Auspuffqualm durch Gesetzeslücken

29.03.2019 Diesel-Lieferwagen sind im Winter problematischer als viele wissen: Wo noch Lücken in der Abgasgesetzgebung klaffen, entstehen weiterhin Russpartikel und Stickoxide (NOx). Dies und mehr diskutierten 130 internationale Experten für Abgasreinigung beim 10. VERT-Forum an der Empa-Akademie.

Porsche

Jährlich rollen etwa 100 Millionen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor vom Band, rund eine Milliarde solcher Fahrzeuge sind weltweit in Gebrauch. Zum Glück wächst auch das Interesse an Technologien zur Abgasreinigung, wie am 10. VERT-Forum an der Empa-Akademie deutlich wurde. Die Tagung verzeichnete mit 130 Teilnehmern einen Besucherrekord – die Gäste kamen u.a. aus China, Südkorea, Südafrika, Mexiko, Israel und vielen europäischen Ländern.

Zwei Vorträge von Abgasexperten der Empa eröffneten die Tagung: Norbert Heeb, ein Spezialist für die Analytik von Russpartikeln, berichtete über Messungen an Benzin-betriebenen Personenwagen, deren Emissionen bislang nicht gesetzlich reguliert sind. Thomas Bütler, Spezialist für Abgasmessungen, fand bei Lieferwagen beträchtliche NOx-Emissionen. Diese treten vor allem bei frostigen Aussentemperaturen auf – weil der Gesetzgeber lediglich für Benzinfahrzeuge eine funktionierende Abgasreinigung bei tiefen Temperaturen fordert, nicht jedoch für Dieselfahrzeuge.

Russpartikel als krebsauslösende Trojaner

Russpartikel aus Autoabgasen, so erläuterte Empa-Forscher Heeb, seien besonders deshalb gesundheitsschädlich, weil an den Oberflächen der winzigen Partikel krebserregende Substanzen haften, die bei der Verbrennung des Treibstoffs entstehen. Wie in einem trojanischen Pferd wandern die Schadstoffe dann auf den nur wenige Nanometer kleinen Russpartikeln in die Lungenbläschen und können von dort ins Blut und so in den ganzen Körper gelangen.

Für Fahrzeuge mit Partikelfilter ist das Problem gelöst: Für Diesel-betriebene Personenwagen gilt bereits seit 2013 ein Grenzwert von 600 Milliarden Partikel pro Fahrkilometer, der einen Partikelfilter notwendig macht. Neu zugelassene Benzin-Fahrzeuge mit Direkteinspritzung («Gasoline Direct Injection», GDI) müssen ab 1. September 2019 diesen Grenzwert ebenfalls erfüllen, was nur noch mit einem Partikelfilter zu schaffen ist. Benzin-Fahrzeuge mit der technisch einfacheren Saugrohreinspritzung («Port Fuel Injection», PFI) sind von dieser Regelung allerdings ausgenommen. Welche Folgen diese Gesetzeslücke mit sich bringen dürfte, zeigen Heebs jüngste Untersuchungen.

Russpartikel wie vor zehn Jahren

Der Empa-Forscher analysierte gemeinsam mit Spezialisten der Berner Fachhochschule das krebsauslösende Potential der Abgase eines Fiat Panda Twin Air mit 0,9-Liter Benzinmotor und 110 PS Leistung. Der Motor ist nach Abgasnorm Euro-6b zertifiziert. Im WLTP-Prüfzyklus, einem normierten Testlauf auf dem Rollenprüfstand (Worldwide harmonized light vehicles test procedure) emittierte dieser leistungsstarke Motor vergleichbar viele Russpartikel wie ein Volvo V60 mit 1,6-Liter GDI-Motor, der nach der älteren Abgasnorm Euro-5 aus dem Jahr 2009 zertifiziert war.

Die Abgase dieser beiden Benziner enthielten rund siebenmal mehr krebsauslösende Substanzen und über 100-mal mehr Partikel als ein Euro-5-Diesel mit Partikelfilter (Peugeot 4008, 1,6 L). Dies zeigt laut Heeb, wohin die Entwicklung gehen sollte: «Keine Verbrennungsmotoren mehr in unseren Städten ohne effiziente Partikelfilter.»

Hohe NOx-Emissionen im Winter

Thomas Bütler untersuchte mit seinem Team die in der Schweiz am weitesten verbreiteten Lieferwagentypen. Die leichten Nutzfahrzeuge von Mercedes, Volkswagen, Ford, Renault, Iveco und Citroen waren alle mit einem Dieselmotor nach aktueller Euro-6b-Norm ausgerüstet. Solche Fahrzeuge dürfen noch bis 1. September 2019 verkauft werden. Fünf der Fahrzeuge waren mit einer Adblue-Einspritzung im Abgastrakt ausgerüstet, um das schädliche NOx im Abgas zu reduzieren.

Im Auftrag des Bundesamts für Umwelt (BAFU) unternimmt Bütler regelmässig Messungen, die über die Gesetzesvorgaben hinausgehen. Während der reguläre WLTP-Fahrzyklus bei 23 Grad Celsius durchgeführt wird, untersuchte Bütlers Team das Emissionsverhalten der Nutzfahrzeuge zusätzlich bei -7 Grad Celsius. Ergebnis: Alle Lieferwagen zeigten stark erhöhte NOx-Emissionen. Die Adblue-Einspritzung funktionierte in der winterlichen Kälte nur eingeschränkt oder gar nicht.

«Man sollte die Schuld dafür aber nicht alleine den Autoherstellern zuschieben», sagt Bütler zu den Ergebnissen. «Es gibt hier Versäumnisse auf beiden Seiten – auch bei den europäischen Gesetzgebern.» Tests bei –7 Grad gehören bereits seit 2002 zur Typenprüfung für Benzinfahrzeuge; für Dieselfahrzeuge gibt es bis anhin aber keinen verpflichtenden Niedertemperaturtest. Zurzeit werden die Regularien für einen Test bei -7 Grad für alle Fahrzeugtypen ausgearbeitet. Bis zur Umsetzung dürfte es aber noch ein bis zwei Jahre dauern, so Bütler. 

Teure technische Anpassungen nötig

Klar ist: Autos, die auch im Winter NOx aus dem Abgas entfernen können, sind teurer in der Produktion. Dazu sind nämlich beheizte Adblue-Tanks mitsamt Leitungen und allenfalls elektrisch beheizte Auspuffanlagen nötig – und viele der Komponenten müssen näher an den Motor rücken, um besser zu funktionieren. Erst, wenn das Gesetz es vorschreibt, wird diese aufwändige Zusatztechnik entwickelt und eingebaut.

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Fachgebiet: Ingenieurwesen + Technik