Power Systems

VDMA-Position Eckpunkte für eine weltweite Abgasemissionsstrategie

Einleitung Der VDMA, Verband Deutscher Maschinen und -anlagenbau, ist der größte europäische Industrieverband. Der VDMA vertritt die Interessen von ca. 3000 Mitgliedsunternehmen aus nahezu allen Branchen der Investitionsgüterindustrie. Im Fachverband Power Systems sind Hersteller von Verbrennungsmotoren, Turbinen und Energieerzeugungsanlagen zusammengeschlossen. Weitere Informationen über den VDMA sind unter www.vdma.org abrufbar. In unserem Technischen Lenkungsgremium Verbrennungsmotoren (TLVM) sind alle namhaften Hersteller von Motoren und Motoranlagen vertreten. Anlass der vorliegenden Initiative ist die Feststellung, dass die Emissionsvorschriften führender Industrienationen und Wirtschaftsräume trotz intensiver Harmonisierungsanstrengungen der Industrie auseinanderzudriften drohen. Für die Hersteller von nichtstraßengebundenen Motoren ist es von elementarer Bedeutung, dass Emissionsgrenzwerte international harmonisiert sind, um ihnen einen globalen Markt für ihre Motorkonstruktionen zu bieten, so dass für den Hersteller ein und dieselbe Motortechnologie weltweit zur Anwendung kommen kann. Die nachfolgenden Eckpunkte folgen über die Motoranwendungen hinaus einem ganzheitlichen Ansatz, der dazu dienen soll, die geltenden oder geplanten Emissionsvorschriften in der EU, den USA, Japan und anderen Ländern soweit wie möglich wieder anzupassen.

Grundsätzliche Ziele Ziel 1:

Planbarkeit und Konsistenz der Emissionsgesetzgebung

Unternehmen brauchen Planungssicherheit. Die Emissionsgesetzgebung muss verlässlich sein, wenn sie Innovation und Produktentwicklung nicht behindern soll. Bei der Festlegung von Grenzwerten und deren Einführungsterminen ist daher auf ausreichende Vorlaufzeiten bis zum Inkrafttreten neuer Vorschriften ebenso zu achten wie auf kalkulierbare Bestandszeiten und minimalen administrativen Aufwand.

Ziel 2:

Integrativer Ansatz für die Emissionsgesetzgebung zum Schutz der Umwelt unter der Prämisse technischer und wirtschaftlicher Rationalität

Die Emissionsgesetzgebung ist mit vielfachen Zielkonflikten konfrontiert. Das gilt für die Spannungen zwischen umweltpolitischen und ökonomischen Zielen, aber auch für Wechselwirkungen zwischen verschiedenen umweltpolitischen Zielen. Beispielsweise sind niedrigere NOxEmissionswerte oftmals mit höherem Kraftstoffverbrauch verbunden. Um zu vermeiden, dass die Emissionsgesetzgebung aufwändige technische Lösungen erfordert, aber lediglich fragwürdige ökologische Effekte erzielt, muss sie alle ihre Wirkungen frühzeitig ins Kalkül ziehen.

Das erfordert nicht zuletzt eine sorgfältige Koordinierung zwischen den zuständigen nationalen und internationalen Gesetzgebern.

Ziel 3:

Beseitigung technischer Handelshemmnisse durch Harmonisierung der Gesetzgebung

Gesetzliche Emissionsvorgaben greifen stets in die Produktentwicklung ein. Besonders kritisch zu betrachten ist dieser Produkteingriff, wenn – wie derzeit der Fall – zwischen den verschiedenen Wirtschaftsräumen (Europa, USA, Asien), aber auch auf Grund nationaler Besonderheiten innerhalb der EU gravierende Unterschiede in den Emissionsgesetzen bestehen. Die Beseitigung technischer Handelshemmnisse durch die Harmonisierung von Rechtsvorschriften und technischen Regelwerken in Europa und weltweit ist zwingend notwendig. Dabei ist vom Gesetzgeber zu berücksichtigen, dass die Anwendungsfelder von non-road Motoren mannigfach sind und die spezifischen Anforderungen an den Motor äußerst unterschiedlich sein können.

Spezifische Ziele Ziel 4:

Abgasemissionsgrenzwerte für Motoren in mobilen Maschinen sind harmonisiert

Emissionsgesetze für mobile Maschinen existieren u.a. in den drei großen Wirtschaftsräumen Europa, USA und Japan. Eine Verschärfung dieser Gesetze ist in 2003 in der EU und in 2004 in den USA beschlossen worden. In weiteren Ländern sind entsprechende Emissionsstufen bereits eingeführt bzw. stehen kurz vor der Einführung. Die Emissionsgrenzwerte sind leistungsabhängig einzuhalten, wobei die obere Leistungsgrenze in der EU bei 560 kW (in den USA bei 750 hp) liegt. Neben dem klassischen Bereich der mobilen Maschinen werden auch weitere Anwendungsfelder wie z.B. Bahnmotoren und Stationärmotoren von der Emissionsgesetzgebung erfasst. Für Motoren < 560 kW sollten identische Emissionsgrenzwerte für die Bereiche Mobile Maschinen, Bahnmotoren und Stationärmotoren gelten. Die Kategorisierung der Motoren nach Leistung ist beizubehalten. Angelehnt an die jeweiligen LkW-Emissionsregelungen sollten die Grenzwerte für mobile Maschinen nach einer Übergangsfrist von min. 5 Jahren Gültigkeit erlangen, um dem Motorenhersteller und dem Maschinenhersteller Zeit zum Technologietransfer und zur Applikation neuer Technologien zu geben. Emissionsgrenzwerte für Dieselmotoren mit einer Leistung < 19 kW für mobile Maschinen sind bislang nur in den USA festgelegt worden. In Europa unterliegen nur Dieselmotoren ≥ 18 kW (Stufe II) bzw. ≥ 19 kW (Stufen III A und III B) entsprechenden Emissionsvorschriften, da der Beitrag kleinerer Motoren an der Gesamtemission eine deutlich untergeordnete Rolle spielt. Zu beachten ist auch, dass die Marktgegebenheiten in Europa und in den USA für solch kleine Motoren deutlich unterschiedlich sind. So gibt es in den USA keine Hersteller von kleinen Dieselmotoren. Vor diesem Hintergrund steht der Harmonisierungsgedanke bei der Emissionsgesetzgebung hier nicht an erster Stelle. Im Falle einer strikten Harmonisierungsausrichtung könnten stringente Emissionsvorgaben für Dieselmotoren < 19 kW zum vollständigen Erlöschen des Heimatmarktes (Europa) führen. Eine sinnvolle Harmonisierung wäre für Europa die Übernahme der Emissionsgrenzwerte der USA (Stufe II) für Motoren < 19 kW. Weitere Emissionsstufen sollten für solche Kleindieselmotoren aufgrund des unbedeutenden Anteils an der Gesamtemission nicht mehr festgelegt werden.

Ziel 5:

Abgasemissionsgrenzwerte für Motoren großer Leistung für Bahn, Binnenschiffe, Seeschiffe und Stationärmotoren sind harmonisiert

Je nach Anwendungsfeld existieren für Motoren großer Leistung (> 560 kW bzw. 750 hp) verschiedene Emissionsregelungen, mit unterschiedlichen Kategorisierungen und Einführungszeiträumen der Grenzwerte. Dabei wird berücksichtigt, dass je nach Anwendungsfeld auch unterschiedliche Kraftstoffqualitäten zum Einsatz kommen. Binnenschiffsmotoren werden beispielsweise in den USA nach Zylinderverdrängungsvolumen kategorisiert. Für die Rheinschifffahrt hat die Zentralkommission für die Rheinschifffahrt (ZKR) eine Emissionsregelung getroffen, die kleinere Motoren (< 560 kW) nach der Leistung kategorisiert und für größere Motoren mit Blick auf die IMO Regelung die Emissionsvorschriften drehzahlabhängig vorgibt. In Europa trägt der Gesetzgeber beidem Rechnung und hat sowohl die US-Regelung als auch die für die Rheinschifffahrt übernommen. Für Bahnmotoren hingegen wurde ein separater Weg gewählt, der beides, Leistungs- und Hubvolumenkategorisierung, vermengt und für Motoren > 2000 kW und einem Zylinderhubvolumen > 5 l eine technisch fragwürdige Sonderregelung trifft. Für Stationärmotoren liegt ein vom VDMA mit Euromot auf europäischer Ebene abgestimmtes Konzept vor. Für Motoren großer Leistung sollten die Emissionsgrenzwerte für die Bereiche Bahn, Binnenschiffe, Seeschiffe und Stationärmotoren abgeglichen werden. Eine Kategorisierung nach der Leistung ist für Bahnmotoren und Stationärmotoren zu bevorzugen. Für Seeschiffe ist eine Kategorisierung der Motoren nach der Drehzahl analog der IMO zu übernehmen. Für Binnenschiffsmotoren und große Motoren sollten wie bei der IMO und der Rheinschifffahrtsuntersuchungsordnung die Emissionsvorschriften drehzahlabhängig festgelegt sein. Nachfolgend zur Abgasemissionsregelung für mobile Maschinen (< 560 kW) sollten die Grenzwerte für Motoren größerer Leistung nach einer Übergangsfrist von min. 5 Jahren Gültigkeit erlangen, um dem Motorenhersteller und dem Maschinenhersteller Zeit zum Technologietransfer und zur Applikation neuer Technologien zu geben.

Ziel 6:

Für Seeschiffe ist die Reduzierung der NOx-Emissionen vorrangig

Bei den zu reglementierenden Emittenten ist bei mobilen Maschinen, Binnenschiffen und Bahnanwendungen die ganze Bandbreite, CO, NOx, Partikel und HC, bereits gesetzlich geregelt, wobei der Gesetzgeber seine Schwerpunkte auf die NOx- und Partikelemission legt. Bei Motoren in Seeschiffen sind die Kraftstofffestlegungen äußerst divergent. Häufig wird Schweröl als Kraftstoff eingesetzt, womit eine Messung der Partikelemission nicht sinnvoll ist. Die IMO trägt dem mit ihren Emissionsforderungen Rechnung und konzentriert sich auf die Reduktion der NOx-Emissionen. Dies ist auch für die anstehende zweite Stufe der IMO-Grenzwerte beizubehalten, d.h. auf die Festlegung von Staub-/Partikelgrenzwerten für Seeschiffe sollte verzichtet werden. Alternativ hierzu sollte ein sicher reproduzierbares Verfahren zur Messung der Abgastrübung entwickelt werden. Insbesondere sollte das Augenmerk auf die Entwicklung objektiver Kriterien zur Beurteilung der Abgastrübung gelegt werden. Die IMO als weltweiter Gesetzgeber sollte die einzige Organisation sein, die für Seeschiffe Emissionsvorschriften festlegt. Nationale Regelungen sind in diesem Anwendungsfeld nicht nötig.

Ziel 7:

Emissionsmessungen an Einzelmotoren sind auf ein Mindestmaß reduziert

Zur Überprüfung, ob der Motor die Abgasemissionsanforderungen erfüllt, wird eine Messung durchgeführt. Diese wird zumeist auf einem Prüfstand vorgenommen. Bei manchen Großmotoren ist das jedoch aufgrund der Motorbaugröße nicht möglich und eine Vor-Ort-Messung des Motors im eingebauten Zustand, beispielsweise auf dem Schiff, ist vorzunehmen. Die Abgasemissionsmessung sollte stets nach den einschlägigen ISO-Normen erfolgen, unter Berücksichtigung des Kosten/Nutzen-Verhältnisses. Die ISO hat hierzu ein bewährtes Konzept zur Definition einer Motorfamilie bzw. -gruppe erarbeitet, so dass Motor-Einzelmessungen auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben. Gelegentlich fordert der Gesetzgeber für Stationärmotoren eine kontinuierliche Erfassung der Emissionswerte. Grundvoraussetzung hierfür ist jedoch, dass entsprechend verifizierte Messmethoden verfügbar sind, um verlässliche Ergebnisse zu erhalten. Da dies nicht der Fall ist, sind diskontinuierliche Messungen auch vor dem Hintergrund der Kosteneffizienz zielführender. Mit abgesicherten statistischen Wahrscheinlichkeitsrechnungen kann das Emissionsvolumen dann auf das Jahr hochgerechnet werden. Forderungen nach kontinuierlicher Erfassung der Emissionswerte sollten mit Vereinfachungen im Genehmigungsverfahren verbunden sein.

Ziel 8:

Motoren für Notantriebe unterliegen keinen Abgasemissionsgrenzwerten

Werden Motoren für Notantriebe konzipiert, steht die Erfüllung der Funktionstüchtigkeit der Maschine im Vordergrund. Notantriebe sind erforderlich in der Energieversorgung beispielsweise in Krankenhäusern, bei Banken, in Hochhäusern (Fahrstühle) oder auch in der Informationstechnologie zur Absicherung von Hochleistungsrechnern. Aber auch in Kraftwerken oder Seilbahnen kommen Notantriebe zum Einsatz. Notantrieb kommen im Jahr, wenn überhaupt, dann nur sehr kurz zum Einsatz. Der Anteil von Notantrieben an der Gesamtemission ist daher als nachrangig einzustufen und solche Antriebe sollten nach wie vor keinen Emissionsvorschriften unterliegen.

Ziel 9:

Testzyklen sind nach international verabschiedeten Normen festgelegt und Testkraftstoffe sind weitgehend harmonisiert

Mit der Normenreihe ISO 8178 zur Abgasmessung liegen innerhalb der ISO weltweit aufeinander abgestimmte Testverfahren und Testzyklen zur Messung der gasförmigen Emission und der Partikelemission vor. Die Festlegungen dieser von der ISO aktuell gehaltenen Normenreihe dient u.a. dem Gesetzgeber in Europa, den USA und Japan zur Ausfüllung der jeweiligen Gesetzestexte. Bei den Testzyklen sind grundsätzlich die Zyklen nach ISO 8178-4 heranzuziehen. Falls die Entwicklung neuer bzw. die Anpassung vorhandener Testzyklen (ISO 817811) erforderlich werden sollte, so sind diese Arbeiten in den entsprechenden Gremien der ISO vorzunehmen. Die Entwicklung weiterer transienter Testzyklen ist nicht notwendig. Ebenso wie die Testzyklen sind auch die Testkraftstoffe von großer Bedeutung. Hierbei sollte der Gesetzgeber handelsübliche Kraftstoffqualitäten als Testkraftstoffe festlegen, die rechtzeitig, d.h. mindestens 2 Jahre vor Einführung der zugehörigen Emissionsstufe zur Verfügung stehen. International sind die Testkraftstoffe so weit wie möglich zu harmonisieren, damit der Prüfaufwand überschaubar bleibt und eine Vergleichbarkeit des Emissionsniveaus sichergestellt ist. Auch sollte es möglich sein, auf Basis eines EU-Prüfkraftstoffes ein USEmissionsgesetz zu erfüllen.

Ziel 10:

Die Emissionsbezugsgröße für Motoren ist g/kWh

Als Emissionsbezugsgröße wird in der Gesetzgebung für Mobile Maschinen, Bahn, Seeschiffe und Binnenschiffe die Bezugsgröße in g/kWh festgelegt. Bei Stationärmotoren wäre die Dimension g/kWh ebenfalls anzustreben, insbesondere für kleinere Motorleistungen. Den gesetzgeberischen Vorgaben bei größeren Stationärmotoren, die Emissionsgrenzwerte in mg/Nm3 anzugeben, ist zwar Rechnung zu tragen, die Angabe g/kWh bietet im Vergleich zu mg/Nm3 jedoch den Vorteil, dass hier auch der Wirkungsgrad des Motors berücksichtigt wird. _________________ VDMA, 12. Mai 2005