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Regulatorische Möglichkeiten zur weitgehenden Elektrifizierung bei mobilen Maschinen und Geräten, Sportbooten sowie Zweirädern

Um bis Mitte des Jahrhunderts eine weitgehende Treibhausgasneutralität glaubhaft erreichbar zu machen, ist es erforderlich, den Verkehrssektor so weit wie möglich zu elektrifizieren. Die Elektrifizierung von Pkw und Nutzfahrzeugen ist vor allem durch regulatorische Vorgaben getrieben, in der EU insbesondere durch die Verordnungen über die CO2-Flottenzielwerte. Vergleichbare Vorgaben, welche die Elektrifizierung mobiler Maschinen und Geräte, wie Kettensägen, Bagger, Diesellokomotiven, Binnenschiffe, Landmaschinen und Zweiräder anreizen, fehlen bislang auf EU Ebene. Hinzukommt, dass die Ansätze zur CO2-Regulierung für Straßenfahrzeuge nicht einfach auf mobile Maschinen und Geräte übertragen werden können. Zum Beispiel sind Baumaschinen meist 'zulassungsfrei', d.h. die Anzahl der jedes Jahr in Verkehr gebrachten Baumaschinen ist den Behörden nicht genau bekannt. Durch die Elektrifizierung von mobilen Maschinen, Landmaschinen und Zweirädern ergeben sich erhebliche 'Co-Benefits' in Form wesentlich niedrigerer Lärmemissionen, höherer Arbeitssicherheit und weniger gesundheitlicher Belastungen an Baustellen, Entlastung von Anwohner*innen und niedrigerer Luftschadstoffbelastung. Das Vorhaben sollte vor dem Hintergrund des aktuellen regulatorischen Rahmens Regulierungsoptionen zur Elektrifizierung der genannten Fahrzeuge, Maschinen und Geräte in der EU, z.B. über Flottenzielwerte, über Quotensysteme etc., aufzeigen und diese bewerten. Im Ergebnis werden ausgewählte Optionen feiner ausgearbeitet, Vorschläge zu möglichen konkreten Anforderungen bzw. Zielwerten auf Basis von Kosten und technischen Potentialen abgeleitet und in Form eines Abschlussberichts veröffentlicht.

Hydrostatische Rekuperation und energieoptimale Antriebstechnik

Simulation von Bremsrekuperationen und Energierückgewinnung aus Abwärme- und Abgasenergieströmen bei Dieseltriebfahrzeugen

Verkehrssektor emittiert relevante Mengen Ultrafeiner Partikel

<p> Verkehrssektor emittiert relevante Mengen Ultrafeiner Partikel</p><p>Ultrafeine Partikel (UFP) in der Atemluft gefährden Mensch und Umwelt, da sie bis in die Bronchien und Lungenbläschen gelangen können. Solche Partikel entstehen etwa bei Verbrennungsprozessen in Motoren. Die Weiterentwicklung von Messgeräten macht es seit einiger Zeit möglich, UFP im Abgas zu identifizieren. Eine Daten- und Literaturanalyse zeigt den Wissenstand von UFP im Verkehr auf.</p><p>Wie hoch sind die Emissionen Ultrafeiner Partikel im Verkehr und woher stammen sie?</p><p>Zum Verkehrssektor zählen der straßengebundene Verkehr, der Luftverkehr, der Schiffsverkehr, der schienengebundene Verkehr und auch mobile Maschinen und Geräte (non-road). Die Kenntnisse über UFP-Emissionen aus Messungen sind in verschiedenen Bereichen des Verkehrs unterschiedlich stark ausgeprägt. Im Straßen- und Luftverkehr wird die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/e?tag=Emission#alphabar">Emission</a>⁠ der Partikelanzahl (PN) über Grenzwerte gesetzlich begrenzt. Hier liegen mehr Messdaten zu UFP-Emissionen im Abgas als für andere Verkehrsbereich vor. Diese gemessenen Emissionen stellten eine solide Basis für die Ermittlung von UFP-Emissionsfaktoren im abgeschlossenen Forschungsvorhaben dar. Bei mobilen Maschinen, Binnenschiffen und Schienenfahrzeugen bestehen zwar auch teilweise PN-Grenzwerte, aber vor allem für ältere Motoren liegen kaum Messdaten zur Partikelanzahl vor. Auch die Literaturrecherche lieferte dazu nur unzureichend Informationen. Daher mussten die UFP-Emissionen dieser Bereiche mithilfe von Analogieschlüssen zum Straßenverkehr abgeschätzt werden.</p><p>Demnach verursachten im Jahr 2022 mobile Maschinen und Geräte (NRMM), zu denen beispielsweise Baumaschinen, Traktoren oder Rasenmäher gehören, den größten Anteil an den UFP-Emissionen, gefolgt vom Straßenverkehr und dem Luftverkehr. Bahn (Dieselloks) und Binnenschifffahrt hatten einen deutlich geringeren Anteil am gesamten UFP-Ausstoß und werden deshalb bei der weiteren Betrachtung vernachlässigt.</p><p>Wie wird sich der Ausstoß in Zukunft entwickeln?</p><p>Die Modellrechnung in Form von Szenarien zeigt für das Jahr 2030 gegenüber 2022 eine Reduktion der UFP-Emissionen des Verkehrs um 36 Prozent, da sich die Emissionen vor allem im Straßenverkehr, und in geringerem Maße auch bei NRMM, infolge der strengeren Abgasnormen und der Flottenerneuerung reduzieren. Der Anstieg von Flugbewegungen und damit des Kraftstoffverbrauchs hat im Luftverkehr einen Anstieg der UFP-Emissionen zur Folge.</p><p>Wie können die Emissionen gesenkt werden?</p><p>Die Studie liefert auf Basis der Ergebnisse Vorschläge für Maßnahmen und Instrumente für die einzelnen Verkehrsbereiche, um die UFP-Emissionen in Zukunft weiter zu senken:</p><p>Im <strong>Straßenverkehr</strong> können Maßnahmen zur Verkehrsvermeidung sowie (als neues Instrument) die Ausweisung von Zero-Emission-Zones in die nur Fahrzeuge ohne schädliche Abgasemissionen, wie beispielsweise E-Autos, einfahren dürfen, die Emissionen von UFP reduzieren. Zudem spielt die periodische technische Inspektion (PTI) / Hauptuntersuchung eine wichtige Rolle, da Fahrzeuge mit unentdeckten Schäden oder Manipulationen am Partikelfilter je Kilometer etwa hundert Mal mehr UFP emittieren als Fahrzeuge mit funktionierendem Filter. Eine verlässliche und preiswerte On-Board-Sensorik für die kontinuierliche Messung der Partikelanzahl im Fahrbetrieb ist bislang nicht verfügbar, so dass die Überprüfung als Teil der Hauptuntersuchung sehr wesentlich für eine erfolgreiche Identifizierung von defekten und manipulierten Partikelfiltern ist und bleiben wird.</p><p>Für <strong>mobile Maschine und Geräte</strong> sind Maßnahmen am effektivsten, die dazu führen, dass mehrheitlich Fahrzeuge mit Partikelfiltern in den Bestand kommen (Partikelfilternachrüstung, Stilllegung von Altfahrzeugen).</p><p>Im <strong>Luftverkehr</strong> wurden vor allem die Verwendung von synthetischen Kraftstoffen und strenge Emissionsgrenzwerte für neue Triebwerke als zielführende Maßnahmen identifiziert.</p><p>Der Einfluss von <strong>Binnenschiffen und Schienenfahrzeugen</strong> am Gesamt-UFP-Aufkommen aus Abgasen spielen nach Einschätzung der Autorinnen*Autoren nur eine untergeordnete Rolle, so dass keine Maßnahmen vorgeschlagen werden.</p><p>Welchen weiteren Forschungsbedarf gibt es?</p><p>Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/ultrafeine-partikel-aus-abgasemissionen-aller">Studie</a> zeigt großen Bedarf an Messdaten von UFP, um anstelle von wissenschaftlich fundierten Annahmen mit gesicherten Daten rechnen zu können. Sie weist auch darauf hin, dass diese Studie sich nicht mit den Sekundärpartikeln oder mit Abriebemissionen von Bremsen und Reifen beschäftigt hat. Sekundärpartikel entstehen durch Nukleation (Bildung neuer Partikel) aus kondensierbaren Gasen. Dies geschieht zum Beispiel. beim Abkühlen des heißen Abgases nach dem Verlassen des Endrohrs in die kältere Umgebungsluft. Die emittierten leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe kondensieren dann an Tröpfchen und bilden sehr kleine Partikel in der Luft.</p><p>Ebenso bedarf es noch einem Vergleich mit anderen Sektoren, um die Menge an UFP aus dem Verkehr gegenüber anderen Quellen konkret einordnen zu können. Denn überall, wo Verbrennungsprozesse auftreten (Verkehr, Kraftwerke, Heizungs- und Industrieanlagen, Holz- und Biomasseverbrennung) entstehen auch ultrafeine Partikel.</p>

eLM-Lok - Vollelektrische Last-Mile-Lokomotive zur Bedienung von nicht-elektrifizierten Gleisanschlüssen

FH-Kooperativ 1-2020: Dekarbonisierung im Schienenverkehr durch Nachrüstung von Diesellokomotiven mit hocheffizienten 'zero-emission' Wasserstoffmotoren

FH-Kooperativ 1-2020: Dekarbonisierung im Schienenverkehr durch Nachrüstung von Diesellokomotiven mit hocheffizienten 'zero-emission' Wasserstoffmotoren, FH-Kooperativ 1-2020: Dekarbonisierung im Schienenverkehr durch Nachrüstung von Diesellokomotiven mit hocheffizienten 'zero-emission' Wasserstoffmotoren (HydroLok)

Emissionsgrenzwerte für mobile Maschinen

Am 5. Juli 2016 stimmte das EU-Parlament einer Überarbeitung der Typgenehmigungsvorschriften und Emissionsgrenzwerte für nicht für den Straßenverkehr bestimmte mobile Maschinen und Geräte (NSBMMG) zu. Dazu gehören Rasenmäher, Bulldozer, Diesellokomotiven und Binnenschiffe. NSBMMG-Maschinen machen ungefähr 15% aller Stickoxid- und 5% aller Partikelemissionen in der EU aus. Die neuen Vorschriften legen Motorklassen fest, die wiederum in Unterklassen je nach Leistungsbereich unterteilt sind. Für jede Klasse wurden Umweltschutzanforderungen in Form von Grenzwerten für Abgasemissionen (CO, HC, NOx und Partikel) festgelegt, sowie Fristen zur Umsetzung ab 2018. Die geplanten Vorschriften sehen ein System zur Leistungsüberwachung von Motoren während des Betriebs vor, um die Unterschiede zwischen den Messwerten im Labor und unter realen Fahrbedingungen auszugleichen.

UIC ESS Strategy 2030 and beyond - Tool for the monitoring of direct PM and NOx emissions from rail diesel traction

From the UIC Energy and CO2 database to the UIC Environmental Performance Database: Implementation of the tool for the monitoring of the UIC ESS Strategy 2030 and beyond as regard to indicators PM and NOx.

Monitoring direkter Feinstaub- und Stickoxid-Emissionen im Eisenbahndieselverkehr - Online-Monitoring direkter Emissionen im Eisenbahndieselverkehr

Das IZT entwickelte ein Online-Tool, mit dem Eisenbahnunternehmen ihre Feinstaub- und Stickoxid-Emissionen - basierend auf den jährlichen Treibstoffverbräuchen - berechnen lassen können. Die vom IZT entwickelte Methodik trägt so zur Abgasreduktion im Rahmen der Emissionsminderungsstrategie 2030 bei. Bahngesellschaften, die noch keine Berichtsprozesse für Emissionen etabliert haben, können mit dem gleichen Online-Tool ihre Emissionen basierend auf der Dieselflotten-Zusammensetzung berechnen lassen (Altersstruktur der Fahrzeuge und eingehaltene Emissionsgrenzwerte). Im Jahr 2010 verabschiedeten der Internationale Eisenbahnverband (International Union of Railways) und die Vereinigung der Europäischen Eisenbahnen (Community of European Railway and Infrastructure Managers) ihre Umwelt- und Nachhaltigkeitsstrategie Moving towards Sustainable Mobility: European Rail Sector Strategy 2030 and beyond . Darin waren u.a. Ziele zur Reduktion der Treibhausgasemissionen aus dem Europäischem Eisenbahnverkehr festgesetzt sowie Methoden, um die Zielerreichung auf jährlicher Basis zu überprüfen. Des weiteren sind in der Strategie ambitionierte Ziele zur Reduktion von Abgasemissionen aus Dieseltraktion - Stickoxide (NOx) und Feinstaubpartikel (PM) - festgesetzt. Basierend auf den ausführlichen Vorarbeiten des IZT aus dem CleanER-D Projekt, wurde das IZT beauftragt, eine Methodik zu entwickeln, um die Zielerreichung bei der Abgasreduktion zu verfolgen und zu überprüfen. Basierend auf drei unterschiedlich detaillierten Berichtsgrundlagen können Eisenbahnunternehmen ihre eigenständig bestimmten Emissionen berichten (samt Hinweisen zur Methodik), diese mit einem Online-Tool - basierend auf den jährlichen Treibstoffverbräuchen - berechnen lassen oder für Bahngesellschaften, die noch keine Berichtsprozesse etabliert haben, diese Emissionen basierend auf der Dieselflotten-Zusammensetzung (Altersstruktur der Fahrzeuge und eingehaltene Emissionsgrenzwerte) berechnen lassen. Des weiteren berechnete das IZT die Dieselabgasemissionen für das Basisjahr 2005, welches als Vergleichsgrundlage der Abgasreduktion dient.

Clean European Rail - Diesel (CLEANER-D)

The European Directive on Emissions from Non-Road Mobile Machinery (97/68/EC) includes the Stage III B exhaust emission values for railway application which will come into force from 2011 onwards. These values are a challenge to operators, manufacturers and suppliers and new solutions for clean exhaust emissions have to be found. The four years project is build on the basis of several application sub-projects, representative of the different engine applications (rail cars, Diesel Multiple Units, shunting locomotives, main line light and heavy-haul locomotives) that will enable the industry to evaluate the different solutions to be applied to rail systems in real operating conditions. The optimum tradeoff between the reduction of pollutant emissions by rail vehicles and the fuel energy consumption and CO2 emissions, as well as the overall impact of the applied technologies on the environment through a life cycle assessment approach, will be identified by this experimental part of the project. But the rail manufacturing industry also wishes to foster the development of rail specific applications of innovative solutions so as to even further develop the competitive advantages of rail transport in terms of sustainable development. The project will find the best balance between environmental and economical requirements, in order to avoid an always possible shift from rail transport to a less sustainable mode like road, even on electrified main routes would also encourage the engine industry to give rail applications serious consideration in their product development plans and provide the European Commission with proposals for a flexible move to the IIIB objective.

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