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Wie arbeiten Motoren, welche Stoffe sind im Abgas enthalten und wie schädlich diese für den menschlichen Körper sind, werde ich versuchen euch in diesem Blogbeitrag näher zu bringen.
Verbrennungsmotoren arbeiten in vier Arbeitsschritten:
1. Ansaugen
2. Verdichten
3. Arbeiten
4. Entspannen
Beim Ottomotor wird ein Kraftstoff Luft Gemisch angesaugt, wo hingegen der Dieselmotor mit reiner Luft arbeitet.
Daraufhin wird das Gemisch beim Ottomotor ungefähr auf ein Verhältnis von 7:1 verdichtet. Der Druck ist etwa bei 8–18 bar und die Temperatur bei 400–600 °C.
Beim Dieselmotor hingegen wird ein Verdichtungsverhältnis von etwa 18:1 erzielt, wobei der Druck auf 30–50 bar und die Temperatur auf 700–900 °C steigt. Der Kraftstoff wird beim Dieselmotor dann direkt in den Brennraum gespritzt.
Der Verbrennungvorgang startet beim Ottomotor durch einen Funken, welcher von der Zündkerze (Fremdzündung) erzeugt wird. Der Kolben im Motor wird nun wieder zurückgedrückt und die Verbrennung endet durch die Expansion (Arbeitstakt).
Beim Dieselmotor wird die Selbstzündfähigkeit des Dieselkraftstoffs beim vorherrschenden hohen Druck ausgenutzt (Eigenzündung). Die Verbrennungstemperatur liegt etwa bei 2000 °C, wodurch ebenfalls der Kolben nach unten gedrückt wird und somit der Arbeitstakt erfolgt.[0]
Ottomotor
source: https://www.energie-lexikon.info/ottomotor.html
Gemischbildung: äußere Gemischbildung
Zündung:Fremdzündung
Verdichtungsdruck:8-18bar
Höchsttemparatur Verdichtung:400-600°C
Dieselmotor
source: https://www.energie-lexikon.info/dieselmotor.html
Gemischbildung: inner Gemischbildung
Zündung: Selbstzündung
Verdichtungsdruck:30-50bar
Höchsttemparatur Verdichtung:700-900°C
Beim Auspuffen der Abgase gibt es weitere Unterschiede. Diese machen sich nicht nur bei dem Verhältnis des Abgascocktails bemerkbar, sondern auch durch die Zusammensetzung. Diese Reaktionsprodukte sind von der Motorauslegung, der Motorleistung und auch von der Arbeitslast abhängig.[2] Denn der Dieselmotor bildet im Gegensatz zum Ottomotor Ruß, der als krebserregend gilt. Wie schädlich dieser wirklich ist und was die Politik oder Konzerne wie z.B. Bosch und Buderus tun, um die Werte von Feinstaub zu reduzieren, sehen wir uns im Folgenden an.
Abgaszusammensetzung
source: Lenz, H.P., Illini, B. und Fellner, B.: Neue Prognose der Abgasemissionen in Deutschland und europäische Perspektiven. Vortrag bei der VDI-Veranstaltung "Innovative Fahrzeugantriebe". Dresden: VDI Verlag, 2004.
Bei einer optimalen Verbrennung würden sich nur Wasser(H2O) und ungiftiges Kohlendioxid bilden, da jedoch in der Realität eine Verbrennung nie optimal abläuft, entstehen andere giftige Stoffe. Welche das sind und welche Auswirkungen diese für den menschlichen Körper haben, findet ihr im nächsten Absatz.
Unverbrannte Kohlenwasserstoffe
mit der Abkürzung HC, kennzeichnen sich unverbrannte Kohlenwasserstoffe mit der Eigenschaft, das sie in größeren Mengen in Erdöl, Erdgas und Kohle zu finden sind. Sie bestehen aus Kohlenstoff und Wasserstoff.[2] Gründe für die Entstehung können Mangel an Sauerstoff oder zu niedrige Temperaturen an den Brennraumwänden sein, welche die Verbrennungsreaktionen hindern.[3]
Auswirkungen auf den Menschen:
Für die menschliche Gesundheit sind verschiedene Kohlenwasserstoffe, die über die Atemluft aufgenommen werden können, in sehr unterschiedlichem Maße schädlich. Besonders gefährlich sind erbgutverändernde und krebserregende Substanzen wie Benzol, welches in wesentlichen Mengen als Bestandteil von Benzin vorkommt und unter ungünstigen Bedingungen auch im Abgas vorhanden sein kann. Die Wirkungen auf den Menschen können bei hohen Konzentrationen Schleimhautreizungen, Atemnot oder Asthma sein. [4]
Kohlenmonoxid
Mit der Abkürzung CO ist Kohlenmonoxid ein sehr giftiges, farbloses, geruchloses Gas. Sie ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. [1] Kohlenmonoxid entsteht wie HC, bei unvollständiger Verbrennung der Kraftstoffe.
Auswirkungen auf den Menschen:
CO bindet sich fester als Sauerstoff an das Hämoglobin im Blut und beeinträchtigt die Sauerstoffversorgung des Körpers. Diese Vergiftung kann, bei entsprechend hoher Konzentration, zur “inneren Erstickung“ führen und damit zum Tod.[3]
Stickstoffoxide
NO und NO2, ihre Summe wird als NOx bezeichnet, da es mehrere mögliche Verbindungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Atomen gibt.[1] Stickstoffoxide bilden sich aus dem Stickstoff der Luft, der bei lokalen Temperaturspitzen im Brennraum, mit Sauerstoff reagiert.[3]
Auswirkungen auf den Menschen:
Stickstoffoxide sind bei entsprechender Konzentration gefährlich. sie tragen zur Geruchsbelästigung und geringfügig zum Treibhauseffekt (N20 = Lachgas) bei [3]. Sie können die Schleimhäute reizen und teilweise zu Lungenschäden führen [1].
Partikel/Feinstaub
Partikel/Feinstaub wurden von der IARC (International Agency for Research on Cancer) als "probably carcinogenic to humans" eingestuft. Je kleiner die Partikel, desto tiefer können sie in die Atemwege eindringen. [3]
Laut Umweltbundessamt wird Feinstaub in drei Gruppen unterteilt [9] :
1. PM10: 10µm
bestehen aus einem festen Kern aus Ruß, seltener aus metallischer Asche, worauf sich Kondensate anlagern.
2. PM 2.5: 2.5 µm
3. 0.1 µm
Wenn in den Medien über Feinstaubgrenzwerte von 50 Mikrogramm pro Kubikmeter geredet wird, gilt dies für den Feinstaub der Fraktion PM10. Für den noch kleineren Partikel (PM2.5) gilt seit 2008 ein Zielwert von 25 Mikrogramm pro Kubikmeter. [10]
„Partikel kleiner als 1µm wie die meisten aus der motorischen Verbrennung können bis zu den Alveolen gelangen“ [3]
Egal wie groß die Partikel sind, sie können in unser Körper gelangen und uns gesundheitlich beinflussen. Feinstaub gelangt bis ins Blut und kann bleibende Schäden verursachen.
Kohlenstoffdioxid
CO2 ist ein farb- und geruchloses, nicht giftiges Gas. Es entsteht bei Lebewesen durch die Zellatmung, bei der Verbrennung von Kohlenstoff, bei der Gärung oder bei Fäulnisprozessen und einer Vielzahl weiterer natürlicher Prozesse. [5] Kohlenstoffdioxid ist in kleinen Mengen auch in unserer Luft enthalten (0,04 Vol.-%) [6]
Auswirkungen auf die Umwelt:
CO2 zählt neben Wasserdampf, Methan, Lachgas und weiteren, mengenmäßig untergeordneten Gasen zur Gruppe der Treibhausgase. Es wird angenommen, dass die Treibhausgasemissionen das natürliche Gleichgewicht stören und dadurch eine überdurchschnittliche Temperaturerhöhung der Erdatmosphäre bewirken [5].
Auswirkungen auf den Menschen:
Ab einer Konzentration von 6% in der Atemluft sind erste Auswirkungen auf den menschlichen Körper zu erwarten [7], ab einem Wert von 10% kann es zum Erstickungstod kommen. [8]
Ursachen von Feinstaub
Ist der Dieselmotor wirklich die eigentliche Ursache des Problems oder spielen andere Faktoren evtl. eine größere Rolle?
Die Dieselabgase sind nicht der Hauptverursacher der hohen Feinstaubbelastung.
Die Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg hat ausgemacht, dass "Aufwirbelungen und Abriebprozesse" eine wesentliche Rolle spielen. Neueste Messresultate der LUBW zeigen:
Den Messungen zufolge entsteht der verkehrsbedingte Feinstaub der Partikelgröße PM10 zu rund 84 Prozent durch den Abrieb von Reifen-, Bremsen- sowie durch Wiederaufwirbelung der Staubschicht auf den Fahrbahnen. [11]
Dies bedeutet, dass selbst wenn nur die hochgepriesenen, abgasfreien Elektroautos durch die Stadt führen, änderte sich kaum etwas an der Feinstaubbelastung der Atemluft.
"Den Abrieb von Bremsen, Reifen und die Wiederaufwirbelung gibt es beim E-Auto genauso wie bei Autos mit Verbrennungsmotor, gegen den Feinstaub bringt das Elektroauto nicht allzu viel." [12]
Clemens Klinke, Chef der Autosparte der Stuttgarter Dekra im Interview mit der StN.
Außerdem erwähnt Herr Klinke, dass ab September 2017 für Benzinmotoren die gleichen strengen Feinstaubmaßnahmen wie Dieselmotoren gelten. Die Frage ist, ob diese Maßnahmen überhaupt etwas bewirken?! Der Benzinmotor wird nicht, weil Vorgaben ab einem bestimmten Zeitpunkt gelten, plötzlich von alleine seine Feinstaubwerte verbessern. Das müssen die Großkonzerne übernehmen-Stichwort: Nachrüsten.
Aber wie weit die Technik jetzt schon ist, das sehen wir uns gleich an.
Aktuelle Situation
source: https://www.umweltbundesamt.de/indikator-emission-von-treibhausgasen#textpart-1
In Abbildung 3 sieht man den ausgestoßenen Kohlendioxidgehalt von 1990-2015. Der Wert ist um fast 30% gesunken. Auffällig ist, dass der Anteil von „Verkehr“ und „sonstige Emissionen“ gestiegen ist. „Sonstige Emissionen“ sind Energie und prozessbedingte Emissionen der Industrie. Das Emissionen von der Sparte „Gewerbe, Handel, Dienstleistungen“ im Jahr 2015 komplett ausgefallen sind, sollte sehr unwahrscheinlich sein. Der Anstieg der Emissionen im Verkehr könnte zurückzuführen sein auf die Diskreditierung des Dieselmotors und der dadurch bedingte Umstieg der Verbraucher auf Alternativen wie Otto, Elektro sowie Hybrid. Oder eventuell, was wahrscheinlicher sein könnte, auf die Faulheit der Menschen wie Abbildung 4 uns zeigt.
Der Anteil der Fuß-, Fahrrad-, Eisenbahn- und öffentlicher Straßenpersonenverkehr ist um 5 Prozent gesunken. Die Menschheit wird fauler und immer mehr steigen auf das bequemere Auto um. Schade das Städte wie Stuttgart nichts in diese Richtung tun und gute Infrastrukturen für Fahrradfahrer einrichten.
source: https://www.umweltbundesamt.de/indikator-umweltfreundlicher-personenverkehr
source: https://www.umweltbundesamt.de/indikator-emission-von-luftschadstoffen
source:https: //www.umweltbundesamt.de/indikator-belastung-der-bevoelkerung-durch-0
Abbildung 7 zeigt den Mittelwert der prozentualen Entwicklung verschiedene Luftschadstoff-Emissionen gegenüber 2005. Abbildung 8 zeigt die von der überschrittenen Feinstaubgrenze betroffene Bevölkerung auf. Diese Diagramme zeigen eindeutig, dass seit Jahrzehnten ein großer Fortschritt bei den Werten zu verzeichnen sind. Von 50,1 Millionen runter auf 4,3 Millionen ist einer beachtlicher Wert. Trotzdem scheint es der Forstschritt vielen nicht zu reichen und der Trend geht weiter zu noch mehr radikalen Maßnahmen wie Dieselfahrverbote.
Was unternehmen Konzerne und Politiker?
Deutschland verhängt Diesel-Fahrverbote.
Das Bundesverwaltungsgericht hält seit letzter Woche Diesel-Fahrverbote grundsätzlich für zulässig. Die Deutsche Umwelthilfe Morgenluft will nun weitere Fahrverbote in weiteren Städten durchsetzen. Anscheinend haben die Rechtsanwälte der Deutschen Umwelthilfe nun die zuständigen Gerichte in weiteren 14 Großstädten aufgefordet, Verhandlungen über Luftreinhaltung anzusetzen [14]. Stuttgart und Düsseldorf sollten also nur der Anfang sein.
Unter diesen Städten gehören: Berlin, München, Mainz, Wiesbaden, Darmstadt und Aachen. [16] Wie genau der Diesel-Verbot durchgesetzt werden soll, steht noch in den Sternen. Die neuen Diesel Motoren mit Euro 6 sind von diesem Fahrverbot erstmal ausgeschlossen.
Die Chefin des Umweltbundesamtes, Frau Krautzberger, ist der Meinung, zwei verschiedene Plaketten einzuführen, um individuell auf die Feinstaubwerte zu reagieren: Eine dunkelblaue und eine hellblaue Plakette. Je nach der höhe der Feinstaubbelastung wir die eine oder andere Plakette für gültig erklärt.
Selbstverständlich sei auch, dass die Kosten für die Nachrüstung von der Autoindustrie zu übernehmen seien. [17]
Ob dieses Fahrverbot der Wirtschaft schaden bzw. ob dadurch sogar Existenzen gefährdet werden, wird sich in den nächsten 2-3 Jahren herausstellen.
Bis zu 90 Prozent weniger Bremsstaub
Bremsscheibe von Buderus Guss soll das Feinstaub-Problem in Städten entschärfen. Die Bosch-Tochter Buderus Guss hat für die Feinstaubproblematik speziell die iDisc entwickelt. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Bremsscheibe erzeugt sie bis zu 90 Prozent weniger Bremsstaub.
Die iDisc hat vor den Bremsscheiben-Markt auf den Kopf zu stellen
Das Alleinstellungsmerkmal der iDisc ist eine Hartmetall-Beschichtung aus Wolframkarbid, die so aktuell nur Buderus Guss anbietet. Das vorangestellte „i“ soll für Innovation stehen.
„Die iDisc bringt alles mit, um die herkömmliche Grauguss-Bremsscheibe abzulösen und zum neuen Standard im Bremsscheiben-Markt zu werden” „Vor dem Hintergrund der anhaltenden Feinstaub-Diskussionen in vielen Ländern und Metropolen weltweit steht ihrem Durchbruch nichts im Wege.“
Gerhard Pfeifer, Geschäftsführer von Buderus Guss. [15]
Fazit
Das Hauptproblem liegt also woanders und wird zu wenig beachtet. Nicht die Motoren, sondern die Bremsen und Reifen unserer Autos sind die größten PM10-Feinstaubquellen. Die Benzin- und Dieselmotoren sind also in puncto Feinstaub offenbar umweltfreundlicher als ihr Ruf.
Der entscheidende Punkt ist jedoch auch: Zu viel CO2 schädigt, nach vorherrschender Ansicht, das Klima. Benzinmotoren stoßen aus technischen Gründen mehr CO2 aus als Diesel-Motoren.
Wenn über Nachrüstungen von Dieselautos gesprochen wird, geht es darum, die NOX-Grenzwerte einzuhalten, wodurch zugleich es aber anscheinend möglich ist, dass sich dadurch auch der CO2-Ausstoß erhöht.
Außerdem haben wir noch das große Problem, dass die Automobilindustrie die Abgas-Tests verfälschen. Diese Tests werden unter optimalsten Bedingungen durchgeführt und sind alles andere als „real“- Stichwort: Abasskandal. Jedoch gibt es viele innovative Ansätze, wie die neuen Bremsschreiben, welche einen großen Einfluss auf die Feinstaubwerte von Benzin und Diesel PKWs haben könnte.
Klar ist, dass dieses Thema noch viel Chaos und Verwirrung unter der Bevölkerung sorgen wird und am Ende doch der Steuerzahler, für die Entscheidungen der Industrie und Politiker, den Kopf hinhalten muss. Gesundheitlich und/oder finanziell.
Ich hoffe, dass ich euch einen kleinen Einblick in dieses Thema geben konnte.
Ich bin auf eure Meinungen gespannt und hoffe, dass wir auf dieser Grundlage eine gute Diskussion über die Frage, ob der Diesel der Sündenbock der Politik ist, führen können.
Quellen
[1] https://www.ngk.de/technik-im-detail/lambdasonden/grundlagen-abgaswissen/abgase-und-schadstoffe/
[2] https://www.kfztech.de/kfztechnik/motor/diesel/DieselAbgas.htm
[3] http://www.auto-umwelt.at/_emissionen/em_abg.htm
[4] https://www.energie-lexikon.info/unverbrannte_kohlenwasserstoffe.html
[5] Geringer, B.: Skriptum zur Vorlesung 315.018 - Verbrennungskraftmaschinen Grundzüge. Wien: Institut für Ver-brennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau der TU Wien, 2006. B06006.
[6]https://de.wikipedia.org/wiki/Luft
[7] Hendrik, C., et al.: EC-Case - Carbon Dioxide Sequestration. Utrecht: TNO, Niederländische Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung, 2003.
[8] Gale, J., et al.: Transmission of CO2 – Safety and Economic Considerations. Kyoto: Proceedings of the 6th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologie, 2002. S. 517-522.
[9]http://www.zeit.de/wissen/gesundheit/2017-02/luftverschmutzung-feinstaub-stuttgart-gesundheit
[10] http://gesundheit.ccm.net/faq/6155-feinstaubbelastung-definition-und-ursachen
[11] http://www.zeit.de/mobilitaet/2017-02/feinstaub-motoren-luftverschmutzung-reifen-abrieb-bremsen
[13] www.umweltbundesamt.de
[14] https://www.bild.de/geld/wirtschaft/dieselmotor/noch-mehr-fahrverbote-55053344.bild.html