Fahrzeugemissionen: Auswirkungen und Lösungen

Es ist seit langem bekannt, dass Kraftfahrzeugemissionen ein wesentlicher Faktor für die Klimaerwärmung sind. Die Abgase von Pkws und Lkws machen 20 % der gesamten Treibhausgasemissionen in den USA aus (2), und der Transportsektor insgesamt, einschließlich Pkw, Lkw, Flugzeugen, Schiffen und Frachtfahrzeugen, erzeugt etwa 30 % der Treibhausgasemissionen in den USA (3).

Ein Standardfahrzeug mit Verbrennungsmotor produziert ca. 10,8 kg Kohlendioxid und Treibhausgase für jeden verbrauchten Liter Benzin. Ca. 2,3 kg dieser Gesamtmenge können der Kraftstoffversorgungskette von der Gewinnung bis zur Auslieferung zugeschrieben werden, aber so viel wie 8,6 kg an schädlichen Nebenprodukten werden direkt aus dem Auspuff eines Autos für jeden verbrannten Liter Benzin emittiert (3).

Die Exposition gegenüber diesen Gasen kann sich negativ auf die menschliche Gesundheit auswirken und Asthma, Atemwegserkrankungen und vieles mehr verursachen, aber auch unzählige schädliche Auswirkungen auf die Umwelt haben. Kraftfahrzeugemissionen tragen zur Bildung von bodennahem Ozon bei, das Nutzpflanzen und andere Pflanzen schädigen kann, und erzeugen außerdem sauren Regen, der sich auf Böden, Seen und Flüsse sowie den Viehbestand auswirkt (1). Weitere emissionsbedingte Krankheiten können in Form von emittiertem Lachgas auftreten, das zum Abbau der Ozonschicht beiträgt, sowie in Form von Öl- und Kraftstoffunfällen, die den Boden verseuchen (4).

Es gibt einige Möglichkeiten, wie Autofahrer ihre persönlichen Emissionen begrenzen und ihre individuelle Kohlenstoffbilanz aufbessern können. Autofahrer könnten kraftstoffeffizientere Fahrzeuge kaufen, öffentliche Verkehrsmittel nutzen, an manchen Tagen von zu Hause aus arbeiten, Veranstaltungen digital besuchen, lokale Waren kaufen, um die damit verbundenen Transportwege zu minimieren, oder sie könnten sich entscheiden, kürzere Strecken mit dem Fahrrad oder zu Fuß zurückzulegen (2). Diese persönlichen Maßnahmen sind bis zu einem gewissen Grad wirksam, aber wir werden unsere Netto-Null-Ziele als Gesellschaft nicht erreichen, wenn wir keine systemischen Veränderungen in der Verkehrsindustrie vornehmen. Ein höherer Anteil an Elektroautos und Motoren mit saubererem Kraftstoff auf den Straßen wird entscheidend sein, aber es ist auch möglich, die Umweltkosten von Benzin- und Dieselmotoren durch Emissionsvorschriften erheblich zu senken.

Das Programm DERA (Diesel Emissions Reduction Act) wurde im Rahmen des Energy Policing Act von 2005 geschaffen und gab der EPA die Befugnis, die Reduzierung von Dieselemissionen mit bis zu 200 Millionen Dollar pro Jahr zu fördern und zu subventionieren (1). Diese Mittel haben dazu beigetragen, Technologien wie SCR-Systeme für Dieselmotoren zu entwickeln.

SCR ist ein aktives Abgasreinigungssystem. Die heißen Abgase strömen aus dem Motor in das SCR-System, wo Harnstoff auf einen speziellen Katalysator gesprüht wird. Das Harnstoffgemisch oder besser bekannt als „Ad Blue“ setzt im Auspuff eine chemische Reaktion in Gang, bei der Stickoxide in Stickstoff, Wasser und winzige Mengen Kohlendioxid umgewandelt werden, die alle natürliche Bestandteile der Luft sind, die wir atmen. Die Abgase durchlaufen außerdem irgendwo im System einen Partikelfilter, bevor sie durch das Auspuffrohr ausgestoßen werden.

Die SCR-Technologie ist eine der kosteneffizientesten und kraftstoffsparendsten Technologien, die es gibt, um die Emissionen von Dieselmotoren praktisch zu eliminieren. Seit 2011 werden alle schweren Diesel-Lkw-Motoren mit SCR-Technologie ausgestattet, um die neuesten EPA-Abgasnormen zu erfüllen. SCR kann die NOx-Emissionen um bis zu 90 % reduzieren und gleichzeitig die HC- und CO-Emissionen um 50-90 % und die Partikelemissionen um 30-50 % senken (6).

Die hohe Effizienz von SCR-Systemen bei der Reduzierung von NOx-Emissionen ermöglicht es den Herstellern, die Motorleistung zu optimieren und den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, während gleichzeitig nahezu keine Emissionen entstehen. Einige Betreiber von schweren Nutzfahrzeugen, die mit SCR ausgerüstet sind, berichten von Kraftstoffeinsparungen von mehr als 4 % (6).

Eine weitere Technologie, die sich immer größerer Beliebtheit erfreut, ist das Abgasrückführungssystem (AGR). Bei diesen Systemen wird ein Ventil am Ende des Auspuffrohrs eingesetzt, das eine sorgfältig geplante und überwachte Abgasmenge in das Ansaugsystem des Motors zurückführt, wodurch die Sauerstoffmenge im System effektiv verringert wird, die Temperatur in der Verbrennungskammer sinkt und die NOx-Produktion stark reduziert wird. AGR-Systeme sind sowohl für Diesel- als auch für Ottomotoren erhältlich, wobei es Varianten bei der Filtration und den Ventiltypen gibt (5). Im Gegensatz zu SCR-Systemen erzeugt die AGR sauberere Emissionen auf Kosten einer gewissen Kraftstoffverbrauchserhöhung.

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