Eine kurze Analyse des Abgasproblems bei Dieselfahrzeugen und der Zukunftsaussichten

In Zukunft werden die Abgasgrenzwerte in der Automobilindustrie weiter verschärft und die Überwachung neuer Emissionsvorschriften wird von den Vereinigten Staaten und Europa geleitet. Während Dieselfahrzeuge in den USA weniger als 1 % aller Fahrzeugzulassungen ausmachen, ist die Situation in Europa ganz anders: Dort machen Dieselfahrzeuge etwa 50 % der Fahrzeugzulassungen aus.

Im Vergleich zu Benzinmotoren ist die Abgasreinigung bei Dieselmotoren aufwändiger (hauptsächlich hinsichtlich Stickoxid- und Partikelemissionen). Daher sind die Automobilhersteller gezwungen, relativ neue Technologien einzuführen, und ihre Technologiekosten werden weiter steigen. Das wahrscheinlichste Zukunftsszenario ist, dass der Marktanteil von Dieselfahrzeugen bis 2030 stark sinken wird. Allerdings werden Dieselfahrzeuge im mittleren bis oberen Pkw-Segment eine relativ gute Marktposition behaupten (der Marktanteil wird über 50 % erreichen).

Umweltprobleme durch Dieselmotoren

Die Transportbranche ist eine der Hauptquellen der Luftverschmutzung. Obwohl die Transportbranche in den letzten zehn Jahren erhebliche Emissionsreduzierungen erzielt hat, machen Stickoxidemissionen immer noch einen großen Teil davon aus. Was die Stickoxidemissionen betrifft, ist die Transportbranche für 46 % der Gesamtemissionen der 28 EU-Länder verantwortlich, und Dieselfahrzeuge sind für 80 % der Gesamtemissionen der gesamten Transportbranche verantwortlich, was sie zu einem zentralen Ziel der Emissionsminderungspolitik der Regierung macht.

Von der europäischen Abgasnorm Stufe 4 bis zur europäischen Abgasnorm Stufe 6 sank der Grenzwert für Stickoxidemission für Dieselfahrzeuge um 68 %. Allerdings haben Analyseergebnisse der letzten Jahre gezeigt, dass die unter herkömmlichen Bedingungen im Straßenverkehr erzielten Testergebnisse oft deutlich schlechter ausfallen als die Ergebnisse der „offiziellen“ Labortests nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ). Zu den Schadstoffen, die den Grenzwert überschreiten, zählen nicht nur Stickoxide. Auch die Menge des produzierten Kohlendioxids liegt 20–30 % über den offiziellen Messdaten, was viel größer ist als die Differenz zwischen den beiden Stickoxidwerten (Labor- und Straßentests). Dies gilt umso mehr für die Messdaten von Dieselfahrzeugen. Die Ergebnisse der Straßentests von Dieselfahrzeugen übertreffen die Ergebnisse der Labortests um das Vier- bis Fünffache.

Daher sind Stickoxidemissionen zu einem großen Nachteil von Dieselmotoren geworden. Mit diesem Problem müssen sich die europäischen Autohersteller auseinandersetzen. Dieselfahrzeuge machen fast 50 % der in der Europäischen Union zugelassenen Fahrzeuge aus, was einen krassen Gegensatz zur Situation auf anderen großen Automärkten darstellt. Auf dem US-amerikanischen, chinesischen und japanischen Markt nehmen Benzinfahrzeuge eine dominierende Marktposition ein, während Dieselfahrzeuge nur einen kleinen Anteil ausmachen. In Asien ist Indien die einzige Ausnahme, wo Dieselfahrzeuge etwa 50 % des Marktanteils ausmachen.

Die EU-Vorschriften werden immer strenger

Die EU arbeitet derzeit an einer Verschärfung der Emissionsvorschriften (von der Norm Euro 6 auf Euro 6d), verbessert gleichzeitig die Testverfahren für leichte Fahrzeuge und versucht, den Kraftstoffverbrauch zu senken. Bei Tests auf der Straße werden die Emissionen von leichten Fahrzeugen im Vergleich zu den Ergebnissen von Labortests deutlich ansteigen. Zurzeit werden zwei neue Testverfahren entwickelt, um das Emissionsverhalten von Fahrzeugen unter realen Fahrbedingungen zu bewerten: das Real Driving Emissions (RDE)-Verfahren, bei dem kontrollierte Schadstoffe gemessen werden, und das Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure (WLTP), bei dem die CO2-Emissionen gemessen werden.

Die Europäische Kommission beabsichtigt, im Jahr 2017 verbindliche Vorschriften für die Prüfung der Emissionen von leichten Fahrzeugen unter realen Bedingungen einzuführen. Gemäß den neuen Vorschriften wird ein Fahrzeug-Emissionstestsystem (PEMS) verwendet, um Straßentests mit dem Hubraum des Fahrzeugs durchzuführen. Für die Erstausrüster (OEMs) bedeutet diese Neuregelung erhebliche Anpassungen und damit verbundene Kostensteigerungen. Die Notwendigkeit, Abgasreinigungssysteme unter einer großen Bandbreite von Betriebsbedingungen zu betreiben, hat die Automobilhersteller dazu gezwungen, ihre Typgenehmigungslogistik umzustrukturieren und neue Messtechnologien einzusetzen.

Effizienzkosten von Dieselantrieben

Die Verbesserung der Effizienz von Dieselantrieben wird für die europäischen Autohersteller ein wichtiger Hebel sein, um die neuen Emissionsziele der Union (CO2 oder NOx) zu erreichen. Allerdings könnte dies für die Autohersteller auch höhere Kosten bei der Emissionskontrolle bedeuten.

Erstens müssen die Automobilhersteller sicherstellen, dass die Kohlendioxidemissionen um 38 g CO2/km sinken, um das neue Emissionsziel für 2021 zu erreichen: 95 g CO2/km.

Natürlich sollte die gesamte Strategie zur Reduzierung der CO2-Emissionen auf dem Hauptthema „Dieselmotoren als Kern“ basieren, um die derzeitige Hubraumlücke zu verringern. Darüber hinaus sind zusätzliche Investitionen in die Forschungs- und Entwicklungsabteilung erforderlich.

Die Analyse zeigt, dass zwischen den Stickoxidemissionen von Dieselfahrzeugen und den damit verbundenen Kosten für die Hubraumregelung eine nichtlineare Beziehung besteht: Um die Grenzwerte der europäischen Abgasnorm Stufe VI zu erreichen, sind dreimal so hohe Kosten für die Hubraumregelung erforderlich wie für die europäischen Abgasnormen der Stufe III.

Im Vergleich zu Benzinmotoren sind bei Dieselmotoren die Kontroll- und Emissionsminderungskosten höher. Obwohl die Normen für Benzinfahrzeuge strenger sind, weist die Abgasreinigungstechnologie für Benzinmotoren (Luft-Kraftstoff-Regelgeräte und katalytische Nachbehandlung) einen hohen technischen Reifegrad auf und die zusätzlichen Kosten für die Einhaltung der Vorschriften sind gering. Andererseits ist die Abgasreinigungstechnologie für Dieselfahrzeuge (einschließlich Luft-Kraftstoff-Regulierung, Kraftstoffeinspritzung und Nachbehandlungstechnologie) komplexer und teurer.

Dieselmotoren – Zukunftsszenarien

Hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung von Dieselmotoren treffen wir unter den Gesichtspunkten von Markttrends, Richtlinien, Vorschriften und Technologien folgende Prognosen:

Markttrend: Dieselfahrzeuge werden weiterhin eine große Zahl von Nutzern anziehen, da die Gesamtbetriebskosten (TCO) einer der wichtigsten Indikatoren sind, die beim Kauf berücksichtigt werden müssen. Das TCO-Modell (einschließlich Wertverlust, Treibstoffkosten, Versicherung, Wartung, Gebühren und Steuern sowie Reparaturen) zeigt, dass Dieselfahrzeuge in den nächsten drei bis fünf Jahren niedrigere TCO haben werden als ihre Hauptkonkurrenten, Benzinfahrzeuge.

Politik und Regulierung: Analysen zeigen, dass Fahrzeuge bei Straßentests mehr Hubraum haben als bei Labortests, was sich auf Dieselfahrzeuge auswirkt, wobei das Hauptproblem die Stickoxidemissionen sind. Am 12. Februar 2016 stimmte die Europäische Kommission den entsprechenden Vorschriften zu, die die Einführung des RDE-Tests ermöglichen und den Emissionsgrenzwert (80 mg/km) sowie das Umsetzungsdatum der „Zwei-Stufen-Strategie“ festlegen: Stufe 1: Einführung eines Konformitätsfaktors von 2,1 ab September 2017. Stufe 2: Ab 2020 wird ein Konformitätsfaktor von 1,5 eingeführt.

Schließlich führt der Compliance-Faktor einen Toleranzwert über dem festgelegten Grenzwert ein, der den Automobilherstellern Zeit geben soll, sich schrittweise an die neuen RDE-Vorschriften anzupassen.

Technologie: Bietet Nachbehandlungstechnologie zur Reduzierung der Schadstoffemissionen von Dieselmotoren (DOC: Dieseloxidationskatalysator, DPF: Dieselpartikelfilter, SCR: selektive katalytische Reduktion, LNT: Adsorptionskatalytisches Reduktionssystem). Die oben genannte Technologie erfordert jedoch von den Automobilherstellern höhere Investitionen, was höhere Kosten bedeutet.

Aufgrund der steigenden Kosten für „sauberen Diesel“ ist damit zu rechnen, dass Dieselmotoren insbesondere im unteren Fahrzeugsegment deutlich an Marktanteil verlieren werden. Dennoch werden auch hierdurch die Zielwerte der Hubraumgrenzwerte erreicht und Dieselfahrzeuge werden auch im mittleren bis oberen Pkw-Segment ihren Platz einnehmen.

Brancheneinblicke

In der Forschung und Entwicklung wurden Fortschritte erzielt, die möglicherweise zu einer Verbesserung der Dieselmotor-Emissionen ohne Austausch der Ausrüstung führen könnten. Infolgedessen werden die Hersteller von Premium- und Massenfahrzeugen ihr Antriebsangebot umstrukturieren und unter anderem den Anteil kleinerer Motoren erhöhen.

Insbesondere die Hersteller von Luxusautos führen derzeit fast ausschließlich 2000-cm³-Basismotoren im mittleren bis oberen Marktsegment ein und haben die Zylinderzahl aller ihrer Getriebeproduktlinien reduziert (von 8 auf 6 Zylinder oder von 6 auf 4 Zylinder, bei einem Hubraum von etwa 500 cm³ pro Zylinder).

Die Hersteller von Massenautos setzen auf die Verwendung kleinerer Motoren. Der Ersatz von 1,6-Liter- und 1,8-Liter-Motoren sowie der Austausch von Turboladern bieten den Benutzern das gewünschte Fahrerlebnis und den niedrigen Kraftstoffverbrauch.

abschließend

Vor dem Hintergrund immer strengerer Abgasnormen für Kraftfahrzeuge werden „saubere“ Dieselmotoren auch in den nächsten fünf bis zehn Jahren eine wichtige Rolle dabei spielen, den Automobilherstellern dabei zu helfen, ihre Emissionsreduktionsziele zu erreichen. Allerdings ist sauberer Diesel teurer und dürfte insbesondere im unteren Fahrzeugsegment deutlich an Marktanteil verlieren. Im mittleren und oberen Fahrzeugsegment werden Dieselfahrzeuge jedoch weiterhin ihren Platz haben. Dieselautos bereiten der Europäischen Union (und Indien) große Sorgen. Zwar haben die europäischen Autohersteller hart daran gearbeitet, die Dieseltechnologie auf anderen Automärkten zu verbessern, doch wenn sie auf dem europäischen Automarkt wettbewerbsfähig bleiben wollen, müssen sie strategische Maßnahmen ergreifen, die sich in zwei Kategorien zusammenfassen lassen: Technologie und Markt.

Auf der Technologieseite müssen die Automobilhersteller die notwendigen Technologien entwickeln und implementieren, um strengere Standards und RDE-Testverfahren einzuführen und so die Lücke zu den Emissionszielen zu schließen. Voraussetzung dafür ist, dass die kommerziellen Kosten angemessen sind, d. h. die Automobilhersteller werden keine übermäßigen Kosten an die Endverbraucher weitergeben. Darüber hinaus müssen die Automobilhersteller auch alternative Lösungen für das Antriebssystem konfigurieren, beispielsweise für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge.

Was den Markt betrifft, haben die Automobilhersteller den Schwerpunkt bei Dieselfahrzeugen auf das mittlere bis obere Fahrzeugsegment verlagert und Endverbraucher und politische Entscheidungsträger davon überzeugt, dass Dieselfahrzeuge keine Umweltprobleme verursachen.

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