Passwort vergessen?  | 
 |  Passwort vergessen?  | 
Suche
  • Login
  • Login

Dienstag, 12. Dezember 2017

Luftqualität

Eine Frage des Standorts

Von Ralph H. Ahrens | 16. November 2017 | Ausgabe 46

Der Stickstoffdioxidgehalt sinkt, bleibt aber in Straßenschluchten zu hoch.

w - Brennpunkt NOx BU
Foto: FZ Jülich

Eine neue Technik zur effizienten Reduzierung von NOx aus Dieselabgasen entwickeln Forscher des FZ Jülich, der RWTH Aachen und der Industrie.

Bundesweit werden weniger Stickoxide (NOx) emittiert. Im Jahr 1995 waren es nach Angaben des Umweltbundesamts (UBA) über alle Sektoren 2168 kt, 2015 nur noch 1186 kt. Die NOx-Emissionen aus dem gesamten Verkehrssektor sanken in dem Zeitraum gar um 63 % von 1236 kt auf 456 kt (s. Grafik). Der Wermutstropfen: Die NOx-Emissionen aus Diesel-Pkw stiegen von 75 kt (1995) um mehr als das Doppelte auf 165 kt (2015).

Stickoxide (NOx)

Dies alles sind modellierte Daten. Den verkehrsbezogenen Anteil ermittelt das Heidelberger Institut für Energie- und Umweltforschung (Ifeu) mit dem Computerprogramm Tremod. Dabei fließen reale Emissionen mit ein – etwa die bei tiefen Temperaturen, erklärt Lars Mönch, Fachgebietsleiter im UBA für Schadstoffemissionen. „Dies ist wichtig, denn unterhalb der im Labor üblichen 20 °C bis 30 °C steigen NOx-Emissionen mit sinkender Außentemperatur stark an.“

Die Stickoxidemissionen des Verkehrs in Deutschland sanken in den letzten 20 Jahren deutlich. Der Verkehr ist und war die Hauptquelle für diese Luftschadstoffe. Aus allen Quellen wurden 1995 insgesamt 2168 kt Stickoxide emittiert, 2015 waren es nur noch 1186 kt.

Welche Emissionen Ifeu pro Fahrzeug berücksichtigt, steht im Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs HBEFA (Handbook Emission Factors for Road Transport). Danach emittiert jeder Euro-5-Diesel 906 mg NOx/km (Grenzwert: 180 mg NOx/km) und jeder Euro-6-Diesel 507 mg NOx/km (Grenzwert: 80 mg NOx/km). Zum Vergleich: Gemäß Handbuch setzt jeder Euro-5-Benziner 42 mg/km und jeder Euro-6-Benziner 39 mg/km frei.

Dass Diesel-Pkw mehr NOx emittieren als Benziner, und hier insbesondere NO2, hat Gründe. So sind aufgrund des Partikelfilters hohe NO2-Emissionen zur Vermeidung einer schnellen Beladung der Dieselrußpartikelfilter (DPF) unabdingbar. „Der Preis niedrigster Partikelemissionen waren erhöhte NO2-Emissionen“, erläutert Thomas Koch, Leiter des Instituts für Kolbenmaschinen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). „In Ottomotoren hingegen reduziert die Abgasnachbehandlung mit Drei-Wege-Katalysator die NOx-Emissionen aufgrund der Abwesenheit von Sauerstoff im Abgas fast komplett zu Stickstoff.“

Beim Pkw hatte die Einführung des DPF höchste Priorität. Beim Lkw wurde u. a. aufgrund der Komplexität des DPF zuerst die SCR-Technologie im Feld eingeführt. Eine Kombination von DPF und SCR war in Europa mit der Einführung der Emissionsstufe Euro 6 geplant, für Lkw 2012, für Pkw 2014. Erste Felderprobungen in den USA mit Kleinserien dienten dem Erfahrungsaufbau.

Luftqualität: Die 16 Landesumweltämter haben 2016 insgesamt weniger Stickstoffdioxid (NO2) in der Umgebungsluft gemessen als in den Jahren zuvor. Diese Abnahme scheint geringer auszufallen als die der direkten Emissionen: Im Zeitraum von 1995 bis 2016 sank die durchschnittliche Belastung nach UBA-Angaben an verkehrsnahen Messstellen um ein Viertel auf 39 µg/m3, im städtischen Hintergrund um ein knappes Drittel auf 21 µg/m3 und im ländlichen Hintergrund um ein gutes Drittel auf 9 µg/m3. „Bedauerlich ist, dass die Anzahl der Grenzwertüberschreitungen kaum sinkt“, ergänzt jedoch Mönch.

· Der Jahresgrenzwert von 40 µg/m3 wurde 2016 an 145 der 247 städtischen verkehrsnahen Messstellen, also an 59 %, nicht eingehalten. Dies sind mehr Überschreitungen als 2015, aber weniger als 2010 bis 2014. Betroffen sind vor allem viel befahrene Straßenschluchten.

· Der 1-h-Grenzwert (200 µg/m3 inklusive 18 Überschreitungen) wurde 2016 an zwei Standorten überschritten: in der Hügelstraße, Darmstadt, sowie Am Neckartor, Stuttgart. 2015 wurde dieser Grenzwert an weiteren drei Standorten überschritten: an je einem in Kiel, Limburg und München. 2014 an insgesamt drei, 2013 an vier, 2012 an fünf und 2011 und 2010 an sieben Standorten.

Beispiel NRW: Dort ist die NO2-Belastung im Fünfjahresmittel an allen Messstationen im Schnitt um jährlich 2 % gesunken. Bleibt es bei dieser Abnahmegeschwindigkeit, werde es etwa bis 2025 dauern, bis überall der Jahresgrenzwert eingehalten wird, so Klaus Vogt, Leiter des Fachbereichs Luftqualitätsmessnetz im Lanuv. So wurde am Neckartor in Stuttgart der 200-µg-Grenzwert 2006 noch 853-mal überschritten, 2016 nur noch 35-mal.

Referenzverfahren: Im Referenzverfahren werden der NO- und der NOx-Gehalt gemessen. „Der NO2-Gehalt ergibt sich als Differenz aus beiden Messwerten“, erklärt Vogt. Daneben hat sich zur Bestimmung des Jahresmittelwerts ein Passivsammlerverfahren etabliert. In jedes Messgerät werden stündlich 600 ml Umgebungsluft eingesogen. Ein Ventil ändert den Weg des Luftstroms im Fünfsekundentakt und bestimmt so, ob das Gerät den NO- oder den NOx-Gehalt bestimmt.

· NO: Dem Luftstrom wird in der Reaktionskammer Ozon (O3) im Überschuss zugeleitet. Es reagiert mit NO zu Sauerstoff und NO2. Die sich gebildeten NO2-Moleküle befinden sich in einem angeregten Zustand. Beruhigen sich diese – einfach ausgedrückt – und kehren in ihren elektrochemischen Grundzustand zurück, emittieren sie jeweils ein Lichtphoton. Dieses Phänomen ist als Chemilumineszenz bekannt. Die Zahl der Photonen wird in der Reaktionskammer mit einem Photomultiplier gemessen. Sie ist ein direktes Maß für die Zahl der NO-Moleküle.

· NOx: Der Luftstrom wird erst durch ein 380 °C heißes Katalysatorgitter geleitet. An dessen aktiver Komponente – dem Metall Molybdän – wird NO2 zu NO reduziert. Dann gelangt der Luftstrom in die Reaktionskammer. Wieder wird O3 zugeleitet. NO oxidiert zu NO2. Die Anzahl der gemessenen Photonen ist dann ein Maß für die Summe aller NO- und NO2-Moleküle.

Das Lanuv hat 2016 so an 54 Standorten die NO2-Belastung bestimmt. An weiteren 73 Orten nutzte das Amt einen Passivsammler.

Hier diffundiert die Luft durch ein etwa 10 cm langes und 1 cm dickes Röhrchen. Darin befindet sich ein Metallnetz, das mit einer Absorberflüssigkeit benetzt ist. Pro Sammler werden meist zwei Röhrchen genutzt. NO2-Moleküle diffundieren in die Flüssigkeit und verbleiben dort. Die Röhrchen werden monatlich eingesammelt und verschlossen, im Labor wird der NO2-Gehalt bestimmt.

An neun der insgesamt 127 Standorte misst das Lanuv die NO2-Belastung mit beiden Messmethoden, um sie miteinander zu vergleichen und die Passivsammler an dem Referenzverfahren zu kalibrieren.

Ausblick: Nach den UBA-Trenddaten emittierten Diesel-Pkw 2015 mit 165 kt bereits 2 % weniger NOx als ein Jahr zuvor. KIT-Fachmann Koch spricht von einer Trendumkehr. „Die Pkw-spezifischen NOx-Emissionen sind gesunken: Die Software-Updates verbesserten die Euro-5- und Euro-6-NOx-Emissionen. Und neueste Diesel der Euro-6d-TEMP-Norm emittierten durch motornahe verbaute ‚warme‘ Katalysatoren zur Entstickung nur 20 mg/km bis 60 mg/km im typischen Stadtverkehr. Das Problem ist technisch gelöst“, meint Koch (s. VDI nachrichten 40/17).

UBA-Experte Mönch ist skeptischer. Von einer Trendumkehr würde er erst sprechen, wenn alle neuen Diesel-Pkw nachweislich weniger als 120 mg NOx/km im realen Fahrbetrieb emittieren und damit auch eine merkliche Verbesserung der Luftqualität eintritt. Nach einigermaßen übereinstimmenden Berechnungen von UBA und VDA werden die NO2-Grenzwerte wahrscheinlich 2030 erreicht werden, obwohl diese eigentlich schon seit 2010 eingehalten werden sollen.

stellenangebote

mehr