Die ökonomische und ökologische Energiebereitstellung stellt eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung dar. Diese wird durch die steigenden Umweltbelastungen bei gleichzeitig wachsendem weltweitem Energiebedarf und zunehmender Ressourcenverknappung bedingt. Für mobile Antriebe nimmt insbesondere die Verminderung des bei der motorischen Verbrennung entstehenden Treibhausgases CO2 sowie der Schadstoffemissionen ein wichtiges Ziel ein. Dies sind zum Beispiel Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (uHC) und Ruß, die erheblich zur städtischen und regionalen Luftverschmutzung beitragen. Zur Realisierung von hohen Wirkungsgraden bei gleichzeitig niedrigen Schadstoffemissionen untersucht die FOR2401 die zukunftsträchtige Niedertemperaturverbrennung (NTV). Die NTV kann sowohl auf Ottomotoren (Gasoline Controlled Auto Ignition, GCAI) als auch auf Dieselmotoren (Premiexed Charge Compression Igniton) angewendet werden und zeichnet sich als ein Brennverfahren aus, welches das Potential bietet, bereits innermotorisch die Emissionen deutlich zu reduzieren. Die Komplexität der Prozessführung ist einer der wesentlichen Gründe, welcher die technische Anwendung der NTV aktuell verhindert. Der Ablauf der NTV wird maßgeblich von lokalen thermodynamischen Zuständen und strömungsmechanischen Effekten bestimmt. Die Zeitskalen der hierbei auftretenden Abläufe sind kleiner als die des Verbrennungszyklus und können deshalb nicht mit einer dem Stand der Forschung entsprechenden zyklusbasierten Regelung beeinflusst werden. Um eine hinsichtlich Stabilität, Wirkungsgrad und Schadstoffemissionen verbesserte Prozessführung zu ermöglichen, werden im Rahmen der Forschergruppe Multiskalenregelungskonzepte untersucht, welche Neuland darstellen. Zur erfolgreichen Realisierung der Multiskalenregelung müssen grundlegende Forschungsfragen aus den Disziplinen Chemie, Verbrennungstechnik, Motorenforschung, Regelungstechnik und Numerik geklärt werden. Aus diesem Grund setzt die Forschergruppe auf einen stark vernetzten, interdisziplinären Ansatz. Innerhalb der FOR2401 soll ein detailliertes physikalisch-chemisches Prozessverständnis der NTV und der zugehörigen Beeinflussungsmöglichkeiten entwickelt werden, wodurch eine Beschreibung in Form von mathematischen Modellen ermöglicht wird. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden maßgeschneiderte regelungstechnische Methoden entwickelt, die auf Echtzeitoptimierung basieren und die Kontrolle auf einer kleineren als der aktuell möglichen Zeitskala erlauben. Die Forschung erfolgt im engen Schulterschluss zwischen Natur- und Ingenieurswissenschaftler/innen der Universität Bielefeld, der Universität Freiburg und der RWTH Aachen University.
Dieser DGMK-Forschungsbericht ist eine Fortschreibung des DGMK-Forschungsberichts 611 'Biokraftstoffe -Eigenschaften und Erfahrungen bei der Anwendung', der im Jahr 2002 erschienen ist. Seit dieser Zeit haben sich die Pläne der Europäischen Kommission, den Einsatz von Biokraftstoffen zu fördern, konkretisiert. Die Direktive 2003/30/EC gibt für den Zeitraum von 2005 bis 2010 Zielvorgaben, in welchem Umfang Biokraftstoffe in den Handel gebracht werden sollen. Bei Dieselkraftstoffen wird das im Wesentlichen durch Zugabe von bis zu 5 Prozent Fettsäuremethylestern und nicht durch einen Einsatz in reiner Form geschehen. Bei den Ottokraftstoffen kommen Ethanol und Ethyltertiärbutylether (ETBE) als Beimischungen in Frage. Sowohl bei Diesel- als auch bei Ottokraftstoff sind für den Fall einer Beimischung durch die gültigen Normen Maximalwerte für die sauerstoffhaltigen Verbindungen gegeben. Wegen seiner geringeren Oxidations- und Lagerstabilität besteht ein Interesse an Labortests, die für Biodiesel und Dieselkraftstoffe, die Biodiesel enthalten, eine Vorhersage darüber erlauben, ob der Kraftstoff über eine für den praktischen Betrieb ausreichend große Stabilität verfügt. Die ASTM D 4625-Methode, bei der die Probe bei 43 Grad Celsius gelagert wird und die allgemein als das geeigneste Testverfahren zur Bestimmung der Lagerstabilität von Mitteldestillaten angesehen wird, ist für Fettsäuremethylester und Mischungen mit ihnen weniger gut geeignet. Unter vielen untersuchten Prüfverfahren hat für die Bestimmung der Lagerstabilität die Rancimat-Methode die weiteste Anerkennung gefunden, obwohl auch Ergebnisse vorliegen, die es fraglich erscheinen lassen, ob generell ein Zusammenhang zwischen den Rancimat-Ergebnissen und der Lagerstabilität besteht. Vereinzelt gibt es Dieselkraftstoffe, die für eine Zumischung auch nur einer so geringen Menge wie 5 Prozent Biodiesel schlecht geeignet erscheinen. Für solche Dieselkraftstoffe scheint eine besonders kleine Rancimat-Induktionsperiode kennzeichnend zu sein. Nicht alle für Kohlenwasserstoffe bewährten Antioxidationsmittel sind in Mischungen mit Biodiesel gleich gut wirksam. Nach den bisherigen Erfahrungen kommt es beim Einsatz von Mischungen mit Biodiesel in Kraftfahrzeugen zu keinen Problemen, wenn der Biodieselgehalt 5 Prozent nicht übersteigt, auf Abwesenheit von Wasser geachtet und die Lagerzeit auf 6 Monate begrenzt wird. Der eingesetzte Biodiesel muss den Anforderungen der Norm EN 14214 genügen. Überflüssiger Kontakt mit Luft beispielsweise durch Rühren sollte bei der Lagerung von Biodiesel unbedingt vermieden werden. Auch wenn in dem durch die Norm erlaubten Rahmen Ethanol oder ETBE konventionellen Ottokraftstoffen beigemischt wird, sind im praktischen Betrieb keine Schwierigkeiten zu erwarten. Allerdings muss beim Zusatz von Ethanol auf die Abwesenheit von Wasser im System geachtet werden. Bei einer unkontrollierten Vermischung von ethanolhaltigen und ethanolfreien Kraftstoffen kann der Dampfdruckgrenzwert ...
Die Artikelserie umfasst folgende Titel: 1. Entwicklung der Abgasvorschriften in der Schweiz 2. Aenderung der Schweizer Abgasvorschriften fuer Motorfahrzeuge 3. Stellungnahme und Vorschlaege des TCS zu den Abgasvorschriften 4. Abgaswert - Theorie und Praxis 5. Nachkontrolle der im Verkehr stehenden Fahrzeuge 6. Katalysatoren
Durch eine Vielzahl von Maßnahmen ist die Berliner Luft in den letzten drei Jahrzehnten deutlich besser geworden und die Konzentration von Luftschadstoffen langsam aber über den langen Zeitraum doch deutlich zurückgegangen. Dadurch konnten die Immissionsgrenzwerte für Partikel-PM 10 (Feinstaub) in Berlin schon seit einigen Jahren flächendeckend eingehalten werden und auch die flächendeckende Einhaltung des Grenzwertes für das Jahresmittel von Stickstoffdioxid von 40 µg/m³ wird 2020 voraussichtlich erreicht werden. Die folgenden Abbildungen zeigen den langjährigen Verlauf der mittleren Luftbelastung einzelner Schadstoffe in den drei Belastungsregimen Verkehr (Hauptverkehrsstraßen), innerstädtischer Hintergrund und Stadtrand. Für die Luftschadstoffe Stickstoffdioxid, Partikel PM 10 und Ozon werden die langzeitlichen Entwicklungen auf Basis eines Differenzenmodels analog zum Jahresbericht 2019 ermittelt. Die Methodik ist im Jahresbericht 2019 genauer erklärt. Die Langzeittrends der weiteren Luftschadstoffe werden durch arithmetische Mittelwertbildung bestimmt. Stickstoffdioxid Schwebstaub / Partikel PM 10 Partikel PM 2,5 Ozon Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) Schwefeldioxid Benzol Kohlenmonoxid Stickstoffdioxid gehört zu den Luftschadstoffen, die überwiegend vom Straßenverkehr verursacht werden. Die nebenstehende Grafik zeigt die langjährige Entwicklung der NO 2 -Belastung der automatischen Messstellen am Stadtrand, im innerstädtischen Hintergrund und an Hauptverkehrsstraßen sowie der acht beurteilungsrelevanten Passivsammlerstandorte (Passivsammler = PS) (weiter Informationen finden sich im Jahresbericht 2019. Bis Mitte der neunziger Jahre konnte durch die Ausrüstung der Berliner Kraftwerke mit Entstickungsanlagen und die Einführung des geregelten Katalysators für Ottomotoren ein Rückgang der NO 2 -Belastung erreicht werden. Durch eine zunehmende Anzahl an Dieselfahrzeugen wurde dieser Trend jedoch weitestgehend aufgehoben, so dass bis 2014 nur eine sehr langsame Abnahme der NO 2 -Belastung verzeichnet wurde. Auffällig sind die erhöhten Jahresmittelwerte von 2006. Vor allem für die Straßenmessstellen zeigen diese hohen Jahresmittelwerte eindrucksvoll den Einfluss von meteorologischen Bedingungen auf die Konzentration von Luftschadstoffen, denn das Jahr 2006 war geprägt durch eine hohe Anzahl windschwacher Hochdruckwetterlagen und ungünstigen meteorologischen Ausbreitungsbedingungen. In den Jahren zwischen 2008 und 2015 blieben die NO 2 -Jahresmittelwerte auf einem annähernd gleichbleibenden Niveau, da Emissionsminderungen nicht in dem gesetzlich vorgeschriebenen Maß erfolgten. Besonders Diesel-Pkw der Schadstoffklasse Euro 5 stießen durch Software-Manipulation im realen Betrieb sehr viel mehr NOx aus, als von den Herstellern angegeben wurde bzw. als sich auf dem Prüfstand ergab. Auffällig ist, dass seit 2016 die NO 2 -Belastung an Straßenmessstellen stark sank, am Stadtrand und im innerstädtischen Hintergrund aber keine bzw. nur eine sehr geringe Veränderung zu beobachten war. Dies unterstreicht nochmals den starken Einfluss der Verkehrsemissionen auf die an den verkehrsnahen Stationen gemessenen Immissionen. Von 2013 bis 2019 ergab sich für die sechs automatischen Straßenmessstellen ein Rückgang um 24 %, wobei mit einem absoluten Rückgang von 5 µg/m³ die Belastung von 2018 auf 2019 am stärksten gesunken ist. Ähnlich verhält es sich mit den Messergebnissen der Passivsammler, für welche von 2018 auf 2019 ebenfalls ein absoluter Rückgang von etwa 5 µg/m³ ermittelt wurde. Erzielt wurden diese bemerkenswert rückläufige Entwicklung der NO 2 -Belastung durch zielgerichtete und wirkungsvolle Maßnahmen der Berliner Luftreinhaltung (Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz, 2019). Dabei lag und liegt der Fokus darauf, den motorisierten Verkehr in der Berliner Innenstadt zu verringern und die Stärkung des Umweltverbundes aus öffentlichem Personennahverkehr (ÖPNV), Rad- und Fußverkehr voranzutreiben. Neben Maßnahmen wie der Modernisierung der BVG-Busflotte – 2030 soll diese zu 100 % aus elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bestehen –, Tempo-30-Anordnungen und Durchfahrverboten für Diesel-Pkw bis einschließlich Euro 5/V hat aber auch die generelle Erneuerung der Kfz-Flotten, mit einem steigenden Anteil von Euro VI und 6d-TEMP Fahrzeugen, einen Anteil an dieser positiven Entwicklung. Deshalb lässt sich dieser Trend auch unabhängig von einzelnen Maßnahmen der Berliner Luftreinhaltung in ganz Deutschland beobachten. Modellergebnissen zu Folge sind etwa ein bis zwei µg/m³ des NO 2 -Rückgangs 2019 in Deutschland auf Softwareupdates und die Flottenerneuerung zurückzuführen (Umweltbundesamt, Luftqualität 2018, 2019). Einen Überblick über die verkehrsbedingte Luftbelastung im Straßenraum 2015 und 2020 finden Sie im Umweltatlas unter Verkehrsbedingte Luftbelastung im Straßenraum . Ende der 1990er Jahre wurde mit der Messung von PM 10 , also von besonders gesundheitsschädlichen Teilchen kleiner als 10 Mikrometer (µm), begonnen. Sie ersetzte die Gesamtstaubmessung, bei der auch grobe Teilchen > 10 µm erfasst wurden. Deshalb sind beide Reihen nicht direkt miteinander vergleichbar. Seit den 1980er Jahren ist die Gesamtstaub-Belastung in Berlin deutlich gesunken. Auch die PM 10 -Belastung zeigt über den dargestellten Zeitraum eine deutliche Abnahme um rund 30 % im innerstädtischen Hintergrund und am Stadtrand sowie eine Abnahme um etwa 40% an Straßenmessstellen. Seit 2004 wird in Berlin der für das Jahresmittel gültige Immissionsgrenzwert von 40 µg/m³ (siehe auch Grenz- und Zielwerte) durchgängig und an allen Stationen eingehalten. Auch die Anzahl der Überschreitungen des Tagesmittels von 50 µg/m³ ist im dargestellten Zeitraum rückläufig. Im Jahr 2015 wurden letztmals mehr als die zulässigen 35 Überschreitungen des Tagesmittels von 50 µg/m³ beobachtet (Station MC174, 36 Überschreitungen). Die PM 10 -Belastung in Berlin und ihre langjährige Entwicklung wird maßgeblich durch emissionsmindernde Maßnahmen und meteorologische Bedingungen geprägt. Die jährlichen Schwankungen der PM 10 -Jahresmittelwerte von bis zu 20 % und insbesondere die Variabilität der Anzahl der Überschreitungen des Tagesmittels von 50 µg/m³ von bis zu einem Faktor zwei spiegeln die Abhängigkeit der PM 10 -Belastung von den Witterungsbedingungen wider. Besonders der Ferntransport von Partikeln bei südlichen bis östlichen Anströmungen, vermehrtes Heizen bei tiefen Temperaturen und die Häufigkeit von austauscharmen, in der Regel durch Hochdruck geprägten Wetterlagen, beeinflussen die PM 10 -Belastung stark. Ein großer Teil der Überschreitungstage des Tagesgrenzwerts wird auf Ferntransport aus östlichen und südöstlichen Richtungen zurückgeführt. In Jahren mit vergleichsweise geringer PM 10 -Belastung, beispielsweise 2007, 2008, 2012, 2013 und 2017, herrschten stets günstige meteorologische Bedingungen. Auch im Jahr 2019 trugen die Witterungsbedingungen maßgeblich zu einer geringen PM 10 -Belastung bei. So führten einerseits hohe Temperaturen der Wintermonate im Jahr 2019 zu einem geringen Heizbedarf, was niedrige lokale Partikelemissionen mit sich bringt. Weiterhin ist das geringe Auftreten von Ost- und Südwinden in den 2019er Wintermonaten ein Indiz für wenig Hochdruckeinfluss und den damit zusammenhängenden geringen Ferntransport von vorbelasteten Luftmassen aus Süd-Osteuropa. Der langjährige Rückgang der PM 10 -Belastung ist hingegen auf emissionsmindernde Maßnahmen zurückzuführen. Eine sehr wichtige Maßnahme zur Minderung der PM 10 -Belastung war die Einführung der Umweltzone in zwei Stufen zum 01.01.2008 und 01.01.2010. Nach einer Untersuchung zur Wirkung der Stufe 2 der Umweltzone von 2011 ( Wirkungsanalyse; 2. Stufe Umweltzone ), verhinderte die Einführung der Umweltzone eine um etwa 7 % höhere PM 10 -Belastung und 10 Überschreitungstage mit Tagesmitteln über 50 µg/m³. Zur vereinfachten Ermittlung des lokalen Verkehrsbeitrages kann die Differenz der PM 10 -Konzentration an Straßen und im innerstädtischen Hintergrund hergezogen werden. Die Annäherung der roten Linie an die gelbe Linie verdeutlicht, dass der lokale Verkehrsbeitrag durch den Straßenverkehr im dargestellten Zeitraum deutlich abgenommen hat. Der mit dieser Methode ermittelte Verkehrsbeitrag konnte seit Ende der 1990er Jahre um etwa 70 % reduziert werden. Weitere wichtige Maßnahmen zur Verringerung der PM 10 -Belastung waren die Einführung wirksamer Rauchgasreinigungssysteme bei Kohlekraftwerken und bei der Abfallverbrennung zur Minderung von Staub, Schwefeldioxid und Stickoxiden, der Ersatz von Kohleheizungen durch Fernwärme und Gasheizungen sowie die Einführung von Partikelfiltern für Dieselfahrzeuge und Baumaschinen auf Baustellen der Öffentlichen Hand. Als Partikel PM 2,5 werden kleinere Partikel des Feinstaubs bezeichnet, deren aerodynamischer Durchmesser kleiner als 2,5 µm ist. Sie können nachhaltig die Lunge schädigen, da sie tief in die Atemwege eindringen und länger dort verweilen. Außerdem führen hohe PM 2,5 Belastungen zu Herz- und Kreislauferkrankungen. Der im Feinstaub enthaltene Ruß gilt als stark krebserregend. Zum Schutz der menschlichen Gesundheit wurde ein PM 2,5 -Grenzwert von 25 µg/m³ im Jahresmittel festgelegt. Er muss ab 2015 an allen Luftgütemessstellen eingehalten werden. Zusätzlich gibt es einen deutschlandweiten Indikator für die durchschnittliche PM 2,5 -Exposition der städtischen Wohnbevölkerung (AEI, Average Exposure Indicator). Er wird vom Umweltbundesamt im Durchschnitt über jeweils 3 Kalenderjahre als Mittel über 36 ausgewählte Messstationen in Deutschland bestimmt, die sich ausschließlich in Wohngebieten größerer Städte befinden. Drei dieser Hintergrundmessstellen gehören zum Berliner Luftgütemessnetz. Der AEI-Zielwert von 16,4 µg/m³ für das Jahr 2020 ergibt sich aus der Minderung um 15 % des AEI-Wertes von 2010. In Berlin wird PM 2,5 seit 2004 an der Hauptverkehrsstraße Frankfurter Allee (MC174) und im innerstädtischen Hintergrund an der Station in Neukölln (MC042) gemessen. 2008 kamen noch die innerstädtischen Hintergrund-Stationen in Mitte (MC171) und in Wedding (MC010) hinzu. Alle drei städtischen Hintergrund-Stationen werden vom UBA zur Ermittlung des AEI herangezogen. Die nebenstehende Grafik zeigt die zeitliche Entwicklung von PM 2,5 . Der Grenzwert von 25 µg/m³, der seit 2015 einzuhalten ist, wird bereits seit 2007 unterschritten. Der bundesweite AEI-Zielwert für 2020 wurde bereits seit 2016 unterschritten. Es kann daher angenommen werden, dass 2020 das bundesweite Minderungsziel von 15 % erreicht wird. Tendenziell ist, wie die PM 10 -Belastung, auch die PM 2,5 -Belastung rückläufig. Dies zeigt die Wirkung der Umweltzone, die gezielt den Ausstoß der sehr feinen Dieselrußpartikel reduziert hat. Dadurch hat sich die Belastung an Straßen der niedrigeren Belastung im städtischen Hintergrund angenähert. Die erhöhte PM 2,5 -Belastung in 2006, 2010 und 2014 wird aufgrund schlechter Ausbreitungsbedingungen vor allem auf den Schadstoffausstoß aus Heizungen mit Holzfeuerung und einen hohen Beitrag aus Gebieten außerhalb Berlins zurückgeführt. In einem Projekt zur Holzfeuerung wurden gerade in den Herbst-und Wintermonaten bei Inversionswetterlagen erhöhte Beiträge dieser Partikel zur PM 2,5 -Belastung festgestellt. Dieser dreiatomige Sauerstoff ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und wird nur selten direkt emittiert. Die Bildung von bodennahem Ozon geschieht über chemische Reaktionen sogenannter Vorläuferstoffe unter dem Einfluss von UV-Strahlung. Der wichtigste Vorläuferstoff für die Bildung von Ozon ist NO 2 . Aber auch flüchtige organische Verbindungen (VOC, volatile organic compounds) sind für die Ozonbildung von Bedeutung, da diese mit NO zum Ozonvorläuferstoff NO 2 reagieren können. Abgebaut wird Ozon wiederum durch NO. Die Bildung von bodennahem Ozon ist damit eine reversible photochemische Reaktion und stark von der Jahreszeit abhängig. Da zur Bildung UV-Strahlung benötigt wird und bei höheren Temperaturen mehr VOCs von der Vegetation freigesetzt werden, die als Vorläuferstoff fungieren, sind die Ozon-Konzentrationen im Sommer und besonders während sonnigen Schönwetterperioden am höchsten. Im nebenstehenden Diagramm sind für die O 3 -Belastung im innerstädtischen Hintergrund und am Stadtrand unterschiedliche langjährige Entwicklungen zu erkennen. Im innerstädtischen Hintergrund stieg die Belastung seit Ende der 80er Jahre nahezu stetig an; eine Regressionsanalyse ergibt eine Zunahme von etwa 0,4 µg/m³ pro Jahr. Am Stadtrand kam es dagegen zu Beginn der 90er Jahre zu einer Abnahme und seitdem zu einer sehr geringen Zunahme von etwa 0,1 µg/m³ pro Jahr. Diesen langzeitlichen Entwicklungen sind Schwankungen infolge der Witterungssituation des jeweiligen Sommers (Temperaturen, Bewölkung) überlagert, so dass Sprünge in den Jahresmittelwerten von bis zu 7 µg/m³ von einem auf das nächste Jahr nicht unüblich sind. Auf Grund der meteorologischen Bedingungen im Jahr 2018 und 2019 mit hohen Temperaturen und einer sehr hohen Sonneneinstrahlung war die mittlere Ozonbelastung im Vergleich zu den Vorjahren 2016 und 2017 erhöht. Kurzzeitige O 3 -Belastungsspitzen sind gesundheitlich besonders relevant, da erhöhte Ozon-Konzentrationen zu Reizerscheinungen der Augen und Schleimhäute sowie Lungenschäden führen können. Deshalb wurden zum Zweck des Gesundheitsschutzes die Informationsschwelle von 180 µg/m³ und die Alarmschwelle von 240 µg/m³ festgelegt. Diese Belastungsspitzen sind jedoch im Gegensatz zur mittleren O 3 -Belastung seit Jahren rückläufig. Bemerkenswerterweise, war dies auch in den Jahren 2018 und 2019 der Fall (siehe Jahresbericht 2018 und Jahresbericht 2019 ), obwohl die Witterungsbedingungen sehr günstig für die Bildung von Ozon waren. Grund dafür können die besonders in den Sommermonaten niedrigen NO 2 Konzentrationen sein, so dass hohe Ozon-Spitzenkonzentrationen durch ein Fehlen von Vorläuferstoffen verhindert wurden. Zusätzlich kann auch die extreme Trockenheit in den Sommermonaten in 2018 und 2019 ein Grund für diese Beobachtung sein. Es wird vermutet, dass die Emission von VOC durch die Vegetation auf Grund der Trockenheit und Dürrestress geringer war als üblich, so dass auch aus diesem Grund die Spitzenbelastung von Ozon nicht auffällig hoch war. Deutschlandweit wurde im Gegensatz zur Abnahme der Ozon-Spitzenkonzentrationen durch Minderungsmaßnahmen – Ozonvorläuferstoffe (Autoverkehr, Kraftwerke, Industriebetriebe, gewerblicher und privater Gebrauch von Farben, Lacken und Lösemitteln) konnten seit 1990 fast halbiert werden – eine schwache Zunahme der Jahresmittelwerte an städtischen Stationen beobachtet. Im ländlichen Hintergrund wurden bis Ende der 1990er Jahre eine deutschlandweite Zunahme und eine darauffolgende Stagnation der Ozon-Jahresmittelwerte registriert (siehe Luftqualität 2019 – Vorläufige Auswertung vom Umweltbundesamt). Da auch die Berliner Stadtrandstationen im Fall von Ozon maßgeblich von städtischen Emissionen beeinflusst sind, hier besonders die im Lee der Stadt liegenden Stationen MC027 und MC085 , passt der in Berlin im Mittel über alle Stationen festgestellte Anstieg, zum deutschlandweiten Trend. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gelten unter den organischen Verbindungen als krebserregend. Als Leitkomponente für diese Verbindungen wird Benzo(a)pyren verwendet. Mitte der 1990er Jahre wurden an der Messstelle Nansenstraße in Neukölln bereits orientierende Messungen von Benzo(a)pyren B(a)P durchgeführt. Nachdem die 4. Tochterrichtlinie zur europäischen Rahmenrichtlinie 96/62/EG in Kraft trat, wurden die Messungen ab 2006 in erweitertem Umfang an vier Messstandorten (Hauptverkehrsstraßen, städtisches Wohngebiet und städtischer Hintergrund) aufgenommen, um die ab 2013 geforderte Einhaltung des Zielwerts für Benzo(a)pyren B(a)P von 1 ng/m³ zu überwachen. Der Zielwert gilt bis zu einer Konzentration von 1,49 ng/m³ als eingehalten. Einen Überblick über die langfristige Entwicklung der Leitkomponente B(a)P gibt die nebenstehende Abbildung. Für das städtische Wohngebiet hat die Belastung seit den 90er Jahren um den Faktor 5 abgenommen. Im Jahr 2010 wird der Zielwert von 1 ng/m³ sowohl an der Station im innerstädtischen Wohngebiet Neukölln als auch in der Hauptverkehrsstraße, Schildhornstraße, erreicht. Dies wird auf den sehr kalten Winter und auf den gestiegenen Verbrauch an Kohle und Holz bei nicht genehmigungsbedürftigen Feuerungsanlagen (Kohleheizungen, Holzöfen und Kamine) der privaten Haushalte zurückgeführt. Im Bereich des Wohngebiets (MC042) und an den Straßenschluchten Frankfurter Allee (MC174) und Schildhornstraße (MC117) sind solche Öfen noch häufiger vertreten. Seit 2012 liegen die PAK-Konzentrationen aller Stationen eng beieinander und deutlich unter dem Zielwert. Sie bewegen sich um den unteren Schwellenwert von 0,4 ng/m³. Die Luftbelastung durch die meisten direkt emittierten Schadstoffe ist in den letzten 20 Jahren stark gesunken. Beim Schwefeldioxid, das hauptsächlich aus Kraftwerken, Industrie und Kohleöfen stammte, ist dieser Rückgang am deutlichsten. Die Emissionen sind durch die Sanierung oder Stilllegung von Industrieanlagen und die Installation von Rauchgasentschwefelungsanlagen in Kraftwerken Ende der 80er Jahre in West-Berlin und nach 1990 auch in den neuen Bundesländern und osteuropäischen Nachbarländern stark gesunken. Auch der fast vollständige Ersatz von Kohleheizungen durch Gasheizungen oder Fernwärme und der Einsatz von schwefelarmen Kraftstoff haben zur Verbesserung der Luftqualität beigetragen. Seit 2004 hat sich die Schwefeldioxidimmission im gesamten Stadtgebiet, sowohl in der Innenstadt als auch in den Außenbezirken auf Jahresmittelwerte zwischen 1-4 µg/m³ eingependelt. Damit ist die Konzentration von Schwefeldioxid im Vergleich zu 1989 um 96 % zurückgegangen. Benzol gehört zu den krebserregenden Stoffen und kann Leukämie (Blutkrebs) verursachen. Benzol wird vorwiegend von Pkw mit Ottomotor emittiert. Durch den Einsatz des geregelten Katalysators, verbesserter Motortechnik, besserer Kraftstoffe und den Einsatz von Gaspendelsystemen an Tankstellen sowie in Tanklagern konnte die Emission dieses Schadstoffes in den letzten Jahren deutlich verringert werden. Entsprechend hat auch die Immissionsbelastung durch Benzol in den vergangenen Jahren in Berlin stark abgenommen. Die Benzolwerte im Jahr 2010 waren an den Hauptverkehrsstraßen nur ein Fünftel und im innerstädtischen Hintergrund nur noch ein Drittel so hoch wie 1993. Der ab 2010 einzuhaltende Grenzwert von 5 µg/m³ wird bereits seit dem Jahr 2000 unterschritten. In den letzten fünf Jahren lag auch die straßennahe Benzolkonzentration im Jahresmittel unter 1,5 µg/m³. Die nebenstehende Abbildung zeigt die langjährige Entwicklung der Kohlenmonoxid (CO) Konzentration als Jahresmittel an den Hauptverkehrsstraßen, im innerstädtischen Hintergrund und am Stadtrand. In den letzten drei Jahrzehnten nahm die Kohlenmonoxid-Belastung an den Hauptverkehrsstraßen und im innerstädtischen Hintergrund um jeweils ca. 80 % ab. Dadurch wurde auch der seit 2005 einzuhaltende Kohlenmonoxid-Grenzwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit von 10 mg/m³ als höchster 8-Stunden-Mittelwert eines Tages an allen Messstationen nie überschritten. Der starke Rückgang der Kohlenmonoxid-Belastung wird auf die Einführung des geregelten Katalysators und effizienterer Motoren zurückgeführt. Auch der fast vollständige Ersatz von Kohleheizungen durch Gasheizungen oder Fernwärme hat dazu beigetragen. Seit 2007 werden die Messungen von CO nur noch an der Schildhornstraße und an der Frankfurter Allee durchgeführt.
Die verlustarme Fuellungsregelung zur Leistungssteuerung von Ottomotoren ist insbesondere im Teillastbereich eine sehr wirksame Massnahme zur Verminderung des Kraftstoffverbrauches. Da die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen eingesetzten Ottomotoren ueberwiegend im Teillastbereich arbeiten, ist bei Anwendung der o.g. Regelungsart eine erhebliche Kraftstoffersparnis zu erwarten. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Auswirkungen von Fuellungsregelungen durch fruehes variables Einlassende mittels verschiedener Steuerungsvorrichtungen auf den ottomotorischen Verbrennungsprozess und das daraus resultierende Verhalten im Hinblick auf Wirkungsgrad und Schadstoffemission experimentell und durch begleitende Rechnung anhand mathematischer Modelle zu untersuchen.
Versuchsmotoren sollen mit moeglichst vielen fluessigen und gasfoermigen Brennstoffen betrieben werden. Die Schadstoffemission soll im Zusammenhang mit dem allgemeinen Betriebsverhalten und dem Wirkungsgrad beurteilt werden.
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens zur rationellen Verringerung der Schadstoffemission wurde ein das 'Magerkonzept' realisierender Einzylinder-Ottomotor (Epsilon=13) mit Benzin bzw. Erdgas als Kraftstoff untersucht. Die Ergebnisse wurden mit dem auf Dieselbetrieb (Epsilon=20) mit direkter Einspritzung rueckgeruesteten Motor verglichen. Ein Vergleich der Betriebsarten zeigt die Ueberlegenheit des Gasmotors gegenueber dem Benzin- und Dieselmotor im Hinblick auf die NO2- und CO-Emission. Die erhoehte CH-Emission im Abgas des Erdgasmotors ist in Anbetracht der niedrigen Toxizitaet der Kohlenwasserstoffe von untergeordneter Bedeutung. Ein Vergleich der effektiven Wirkungsgrade ergibt fuer den Dieselmotor den hoechsten Wert. Abgasverbessernde Massnahmen, wie spaetere Zuendung im Ottobetrieb bzw. spaeterer Foerderbeginn im Dieselbetrieb einerseits sowie gesteuerte Abgasrueckfuehrung andererseits, ergeben bezueglich der problematischen Stickoxidemission gravierende Verminderungen. Auch hinsichtlich der CH-Emission sind die Verbesserungen bedeutsam. Diese Verbesserung der Schadstoffemission wird durch einen geringfuegigen Anstieg des spezifischen Brennstoffwaermeverbrauchs (maximal 2 v.H.) erkauft. Die Vermutung, dass die Toxizitaet der emittierten Kohlenwasserstoffe im Gasbetrieb erheblich geringer ist als bei Benzin- oder Dieselbetrieb, konnte durch Bestimmung der Menge an benzolloeslichen Produkten im Abgas bestaetigt werden. Das Hauptproblem des Dieselbetriebs ist die vergleichsweise sehr hohe Particulare-Matter-Emission.
Im Rahmen der Abgasentgiftung heutiger Kraftfahrzeugmotoren wurde ein Otto/Diesel-Hybridmotor mit vergleichsweise geringer Schadstoffemission entwickelt. Die Berechnung der Waermeentwicklung im Motor und die Analyse von Gasproben aus der Verbrennungszone ermoeglichten einen Einblick in die Zusammenhaenge zwischen Energieumsatz und Schadstoffbildung. Die gute Abgasqualitaet des Verfahrens wird durch eine zweistufige Verbrennung in Verbindung mit einer Kombination aus Ladungsschichtung und Fremdzuendung hervorgerufen. Ausserdem kann durch Massnahmen wie Ansaugluftdrosselung, Wassereinspritzung, Abgasrueckfuehrung und katalytische Abgasreinigung das Abgas zusaetzlich entscheidend verbessert werden. Das Verfahren besitzt eine weitgehende Oktanzahlunempfindlichkeit, so dass darueberhinaus durch eine geeignete Kraftstoffauswahl eine Abgasentgiftung moeglich wird. Straigt-Run-Benzin ist dabei ein besonders attraktiver Kraftstoff, da bei seiner Verbrennung wesentlich weniger (50 v.H.) unverbrannte bzw. teiloxidierte Kohlenwasserstoffe im Abgas enthalten sind und aufgrund seines niedrigeren Aromatengehaltes auch die Emission kanzerogener Kohlenwasserstoffe stark verringert sein duerfte. Ausserdem ist es gegenueber Superbenzin wegen der einfacheren Herstellung und der besseren Rohoelausnutzung wesentlich preisguenstiger. Als naechstes Ziel wird durch Verbesserung der Gemischaufbereitung und durch Steuerung des Verbrennungsablaufs fuer den Betrieb mit Straight-Run-Benzin eine weitere Absenkung der Schadstoffemission, insbesondere der Emission kanzerogener Kohlenwasserstoffe, angestrebt.
Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Leistung, Abgasemission und Wirkungsgrad bei Betrieb von Ottomotoren mit mageren Brennstoff-Luft-Gemischen.
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| Förderprogramm | 396 |
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