitel werden daher nur die direkten Schadstoffemissionen (TTW) betrachtet. Während die CO2-Emissionen proportional zum Kraftstoffverbrauch sind, wird die Zusammensetzung und Höhe der Schadstoffemissionen wesentlich durch motor-technische Eigenschaften bestimmt. Für die regulierten Schadstoffe bilden die Emissions-grenzwerte einen wichtigen Indikator für das reale Emissionsverhalten mobiler Maschinen (3.1). Die Emissionsgrenzwertgesetzgebung für mobile Maschinen umfasst jedoch nicht alle Antriebe und Größenklassen. Auch können bei regulierten Motoren die Grenzwerte im Realbetrieb sowohl unter- als auch überschritten werden, weswegen eine Betrachtung der Emissionen über die Grenzwerte hinaus erforderlich ist (3.2). Basierend auf den soge-nannten Realemissionen lassen sich die Emissionen von LPG, Benzin- und Dieselgeräten vergleichen und Aussagen zu möglichen Umweltvorteilen ableiten (3.3).

3.1 Emissionsgrenzwerte für Motoren in mobilen Maschinen

In Deutschland gelten die Emissionsgrenzwerte der EU-Richtlinie 97/68/EG für mobile Ma-schinen und Geräte. Ähnliche Verordnungen existieren in den USA, Japan sowie zahlrei-chen anderen Ländern. Die Grenzwerte werden nach Einsatzzwecken, Größenklassen so-wie zwischen Selbst- und Fremdzündungsmotoren unterschieden. Die Einheit sind Gramm pro Kilowattstunde (g/kWh). Seit ihrer Verabschiedung im Jahr 1997 wurde die Richtlinie mehrfach überarbeitet und zuletzt im September 2014 um einen Vorschlag für eine neue Grenzwertstufe V ergänzt.

3.1.1 Grenzwerte für Dieselmotoren

Eine Übersicht über die NOX- und Partikelmassegrenzwerte für mobile Maschinen mit Die-selantrieb geben Abbildung 4 und Abbildung 5. Partikelgrenzwerte existieren derzeit nur für Selbstzündungs- bzw. Dieselmotoren (Abbildung 4). Bei Einführung der Stufe I lagen die Grenzwerte zwischen 0,54-0,85 g/kWh. Seit der Einführung der Stufe IIIB in 2011 dürfen Motoren mit 37-560 kW den Grenzwert von 0,025 g/kWh nicht überschreiten. Motoren mit weniger als 37 kW Nennleistung müssen derzeit mit 0,6 g/kW bei der Klasse 19-37 kW hingegen weniger strenge bzw. <19 kW keine Grenzwerte erfüllen. Diese sollen erst ab dem Jahr 2019 mit Einführung einer neuen Stufe V verschärft werden. Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Stufe V ist die Einführung eines Grenzwertes für die Partikelanzahl wie bei aktuellen Dieselmotoren für Pkw und schwere Nutzfahrzeuge.

Technisch waren die Emissionsgrenzwerte bis zur Stufe IIIA rein innermotorisch einhaltbar. Seit Einführung der Stufe IIIB verfolgen die Motoren- und Maschinenhersteller verschie-dene Strategien. Während viele Hersteller, insbesondere im Leistungsbereich <130 kW, weiterhin auf die innermotorische Einhaltung abzielen, baut ein Teil der Hersteller auch geschlossene Dieselpartikelfilter (DPF) ein. Die Einhaltung des Partikelanzahlgrenzwertes der geplanten Stufe V von 1x10^12 erfordert bei Dieselmotoren nach heutigen Kenntnis-sen hingegen explizit den Einbau von DPF. In der Schweiz gilt bereits seit 2010 ein PN-Grenzwert für Neumaschinen, so dass hier nur Neumaschinen mit Partikelfilter in Verkehr gebracht werden können.


Vergleichbare Reduktionen wie bei PM wurden auch bei den Emissionsgrenzwerten für NOX umgesetzt (Abbildung 5). Seit 2014 müssen Motoren mit 56-560 kW mit der Stufe IV einen Grenzwert von 0,4 g/kWh einhalten und sind damit auf demselben Standard wie die aktuellen Lkw-Motoren mit Euro VI. Schwächere Grenzwerte gelten auch hier für kleinere Motoren.

Auch hier konnten die Emissionsgrenzwerte bis zur Stufe IIIA innermotorisch eingehalten werden. Neuere Motoren verfügen in der Regel über zusätzliche Abgasminderungssysteme wie Abgasrückführung (AGR) oder selektive katalytische Reduktion (SRC).

Abbildung 4: PM-Emissionsgrenzwerte für mobile Maschinen mit Selbstzündungs(CI)-motoren nach EU-Richtlinie 97/68/EG

Inkrafttreten für Neumaschinen


3.1.2 Grenzwerte für Benzin- und Gasmotoren

Die Emissionsgrenzwerte in der EU für Benzinmotoren unterscheiden sich deutlich von denen der Dieselmotoren. Erstere fallen in den Bereich der Fremdzündungsmotoren, für welche aktuell nur Grenzwerte für Nennleistungen <19 kW definiert sind. Mit der Stufe V müssten ab dem Jahr 2019 auch Geräte bis 56 kW einbezogen werden.

Der NOX-Grenzwert für Fremdzündungsmotoren liegt seit der Stufe II, welche abhängig von der Hubraumklasse zwischen 2004 und 2010 gilt, bei 10 g/kWh und damit nur geringfügig höher als bei den Dieselgeräten mit 19-37 kW. Zusätzlich gilt abhängig von der Größen-klasse ein Summengrenzwert für die NOX+HC-Emissionen zwischen 12,1-72 g/kWh [IFEU, 2004a].

Im Gegensatz zu den Dieselmotoren treten spezifische hohe Emissionen bei Fremdzün-dungsmotoren vor allem bei HC und CO auf, weshalb für diese Schadstoffe Grenzwerte gelten. Durch etablierte Abgasminderungstechnologien, vor allem den 3-Wege-Katalysator, können diese Emissionen jedoch deutlich reduziert werden. Partikelgrenzwerte existieren nicht. Zwar können insbesondere 2-Taktmotoren und neuere direkteinspritzende Motoren ähnlich hohe Partikelemissionen wie Dieselmotoren verursachen. Diese werden in mobilen Maschinen jedoch nur vereinzelt eingesetzt, weswegen die EU-Kommission bisher auf die Einführung eines Grenzwert wegen mangelnder Kosteneffizienz verzichtet hat [JRC, 2008].

Flüssiggasmotoren sind in der EU-Richtlinie 97/68/EG nicht differenziert. In der Regel fal-len diese zwar in den Bereich der Fremdzündungs- bzw. Ottomotoren. Als Bezugskraftstoff für die Typprüfung wird allerdings nur Benzin definiert. Auch ist bei Kennzeichnung der Motorenfamilie nur „Diesel“ oder „Benzin“ unter Kraftstofftyp konkret anzugeben [COM, 2011]. Hinzukommend liegt die Nennleistung bei bisherigen LPG-Anwendungen, wie im Bereich der Gabelstapler, meist über 19 kW, für welche selbst Benzinmotoren derzeit ohne Regulierung sind.

Abbildung 5: NOX-Emissionsgrenzwerte für mobile Maschinen mit Selbstzündungs(CI)-motoren nach EU-Richtlinie 97/68/EG

Inkrafttreten für Neumaschinen


Die derzeit in Deutschland eingesetzten LPG-Geräte müssen daher bisher keine Emissions-grenzwerte erfüllen. Einige Hersteller bieten aber unabhängig von der aktuellen Emissi-onsgrenzwertverordnung optional Geräte mit 3-Wege-Katalysator oder mit nach US-Regulierung zertifizierten Motoren an. Bei letzterer werden im Gegensatz zur EU schon heute Gasmotoren (sowohl LPG als auch CNG) in der Grenzwertgesetzgebung differenziert. Weiterhin sind auch für Fremdzündungsmotoren >19 kW (sog. „Large SI engines“) einge-schlossen.

Im aktuellen Kommissionvorschlag zur Einführung der Stufe V werden hingegen auch gas-förmige Kraftstoffe, darunter LPG, differenziert und Bezugskraftstoffe definiert [EU, 2014]. Weiterhin sollen die Größenklassen auf alle Leistungsbereiche, also auch Fremdzündungs-motoren über 19 kW ausgedehnt werden. Die jeweiligen Emissionsgrenzwerte werden da-bei im Wesentlichen an die heutigen US-Standards angeglichen. Somit würde bei Inkraft-treten der Stufe V gewährleistet, dass in Europa nur noch LPG-Geräte nach dem Stand der Technik, eingesetzt werden.

Ein indirekter gesetzlicher Treiber für die Emissionsreduktion von heutigen LPG-Geräten sind die Arbeitsschutzbestimmungen zum Immissionsschutz, insbesondere in Innenberei-chen. Diese begünstigt für bestimmte Anwendungen, dass unabhängig von der Emissions-gesetzgebung technische Maßnahmen zur Schadstoffreduktion, z.B. Einbau von Katalysa-toren, getroffen werden.

Tabelle 2: US-Emissionsgrenzwerte für LPG-Maschinen >19 kW („large SI engines“, „General Duty-Cycle“)

Emissionsarme LPG-Anwendungen in Innenbereichen

Prinzipiell gelten für die Anwendung von mobilen Maschinen und Geräten in Deutschland auch die Verord-nungen für den Arbeitsschutz. Die „Technischen Regeln für Gefahrstoffe“ geben maximal zulässige Arbeits-platzgrenzwerte vor (TRGS 900). Für den Einsatz von Otto-Motoren ist hierbei insbesondere der Grenzwert für CO (35 mg/m³) relevant. LPG-Geräte können hierbei geringere Emissionen als Benzingeräte aufweisen. Durch den Einsatz von etablierten Katalysator-Technologien (Oxikat oder Drei-Wege-Kat) können die Emis-sionen weiter reduziert werden (siehe Kapitel 3.2).

Für den Arbeitsschutz gegenüber den Abgasen von Dieselmotoren (TRGS 554) existieren zusätzliche An-forderungen. Die Konzentration an Dieselruß, gemessen als elementarer Kohlenstoff (EC), darf beim Tun-nel- und Bergbau nicht 0,3 mg/m³ und bei anderen Anwendungen nicht 0,1 mg/m³ überschreiten. Für den Einsatz von Dieselgeräten in geschlossen Bereichen wird daher der Einsatz von Dieselpartikelfilter (DPF) gefordert. Die TRGS nennen hierbei LPG als möglichen Alternativkraftstoff. Zum Einsatz von Flurförder-fahrzeugen in ganz oder teilweise geschlossenen Arbeitsbereichen müssen Arbeitgeber demnach vor einer Neuanschaffung prüfen, ob auf Dieselfahrzeuge zugunsten von anderen Technologien verzichtet werden kann (siehe Anlage 4-1, TRGS 554).

Jahr HC+NOX CO2004-2006 4,0 50Nach 2007 2,7 4,4 (max. 20,6*)

Anmerkung: * Für die CO-Emissionen sind höhere Werte zulässig, wenn die Formel: (HC+NOX) x CO 0,784 ≤ 8,57 erfüllt ist. Quelle: EPA


3.2 Emissionsfaktoren von LPG-Motoren in mobilen Maschinen

Zu den Emissionen von LPG-Anwendungen in mobilen Maschinen existieren bisher vergli-chen mit Straßenfahrzeugen nur wenige Informationen. Eine systematische Ableitung von Emissionsfaktoren nach Maschinentyp, Kraftstoff, Leistungsklasse, Alter bzw. Emissions-standard wird in der Regel nur in Emissionsbilanzierungsmodellen, u.a. auch in TREMOD-MM, durchgeführt. Hierbei sollen weiterhin die Emissionen im Realbetrieb, d.h. unter dy-namischen Bedingungen, abgebildet werden.

Im Modell TREMOD-MM werden aktuell nur Emissionsfaktoren mit LPG-betriebenen Ga-belstaplern berücksichtigt, welche jedoch als näherungsweise repräsentativ für LPG-Geräte mit Ottomotoren und einer Leistung über 19 kW angesehen werden können. Diese wer-den im Folgenden beschrieben und mit Emissionsfaktoren zweier weiterer Modelle, der Schweizer Offroad-Datenbank [BAFU, 2008] und dem NONROAD-Modell der US EPA [EPA, 2013] verglichen.

3.2.1 Diskussion der Datenlage

Messdaten für LPG-Geräte in Deutschland existieren nur sehr vereinzelt. Im Modell TRE-MOD-MM wurden hierfür Daten zu drei Gabelstaplern aus [Miersch / Sachse, 1999] ver-wendet. Die Messdaten wurden in den offiziellen Typprüfzyklen ISO 8178-C2 und ISO 8178 -D2 für die Schadstoffe CO, HC und NOX ermittelt.

Dem NONROAD-Modell der US EPA liegen vergleichbare Daten für Gabelstapler zugrunde, die für Geräte ohne Abgasnorm verwendet werden. Da in den USA im Gegensatz zu Euro-pa für neuere LPG-Geräte Emissionsgrenzwerte gelten (siehe 3.1.2), können diese Daten auch ohne Messungen abgeschätzt werden. Im EPA-Modell werden auch Emissionsfakto-ren für PM angegeben, deren Messgrundlage bei der Recherche mangels Dokumentati-on nicht nachvollzogen werden konnte. Die EPA veröffentlichte in der Vergangenheit auch Typzulassungswerte für neu auf den Markt gebrachte LPG-Motoren. Diese umfassen aller-dings entsprechend den Emissionsgrenzwerten meist nur den Wert für CO und den Sum-menwert für NOX+HC.

Die Emissionsfaktoren des Schweizer Modells stützen sich auf eine Veröffentlichung von [Mayer et al., 2005]. Die Emissionsfaktoren sind nach Abgastechnologie differenziert, die empirische Grundlage konnte im Rahmen der Recherche jedoch nicht geprüft werden.Die Analyse der aufgeführten Quellen verdeutlicht, dass die empirische Datenbasis zur Ableitung vergleichbarer Emissionsfaktoren für LPG-Maschinen vergleichsweise gering ist. Um die sich hieraus ergebenden Unsicherheiten zu reduzieren, wären folgende Schritte erforderlich:

Durchführung von PM-Messungen zur empririschen Absicherung der Emissionsfaktoren für PM

Emissionsmessungen an aktuelleren LPG-Motoren und unter realitätsnahen Einsatz- bedingungen (bisherige Messungen stützen sich auf stationäre Messzyklen ISO 8178- C2 und ISO 8178 –D2)


Erweiterung der Datenbasis für Leistungsklassen <19 und >75 kW, um neben LPG- Gabelstaplern auch weitere Maschinentypen gut abbilden zu können

Dual-Fuel Geräte, welche LPG in Dieselmotoren nutzen, werden bisher in keinem der hier genannten Modellen berücksichtigt. Die Ableitung von vergleichbaren Emissionsfaktoren gestaltet sich dabei noch schwieriger als bei den etablierten Otto-Motoren mit LPG. Die bisherigen Erkenntnisse zu solchen Anwendungen werden daher nur informativ im Kapitel 4.2.1 aufgeführt, aber nicht in dem Emissionsvergleich zu reinen Benzin- oder Dieselgerä-ten berücksichtigt.

3.2.2 Emissionsfaktoren für LPG-Geräte

Abbildung 6 zeigt die in den Modellen zugrunde gelegten Emissionsfaktoren1 für LPG-Geräte >19 kW für die Schadstoffe HC, CO, NOX und PM. Die in [BAFU, 2008] und [EPA, 2010a] an-gegebenen Faktoren unterscheiden unregulierte Geräte bzw. solche ohne Abgasnachmin-derungstechnik und Geräte mit Katalystor (Oxidations- oder Drei-Wege-Katalysator) bzw. mit Erfüllung des US Emissionsstandards „Phase 1“ und „Phase 2“. In [BAFU, 2008] wurden ferner Annahmen zu den Anteilen der Abgasminderungstechnologien im Gabelstaplerbe-stand pro Bezugsjahr in der Schweiz getroffen. Eine Übertragbarkeit dieser Annahmen auf Deutschland wird jedoch nicht als plausibel angesehen, weswegen im Folgenden nur die Einzeltechnologien dieser Quelle aufgeführt sind.

1 Die in den jeweiligen Quellen angegebenen Anpassungsfaktoren für den dynamischen Betrieb wurden hierbei berücksichtigt.


Quellen: [1]: [IFEU, 2004b], [2]: [BAFU, 2008], [3]: [EPA, 2010a], eigene Berechnungen. Anmerkung:Emissionsfaktoren im Realbetrieb (transiente Anpassungsfaktoren für Gabelstapler berücksichtigt).

Abbildung 6: Übersicht der in verschiedenen Modellen verwendeten Emissionsfaktoren für LPG-Geräte >19 kW.

Die aufgeführten Quellen verdeutlichen, dass die Bandbreite bei den Emissionsfaktoren, insbesondere bei den HC- und CO-Emissionen, sehr groß ist. Hieraus ergeben sich gewisseUnsicherheiten bei der Verwendung von mittleren Emissionsfaktoren, insbesondere bei unregulierten Motoren, bei denen z.B. die Motoreinstellung entscheidend ist.

Signifikanter auf die Unterschiede wirken sich jedoch die eingesetzten Abgasminderungs-technologien aus. Die Faktoren aus [BAFU, 2008] verdeutlichen hierbei, dass Oxidations-katalysatoren die HC- und CO-Emissionen reduzieren, während Drei-Wege-Katalysatoren zuätzlich die NOX-Emissionen reduzieren. Diese Effekte werden auch in anderen Analysenfür mobile Maschinen beschrieben (vgl. [CARB, 1999; Miersch / Sachse, 1999]). Die Datendes EPA-Modells wiederum orientieren sich vorrangig an den Grenzwerten, was vor allemdie hohen CO-Emissionen bei „Phase 1“ und „Phase 2“ erklärt. Real dürften die Grenzwertemeist jedoch deutlich unterschritten werden. So lag der Mittelwert der CO-Emissionen aus den Zertifizierungsdaten von LPG-Motoren >19kW im Jahr 2008 und 2009, also mit dem Standard „Phase 2“, bei ca. 1 g/kWh1 [EPA, n.d.] und ähnelt daher dem Wert für Geräte mit Oxi- bzw. Drei-Wege-Kat nach [BAFU, 2008]. Zu den PM-Emissionen liegen leider keine Grenzwerte bzw. Typprüfdaten vor. Die angenommen Faktoren verdeutlichen, dass

1 Mittelwert aus 22 Motoren, „fuel“: „Propane“ oder „LPG“, „fuel system type“ „One Fuel“


hier je nach Quelle eher pauschale Werte angesetzt werden, die nicht oder kaum durch den Einsatz von Katalysatoren beeinflusst sind.

LPG-Geräte <19 kW werden in keinem der Modelle berücksichtigt. Da solche Anwendun-gen jedoch potenziell auch möglich und insbesondere für den Vergleich mit Benzingeräten relevant sind, werden hier nur die Daten der EPA-Typprüfungen einbezogen1 [EPA, n.d.].

3.3 Vergleich von LPG- zu Benzin- und Dieselgeräten

Im Folgenden werden die Emissionsfaktoren von LPG-Geräten denen von Diesel- und Ben-zingeräten aus dem Modell TREMOD-MM gegenübergestellt. Vereinfacht werden Benzin-geräte nur beim Vergleich der CO- und HC-Emissionen berücksichtigt, da die NOX- und PM-Emissionen bei Benzingeräten nach derzeitigen Informationen sehr gering sind2. Die Emissionen werden für Neugeräte verglichen. Bei den Diesel- und Benzingeräten werden die Faktoren nach Größenklassen unterschieden, um die jeweils aktuelle Abgasstufe (in-klusive der aktuell vorgeschlagenen Stufe V) zu berücksichtigen. Da bei den LPG-Geräten in Deutschland noch keine solchen Grenzwerte existieren und konkrete Informationen zu den eingesetzten Abgastechnologien fehlen, wird vereinfacht die Bandbreite der Emissi-onsfaktoren aus Kapitel 3.2.2 für alle Größenklassen > 19 kW angenommen. Auch werden Alterungsfaktoren (z.B. durch Abnutzung des Motoren bzw. Katalysators) somit nicht be-rücksichtigt. Die Ergebnisse des Vergleichs zeigen die folgenden Abbildungen.

Bei den NOX- und PM-Emissionen (Abbildung 7) haben LPG-Geräte potenziell einen Vor-teil gegenüber kleineren Dieselgeräten, insbesondere <37 kW. Bei Geräten mit 37-55 kW können mit LPG niedrigere NOX-Emissionen erzielt werden. Gegenüber Geräten, welche mindestens die Stufe IIIB einhalten, sind die PM-Emissionen in einer ähnlichen Größenord-nung. Bei Geräten mit der Stufe IV trifft dasselbe für die NOX-Emissionen zu.

Der Vorteil deutlich geringerer Partikelemissionen von LPG in der Klasse 19-36 kW könnte zukünftig entfallen, wenn die geplante Abgasstufe V für diese Geräte in Kraft tritt. Dies dürf-te bei Dieselmaschinen jedoch nur durch den Einsatz geschlossener Partikelfilter umzuset-zen sein3. In der Nachrüstung kosten solche Filter typischerweise zwischen 5.000 € (19-37 kW) und 10.000 € (300-560 kW). Für Neumaschinen der Stufe IIIB wurden nach Angaben des VDMA (Verband deutscher Maschinen und Anlagenbau) Produktionsmehrkosten von 10-15 % gegenüber der Stufe IIIA angenommen. [IFEU, 2014]. Für die Stufe IV sind zusätzli-che Systeme wie SCR-Anlagen nötig, welche die Kosten weiter steigern. Diese Mehrkosten könnten für Maschinenhersteller ein Anreiz für die Entwicklung von Gasmotoren sein, so-fern damit eine weniger teure Abgasnachbehandlung verbunden und ein Marktpotenzial absehbar ist.

1 Mittelwerte aus 50 Motoren, Jahr 2006 (vorwiegend „Phase 2“) „test fuel“: „LPGl“2 Insbesondere 2-Takt Geräte können jedoch ähnlich hohe PM-Emissionen wie ältere Dieselgeräte haben (siehe [IFEU, 2004b])3 Insbesondere wegen des in der Stufe V vorgesehenen Partikelanzahl (PN)- Grenzwertes


Den Emissionsvergleich bei den HC- und CO-Emissionen zeigt Abbildung 8, bei welchem zusätzlich Benzingeräte mit weniger als 19 kW berücksichtigt sind. Hier wird deutlich, dassbei Dieselgeräten die HC- und CO-Emissionen bereits auf einem sehr niedrigen Niveau sind, welches dem von LPG-Antrieben mit Katalysator ähnelt. Bei den Benzingeräten sind die Emissionen –wie auch die zulässigen Emissionsgrenzwerte - jedoch um ein Vielfaches hö-her. Hier bieten LPG-Geräte potenziell deutliche Emissionsvorteile. Die zugrundeliegendenMittelwerte aus den EPA-Zertifikationsdaten für Geräte < 19 kW (s. voriges Kapitel) sollten hierbei eher als untere Bandbreite interpretiert werden. Die aktuellen US-Standards der „Phase 3“ werden jedoch deutlich unterschritten und auch die Emissionsfaktoren für LPG-Geräte >19 kW ohne Abgasminderung liegen deutlich unter den Werten für Benzinmoto-ren. Die Vorteile dürften insbesondere für den Arbeitsschutz, z.B. bei Anwendungen von Baumaschinen in Gräben oder Geräten im Innenbereich, relevant sein.

Erläuterung: * Grenzwertvorschlag nach [EU, 2014]. CI: compression ignition. Transiente Anpassungsfaktorenwurden für den mittleren Lastbereich (25-45% der Nennleistung) angewendet.

Abbildung 7: Vergleich der NOX- und PM- Emissionen von Dieselmaschinen mit LPG-Maschinen nach Leistungsklassen

Erläuterungen: * Grenzwertvorschlag nach [EU, 2014]. CI: compression ignition, SI: spark ignition, 2T: 2-Takter, im Beispiel <20 ccm für handgehalte Geräte. 4T: 4-Takter, im Beispiel > 225 ccm. Transiente Anpassungsfaktorenwurden für den mittleren Lastbereich (25-45% der Nennleistung) angewendet.

Abbildung 8: Vergleich der HC- und NOX- Emissionen von Benzin- und Dieselmaschinen mit LPG-Maschinen nach Leistungsklassen


Klassischerweise wird Flüssiggas (LPG) als Reinkraftstoff in Otto-Motoren eingesetzt. Im Straßenverkehr ist LPG der derzeit wichtigste alternative Kraftstoff. Im Jahr 2011 wurden 22 PJ LPG von Pkw verbraucht, was etwa 1 % des gesamtem Kraftstoffverbrauchs im Stra-ßenverkehr entspricht [IFEU, 2012]. Ein großer Teil der LPG-Pkw sind dabei umgerüstete Pkw, darüber hinaus werden aber auch LPG-Fahrzeuge ab Werk angeboten.

In mobilen Maschinen gibt es prinzipiell verschiedene Pfade des Einsatzes von LPG (siehe Abbildung 9). Etabliert ist bereits die Anwendung als Reinkraftstoff in umgerüsteten oder ab Werk geeigneten Otto-Motoren. Neben den bestehenden Anwendungen mit Otto-Mo-tor könnten dabei auch Teile des Maschinenparks mit Dieselmotor durch Otto-Motoren ersetzt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit des Einsatzes von LPG als Beimischung in Dieselmotoren. Im Folgenden werden der Status quo, mögliche Einsatzbereiche sowie Treiber und Hemmnisse für den Einsatz von LPG in Otto- und Dieselmotoren mobiler Ma-schinen skizziert.

4 Anwendungsmöglichkeiten von LPG im Bereich mobiler Maschinen

Abbildung 9: Einsatzpfade für LPG im Bereich mobiler Maschinen


4.1 Anwendungsmöglichkeiten Otto-Motoren

Derzeit sind die meisten LPG-Anwendungen, sowohl im Straßenverkehr als auch bei mobi-len Maschinen, auf Otto-Motoren bzw. Fremdzündungsmotoren begrenzt. Die hierbei ge-nutzten Einsatzbereiche und Maschinentypen werden nachfolgend beschrieben.

4.1.1 Industrielle Anwendungen

LPG-Geräte sind derzeit vor allem in industriellen Anwendungen und insbesondere bei Gabelstaplern, etabliert. Potenzielle Treiber hierbei sind Anwendungen in geschlossenen Arbeitsbereichen und die Nutzung z.T. größerer Maschinenparks an festen Standorten, wel-che eine praktikable Betankung ermöglichen.

Stapler

Als Reinkraftstoff wird Flüssiggas heute im Bereich der mobilen Maschinen in Deutschland vor allem in Staplern eingesetzt. Genaue Zahlen zum Bestand liegen nicht vor, Schätzungen des IFEU (TREMOD-MM) auf Basis von Angaben der Firma Linde gehen für 2010 von einem gasbetriebenen Staplerbestand von etwa 50.000 aus. Aktuellere Informationen konnten im Rahmen der Studie nicht identifiziert werden.

Treibgas-Stapler werden i.d.R. für eine Hublast von bis zu ca. 9 Tonnen eingesetzt, bei grö-ßeren Hublasten und in sogenannten Schwerlaststaplern kommen eher Dieselmotoren zum Einsatz. Die Auswahl an LPG-Stapler-Modellen ist vergleichsweise groß und umfasst verschiedene Hersteller, darunter CESAB, Clark, Doosan, Hyster, Linde, Still, Nissan, Toyota und weitere. Die Motoren werden ebenfalls von verschiedenen Herstellern, darunter Ge-neral Motors, Toyota, VW (u.a. für Linde und Still) produziert. Die meisten Motoren sind sowohl für den Betrieb mit LPG als auch Benzin und CNG ausgelegt und liegen im Motor-leistungsbereich von >19 kW bis 75 kW, in welchem Dieselmaschinen aktuell mindestens die Stufe IIIA erfüllen müssen. Als Tanks werden für die Stapler Treibgasflaschen genutzt, welche meist auf dem Fahrzeugheck befestigt sind. Zur Betankung werden die kompletten Flaschen gewechselt.

Im Bereich der Gabelstapler existieren neben Treibgas- auch Diesel- und (batteriebetrie-bene) Elektroantriebe, welche in Konkurrenz zueinander stehen und unterschiedliche Vor- und Nachteile haben. LPG-Stapler haben eine gute Performance und sind aufgrund niedri-ger Geräusch- und Schadstoffemissionen besonders für Mischanwendungen in Innen- und Außenbereichen geeignet. Darüber hinaus sind die Anschaffungskosten geringer als bei den anderen Antrieben. Batteriestapler verursachen hingegen keinerlei direkten Abgas- bzw. kaum Geräuschemissionen und verfügen über eine gute Manövrierbarkeit. Diesel-

Verschiedene Arten von “LPG”

In Otto-Motoren werden verschiedene Arten von Flüssiggas eingesetzt. „Autogas“ besteht aus einem Propan-Butan-Gemisch, welches im Durchschnitt etwa im Verhältnis 50:50 steht, jedoch im Sommer bzw. Winter leicht variiert. Dieses Gas ist meist an öffentlichen Tankstellen für Pkw verfügbar. „Treibgas“ hat mit ca. 95% einen deutlich höheren Propananteil und wird i.d.R. in roten oder blauen Gasspeicherflaschen, z.B. für den Einsatz in Staplern, verkauft (Infos u.a. bei http://www.progas.de und http://www.westfalen-ag.de). In einigen Anwendungen wird auch reines Propan, ebenfalls in Kartuschen, eingesetzt.


stapler bieten eine hohe Leistung und sind aufgrund ihrer Robustheit insbesondere für den Außeneinsatz geeignet. [BML, n.d.]

In allen Bereichen gab es in den letzten Jahren Weiterentwicklungen, die die Einsatzmög-lichkeiten der Antriebe verbesserten. So verfügen Treibgasstabler mittlerweile in der Regel über zuverlässige Tankstandanzeigen, die ein „Liegenbleiben“ während des Betriebes wie bei älteren Modellen verhindern. Dieselgeräte profitieren u.a. von den Weiterentwicklun-gen der Motoren, z.B. bei der Reduktion der Schadstoffemissionen, was für den Einsatz in Innenanwendungen von Vorteil ist. Bei Batteriestaplern arbeiten die Hersteller an Geräten, welche für den Außeneinsatz geeignet sind. Auch werden die Batterien weiter verbessert, um z.B. deren Lebenszeit zu verlängern und die Ladezeiten zu verkürzen.

Weitere Anwendungen

Weitere Anwendungen von Flüssiggas in mobilen Maschinen umfassen u.a.

Stromerzeugungsaggregate

Ladegeräte, z.B. Flughafengepäckfahrzeuge oder Kompaktlader

Kehrmaschinen

Luftdruck-Kompressoren und Pumpen

Vereinzelt Traktoren, Kühlaggregate, Dampfreiniger, Heizgeräte (u.a. zur Asphaltverarbeitung in Gussasphaltkochern)

Im Rahmen der Recherche konnten vor allem Informationen über den Einsatz dieser Gerä-te in den USA gefunden werden. Zum Beispiel werden bei den Zertifizierungsdaten von LPG-Motoren potenzielle Maschinenanwendungen aufgeführt. Die eingesetzten Otto-Mo-toren sind oft sowohl für LPG, Benzin als auch CNG konzipiert, so dass die Gerätehersteller bzw. der Kunde entscheiden können, welcher Antrieb benötigt wird.

Im NONROAD-Modell der US EPA, welches ähnlich wie TREMOD-MM Bestands- und Ein-satzdaten mobiler Maschinen enthält, sind neben den Staplern zahlreiche weitere LPG-Geräte berücksichtigt. Hierbei stellen LPG-Generatoren mit ca. 140.000 Einheiten nach den Staplern die zweitgrößte Gruppe dar, alle weiteren Gerätegruppen haben mit unter 20.000 Einheiten eine deutlich geringere Anzahl. Diese Angaben sind jedoch auch nur Abschät-zungen und keine statistischen Daten. [EPA, 2010b]

Alternativ zu LPG können auch CNG-Antriebe in den mobilen Maschinen eingesetzt wer-den. Diese setzen aber aufwändigere Tank- bzw. Betankungssysteme voraus, weswegen i.d.R. eher LPG eingesetzt wird.

4.1.2 Bau- und Landwirtschaft

Die Bau- und Landwirtschaft sind im Bereich der mobilen Maschinen die größten Kraft-stoffverbraucher. Hierzu tragen jedoch vor allem mittelgroße bis große Dieselmaschinen bei, welche neben vorhandenen Einzelwendungen ein geringes Einsatzfeld für Otto-Moto-ren ermöglichen.


Bauwirtschaft

Für den Bausektor sind aktuell nur vereinzelte Anwendungen bekannt. Aktuelle Entwick-lungen laufen derzeit im Bereich der Verdichtungsgeräte. Die Firma BOMAG plant dem-nach einen mit Propangas betriebenen, handgeführten Vibrationsstampfer auf den Markt zu bringen. Die Geräte haben in der Regel weniger als 19 kW Nennleistung und werden unter anderem in Gräben und Senken, z.B. im Kanalbau, eingesetzt. Im Gespräch mit den Entwicklern werden folgende Treiber für die Nutzung von Propangas genannt:

Geringe Kohlenmonoxidemissionen gegenüber Benzingeräten, welche durch regel- mäßige Sicherheits- und Abgasprüfung auch dauerhaft gewährleistet sind. Dies ist für die Einhaltung der Arbeitsplatzkonzentration in Grabenanwendungen entscheidend

Geringe Kraftstoffkosten

Gute Kraftstoffverfügbarkeit und unkomplizierte Betankung (zwei Kartuschen können selbst aus größeren Flaschen nachgefüllt werden)

Höhere Zuverlässigkeit und längere Einsatzzeit (bis zu 2h) gegenüber Akkugeräten (bis zu 30 min)

Weitere Geräte für den Bausektor sind z.B. sog. Flügelglätter zur Verdichtung und Verhär-tung von Betonböden. Ein bekannter Anbieter ist z.B. die Firma Wacker Neuson. Potenziell sind auch Anwendungen bei Ladegeräten mit geringer Motorleistung möglich, welche mit LPG- anstatt Dieselmotoren betrieben werden. Ein Beispiel sind Kompakt- bzw. Multifunk-tionslader, wie von der Firma AVANT angeboten. Als Einsatzbereich nennt der Hersteller vorrangig geschlossene oder schlecht belüftete Arbeitsbereiche.

Generell wurde angemerkt, dass Propangas auf Baustellen vorhanden und genutzt wird, vor allem zu Heizzwecken (z.B. in Asphaltkochern). Für kleinere Geräte sollte eine Versor-gung mit Propan daher gut möglich sein. Für größere Geräte, z.B. Erdbewegungsmaschi-nen, könnten auch mobile Tankstellen eine mögliche Lösung darstellen.

Landwirtschaft

In der Landwirtschaft werden bisher insgesamt kaum Ottogeräte eingesetzt, weswegen die Möglichkeiten für einen Einsatz von LPG hier begrenzt scheinen. Hier könnten prinzipiell auch Ladegeräte mit niedriger Leistung eingesetzt werden. In den Motorenzertifizierungs-daten der EPA werden für LPG-Motoren vereinzelt auch Traktoren, jedoch nur als eine von verschiedenen potenziellen Anwendungen, angegeben. In den USA wurden bis in die 1970er Jahre mehrere Modellreihen LPG-betriebener Traktoren mit bis zu ca. 50 kW vom Hersteller John Deere produziert [Gazeo.com, 2013].

4.1.3 Grünpflege und Sportboote

In der Grünpflege (sowie in der Forstwirtschaft) und der Freizeitschifffahrt werden derzeit die meisten Otto-Geräte im Bereich mobiler Maschinen eingesetzt. Vorhandene LPG-An-wendungen hierbei umfassen u.a.

Rasenmäher

Trimmer/Freischneider, Laubbläser

Sportboote


Die Firma LEHR aus den USA bietet für alle der genannten Maschinen verschiedene Mo-delle von mit Propan betriebenen Otto-Motoren an. Als potenzielle Vorteile gegenüber Benzingeräten nennt die Firma geringere Kraftstoffkosten, einfache Betankung und Kraft-stoffverfügbarkeit, geringe Emissionen. Weitere Vorteile in den USA sind staatliche Förde-rungsmöglichkeiten und die Möglichkeit, Rasenmäher bei „Ozone Action Days“ einzuset-zen, an welchen der Einsatz von Benzinmähern verboten ist. [LEHR, n.d.]

Speziell für Rasenmäher zugelassene LPG-Motoren (<19 kW) sind ebenfalls bei den EPA-Zertifizierungsdaten erfasst. Die Einsatzhäufigkeit in den USA ist hierbei jedoch nicht be-kannt, auch im EPA-NONROAD Modell wird der Bestand solcher Geräte mit Null angenom-men. Entsprechend ist davon auszugehen, dass solche Anwendungen auch in Deutschland noch kaum bzw. nicht vorhanden sind.

4.1.4 Perspektiven für weitere Anwendungen

Technisch gesehen kann Flüssiggas in den meisten Geräten mit Otto-Motoren eingesetzt werden. Teilweise werden Ottomotoren für mobile Maschinen, vor allem in den USA, so-wohl für den Betrieb mit Benzin als auch Gas angeboten. Tendenziell besteht bei Benzinge-räten auch die Möglichkeit einer Umrüstung auf LPG, indem Einspritzung und Tank ange-passt werden.

In Deutschland sind der Markt und die Modellvielfalt für LPG-Geräte jedoch noch sehr be-grenzt. Etabliert sind diese praktisch nur im Bereich der Treibgasstapler. Es gibt jedoch auch Aktivitäten von Herstellern in anderen Einsatzbereichen, die potenziell eine Erweiterung des LPG-Einsatzes ermöglichen könnten. Herstellern bzw. Nutzern bieten sich hierbei ver-schiedene Chancen, aber auch Herausforderungen gegenüber konventionellen Benzin- und Dieselgeräten (siehe Tabelle 3).

Bei mittelgroßen und großen Maschinen sind derzeit vor allem Dieselantriebe etabliert. Auch werden Dieselmotoren zukünftig wegen der sich verschärfenden Abgasgrenzwer-te potenziell sauberer. In Innenanwendungen und bei handgehaltenen Geräten kommen zusätzlich auch Elektroantriebe zum Einsatz, welche somit in Konkurrenz zu LPG stehen. Die spezifischen Vor- und Nachteile werden zukünftig auch davon abhängen, welche Wei-terentwicklungen Hersteller bei den jeweiligen Technologien erreichen können und welche Strategie verfolgt wird.

4.2 Anwendungsmöglichkeiten in Dieselmotoren

Grundsätzlich kann Flüssiggas auch im Bereich der bei mobilen Maschinen dominierenden Dieselmotoren im Mischverbrennungsprinzip eingesetzt werden. Als Voraussetzung dafür

Tabelle 3: Chancen und Herausforderungen von LPG-Geräten mit Ottoantrieb

Chancen Herausforderungen Abgasemissions- und Lärmreduktion Zusätzliche Anschaffungs-/Umrüstkosten Reduktion der Betriebskosten Geringes Modellangebot Praktische Betankungsmöglichkeiten Geringer Informationsstand für Nutzer


sind Modifikationen an konventionellen Dieselmotoren in der Regel ausreichend, so dass es keiner vollständigen Neuentwicklung bedarf. Dabei kann bis zu 40 % Diesel durch Flüs-siggas ersetzt werden, indem das Gas zusätzlich in den Brennraum eingespritzt wird. Wäh-rend das Prinzip der Mischverbrennung in Deutschland heute kaum Anwendung findet, wird es in anderen Ländern bereits eingesetzt, z.B. in Australien.

4.2.1 Technisches Prinzip und Emissionsverhalten

Technisch eignen sich prinzipiell alle Dieselmotoren für eine Beimischung sowohl von LPG als auch CNG. Aus Kosten- und Platzgründen ergeben sich jedoch Vorteile für die Anwen-dung von LPG im Rahmen einer Mischverbrennung. LPG kann dabei jedoch nicht direkt im Dieselmotor eingesetzt werden, da die Zündtemperatur mit etwa 400 °C nahezu dem des Benzins entspricht, während die des Diesels gerade mal bei über 200 °C liegt. Auch hin-sichtlich Dichte und Heizwert unterscheiden sich beide Kraftstoffe: So liegt die volumetri-sche Dichte mit etwa 600 g/l deutlich unter der Dichte von Diesel mit etwa 832 g/l. Der spezifische Heizwert (Energiedichte) ist dagegen mit knapp 46 MJ/kg höher als beim Diesel mit knapp 43 MJ/kg, was diesen Unterschied zumindest teilweise kompensiert (Werte nach AG-Energiebilanzen, siehe [IFEU, 2012]).

Bei der Diesel-Gas-Methode lagert das LPG bei 8 bar in einem Flüssiggastank, wird bei Bedarf verdampft und dann in den Einlass-Krümmer eingespritzt. Dort bildet sich mit der Ansaugluft ein homogenes Gemisch. In der Brennkammer wird das Gemisch mithilfe des zuvor eingespritzten Diesels entzündet, da LPG ohne Additive aufgrund des hohen Selbst-entzündungswiderstandes nicht entflammen würde.

Im Betrieb wird das LPG in Abhängigkeit der Last und der Motorendrehzahl mithilfe eines mechanischen oder elektronischen Reglers dosiert. Die Regelung der Kraftstoffmengenver-hältnisse in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Motors ist ein wesentlicher Bestand-teil, um die potenziellen Emissions- und Leistungsvorteile des Dual-Fuel-Betriebes nutzen zu können, ohne beispielsweise den Motor aufgrund unzulässiger Zylinderdrücke bei zu hohem LPG-Anteil zu schädigen [Ashok et al., 2015]. Die eingesetzte Gasmenge kann dabei während des Betriebs angepasst werden, um größtmögliche Minderungseffekte zu erzie-len. Durch eine angepasste Betriebsweise kann der Flüssiggasanteil erhöht werden und beträgt im optimalen Betrieb etwa ein Drittel [KlimaKreis Köln GmbH, 2014].

Neben der Beimischungsmenge hängen die Effekte des Dual-Fuel-Betriebs auch von der relativen Motorlast ab. Vereinzelte Untersuchungen wurden hierzu an Motoren für Stra-ßenfahrzeuge durchgeführt. An einem Prüfstand mit einem 1,5L Common-Rail Dieselmotor ergaben Untersuchungen (siehe [Negurescu et al., 2013]1), dass unter Volllast bei 4000 U/min bei einer Beimischungsquote bis ca. 18 % (LPG, energiebezogen) der spezifische Verbrauch abnimmt. Darüber hinaus konnte eine Verbrauchszunahme um bis zu 3,6 % bei einer Beimischungsquote von 40 % beobachtet werden. Höhere Beimischungsraten führen tendenziell zu einer starken Reduktion des Wirkungsgrades und somit zum Anstieg des Kraftstoffverbrauchs [Lata / Misra, 2012]. Bei Volllast konnten im Dual-Fuel-Betrieb ge-genüber dem reinen Dieselbetrieb auch eine Reduktion der NOX, HC und PM-Emissionen festgestellt werden [Negurescu et al., 2013]. Im Teillastbereich kann es jedoch auch zur Erhöhung der CO- und HC-Emissionen kommen.

1 Der Testaufbau beinhaltet eine Abgasrückführung, aber keine SCR-Anlage. Die Messungen beruhen aufeinem turboaufgeladenen 1.5 L DCI - Motor mit 50 kW Leistung, der beispielsweise bis 2005 (Renault)bzw. 2007 im Dacia Logan verbaut wurde und in diesem die Abgasnorm Euro4 erfüllte.


Aufgrund der hohen Abhängigkeit der Last- und Beimischungsverhältnisse lassen sich mit diesen Ergebnissen noch keine eindeutigen Schlussfolgerungen für die Auswirkungen auf die Emissionen bei Anwendungen in mobilen Maschinen übertragen. Dabei sollten die Er-gebnisse zukünftig durch Messungen an Motoren unterschiedlicher Leistungsklassen und Emissionsstufen bestätigt werden.

4.2.2 Anwendungsbeispiele

Das Prinzip der Mischverbrennung findet heute in Deutschland keine flächendeckende An-wendung. Erste Praxiserfahrungen wurden im Rahmen von Forschungs- und Pilotprojek-ten gesammelt, darüber gibt es erste Anbieter für Umrüstsätze. Hier können nur einige Beispiele zusammengefasst werden.

Im Rahmen des Projektes „Verringerung der CO2 -Emissionen und Kraftstoffkosten im Gü-tertransport durch die Verwendung von Dual-Fuel Systemen“ des KlimaKreis Köln ([Klima-Kreis Köln GmbH, 2014]) wurden 2013 fünf LKW mit LPG-Dual-Fuel-Systemen ausgestattet, die etwa 450.000 Kilometer im Dual-Fuel-Betrieb zurückgelegt haben. Dabei wurden eine gute Alltagstauglichkeit und eine hohe Akzeptanz des Systems bei den Fahrern festgestellt. Im Testbetrieb zeigten sich knapp 9 % niedrigere Kraftstoffkosten und gut 3 % niedrigere CO2-Emissionen. Es zeigte sich aber auch eine deutliche Abhängigkeit der Effekte vom Ein-satzprofil und von der Fahrweise. Die Autoren des Abschlussbericht folgern daher: „Ein Unternehmen sollte nicht grundsätzlich alle Fahrzeuge umrüsten, sondern selektiv Fahr-zeuge, deren Einsatz dem optimalen Profil nahe kommt…“. Als besonders geeignet werden Teillastbetriebe erachtet.

Weitere Praxiserfahrungen werden derzeit von der Leipziger Logistik und Lagerhaus Süd-west GmbH gemacht, die seit 2012 ihre Fahrzeuge auf Mischbetrieb umrüstet und jüngst (März 2015) auch neue Scania-Promotion-LKW in ihre Flotte aufgenommen hat1. Die Um-rüstung konventioneller Dieselfahrzeuge wird derzeit u.a. von der Firma Femitech2 und CHM Trucktec3 angeboten. Dabei fehlt bei erstgenanntem Anbieter derzeit jedoch noch ein Abgasgutachten für Deutschland, während letzterer auch mit einer Mischbetriebsanlage die Euro-6-Norm erfüllt ([Steffan, 2014].

Auch im Bereich mobiler Maschinen gab es erste Versuche einer Erprobung in Deutsch-land. Dabei wurde von der RaifeisenGas GmbH ein Ackerschlepper mit Rapsöl-Autogasge-misch getestet [Kröger, 2012].

4.2.3 Treiber und Hemmnisse

Aktuelle Erfahrungen mit Diesel-LPG-Mischbetrieb liegen vor allem aus dem LKW-Bereich vor, die Chancen- und Herausforderungen sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Den Vortei-len einer Kostenersparnis stehen in der Regel zusätzliche Kosten für die Umrüstung und Versicherungen sowie der Wartung gegenüber. Eine zeitnahe Amortisation ist dann nur bei geeignetem Einsatzprofil wahrscheinlich. Als infrastrukturelle Hemmnisse können das Handling von zwei Kraftstoffen und die vorwiegend auf Pkw eingestellte Tankstelleninfra-struktur gelten. Als rechtliche Hürde in Deutschland wird auch die erneute Typzulassung für umgerüstete Dieselfahrzeuge genannt. Dabei sind auch die hohen Kosten für entspre-

1 http://www.leipziger-ettlingen.de/deutsch/standort-ettlingen/aktuelles (Zugriff am 04.05.2015)2 http://www.femitec.eu/index.php/produkte/femitec-diesel-lpg (Zugriff am 04.05.2015)3 http://www.chm-trucktec.de (Zugriff am 04.05.2015)


chend aufwendige Tests (z.B. Motorprüfstände) problematisch. Hier gibt es jedoch erste Anzeichen einer Standardisierung ([Kröger, 2013]).

Prinzipiell sind mögliche Treiber für den Bereich der mobilen Maschinen vergleichbar: Kostenersparnis und die Reduktion von CO2- und insbesondere von Schadstoffemissionen spielen auch hier eine bedeutende Rolle. Durch das vorhandene LPG-Tankstellennetz für Pkw liegt prinzipiell auch eine flächendeckende Infrastruktur vor, welche aber in Einzel-fällen, z.B. durch mobile Tankstellen, zu erweitern wäre. Mangelnder Bauraum spielt bei Diesel-LPG-Anwendungen wahrscheinlich eine größere Rolle. Bereits im Rahmen der Dis-kussion um die Nachrüstung mit Partikelfiltern wurde der mangelnde Bauraum als häufi-ges Hemmnis genannt (siehe [IFEU, 2014]). Zusätzlich werden bislang in Deutschland noch keine marktreifen Lösungen angeboten. Fraglich ist auch, wieweit das Einsatzprofil hier einer entsprechenden Reduktion entgegenkommt und wieweit hier entsprechende „Fah-rerschulungen“ bzw. eine angepasste „Fahrweise“ möglich sind. Solche Fragen müssten vor einem verbreiteteren Einsatz eingehend geprüft werden.

Quellen: [KlimaKreis Köln GmbH, 2014], [Kröger, 2012]

Tabelle 4: Chancen und Herausforderungen des Diesel-LPG-Mischbetriebs

Chancen Herausforderungen Reduzierung der Emissionen Installationskosten (ca. 6.000 €) Reduzierung der Kraftstoffkosten Zusatzversicherung notwendig Verbesserung des Motorlaufs Zwei Kraftstoffe (doppeltes Tanken/Warten) Konversion ohne Motoreingriff möglich Tankstelleninfrastruktur ist ggf. zu erweitern

Bauraum wird beansprucht Vorteile nur in Teillast (ab 15 km/h) Neue Typzulassung notwendig


Diskutiert werden hier die theoretischen Potenziale für einen verstärkten Einsatz von Flüs-siggas in Deutschland hinsichtlich der möglichen Kraftstoffmengen und der potenziellen Auswirkungen auf die Schadstoffemissionen. Hierbei handelt es sich um maximale Poten-ziale, jenseits technischer und rechtlicher Einschränkungen, wie sie im vorigen Kapitel angedeutet wurden. Die Potenziale sind daher eher als Darstellung der Größenordnung möglicher Einsatzfelder – ohne Bewertung einer realistischen Umsetzbarkeit - zu interpre-tieren.

5.1 Energetische Potenziale für den Einsatz von LPG in mobilen Maschinen

Der Kraftstoffverbrauch mobiler Maschinen in Deutschland wird nicht statistisch erfasst, sondern kann nur anhand von Berechnungen und Abschätzungen ermittelt werden. Das Modell TREMOD-MM wendet hierfür eine sogenannte Bottom-Up-Berechnung an, basie-rend auf einem differenzierten Mengengerüst aus Bestandsdaten, Betriebsstunden und Emissionsfaktoren. Eine umfangreiche Aktualisierung der Realdaten fand zuletzt für das Bezugsjahr 2010 statt [IFEU, 2014].

Abbildung 10 verdeutlicht, dass Dieselgeräte mit über 90 % den größten Anteil am Kraft-stoffverbrauch der mobilen Maschinen haben, während Otto-Anwendungen weniger zum Gesamtverbrauch beitragen. Hierbei nehmen LPG-Stapler nach bisherigen Abschätzungen bereits einen höheren Anteil gegenüber den tendenziell eher kleineren Benzingeräten ein.

5 Potenziale eines verstärkten Flüssiggas- einsatzes in Deutschland

Quelle: Eigene Berechnungen mit TREMOD-MM

Abbildung 10: Anteil der Kraftstoffarten am Verbrauch mobiler Maschinen in Deutschland heute

Diesel 92,6%

LPG 4,2 %Benzin 3,2 % Total 2010:

192 PJ


Im Folgenden werden die verbrauchten Kraftstoffmengen für einzelne Maschinentypen detaillierter untersucht, um die Potenziale möglicher LPG-Anwendungen zu veranschau-lichen. Die Potenziale werden wie im Kap. 4 getrennt für Reinkraftstoffanwendungen in Otto- und LPG-Beimischungen in Dieselmotoren untersucht.

5.1.1 Potenziale für LPG in Ottomotoren

Tabelle 5 zeigt den Anteil der Maschinentypen und Leistungsklassen an den verbrauchten Kraftstoffmengen der mobilen Maschinen in Deutschland und das theoretische Potenzial für LPG-Anwendungen als Reinkraftstoff in Otto-Motoren. Insgesamt machen die im Rah-men der Recherche identifizierten Anwendungen 13 % oder 25,8 PJ (ca. 560 Kilotonnen LPG) des gesamten Kraftstoffverbrauches aus.


Deutlich wird hierbei auch, dass der Bereich der Benzingeräte zum Großteil durch LPG-An-wendungen abgedeckt werden könnte, während bei den typischen Dieselgeräten nur we-nige Einsatzfelder bekannt sind. Insbesondere bei Geräten mit Nennleistungen über 37 kW sind derzeit kaum LPG-Anwendungen mit Ottomotoren vorhanden, weswegen das Kraft-stoffpotenzial sehr gering ist. Würden zusätzlich Traktoren bis zu 75 kW eingeschlossen, welche zumindest früher vereinzelt in den USA als Otto-Anwendungen eingesetzt wurden, würde sich das Potenzial mehr als verdoppeln.

Maschinentypen Kraftstoffverbrauch 2010 in PJ differenziert nach GrößenklassenTypische Benzingeräte <19 kW 19-37 kW 37-75 kW 75-130 kW 130-560 kW Total Rasenmäher 3,12 3,12 Trimmer/Freischneider 0,31 0,31 Sonstige Gartengeräte 0,15 0,15 Vibrationsstampfer/Rüttler 0,93 0,93 Sportboote 0,52 0,52 Kettensägen 1,21 1,21 Summe Benzingeräte 6,24 6,24 Potenzial LPG-SI: Benzingeräte 4,88 4,88Typische Dieselgeräte 0,00 Traktoren 0,86 8,37 36,21 18,35 1,57 65,36 Mähdrescher 0,00 0,00 0,00 0,00 13,34 13,34 Bagger 0,29 3,93 2,20 16,30 7,08 29,80 Radlader 0,00 0,12 13,37 1,99 7,92 23,41 Kompaktlader 0,03 0,06 0,16 0,00 0,00 0,25 Stapler 0,00 10,99 1,91 7,29 0,00 20,19 Generatoren 0,07 0,04 0,16 0,27 4,19 4,74 Kompressoren 0,04 1,60 0,78 0,47 0,14 3,03 Andere Geräte 0,17 1,77 1,85 10,40 11,82 26,01 Summe Dieselgeräte 1,45 26,89 56,64 55,08 46,07 186,13 Potenzial LPG-SI: Dieselgeräte 0,13 12,70 3,02 0,74 4,34 20,92Alle Geräte Summe Total 7,69 26,89 56,64 55,08 46,07 192,37 Potenzial LPG-SI: Total 5,01 12,70 3,02 0,74 4,34 25,80 Anteil LPG Total 65% 47% 5% 1% 9% 13%

Erläuterung: GRÜN : LPG-SI-Anwendungen vorhanden, GRAU : LPG-SI-Anwendungen möglichTabelle 5: Theoretische Kraftstoffpotenziale für LPG-Anwendungen in Otto (SI)-Motoren in Deutschland


Die ermittelten Größenordnungen können nur ein ungefähres Bild auf Basis des aktuellen Geräteangebots vermitteln. Technisch können größere Potenziale möglich sein. Um die-se Potenziale zukünftig auszunutzen, müssen sich LPG-Antriebe jedoch sowohl gegenüber den etablierten Antrieben als auch anderen alternativen Antrieben durchsetzen.

5.1.2 Potenziale für LPG in Dieselmotoren

Die Beimischung von LPG in Dieselmotoren scheint nach bisherigen Erfahrungen technisch möglich, wenn auch noch verschiedene rechtliche Hemmnisse bestehen (siehe 4.2.3). Ne-ben möglichen Leistungssteigerungen sowie Senkungen des Verbrauchs bzw. der Emissio-nen dürfte in den mittelgroßen bis großen Dieselmaschinen jedoch vor allem die Reduktion der Kraftstoffkosten im Diesel-LPG-Mischbetrieb ein entscheidender Treiber sein. Letztend-lich sind hierbei die Vollkosten entscheidend, welche sich neben den Kraftstoffkosten aus den Anschaffungs- bzw. Umrüstkosten und weiteren laufenden Kosten zusammensetzen.

Im Rahmen dieser Kurzstudie ist eine detaillierte Vollkostenanalyse, welche alle Variablen erfasst, nicht möglich. Es kann aber anhand einer Beispielrechnung verdeutlicht werden, dass die geringeren Kraftstoffkosten gegenüber den zusätzlichen Umrüstkosten vom jährli-chen Kraftstoffverbrauch und damit den typischen Einsatzzeiten der Geräte abhängen:

Die Umrüstkosten für den LPG-Dieselbetrieb betragen etwa 6.000 € (vgl. Kap. 4.2.3).

Die Ersparnis pro Liter Kraftstoff beträgt bei einer 40 %igen Bemischung 0,28 € (angenommene Preise: 1,20 €/L Diesel, 0,5 €/l LPG nach [Luhmann, 2015])

Der Verbrauch, z.B. eines Traktors, beträgt 10 l/h (eigene Annahme)

Wenn eine Amortisationszeit von 3 Jahren angestrebt wird, müsste die Maschine folglich 714 h/Jahr im Einsatz sein. Bei 6 Jahren reicht eine Einsatzdauer von 357 h/Jahr.

Es ist davon auszugehen, dass die meisten Nutzer vor allem bei einer neuen Technologie eine sehr kurze Amortisationszeit anstreben. Vereinfacht sollen im Folgenden typische Die-selanwendungen nach Annahmen von TREMOD-MM untersucht werden, deren jährlichen Betriebsstunden <300 h/a, 300-800 h/a und größer als 800 h/a betragen.

Abbildung 11 verdeutlicht die Potenziale anhand von ausgewählten Maschinentypen. Wird eine jährliche Nutzungszeit von mehr als 800 h und eine durchschnittliche LPG-Bei-mischung von 40 % angesetzt, könnten 18 PJ ersetzt werden. Insbesondere die Maschinen der Landwirtschaft und damit ein großes Kraftstoffpotenzial wären wegen der zu geringen jährlichen Nutzungsstunden ausgeschlossen. Da diese Maschinen jedoch auch sehr lange Nutzungszeiten in Jahren haben1, könnten die Anwender auch längere Amortisationszeiten in Kauf nehmen. Bei einer Nutzungsdauer von mindestens 300 h/a Jahr würde sich das Kraftstoffpotenzial somit auf 48 PJ erhöhen.

1 laut KBA betrug das mittlere Alter der Zugmaschinen im Jahr 2008 27 Jahre, Fachartikel: FahrzeugalterStand: 15.04.2011


Quelle: eigene Berechnungen auf Basis von TREMOD-MM. * siehe Annahmen Amortisationszeit im Text

Abbildung 11: Theoretische Kraftstoffpotenziale für ausgewählte LPG-Anwendungen in Diesel (CI)-Motoren in Deutschland

5.2 Umweltentlastungspotenzial des Einsatzes von LPG in mobilen Maschinen

Abschließend sollen die potenziellen Emissionsminderungen von LPG-Anwendungen für den Gesamtbereich der mobilen Maschinen untersucht werden. Insgesamt und verglichen mit den Emissionen des Straßenverkehrs haben hierbei insbesondere die NOX- und PM-Emissionen der Dieselmaschinen Relevanz. Da die Beimischung von LPG und deren Effekte auf die Emissionen derzeit noch nicht sicher quantifiziert werden können, werden nur die vorhandenen LPG-Anwendungen als Ottomotoren in Staplern, Generatoren, Kompresso-ren und Kompaktladern berücksichtigt.

Grundlage für die Potenzialrechnung sind die Ergebnisse aus Kapitel 3.3. Für LPG werden hierbei die niedrigsten Werte innerhalb der Bandbreite, bei Dieselmaschinen die aktuells-te Grenzwertstufe angenommen. Dieser Ansatz stellt nur eine vereinfachte Emissionsab-schätzung dar und berücksichtigt keine jährliche Altersumschichtung des Bestandes sowie reales Emissionsverhalten. Für tendenzielle Aussagen wird dieser Ansatz jedoch als geeig-net angesehen.

Das Ergebnis für die Entwicklung der Gesamtemissionen für PM zeigt Abbildung 12. So werden alleine durch die Umschichtung des Bestandes zu neueren Dieselgeräten die PM-Emissionen zukünftig von ca. 10 kt auf ca. 2,3 kt und somit um etwa 80 % zurückgehen. Vor allem bei den potenziell für LPG geeigneten Maschinen ist die Minderung jedoch gering, da diese vor allem in Leistungsklassen bis 37 kW fallen, welche bei Diesel nur mit der Ab-gasstufe IIIA reguliert werden. Würden hier LPG- statt Dieselmaschinen genutzt, könnten die PM-Emissionen auf ca. 1,6 kt und damit zusätzlich stark gesenkt werden. Durch die Einführung einer Stufe V nach aktuellem Gesetzesvorschlag würden neue Dieselmaschinen jedoch noch niedrigere Partikelemissionen von 0,3 kt verursachen.

Verbrauch Diesel:Total 143 PJ

LPG-Potenzial bei 40%iger Beimischung:Total 57 PJ> 300 h/a: 48 PJ> 800 h/a 18 PJ


Im Falle der NOX-Emissionen ist die zu erwartende Emissionsreduktion durch die Flotten-umschichtung etwas geringer (Abbildung 13). Durch neue Dieselgeräte sinken die Emissio-nen von 99 kt auf 30 kt, also um ca. 70 %. Auch hier können neue LPG-Anwendungen eine zusätzliche Minderung auf ca. 24 kt bewirken, da die Verschärfung der Grenzwerte bei Dieselmaschinen vor allem auf größere Leistungsklassen abzielt. Im Gegensatz zu den Partikelemissionen ist durch Einführung einer Stufe V bei Dieselmaschinen eine geringe zu-sätzliche Minderung der NOX-Emissionen zu erwarten.

Anmerkung: Emissionen von LPG-Anwendungen 2015 basierend auf Annahmen in [IFEU, 2004b], für Neumaschinen wurden Emissionsfaktoren aus Kap. 3.3 „min-Werte“ (z.B. 3-Wege-Kat) verwendet.

Abbildung 12: Vergleich der zukünftigen Emissionsminderung bei PM durch den Einsatz von LPG-Maschinen mit neuen Dieselgeräten

Anmerkung: Emissionen von LPG-Anwendungen 2015 basierend auf Annahmen in [IFEU, 2004b], für Neumaschinen wurden Emissionsfaktoren aus Kap. 3.3 „min-Werte“ (z.B. 3-Wege-Kat) verwendet.

Abbildung 13: Vergleich der zukünftigen Emissionsminderung bei NOX durch den Einsatz von LPG-Maschinen mit neuen Dieselgeräten

Diesel+LPGStufe V

LPG-Maschinen

Dieselmaschinen (LPG-geeignet)

Dieselmaschinen

LPG-Maschinen

Dieselmaschinen (LPG-geeignet)

Dieselmaschinen

Diesel+LPGStufe V


Es zeigt sich ein differenziertes Bild hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten von LPG in mobi-len Maschinen und möglicher Umwelteffekte. Prinzipiell kann LPG sowohl als Reinkraftstoff in Otto-Motoren als auch als Beimischung in Dieselmotoren eingesetzt werden. Zusätz-lich könnten einige heutige Dieselanwendungen prinzipiell auch durch mit LPG betriebene Otto-Motoren abgedeckt werden, insbesondere im kleinen Leistungsbereich.

Der Einsatz von LPG in Otto-Motoren ist dabei am weitesten verbreitet. Im Bereich mo-biler Maschinen wird LPG vor allem in Staplern eingesetzt, bei verschiedensten anderen Anwendungen ist aber ein Einsatz denkbar. Dazu werden auch bereits Produkte und Kon-versionsmöglichkeiten angeboten. Herausforderungen bleiben zusätzliche Anschaffungs- bzw. Umrüstkosten, das gegenüber benzinbetriebenen Geräten geringe Modellangebot und auch die geringe Erfahrung der Nutzer. Treiber können dabei vor allem die Reduktion der Betriebskosten, aber auch der Lärm- und Abgasemissionen sein. Gegenüber benzin-betriebenen Otto-Motoren zeigen sich vor allem deutliche Vorteile bei den HC- und CO-Emissionen, die jedoch nur wenig im Fokus der allgemeinen Luftreinhaltung stehen. LPG kann hier also vor allem bei Anwendungen mit besonderen Anforderungen (z.B. in Innen-räumen) Umweltvorteile ausspielen. Otto-Motoren werden im Bereich mobiler Maschinen heute jedoch nur wenig eingesetzt, so dass den generell günstigen Einsatzmöglichkeiten ein geringes energetisches Einsatzpotenzial gegenübersteht.

Dominiert wird der Kraftstoffverbrauch im Bereich der mobilen Maschinen heute vor allem von Dieselmotoren in der Bau- und Landwirtschaft. Prinzipiell können einige Anwendun-gen von Maschinen mit Dieselmotor durch Maschinen mit LPG betriebenem Otto-Motor ersetzt werden. Bei den derzeit im Fokus der Luftreinhaltung stehenden NOX- und Parti-kelemissionen ergeben sich gegenüber Dieselmaschinen kleinerer Leistungsklassen Um-weltvorteile durch LPG-Motoren. Zukünftig ist jedoch durch eine weitere Verschärfung der Grenzwerte mit einem verbesserten Emissionsverhalten der Dieselmaschinen zu rechnen. Dies erfolgt jedoch unter Einsatz kostenintensiver Abgasnachbehandlungssysteme (z.B. DPF und SCR), mittelfristig kann gegenüber den Dieselmotoren damit zumindest ein Kos-tenvorteil der LPG-Motoren bestehen bleiben und als möglicher Treiber angesehen wer-den. Hemmnisse bleiben das begrenzte Modellangebot sowie technische und infrastruktu-relle Herausforderungen.

In Dieselmotoren besteht zusätzlich die Möglichkeit, LPG durch eine Beimischung zum Dieselkraftstoff einzusetzen. Auch damit sind potenziell Umwelt- und Kostenvorteile ver-bunden. Dem stehen heute jedoch noch verschiedene rechtliche und technische Hemm-nisse entgegen, das energetische Potenzial wäre jedoch hier deutlich größer als bei beste-hen Otto-Anwendungen. Mögliche nächste Schritte, um das Potenzial für den Einsatz von LPG in den Dieselmotoren mobiler Maschinen zu erschließen, wären detaillierte Analysen zur technischen und rechtlichen Machbarkeit, der ökonomischen Rentabilität sowie zu Fra-gen der Infrastruktur. Nicht zuletzt sollte auch die Kunden- und Nutzerakzeptanz genauer betrachtet werden.

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