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Deutliche NO x -Reduktion ganzjährig durch Diesel- Hardware-Nachrüstung möglich

 Stellten den Abschlussbericht vor (v.r.): Winfried Hermann (Minister für Verkehr des Landes Baden-Württemberg) und Dieter Roßkopf (Vorstandsvorsitzender des ADAC Württemberg e.V.)

Hohe Serienemissionen stellen Diesel-Hardware-Nachrüstung jedoch vor Herausforderungen

Nach gut fünf Monaten Feldzeit und 50.000 zurückgelegten Kilometern liegen nun die Ergebnisse eines Alltags-Belastungstests des ADAC vor, der vom Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg unterstützt wurde. Bei dem Test ging es um die Prüfung, ob mit SCR-Hardware (Selective Catalytic Reduction) nachgerüstete Dieselfahrzeuge der Schadstoffklasse Euro 5 auch im Alltagsbetrieb über längere Zeit eine dauerhafte Reduktion der NO x -Emissionen erreichen und ob sich die generelle Leistungsfähigkeit der Prototypen unter unterschiedlichen Randbedingungen verändert.

Minderungsraten von NO x -Emissionen bis zu 80 Prozent

Die ermittelten Messdaten und Erfahrungswerte liefern ein differenziertes Bild. Die SCR-Katalysatoren arbeiten auch nach 50.000 Kilometern zuverlässig, die Minderungsraten von NO x -Emissionen liegen auf ähnlichem Niveau wie zu Beginn des Projekts. Eine kontinuierlich nachlassende Performance zum Beispiel durch Alterung der SCR-Katalysatoren konnte innerhalb der 50.000 Kilometer nicht festgestellt werden. „Die Ergebnisse belegen die Wirksamkeit der Prototypen im Dauertest. Erreichbar sind Reduktionsquoten bei NO x von durchschnittlich 50 bis 70, in der Spitze sogar bis zu 80 Prozent. Das zeigt klar das Potenzial und die Alltagstauglichkeit dieser Technologie! Jetzt muss der Bund rasch dafür sorgen, dass die Systeme zugelassen und nachgerüstet werden“, erklärte Winfried Hermann, Minister für Verkehr in Baden-Württemberg. „Wir danken dem ADAC Württemberg für die sehr gute Zusammenarbeit in diesem Projekt, damit konnten wir gemeinsam zeigen: Nachrüstung funktioniert.“

Dieser positive Befund gilt für die Zuverlässigkeit der Gesamtsysteme mit gewissen Abstrichen: Die in wenigen Wochen durch die Nachrüster aufgebauten und auf das jeweilige Testfahrzeug abgestimmten SCR-Systeme konnten in diesem Entwicklungsstadium noch keine durchgehend zuverlässige Funktion gewährleisten: Einige temporäre Systemausfälle und mechanische Defekte an den Komponenten zeigten sich ebenso, wie eine zeitweilig überlastete Spannungsversorgung. Die Folge: Mehrere Nachbesserungen durch die Nachrüster an mechanischen Komponenten, Sensorik und Energieversorgung waren nötig. Der Schlussbericht dokumentiert alle Ausfälle detailliert in einem Testtagebuch.

Wertvolle Hinweise für Weiterentwicklung

„Unser Test lieferte wertvolle Erkenntnisse und Hinweise für die Anbieter, an welchen Stellen noch weitere Nachbesserungen nötig waren“, kommentiert Dr. Reinhard Kolke, Leiter des ADAC Technikzentrums diesen Teil der Ergebnisse. „Denn der Autofahrer muss sich darauf verlassen können, ein zuverlässiges und dauerhaltbares Produkt zu erwerben, das ohne Sorge vor Folgekosten die Mobilität in den kommenden Jahren sichern kann.“

Während der Laufzeit des Alltagstests hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur Ende 2018 eine Richtlinie veröffentlicht, die technische Eigenschaften und Minderungsleistungen von SCR-Systemen definiert. Den Kernpunkt der Richtlinie bildet der definierte NO x -Grenzwert von 270 Milligramm pro Kilometer (mg/km), der bereits im Herbst 2018 im Bundesimmissionsschutzgesetz genannt wurde. Das Prüf- und Genehmigungsverfahren sieht vor, dass dieser NO x -Grenzwert im Realbetrieb (Real Driving Emissions/RDE) in einem Temperaturbereich von 5 °C bis 30 °C eingehalten werden muss. Bei niedrigeren Temperaturen (4 °C bis -3 °C) dürfen die geminderten NO x -Werte um den Faktor 2 höher liegen (540 mg/km), bei Temperaturen über 30 °C liegt der Faktor bei 1,6 (432 mg/km).

Strenge Grenzwerte im Sommer unterschritten

Obwohl die SCR-Systeme im Test nicht auf den strengen Grenzwert der Nachrüstrichtlinie hin konstruiert worden waren, unterschritten alle drei beteiligten Fahrzeuge im sommerlichen Fahrbetrieb bei über 23 °C den Basis- Grenzwert von 270 mg/km. Je nach System lagen die Reduktionsraten zwischen 64 (VW T5, Oberland Mangold) und 80 Prozent (Fiat Ducato, HJS), die erreichten Emissionswerte bei 209 mg/km (Fiat), 244 mg/km (VW) und 247 mg/kg. Auffällig waren die trotz sommerlicher Temperaturen sehr hohen ungereinigten Serienemissionen bei allen drei Testfahrzeugen, die mit Werten zwischen 676 und 1.021 mg/km um ein Vielfaches über dem Prüfstand-Grenzwert der Abgasnorm Euro 5 liegen.

Niedrigere Außentemperaturen sorgten im Herbst für noch einmal deutlich erhöhte Serienemissionen der drei umgerüsteten Fahrzeuge – teilweise verdoppelten sich diese gegenüber der RDE-Messung bei sommerlichen Temperaturen auf bis zu knapp zwei Gramm Stickoxid pro Kilometer. Und das, obwohl sich die herbstlichen Messungen noch in einem Temperaturbereich bewegten, der der deutschen Jahresdurchschnittstemperatur entspricht (ca. 9,5 °C). Die SCR-Nachrüstsysteme zeigten bei 10 °C Außentemperatur immer noch eine hohe Minderungsleistung, auch wenn diese insgesamt etwas geringer ausfiel, als noch bei sommerlichen Temperaturen. Das liegt vor allem daran, dass die SCR- Systeme unabhängig vom Motor arbeiten und nach Kaltstart länger benötigen, um auf Temperatur zu kommen. Die gemessenen NO x -Reduktionsraten lagen aber immer noch bei hohen 51 bis 77 Prozent. Der Ausstoß an Stickoxiden sinkt dadurch zwar deutlich, doch der absolute NO x -Wert liegt jedoch selbst dann noch bei mindestens 400 mg/km und damit klar über dem in der Richtlinie definierten Grenzwert für diesen Temperaturbereich.

Temperaturbereich zwischen 5 und 13 Grad kritisch

Die Messungen zeigen, dass die Serienemissionen durch den Einsatz der sogenannten „Thermofenster“ bereits bei Temperaturen von rund +13 °C je nach Modell stark ansteigen können. Der in der Richtlinie festgelegte Verschlechterungsfaktor für niedrige Temperaturen (540 mg/km) greift jedoch erst bei +5 °C. „Es scheint, als gehöre der Temperaturbereich zwischen +5 °C und +13 °C zu den größten Herausforderungen, den Grenzwert einzuhalten, wenn die Automobilhersteller die Nachrüstunternehmen nicht durch Softwareupdates unterstützen“, erklärt ADAC Technikchef Kolke. Der Gesetzgeber gehe in der Nachrüstrichtlinie davon aus, dass bei diesen Durchschnittstemperaturen kein Verschlechterungsfaktor zur Bewertung der Abgase notwendig ist. Die Praxis zeige aber, so Kolke weiter, dass die Fahrzeughersteller die serienmäßige Abgasreinigung stark drosseln. „Die sehr hohen Serienemissionen bekommen dann selbst wirkungsvolle Nachrüstsysteme nicht mehr ausreichend in den Griff, auch wenn die Stickoxide absolut gesehen um bis zu 1,4 g/km reduziert werden können.“

Fiat Ducato: Wegen Unfalls Abbruch nach 32.000 Kilometern

Für den Fahrbetrieb bei winterlichen Temperaturen liegen nur noch Messwerte von zwei Testfahrzeugen vor: Kurz nach Start der vierten Etappe des Dauerlaufs geriet der Fiat Ducato auf der Teststrecke unverschuldet in einen Verkehrsunfall. Der Schaden am Fahrzeug erwies sich als nicht reparabel und der Alltagstest mit dem Fiat musste vorzeitig nach gut 32.000 Kilometern abgebrochen werden.

Bei winterlichen Außentemperaturen um den Gefrierpunkt entwickeln sich die ungereinigten Serienemissionen bei den verbliebenen Testfahrzeugen uneinheitlich. Im Falle des VW T5 Multivan steigen sie weiter an, beim Opel Astra stagnieren die Serienemissionen trotz weiter sinkender Temperaturen auf hohem Niveau. „Die Außentemperatur an sich hat also kaum Einfluss auf die Höhe des

Stickoxidausstoßes, sondern vielmehr die Strategie des Fahrzeugherstellers, wann und in welchem Umfang die Abgasnachbehandlung zurückgefahren wird. Da die Nachrüster diese Strategie nicht kennen, ist die Systemapplikation auf niedrige Grenzwerte über den gesamten Temperaturbereich besonders herausfordernd“ erklärt ADAC Technikchef Kolke.

Die Minderungsraten im winterlichen Betrieb liegen immer noch bei annehmbaren 38 bis 53 Prozent. Das sind Minderungen von 1.900 mg/km auf 1.200 mg/km beim VW-Fahrzeug und von 1.500 mg/km auf 700 mg/km beim Opel-Pkw. „Ein Softwareupdate der Hersteller, ein besonders ausgereiftes Energiemanagement, eine effiziente Aufheizstrategie des SCR-Systems und eine gute Wärmekapselung der SCR-Komponenten können dazu beitragen, diesen ambitionierten Grenzwert zu erreichen“, so Kolke.

Software-Updates plus Hardware-Nachrüstung

Verkehrsminister Hermann sieht an diesem Punkt auch die Autohersteller in der Verantwortung: „Um die ambitionierten Anforderungen der Nachrüstvorgaben für Pkw zu erfüllen, sind die zugesagten Software-Updates und die konstruktive Mithilfe der Autohersteller bei der weiteren Entwicklung der Hardwarenach- rüstungssysteme zwingend erforderlich. Im Übrigen müssen sie die Kosten für die Nachrüstung übernehmen.“

Probleme bereitet den getesteten Prototypen die Begrenzung des Kraftstoffmehrverbrauchs bzw. des CO 2 -Ausstoßes in der Nachrüst-Richtlinie auf maximal sechs Prozent. Mit Werten zwischen sieben und 13 Prozent liegen alle drei Fahrzeuge teils deutlich über dem zulässigen Erhöhungsfaktor. Der absolute Mehrverbrauch indes liegt je nach Messzyklus zwischen 0,56 Liter (VW) und 0,93 Liter (Fiat Ducato) pro 100 Kilometer. Besonders sparsame Fahrzeuge sind somit benachteiligt, weil der absolute zulässige Mehrverbrauch sehr gering ausfällt. Kolke: „Die Entwicklung einer SCR-Nachrüstung ist für sparsame Fahrzeugmodelle dadurch deutlich anspruchsvoller, als für Fahrzeuge mit hohem Kraftstoffverbrauch.“

Dagegen lässt sich die in der Nachrüst-Richtlinie geforderte Vermeidung von Sekundäremissionen wie Ammoniak oder Lachgas bei SCR-Nachrüstung einhalten, sofern die richtige Technik verbaut ist: Mit einem NH 3 -Sperrkat kann Ammoniakschlupf zuverlässig vermieden werden, wie die Messungen des VW T5 und Opel Astra zeigen.

ADAC Württemberg fordert Nachrüstsysteme für viele Marken

„Wir fühlen uns in der Gesamtbetrachtung bestätigt: Wer sein Diesel-Fahrzeug nachrüstet, tut der Umwelt etwas Gutes und kann Fahrverbote vermeiden“, sagt Dieter Roßkopf, Vorstandsvorsitzender des ADAC Württemberg. „Deshalb sollte alles getan werden, Nachrüstsystemen für möglichst viele Marken und Modelle den Marktzugang zu ermöglichen.“ Gleichzeitig übt Roßkopf Kritik an den Fahrzeugherstellern: Viele Autohersteller verweigerten immer noch ihre Unterstützung bei der Entwicklung von Nachrüstsystemen und ließen ihre Kunden im Regen stehen. „Das ist nicht akzeptabel. Die Ergebnisse des Alltagstests zeigen: Ohne Unterstützung der Autokonzerne wird Hardware-Nachrüstung zur Mission Impossible.“

Vorbildlich zeige sich nur ein Hersteller, so der ADAC Vorstandsvorsitzende: Daimler habe die Zeichen der Zeit erkannt und unterstützt glaubhaft die Nachrüster, um die zeitnahe Einführung von Hardware-Nachrüstung für Mercedes-Fahrzeuge zu ermöglichen. Damit die Weiterentwicklung von Nachrüstsystemen zur Serienreife beschleunigt werden kann, fordert der ADAC von allen Autoherstellern, den Nachrüstunternehmen den Zugang zu erprobten Serienteilen für die Abgas-Nachbehandlung zu gewähren und Softwareupdates zu entwickeln, die bei allen Außentemperaturen wirksam sind.

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