Feinstaub ist kein reines Diesel-Problem
Bei ersten Testfahrten mit dem neuen VW Tiguan Allspace ließ es Volkswagen-Entwicklungsvorstand Frank Welsch eher in einem Nebensatz fallen. „Wir haben mit unserem Zweiliter-Turbo-Direkteinspritzer vom Typ EW 888 noch eine Menge vor. Um für alle zukünftigen gesetzlichen Vorgaben gerüstet zu sein, bekommt er unter anderem einen Partikelfilter.“
Nach den Dieseln, seit Jahren als Dreckschleudern torpediert, kommen nun zunehmend auch die Benziner unter Druck. In dem aktuellen EcoTest des ADAC sind nicht nur Diesel beim Feinstaub auffällig (ältere Euro-5-Diesel sind teilweise sauberer als Euro-6-Fahrzeuge), sondern auch zunehmend Benziner. Explizit nennt der Autoklub den Tiguan (allerdings mit dem kleineren 1,4-Liter-Benziner) und den Opel Corsa mit dem 1,0-Liter Turbobenziner bei den hohen Feinstaub-Werten.
Der Test belegt, was in der Branche bereits länger bekannt ist: Um die kommende, nochmals deutlich verschärfte Schadstoffnorm Euro 6c zu schaffen, die ab September 2017 eingeführt wird, muss so mancher Benzinmotor nochmals sauberer werden. Mit innermotorischen Maßnahmen lässt sich das nicht immer erledigen. So werden immer mehr Fahrzeuge einen Partikelfilter bekommen.
Die Top Ten im ADAC EcoTest 2017
Modell: Mitsubishi Space Star 1.2 ClearTec Top
Motor: Benziner
Schadstoffe: 40 von 50 Punkten
Punkte CO2: 36 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 76 von 100 Punkten
Eco-Sterne: ****
Quelle: ADAC EcoTest 2017
Modell: Mercedes-Benz E 220 d 9G-Tronic
Motor: Diesel
Schadstoffe: 50 von 50 Punkten
Punkte CO2: 30 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 80 von 100 Punkten
Eco-Sterne: ****
Modell: Suzuki Ignis 1.2 SHVS Comfort+
Motor: Benziner
Schadstoffe: 48 von 50 Punkten
Punkte CO2: 36 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 84 von 100 Punkten
Eco-Sterne: ****
Modell: Tesla Model S P90D
Motor: Elektro
Schadstoffe: 50 von 50 Punkten
Punkte CO2: 37 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 87 von 100 Punkten
Eco-Sterne: ****
Modell: Toyota Yaris Hybrid Style
Motor: Hybrid
Schadstoffe: 49 von 50 Punkten
Punkte CO2: 39 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 88 von 100 Punkten
Eco-Sterne: ****
Modell: Skoda Octavia Combi 1.4 TSI G-TEC Style (Erdgasbetrieb)
Motor: Erdgas
Schadstoffe: 50 von 50 Punkten
Punkte CO2: 43 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 93 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *****
Modell: Toyota Mirai
Motor: Elektro/Wasserstoff
Schadstoffe: 50 von 50 Punkten
Punkte CO2: 43 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 93 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *****
Modell: Nissan Leaf Acenta (inkl. Batterie mit 30 kWh)
Motor: Elektro
Schadstoffe: 50 von 50 Punkten
Punkte CO2: 44 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 94 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *****
Modell: Toyota Prius 1.8 Hybrid Executive
Motor: Hybrid
Schadstoffe: 48 von 50 Punkten
Punkte CO2: 46 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 94 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *****
Modell: BMW i3 (94 Ah)
Motor: Elektro
Schadstoffe: 50 von 50 Punkten
Punkte CO2: 50 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 100 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *****
Die Funktionsweise des Filters entspricht dabei weitgehend der bei Dieselfahrzeugen eingesetzten Technologie. Der Abgasstrom wird in ein Filtersystem geleitet, das zumeist im Unterboden des Fahrzeugs sitzt. Durch den porösen Wabenfilter mit wechselseitig verschlossenen Ein- und Auslasskanälen entsteht ein Abgasstrom. Hierbei kommt es zu einer Abscheidung des Rußes, wobei der Filter unter entsprechenden Fahrbedingungen kontinuierlich regeneriert wird. Die Regenerationsdauer ist abhängig vom Füllstand des Partikelfilters und den Fahrbedingungen.
Partikelfilter hält so lange wie das Auto
Ebenso wie bei den Dieselfiltern wird auch die Abgasreinigung für Fahrzeuge mit Ottomotor kontinuierlich regeneriert; jedoch sind die im Vergleich zum Selbstzünder vergleichsweise kurzen Regenerationsintervalle nicht notwendig. Ein Benzinpartikelfilter hat eine Haltbarkeit, die mindestens zehn Jahren und somit der Lebensdauer eines Fahrzeuges entspricht.
Wurden jüngst noch knapp 90 Millionen Pkw weltweit produziert, sollen es in fünf Jahren 115 Millionen sein. Aktuell fahren laut Schätzungen von LMC Automotive rund eine Milliarde Autos rund um den Globus. Im Jahr 2018 sollen es mindestens 200 Millionen Fahrzeuge mehr sein. Dass diese Entwicklung zunehmend negative Auswirkungen auf die Luftqualität in den Metropolen hat, ist längst zu erkennen und der Druck wächst.
Die Flop Ten im ADAC EcoTest 2017
Modell: Volvo V90 D5 Inscription AWD Automatik
Motor: Diesel
Schadstoffe: 7 von 50 Punkten
Punkte CO2: 17 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 24 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Quelle: ADAC EcoTest 2017
Modell: VW Tiguan 1.4 TSI ACT BMT Comfortline DSG
Motor: Benziner
Schadstoffe: 14 von 50 Punkten
Punkte CO2: 10 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 24 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Alfa Romeo Giulia 2.2 Diesel Super AT8
Motor: Diesel
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 23 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 23 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Hyundai i40 Kombi 1.7 CRDi blue Premium DCT
Motor: Diesel
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 20 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 20 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Ford Galaxy 2.0 TDCi Start/Stopp Titanium
Motor: Diesel
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 14 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 14 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Citroën Spacetourer M BlueHDi 150 Start/Stop Shine
Motor: Diesel
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 11 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 11 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Ford Edge 2.0 TDCi Bi-Turbo Start/Stopp Titanium 4x4 Powershift
Motor: Diesel
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 9 von 50 Punkte
EcoTest gesamt: 9 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Ford Focus RS
Motor: Benziner
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 6 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 6 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Ssangyong Korando 2.2 e-XDi 220 Sapphire 4WD Automatik
Motor: Diesel
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 1 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 1 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
Modell: Nissan NP300 Navara Double Cab 2.3 dCi N-Connecta 4x4
Motor: Diesel
Schadstoffe: 0 von 50 Punkten
Punkte CO2: 0 von 50 Punkten
EcoTest gesamt: 0 von 100 Punkten
Eco-Sterne: *
An der Automobilindustrie selbst geht das natürlich nicht spurlos vorüber. Die alternativen Antriebe stehen in der Gunst der Kunden jedoch hinten an und nur in allzu homöopathischen Stückzahlen laufen Stromer, Hybriden, Brennstoffzeller und Co. vom Band und den reinen Verbrennern keinesfalls den Rang ab. Viel zu groß ist der finanzielle Aufwand, zu ungewiss ihre Haltbarkeit und zu kritisch ihre Reichweite.
„Der Verbrennungsmotor bleibt auch mittelfristig die dominierende Antriebsform auf den Straßen“, sagt Klaus Harth, verantwortlich für die Forschung an Automobil-Katalysatoren bei der BASF. „Die Schadstoffbelastung bei Verbrennungsmotoren zu reduzieren, bleibt daher weiterhin ein wichtiges globales Thema.“
Die Gründe liegen auf der Hand. Verbrennungsmotoren produzieren umweltschädliche Abgase, weil das Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, sprich der Treibstoff, nur unvollständig verbrennt. Benzin- und Dieselfahrzeuge sind zwar mit Katalysatoren und teilweise mit Partikelfiltersystemen ausgestatten, um Stickoxide, Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Rußteilchen noch innerhalb des Abgasstroms herauszufiltern.
Nachdem der Dieselskandal die gesamte Autoindustrie aufrüttelte und den Volkswagen-Konzern in eine Schieflage brachte, geht es jetzt den bislang so grün umworbenen Benzindirekteinspritzern mit Turboladern und ihrem Partikelausstoß an den Kragen. Denn genau die sind das große, schon seit Jahren bekannte, aber noch nicht gelöste Problem bei den im Verbrauch so gut abschneidenden Motoren.
Was die Autobauer planen
Das weiß auch Emmanuel Jean, Emissions Master Expert bei Faurecia Emissions Control Technologies: „Rußpartikel sind kein spezifisches Dieselproblem. Auch Benziner, darunter besonders die Motoren mit Direkteinspritzung, erzeugen Partikel.“
Der direkteingespritzte Kraftstoff mischt sich erst im Brennraum mit Luft – und da liegt das Problem. Es kann passieren, dass einzelne Tröpfchen nicht vollständig verdampfen. Das Resultat ist am Auspuff in Form von kleinsten Rußpartikeln zu messen. Bis zu viermal so viele Partikel, wie es der Grenzwert für Dieselfahrzeuge zulässt, emittieren Benzindirekteinspritzer unter bestimmten Umständen.
Welche Schadstoffe im Abgas stecken
Stickoxide (allgemein NOx) gelangen aus Verbrennungsprozessen zunächst meist in Form von Stickstoffmonoxid (NO) in die Atmosphäre. Dort reagieren sie mit dem Luftsauerstoff auch zum giftigeren Stickstoffdioxid (NO2). Die Verbindungen kommen in der Natur selbst nur in Kleinstmengen vor, sie stammen vor allem aus Autos und Kraftwerken. Die Stoffe können Schleimhäute angreifen, zu Atemproblemen oder Augenreizungen führen sowie Herz und Kreislauf beeinträchtigen. Pflanzen werden dreifach geschädigt: NOx sind giftig für Blätter und sie überdüngen und versauern die Böden. Außerdem tragen Stickoxide zur Bildung von Feinstaub und bodennahem Ozon bei.
Kohlendioxid (CO2) ist in nicht zu großen Mengen unschädlich für den Menschen, aber zugleich das bedeutendste Klimagas und zu 76 Prozent für die menschengemachte Erderwärmung verantwortlich. Der Straßenverkehr verursacht laut Umweltbundesamt rund 17 Prozent aller Treibhausgas-Emissionen in Deutschland – hier spielt CO2 die größte Rolle. Es gibt immer sparsamere Motoren, zugleich aber immer größere Autos und mehr Lkw-Transporte. Außerdem mehren sich Hinweise darauf, dass Autobauer nicht nur bei NOx-, sondern auch bei CO2-Angaben jahrelang getrickst haben könnten.
Bei der Treibstoff-Verbrennung in vielen Schiffsmotoren fällt auch giftiges Schwefeldioxid (SO2) an. In Autos und Lkws entsteht dieser Schadstoff aber nicht, was am Kraftstoff selbst liegt: Schiffsdiesel ist deutlich weniger raffiniert als etwa Pkw-Diesel oder Heizöl und enthält somit noch chemische Verbindungen, die bei der Verbrennung in Schadstoffe umgewandelt werden.
Winzige Feinstaub-Partikel entstehen entweder direkt in Automotoren, Kraftwerken und Industrieanlagen oder indirekt durch Stickoxide und andere Gase. Die Teilchen gelangen in die Lunge und dringen in den Blutkreislauf ein. Sie können Entzündungen der Atemwege hervorrufen, außerdem Thrombosen und Herzstörungen. Der Feinstaub-Ausstoß ist in Deutschland seit Mitte der 1980er Jahre deutlich gesunken. Städte haben Umweltzonen eingerichtet, um ihre Feinstaubwerte zu senken.
Feinstaub entsteht aber nicht nur in den Motoren. Auch der Abrieb von Reifen und Bremsen löst sich in feinsten Partikeln. Genauso entstehen im Schienenverkehr bei jedem Anfahren und Bremsen feiner Metallabrieb an den Schienen. All das landet ebenfalls als Feinstaub in der Luft.
Katalysatoren haben die Aufgabe, gefährliche Gase zu anderen Stoffen abzubauen. In Autos wandelt der Drei-Wege-Kat giftiges Kohlenmonoxid (CO) mit Hilfe von Sauerstoff zu CO2, längere Kohlenwasserstoffe zu CO2 und Wasser sowie NO und CO zu Stickstoff und CO2 um. Der sogenannte Oxidations-Kat bei Dieselwagen ermöglicht jedoch nur die ersten beiden Reaktionen, so dass Dieselabgase noch mehr Stickoxide enthalten als Benzinerabgase. Eingespritzter Harnstoff („AdBlue“) kann das Problem entschärfen: Im Abgasstrom bildet sich so zunächst Ammoniak, der anschließend in Stickstoff und Wasser überführt wird.
Doch nicht nur die Zahl der Partikel ist gefährlich, sondern auch deren Größe. Der von Benziner emittierte Ruß ist nochmals feiner. Vor allem diese Nanoteilchen gelangen in die Lungen und setzen sich dort fest.
Der Partikelfilter kommt in immer mehr Modellen
Dass die Anzahl der Direkteinspritzer auf dem Markt steigt, ist seit Jahren zu sehen. Kaum ein moderner Dieselmotor kommt ohne die Direkteinspritzung aus. Rund 15 Prozent weniger Kraftstoffverbrauch sorgt im Gegenzug für weniger CO2-Emissionen. „2016 war allein in Europa jeder zweite Benzin-Pkw ein Direkteinspritzer“, sagt Jean. „Der Trend geht ganz klar zum Downsizing von Motoren, um Sprit zu sparen und Emissionen zu reduzieren.“
Die Autohersteller kommen unter Druck und müssen insbesondere bei neuen Modellen reagieren, um die strengeren Abgasvorschriften der Einstufung 6c zu erfüllen, die ab Herbst gilt. „In Verbindung mit der zusätzlichen RDE-Regulierungen (Real Driving Emissions) können je nach Modell und Motorisierung innermotorische Maßnahmen durch zusätzliche Maßnahmen wie beispielsweise Partikelfilter ergänzt werden“, teilt beispielsweise BMW mit, „deshalb ist auch der Einsatz von Partikelfiltern für Fahrzeuge mit Otto-Motor derzeit bei uns in Prüfung.“
Anzunehmen, dass alle neuen Modelle, die ab dem Modelljahr 2018 eingeführt werden – je nach Benzinmotor – einen Partikelfilter bekommen. Dies würde zunächst die beiden SUV BMW X3 und X2 betreffen.
Ähnlich äußert sich auch Volvo. „Wir führen in der zweiten Jahreshälfte die ersten Fahrzeuge mit einem Benzin-Partikelfilter ein“, so Volvo-Sprecher Michael Schweitzer, „wir bitten aber um Verständnis, dass wir jetzt noch kein genaues Timing oder die konkreten Motoren nennen können.“
Bei Mercedes macht die überarbeitete S-Klasse ab dem Herbst den Anfang. „Nach über zwei Jahren positiver Felderfahrung im S500 werden 2017 weitere Varianten der S-Klasse, beispielsweise der neue Ottomotor M 256, mit dieser Technologie ausgerüstet“, so Daimler-Sprecher René Olma, „danach folgt die schrittweise Umsetzung in weiteren neuen Fahrzeugmodellen, Modellpflegen und neuen Motorgenerationen wie dem M 264. Im Anschluss daran ist der Einsatz des Partikelfilters auch bei den aktuellen Baureihen geplant.“
„Wir werden sukzessive die Modelle mit TFSI-Motoren in unserem Portfolio für Europa mit Ottopartikelfiltern ausstatten. Zwar wäre die Erfüllung der gesetzlichen RDE-Anforderungen ab Herbst 2017 bzw. Herbst 2018 bei vielen Modellen auch ohne Ottopartikelfilter möglich“, sagt Audi-Technologiesprecher Tobias Söllner, „dennoch hat Audi die Entscheidung getroffen, alle Homologationen innerhalb der neuen RDE-Gesetzgebungen nur noch mit Ottopartikelfiltern durchzuführen.“ Erstes Modell im Ring-Portfolio wird ab Mitte des Jahres der Audi A5 2.0 TFSI sein.
Die Herstellungs- und Einbaukosten des Benzinpartikelfilters liegen je nach Modell zwischen 60 und knapp 200 Euro, die in keiner Preisliste auftauchen. Es ist jedoch schon jetzt klar, dass die Fahrzeuge entsprechend teurer werden. Die nächste Technik, die auf Autohersteller und demnach auch die Kunden zukommt, ist die 48-Volt-Technik beziehungsweise ein entsprechender Startergenerator. Dabei ist es mit 60 bis 200 Euro pro Auto jedoch nicht getan.
