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Das Ende der Übergangsfrist naht: Was Sie jetzt schon zur neuen Abgasstufe V wissen sollten

  

Neben den Emissionen durch den Straßenverkehr und die Industrie entfällt ein nicht unerheblicher Teil der globalen Emissionen auf die sogenannten Non-Road-Motoren, also Verbrennungsmotoren für mobile und teilstationäre Geräte und Maschinen, wie zum Beispiel Dieselkompressoren, Stromerzeuger und Pumpen. Um diese Emissionen vor allem auch auf Baustellen und im Eventbereich deutlich zu reduzieren, wurde mit der EU-Verordnung 2016/1628 erstmals ein Fahrplan zum Übergang der bisher geltenden Abgasstufe 3A hin zur Abgasstufe V konkret benannt. Diese Maßnahme soll erheblich die ausgestoßene Menge an Stickoxiden und Feinstaub reduzieren und so zu den europäischen Umweltzielen beitragen. Die Folgen dieser neuen Abgasstufe sind erheblich. Betreiber benötigen neue Fuhrparkstrategien und sind mit verschiedenen Vor- und Nachteilen konfrontiert.

In der Betrachtung der neuen durch die Abgasstufe V definierten Emissionsziele fällt vor allem auf, dass die neuen Zielwerte für Stickoxide und Feinstaub deutlich unter den zuvor in der Abgasstufe 3A geforderten Werten liegen. Liesen sich in der Vergangenheit die Emissionsziele noch ohne weitreichende Abgasnachbehandlung erreichen, sind nun die Werte derartig reduziert, dass ohne einen technischen Eingriff in das Abgassystem diese Werte nicht mehr erreicht werden können. Die Art und Weise der zur Erzielung der Messwerte benötigten Nachbehandlungssysteme muss hier je nach Leistung des eingesetzten Motors unterschieden werden.

Die nach Leistungsklasse unterschiedlichen Abgasnachbehandlungssysteme lassen sich nach dem Verursacherprinzip relativ leicht erklären. Stickoxide – also Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid – werden hauptsächlich bei hohen Verbrennungstemperaturen gebildet und finden sich im Abgas in gasförmiger Form. Feinstaub hingegen findet sich als Verbrennungsrückstand, zum Beispiel durch die unvollständige Verbrennung von Schmieröl, in Partikelform im Abgas wieder. Die zu Feinstaub führende unvollständige Verbrennung ist vor allem bei geringen Verbrennungstemperaturen eklatant.
Dieser Zusammenhang erklärt also relativ leicht, warum bei großen, heißen Motoren vor allem die Reduktion von Stickoxiden im Vordergrund steht, wohingegen kleinere, kältere Motoren vor allem hinsichtlich Ihrer Feinstaubreduktionen limitiert werden. In sehr kleinen Motoren ist das Einbringen von Abgasnachbehandlungssystemen kaum möglich, weshalb hier die Emissionswerte der vorangegangenen Abgasstufe fast vollständig übernommen wurden.

Welchen Einfluss hat die Motortemperatur?

Die Konsequenzen einer zu niedrigen Motortemperatur sind vor allem den Benutzern von Stromerzeugern lange bekannt. Besonders im Unterlastbetrieb, also bei fehlender Motortemperatur durch eine zu geringe Leistungsabnahme, wird bei Stromerzeugung ein landläufig als Versottung bekanntes Phänomen sichtbar. Die fehlende, temperaturbedingte Ausdehnung des Kolbens führt dazu, dass Schmieröl in den Verbrennungsraum gelangt und dort nur unvollständig zu Feinstaub verbrennt. Das Resultat ist eine schwarze Abgasfahne, ein sich langsam zusetzender Auspuff und ein erhöhter Ölverlust. Die effektivste Art dies zu vermeiden ist, den Stromerzeuger in einem besseren Arbeitspunkt zu betreiben und gegebenenfalls einfach einen kleineren Stromerzeuger zu verwenden. Der bessere Arbeitspunkt sorgt sofort für eine höhere Verbrennungstemperatur und somit für ein geringeres Aufkommen von Feinstaub.

Die in diesem Beispiel genannte alleinige Erhöhung der Verbrennungstemperatur reduziert zwar die Bildung von Feinstaub erheblich, jedoch würden durch die höhere Temperatur sofort deutlich mehr Stickoxide gebildet. Die verschiedenen Temperaturbereiche, in denen die zu vermeidenden Schadstoffe entstehen, machen die Nachbehandlungen daher umso aufwendiger beziehungsweise erfordern neue Arten der Schadstoffreduzierung. 

Dreistufige Abgasreinigung gegen Feinstaub und Stickoxide

Zur Reduzierung des Ausstoßes beider Schadstoffarten reichen also die bisherigen Maßnahmen, der Anpassung der Verbrennungstemperatur also nicht mehr aus und es müssen komplexere Anpassungen an den Maschinen mit zum Teil neuen – oder aus Sicht der bisherigen Motoren, jungen – Technologien her.

Das komplettes dreistufiges Abgas-Nachbehandlungssystem einer Abgasstufe V Maschine besteht daher aus einem Diesel-Oxidations-Katalysator (DOC) zur Reduzierung von Kohlenwasserstoffe, einem Diesel-Partikelfilter (DPF) zur Reduzierung von Feinstaub und letztlich einem SCR-Katalysator (selektive katalytische Reduktion) zur Reduzierung von Stickoxiden.

Die erste Stufe der Abgas-Nachbehandlung greift sofort nach dem Motor. Beginnend mit dem Diesel-Oxidations-Katalysator (DOC) werden durch eine chemische Reaktion vor allem Kohlenwasserstoffe (CH), Kohlenstoffoxid (CO) und unverbrannter Kraftstoff abgebaut. Dieser Katalysator ist ein reiner Durchflussfilter, es werden also weder Additive benötigt noch wird der Filter mechanisch zugesetzt.

Die zweite Stufe der Abgasnachbehandlung wird durch den Rußpartikelfilter (DPF) gebildet. Dieser ist ein Wandflussfilter, in dem der Ruß mechanisch aufgefangen wird. Da das aufgefangene Material den Filter ohne weitere Maßnahmen schnell verstopfen würde, muss dieses durch hohe Temperaturen derartig zerkleinert werden, dass die verbleibenden Partikel den Filter nicht zusetzen und die durchgelassenen Partikel nicht mehr schädlich für die Umwelt sind. Dieser Vorgang wird als Regeneration und kann „Aktiv“ oder „Passiv“ durchgeführt werden. „Passiv“ bedeutet hierbei, dass die die Rußpartikel zwischen 275 °C und 360 °C durch eine auf dem Filter befindliche Legierung oxidieren. Bei der aktiven Regeneration erkennt ein Sensor über den Abgasgegendruck, wenn sich der Filter sich zusetzt. In diesem Fall wird durch die Einspritzung von Kraftstoff die Abgastemperatur auf über 600 °C angehoben um die Partikel zu verbrennen.

Unabhängig von der Art der Regeneration werden beide Filtersysteme, je nach Einsatzart zwischen 1000 bis 2000 Betriebsstunden Wartungspflichtig und müssen von einem Fachbetrieb professionell gereinigt werden. Diese Zeitspanne kann durch häufige Einsätze im Unterlastbetrieb allerdings auch deutlich kürzer ausfallen.

Als letzte Stufe dient der SCR-Katalysator. In der selektiven, katalytischen Reduktion werden im Durchflussverfahren Stickoxide in Stickstoff und Wasserdampf aufgespalten. Hierzu wird eine Harnstofflösung (DEF (Diesel Exhaust Fluid, eher bekannt unter dem Markennamen „AdBlue“)) in den Katalysator eingespritzt, wo sie bei ausreichender Abgastemperatur zu Ammoniak und letztlich mit den Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser umgewandelt wird.

Der Verbrauch der Harnstofflösung liegt je nach Umgebungsbedingungen der Maschine (Last, Außentemperatur, Höhe, Luftfeuchte) etwa bei 6-8% des verbrauchten Kraftstoffs, so dass bei Maschinen über 56kW Motorleistung in denen ein SCR-Katalysator verwendet werden muss, auch ein zusätzlicher Tank dafür vorgesehen ist.

Was ist bei Wartung und Bedienung zu beachten?

Alle 1.000 bis 2.000 Betriebsstunden muss ein Rußpartikelfilter entnommen und professionell aufbereitet werden, wobei sich das Intervall bei dauerhafter Unterlast drastisch verkürzen kann. Sie sollten also keinesfalls beispielsweise dauerhaft einen 100-kVA-Stromerzeuger betreiben, wenn 20 kVA genügen würden. Einen guten Richtwert gibt eine Mindestauslastung von 30% der Nenndauerleistung der ideale Arbeitspunkt liegt bei 75-80%. Außerdem sollte darauf geachtet werden, das passende Motoröl zu verwenden, denn minderwertige Öle erhöhen die Bildung von Feinstaub und führen so zu einer schnelleren Verstopfung des Filters.

Die Bevorratung und Versorgung der Maschinen mit DEF bzw. AdBlue kommt ebenfalls als betriebsabhängige Wartungstätigkeit hinzu. Bei der Lagerung sind sowohl zu niedrige Temperaturen von unter -10 °C als auch sehr hohe über 50 °C zu vermeiden: Bei sehr tiefen Temperaturen kann das Additiv auskristallisieren und die Düsen zusetzen, bei zu hohen ist es nicht mehr hitzestabil und wird unbrauchbar. Diese Punkte sind zwar wichtig zu wissen, im arbeitstäglichen Betrieb ist die Versorgung mit der Harnstofflösung allerdings eher eine logistische Herausforderung, da das Additiv sofern eingefüllt in der Maschine auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird.

Einer der wichtigsten Punkte für einen effizienten und umweltfreundlichen Betrieb ist die richtige Dimensionierung der Stromerzeuger. Es gilt einerseits, Über- und Unterlast zu vermeiden und andererseits idealerweise einen Arbeitspunkt – bei Stromerzeugern – von im Mittel etwa 75 % anzustreben. Die Schulung von Mitarbeitern in die korrekte Auslegung von Stromerzeugern sollte also auf der Agenda vieler Unternehmen sogar über der Investition in die neuen Maschinen stehen. Denn durch die korrekte Dimensionierung oder können Unterlastsituationen einfach vermieden werden – auch übrigens durch die Parallelschaltung von Stromerzeugern oder hybride Systeme mit Batteriespeichern.

Mit welchen Kosten muss ich für die neue Technologie rechnen?

Maschinen der Abgasstufe V sind im Initialinvest deutlich teurer als solche der Abgasstufe IIIA. Hinzu kommen höhere Wartungskosten für die Reinigung des Diesel-Partikelfilters und die Versorgung mit AdBlue schlägt zusätzlich mit etwa 0,40 Euro pro Liter zu Buche. Dennoch sind die Gesamtkosten der Investition, bei einem guten Umgang mit der neuen Maschine, über die Lebenszeit der Maschine gesehen, etwa 15% geringer, da die neuen Motoren deutlich weniger Kraftstoff verbrauchen. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass die Maschine so verwendet wird, dass unnötige Wartungen, wie zum Beispiel Wartungen des Partikelfilters durch falsche Auslegungen, vermieden werden.

Wie stelle ich meinen Fuhrpark am besten auf?

Die Abgasstufe V steht in den Startlöchern. Aber noch ist sie nicht da – oder zumindest nicht für alle Leistungsklassen. Derzeit können Sie noch wählen, ob Ihr Unternehmen bei entsprechendem Bedarf jetzt schon in neue Maschinen investiert oder noch in Abgasstufe-IIIA-Maschinen, durch die globalen Auswirkungen der COVID 19 Pandemie wurden die Fristen zum Einbau der „alten“ Übergangsmotoren bis Mitte 2021 verlängert. Betreiben dürfen Sie die „alten“ ohnehin länger, jedenfalls sofern etwaige kommunale Bestimmungen die Verwendung nicht noch einschränken.

Wenn Sie unsicher sind, zeigen wir Ihnen hier gern Ihre aktuellen Optionen auf.

1) Sie schaffen jetzt noch Maschinen der Abgasstufe IIIA an. Damit sichern Sie sich eine bekannte Technologie, die geringere Investitions- und bekannte Betriebskosten mit sich bringt. Zudem sind die Maschinen sofort verfügbar. Als Nachteile wären die höheren Schadstoffemissionen zu nennen und die Tatsache, dass Sie eventuell auf vorkonfigurierte Maschinen zurückgreifen müssen, die schon im Lager stehen. Zudem ist unsicher, ob die Kommunen in naher Zukunft die Verwendung dieser Maschinen einschränken. Der Wiederverkaufswert dürfte in den nächsten Jahren auch stärker sinken als bisher. Eine zukünftige Nachrüstung auf die Abgasstufe V ist wirtschaftlich kaum vertretbar.

2) Die zweite Strategie lautet, jetzt schon in Maschinen der Abgasstufe V zu investieren. Damit stellen Sie sich zukunftssicher und umweltfreundlich auf. Sie sind Vorreiter mit der neuesten Technologie und können höchste Anforderungen bedienen. Allerdings müssen Sie heute etwas tiefer in die Tasche greifen, kennen die Technologie vermutlich noch nicht so gut wie die alte, und es begegnen Ihnen neue Herausforderungen bei der Dimensionierung. Andererseits: Sie profitieren von geringeren Betriebskosten und können heute schon an besonders umweltfreundlichen Prestigeprojekten teilnehmen. Schärfere lokale Regularien müssen Sie nicht fürchten.

Der sicherlich beste Kompromiss: Kombinieren Sie das Beste aus beiden Welten und setzen Sie in der aktuellen Übergangszeit noch auf beide Optionen. Denn ein Fuhrpark mit Maschinen der Abgasstufen 3A und V ist zukunftsgerichtet, und Sie können die modernen Geräte schon heute in Umweltzonen einsetzen. Dabei bietet die Mischung auf der anderen Seite finanzielle Vorteile bei Aufträgen, für die Stufe V noch nicht nötig ist. Andererseits ist der gemischte Fuhrpark das ideale Spielfeld, die neue Technologie von Anfang an risikolos kennenzulernen.

Article
Durch die Corona-Pandemie wurde der Absatz und die Fertigung vieler Maschinen mit den vor den in der Verordnung genannten Stichtagen produzierten Motoren verhindert, sodass die Europäische Union auf bitten zahlreicher Verbände einer Verlängerung der Übergangsphasen zugestimmt hat. Begründet wurde dies darin, dass die Anzahl der Übergangsmotoren ja bereits feststand und lediglich der Produktionszeitraum verlängert wurde. Somit dürfen nun bis zum 30.06.2021 noch Maschinen mit als solchen gekennzeichneten Übergangsmotoren gebaut und bis zu 31.12.2021 vom Hersteller vertrieben werden. Die Anzahl dieser Motoren ist jedoch per Definition limitiert, die Zeit der Handlungsalternativen schwindet also rasant.

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Kontakt für Informationen: Anja Wiehoff

Regional Communications Manager West Europe