<p>Emission flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan (NMVOC) </p><p>Der Ausstoß flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan konnte zwischen 1990 und 2023 um über 75 % gesenkt werden.</p><p>Entwicklung seit 1990</p><p>Von 1990 bis 2023 konnten die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>-Emissionen von 3,9 Millionen Tonnen (Mio. t) auf knapp unter 1 Mio. t gesenkt und somit um 75,3 % zurückgeführt werden (siehe Abb. „Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan (NMVOC) nach Quellkategorien“). Der Rückgang lässt sich in erster Linie mit der Entwicklung der Emissionen aus dem Straßenverkehr sowie bei den Lösemittelanwendungen im industriellen und gewerblichen Bereich erklären.</p><p>Entwicklungen im Verkehrssektor</p><p>Die Emissionen aus Antrieb und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Verdunstung#alphabar">Verdunstung</a> (nur Ottokraftstoff) im Straßenverkehr wurden von 1,5 Millionen Tonnen (Mio. t) (1990) auf knapp 83.500 Tonnen (Tsd. t) (2023) gemindert. Durch die Einführung und Weiterentwicklung geregelter Katalysatoren und die Verringerung der Zahl der Zweitakt-Fahrzeuge in den neuen Ländern ist der Anteil der Emissionen des Straßenverkehrs von 39 % im Jahr 1990 auf unter 9 % im Jahr 2023 gesunken.</p><p>Die Menge der durch Verdunstung aus den Fahrzeugtanks freigesetzten <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a> nahm – parallel zur Menge der verbrauchsbedingten Emissionen – zwischen 1990 und 2023 um fast 90 % ab. Ihr Anteil an den Emissionen des Straßenverkehrs stieg dabei von 13,9 auf 30,7 %. Gegenüber den deutschen NMVOC-Gesamtemissionen schrumpfte der Anteil fahrzeugseitiger verdunstungsbedingter Emissionen von rund 5,4 auf 2,5 %.</p><p>Die Verteilungsverluste von Kraftstoffen sanken - insbesondere durch die fortschreitende Ausstattung der Tankstellen mit Gaspendel- und Gasrückführungssystemen - von 87,8 auf rund 15,8 Tsd. t. Der Anteil der Verteilungsverluste an den NMVOC-Gesamtemissionen sank damit von rund 2,3 % im Jahr 1990 auf knapp 1,6 % im Jahr 2023.</p><p>Entwicklung in Industrie und Gewerbe</p><p>Die unter den Industrieprozessen berichteten Lösemittelanwendungen dominieren die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>-Emissionen in Deutschland. Die NMVOC-Emissionen durch die Verwendung von Lacken und Reinigungsmitteln konnten zwar mit geringerem Lösemittelgehalt beziehungsweise durch die teilweise Umstellung auf wasserbasierende Systeme vor allem in Lackierereien, Druckereien und Metallbe- und verarbeitenden Betrieben seit 1990 mehr als halbiert werden. Auch Maßnahmen zur Abgasbehandlung in der industriellen Fertigung und Änderungen in der Produktzusammensetzung beispielsweise von Klebstoffen und Beschichtungen trugen zu einer großen Abnahme der NMVOC-Emissionen bei.</p><p>Die Emissionen der gesamten industriellen Produktionsprozesse und Produktanwendungen sank in den letzten Jahren auf 0,48 Mio. t, was einer Abnahme um mehr als 60 % im Vergleich zu 1990 entspricht. Der Anteil an den NMVOC-Gesamtemissionen stieg dagegen von 1990 (33 %) bis 2023 (50 %) erheblich (siehe Tab. „Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien“).</p><p>Entwicklung in der Landwirtschaft</p><p>Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>-Emissionen aus der Landwirtschaft stammen zu fast 97 % aus dem Wirtschaftsdünger-management (vornehmlich aus der Rinderhaltung) und werden in ihrer Dynamik maßgeblich durch die Entwicklung der Tierzahlen beeinflusst. Der verbleibende Rest wird von Getreidepflanzen emittiert.</p><p>Die Emissionen sind zwischen 1990 und dem Jahr 2006 von ca. 0,42 Mio. t auf 0,33 Mio. t gesunken, stiegen anschließend bis 2014 wieder leicht an und sanken dann bis zum Jahr 2023 deutlich unter das Niveau von 2006. Im Jahr 2023 betrugen die NMVOC-Emissionen aus der Landwirtschaft wieder 0,30 Mio. t, eine Reduktion um fast 29 % seit 1990. Da die anderen großen NMVOC-Quellen deutlich stärker zurückgegangen sind, stieg der Anteil der Landwirtschaft an den Gesamtemissionen dennoch von rund 11 % in 1990 auf 31 % im Jahr 2023.</p><p>Wirkung von flüchtigen organischen Substanzen</p><p>Flüchtige organische Substanzen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=VOC#alphabar">VOC</a>) umfassen eine Vielzahl von Stoffen, deren Molekülstruktur auf einem Kohlenstoffgrundgerüst aufbaut. Sie können die unterschiedlichsten Einwirkungen auf die Umwelt haben, etwa großräumig über die Bildung von Photooxidantien, lokal als Geruchsbelästigung oder sogar als krebserregende Substanzen (zum Beispiel Benzol). Allein aus der Gesamtemission kann daher nicht auf das Wirkungspotenzial geschlossen werden. Die Gesamtmenge der Emissionen ist jedoch in Hinblick auf die Rolle der VOC als Vorläufer sekundärer Luftverunreinigungen von Bedeutung: zusammen mit Stickstoffoxiden führen sie zur Bildung von bodennahem Ozon, zum Beispiel „Sommersmog“ (siehe <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/ozon-belastung">„Ozon-Belastung“</a>).</p><p>Verursacher</p><p>Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>) entstanden noch 1990 zu mehr als der Hälfte bei unvollständig ablaufenden Verbrennungsvorgängen, wovon wiederum gut zwei Drittel auf Kraftfahrzeuge entfielen. Neben dem Ausstoß von Abgasen stammen aus dem Verkehr auch Emissionen durch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=Verdunstung#alphabar">Verdunstung</a> am Fahrzeug bei der Tankbelüftung, durch Undichtigkeiten (vor allem am Vergaser) sowie bei der Verteilung des leichtflüchtigen Ottokraftstoffes (Lagerung, Umschlag und Betankung). Bis heute ist der Anteil der verbrennungsbedingten Emissionen am Gesamtausstoß auf gut 16 % zurückgegangen. Auch bei industriellen Produktionsprozessen, dem Einsatz von Dünger in der Landwirtschaft und von Schmierstoffen sowie durch Kleinfeuerungsanlagen kommt es zu nennenswerten Emissionen. Größere Kraftwerksanlagen und Industriefeuerungen setzen hingegen nur sehr wenig NMVOC frei.</p><p>Die mit Abstand wichtigste Quellkategorie ist heute jedoch, bedingt durch den starken Rückgang der verkehrsbedingten Emissionen, die Verwendung von Lösemitteln und lösemittelhaltigen Produkten.</p><p>Erfüllungsstand der Emissionsminderungsbeschlüsse</p><p>Im <a href="https://unece.org/environment/news/revision-gothenburg-protocol-under-unece-air-convention-will-strengthen-efforts">Göteborg-Protokoll</a> zur <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UNECE#alphabar">UNECE</a>-Luftreinhaltekonvention und in der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NEC-Richtlinie#alphabar">NEC-Richtlinie</a> (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">EU 2016/2284</a>) der EU wird festgelegt, dass die jährlichen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/n?tag=NMVOC#alphabar">NMVOC</a>-Emissionen ab 2020 um 13 % niedriger sein müssen als 2005. Dieses Ziel wird für alle Jahre ab 2020 eingehalten. </p><p>Auf EU-Ebene legt die NEC-Richtlinie (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">EU 2016/2284</a>) auch fest, dass die jährlichen Emissionen ab 2030 28 % niedriger als im Jahr 2005 sein sollen. Auch dieses Ziel ist bereits erreicht.</p>
Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung und Erprobung eines innovativen Konzepts für ein integriertes Abgasbehandlungssystem in Einzelraumfeuerstätten, mit dem eine langzeitstabile Einhaltung der Emissionsgrenzwerte des neuen Umweltzeichens 'Blauer Engel' für Kaminöfen für Holz DE-ZU 212 erreicht werden kann. Auf Basis neuartiger Kombinationen aus zellulären und dichten keramischen Strukturen sollen geeignete Filter, Katalysatoren und Wärmespeicherelemente für die Integration in Feuerstätten ermittelt und deren optimale Einsatzbedingungen in Kombination mit einer geregelten Verbrennungsführung ausgetestet werden. Der besondere Fokus beim Funktionalitätsnachweis unter erweiterten Typprüfbedingungen gemäß der Kriterien des Umweltzeichens sowie in Langzeitversuchen liegt auf einer Verminderung der Feinstpartikel zur Einhaltung des neuen anzahlbezogenen Partikelgrenzwertes von 5.000.000/cm³. Darüber hinaus sind die Minderung von Kohlenstoffmonoxid um mindestens 65 % im Vergleich zu konventionellen Feuerstätten sowie die Reduzierung von gasförmigen organischen Verbindungen und Stickstoffoxiden gemäß den Emissionsanforderungen nachzuweisen.
Ein Großteil der Weltförderung der Edelmetalle Palladium und Rhodium sowie des Seltenerdmetalls Cer wird gegenwärtig für die Herstellung von Drei-Wege-Katalysatoren zur Abgasreinigung von Benzinfahrzeugen verbraucht, siehe folgende Tabelle: % der Weltproduktion / Wert in Mio. € (Feb. 2011) - Palladium 51 / 2800 - Rhodium 82 / 1300 - Cer 19 / 390. In dem Projekt soll ein neuartiger wissenschaftlich fundierter Entwicklungsansatz für Drei-Wege-Katalysatoren etabliert werden. Ziel dieses Projektes ist es, Katalysatoren mit einem deutlich reduzierten Gehalt an Edelmetallen und Cer zu entwickeln, die trotzdem die Anforderungen der Abgasgesetzgebung erfüllen. Im heute üblichen Entwicklungsprozess kann das Zusammenspiel von Katalysator und Motortechnik erst am Ende der Entwicklungskette in aufwändigen Motorversuchen an voll formulierten Katalysatoren getestet werden. Im neuartigen Entwicklungsprozess wird durch Computersimulationen ein Zusammenhang zwischen den chemischen Eigenschaften der Katalysatormaterialien und dem Verhalten des Katalysators im Fahrzeug hergestellt. Auf diese Weise können die einzelnen Katalysatormaterialien gezielt auf eine optimale Funktion im Gesamtsystem optimiert werden.
Ein Großteil der Weltförderung der Edelmetalle Palladium und Rhodium sowie des Seltenerdmetalls Cer wird gegenwärtig für die Herstellung von Drei-Wege-Katalysatoren zur Abgasreinigung von Benzinfahrzeugen verbraucht, siehe folgende Tabelle: % der Weltproduktion / Wert in Mio. € (Feb. 2011) - Palladium 51 / 2800 - Rhodium 82 / 1300 - Cer 19 / 390. In dem Projekt soll ein neuartiger wissenschaftlich fundierter Entwicklungsansatz für Drei-Wege-Katalysatoren etabliert werden. Ziel dieses Projektes ist es, Katalysatoren mit einem deutlich reduzierten Gehalt an Edelmetallen und Cer zu entwickeln, die trotzdem die Anforderungen der Abgasgesetzgebung erfüllen. Im heute üblichen Entwicklungsprozess kann das Zusammenspiel von Katalysator und Motortechnik erst am Ende der Entwicklungskette in aufwändigen Motorversuchen an voll formulierten Katalysatoren getestet werden. Im neuartigen Entwicklungsprozess wird durch Computersimulationen ein Zusammenhang zwischen den chemischen Eigenschaften der Katalysatormaterialien und dem Verhalten des Katalysators im Fahrzeug hergestellt. Auf diese Weise können die einzelnen Katalysatormaterialien gezielt auf eine optimale Funktion im Gesamtsystem optimiert werden.
Die motorische Verbrennung von Erdgas bietet ein erhebliches Potential zur signifikanten Reduktion von Treibhausgasen. Durch den Einsatz dieses Kraftstoffes anstelle von Benzin kann eine Einsparung der CO2-Emission von rund 24% erzielt werden. Auch hinsichtlich des Schadstoffausstoßes (NOX und Partikel) bieten methanbasierte Kraftstoffe erhebliche Vorteile gegenüber den konventionellen, flüssigen Kraftstoffen. Anlass des Projektes ist die Darstellung einer erheblichen Umweltentlastung durch den Einsatz von Gasmotoren in dem von Dieselmotoren dominierten Bereich der Landmaschinen. Das Potential zur signifikanten Reduktion von Treibhausgasen wird allerdings nur erreicht, wenn die Methanemissionen (Treibhausfaktor 23) stark begrenzt werden. Im Bereich des Verkehrssektors stehen bereits einige Otto-Gasmotoren zur Verfügung. Das Erdgas wird dabei üblicherweise in Druckspeichertanks (200 bar) mitgeführt. Auf Basis eines Dieselmotors für Landmaschinen wird im Rahmen der Projektphase 1 ein monovalenter Erdgasbetrieb des Versuchsträgers realisiert. Ausgehend von einem ottomotorischen Prinzip sollen systematische Brennverfahrensuntersuchungen hinsichtlich der größeren Brennräume verglichen zu PKW-Motoren und der speziellen Lastanforderungen eines Landmaschinenmotors vorgenommen werden. Neben der Darstellung eines sicheren Motorbetriebes soll das Potential eines Erdgasmotors bezüglich der Einhaltung zukünftiger Abgasgrenzwerte für den Non-Road-Bereich (Euro Stufe IV / US Tier 4) mit verschiedenen Abgasnachbehandlungskonzepten bewertet werden. Die Reglementierung der Methanemission unterliegt gegenwertig keiner gesetzlichen Reglementierung. Im Rahmen des Projektes soll jedoch ein Motorbetrieb mit weniger als 0,5 g/kWh Methanausstoß dargestellt werden (Grenzwert Euro VI für NKW). Die erzielten theoretischen und praktischen Ergebnisse zeigen, dass Erdgas als Kraftstoff fur Motoren im landwirtschaftlichen Einsatz generell geeignet ist und entsprechende Motoren aus den vorhandenen Serien-Dieselmotoren abgeleitet werden konnen. Die Untersuchungen zeigten, dass fur diese Motorkategorie die Erfüllung der Anforderungen insbesondere des Methangrenzwertes nur durch ƒÉ=1-Brennverfahren mit Drei-Wege- Katalysator (sensibilisiert fur Methan) mit externer, gekuhlter Abgasruckfuhrung erreicht werden kann. Fur ein Mager-Brennverfahren (Lambda größer als 1) ist es nicht gelungen eine Technologie darzustellen, welche die Einhaltung des Methangrenzwertes ermoglicht. Durch Verwendung von erprobten Dieselmotoren, sowie der Adaption von marktverfugbaren, getesteten Systemen fur Kraftstoff, Aufladung und Abgasnachbehandlung konnen die Kosten fur anwendungsorientierte Serienlosung auf einem geringen Niveau gehalten werden. Für eine Weiterentwicklung der einzelnen Motorkomponenten zur Effizienzverbesserung der Antriebsmaschine ist allerdings durch weitere Entwicklungsarbeiten auf diesem Gebiet erforderlich. (Text gekürzt)
Zukünftige Abgasgrenzwerte für Pkw lassen sich nicht mehr ausschließlich mit motortechnischen Maßnahmen erreichen. Vielmehr müssen fahrzeug- und motortechnische Verbesserungen durch kraftstoffseitige Maßnahmen ergänzt werden. Wie Untersuchungen zeigen, lassen sich durch eine Absenkung des Aromatengehalts und eine Anhebung des Sauerstoffgehalts im Kraftstoff die Emissionen der limitierten Schadstoffe und des Benzols reduzieren. In Fahrzeugen mit geregeltem Katalysator können aber nichtlimitierte Schadstoffe wie N2O ,das im Vergleich zu Kohlendioxid pro Mol ca. 270 mal stärker zur Erwärmung der Erdatmosphäre beiträgt, durch den Einsatz sauerstoffhaltiger Kraftstoffe verstärkt gebildet werden. In diesem Vorhaben sollen die Auswirkungen reformulierter Kraftstoffe auf die Emissionen solcher nichtlimitierter Stoffe in Fahrzeugen mit neuester Abgasminderungstechnik untersucht werden. Die Messungen werden unter realitätsnahen Bedingungen auf dem Abgasrollenprüfstand des FKFS durchgeführt. Dazu werden typische Fahrprofile des Ballungsraumes Stuttgart gefahren, um so auch den Einfluss niedriger Katalysatortemperaturen auf die Schadstoff-Zusammensetzung zu erfassen.
Bei Temperaturen unterhalb der NO-Light-Off-Temperatur des Katalysators findet unabhaengig vom Luftverhaeltnis hauptsaechlich die NO-Reduktion zu N2O statt. Das Maximum der N2O-Bildung liegt deshalb auch unabhaengig vom Luftverhaeltnis im Bereich der NO-Light-Off-Temperatur, mit CO als Reduktionsmittel bei 175 Grad Celsius mit Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel bei 250 Grad Celsius. Bei Temperaturen oberhalb der NO-Light-Off-Temperatur wird fuer reduzierende und stoechiometrische Gemische der N2O-Abbau schneller, fuer magere Gemische die direkte Reaktion, die aus NO direkt N2 bildet. Fuer fette Gemische wird das Ende der N2O-Konventierung verglichen zum stoechiometrischen Gemisch um 30-50 K zu hoeheren Temperaturen hin verschoben, mit CO vom 250 auf 300 Grad Celsius und mit drei Alkenen und Methan von 270 auf 300 Grad Celsius. Der N2O-Abbau wird durch den hoeheren Reduktionsmittelpartialdruck gehemmt. Bei oxidierenden Gemischen wird das Ende der N2O-Bildung zu noch hoeheren Temperaturen hin verschoben, da die direkte Reaktion zu N2 bei gleicher Temperatur langsamer ablaeuft als der N2O-Abbau. Weiterer Untersuchungsschwerpunkt ist die Ermittlung der katalysatorspezifischen Einflussgroessen (Edelmetallbeschichtung, Speicherfaehigkeit) auf die N2O-Bildung.
Es ist eine umweltpolitische Zielsetzung, bei Nutzfahrzeugen auf eine wirkungsvollere Emissionsminderung auch durch saubere Treibstoffe und alternative Antriebskonzepte hinzuwirken. Die Fahrzeugindustrie hingegen hatte den Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit fast ausschliesslich in der Weiterentwicklung herkoemmlicher Dieselmotoren gesehen. Daher waren Anstoesse auch von politischer Seite erforderlich. Mit dieser Untersuchung wurde der Stand der Technik auf dem Gebiet der Gasmotoren aufgezeigt. Neben der detaillierten Darstellung des Gasmotorenbauarten und -funktionsweisen wurden die Gasmotoren auch mit konventionellen Motoren verglichen und ihr Einsatz in Fahrzeugen geschildert. Abgerundet wurde die Recherche durch eine kurze Abhandlung ueber Alternativkraftstoffe. Es hat sich gezeigt, dass fuer den Gasbetrieb optimierte Motoren kaum Leistungseinbussen gegenueber bauaehnlichen konventionellen Motoren verzeichnen. Gasmotoren mit geregelten Dreiwege-Katalysatoren zeigen bei allen limitierten Abgaskomponenten ein deutlich besseres Schadstoffverhalten. Schwarzrauchemission tritt praktisch nicht mehr so oft auf. Eine andere Moeglichkeit zur Schadstoffreduzierung stellt das Magerkonzept dar, das aber die Schadstoffemission nicht so wirkungsvoll mindert wie die Anwendung des geregelten Dreiwege-Katalysators. Lediglich im Verbrauchsverhalten schneidet der Gasmotor etwas schlechter als konventionelle Dieselmotoren ab. Gasmotoren haben gegenueber Dieselmotoren eine erheblich geringere Geraeuschemission. Massgebend fuer die Chancen von Gasmotoren ist aber auch die Wettbewerbsfaehigkeit des Kraftstoffes Gas und seiner Speichertechnologie an Bord des Fahrzeuges. Der Vergleich von Erdgas mit unversteuertem Dieselkraftstoff hat gezeigt, dass Erdgas sehr wirtschaftlich in Nutzfahrzeugen eingesetzt werden kann. Die Gesamtenergiebilanz ist insbesondere wegen des geringeren Motorwirkungsgrades etwas unguenstiger als bei Dieselbetrieb. Infolge des fast doppelt so hohen prozentualen Wasserstoffanteils am Erdgas wirkt sich die genannte unguenstigere Gesamtenergiebilanz auf die je Arbeitseinheit emittierten CO2-Mengen praktisch nicht aus. In dieser Beziehung sind Gasmotor und Dieselmotor nahezu gleichwertig. Bei allen alternativen Kraftstoffen sind ausser der Wirtschaftlichkeit noch die Verfuegbarkeit und das Vorhandensein einer ausreichenden Infrastruktur zu beruecksichtigen. Gase, insbesondere Erdgas, stehen in ausreichender Menge zur Verfuegung. Zwar ist heute fuer eine grossflaechige Nutzung des Gasmotorenantriebes noch keine genuegend ausgebaute Infrastruktur vorhanden, doch kann sie im Nutzfahrzeugbereich beispielsweise bei Kommunen oder Speditionen, die nur zentrale Infrastruktureinrichtungen benoetigen, kurz- bis mittelfristig verwirklicht werden. Gasmotoren mit geregelten Dreiwege-Katalysator sind Stand der Technik und somit kurzfristig realisierbar. Bei einer zukuenftig groesseren Stueckzahl an Gasmotoren koennte die Industrie ...
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