Ein kompletter Leitfaden zum Verständnis der Emissionsvorschriften im Jahr 2020 und darüber hinaus
Mai 27, 2020
Die kollektiven Bemühungen der Schwerlastindustrie, die negativen Auswirkungen des Motorbetriebs auf die Umwelt zu mindern, sind fast zwei Jahrzehnte alt. Da die Vorschriften von Land zu Land und von Anwendung zu Anwendung variieren, kann das Ganze ein wenig überwältigend werden.
Hier finden Sie einen vollständigen Überblick über die aktuellen Emissionsvorschriften und darüber, was diejenigen, die die nächste Welle weltverändernder Maschinen entwickeln, erwarten können.
Seitdem die CO2-Emissionen Anfang der 1990er Jahre zu einem brisanten Thema wurden, haben Bundes- und Landesregierungen mit Motoren- und Geräteherstellern zusammengearbeitet, um die Menge des schädlichen Stoffes, der in die Atmosphäre gelangt, zu begrenzen. In Europa wurden die ersten Emissionsanforderungen 1992 eingeführt, in den Vereinigten Staaten gehen die Bemühungen bis zum Clean Air Act von 1970 zurück.
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On-Highway-Emissionsnormen der Vereinigten Staaten
- Phase-2-Vorschriften für schwere Lastwagen
- Phase-2-Vorschriften für Motoren in schweren Lastkraftwagen
- Phase-2-Normen für Nutzfahrzeuge
- Phase-2-Normen für Motoren in Nutzfahrzeugen
On-Highway-Emissionsnormen der Europäischen Union
Off-Highway-Vorschriften der Vereinigten Staaten
Emissionsgrenzwerte der Europäischen Union Stufe V
Ein Großteil der aktuellen Vorschriften kann sowohl in den Vereinigten Staaten als auch in der Europäischen Union in On-Highway- und Off-Highway-Kategorien eingeteilt werden.
Vereinigte Staaten On-Highway
Ein Memorandum des Präsidenten vom Mai 2010 führte dazu, dass die Environmental Protection Agency (EPA) und die National Highway Traffic Safety Administration (NHSA) im August 2011 Treibhausgasemissions- und Kraftstoffverbrauchsstandards für mittelschwere und schwere Lastkraftwagen der Modelljahre 2014-18 verabschiedeten. Die EPA schätzt, dass diese „Phase 1“-Vorschriften die CO2-Emissionen um 270 Millionen Tonnen reduzieren und den Fahrzeughaltern etwa 50 Milliarden Dollar an Kraftstoff einsparen werden.
Im Jahr 2016 haben die EPA und die NHTSA die Phase 2 formalisiert, die für Fahrzeuge bis zum Modelljahr 2027 gilt. Diese strengeren Standards sollen „die Kohlenstoffverschmutzung reduzieren, um die Auswirkungen des Klimawandels zu verringern und gleichzeitig die Energiesicherheit zu erhöhen und Innovationen in der Produktion zu fördern“, so die EPA.
Genauer gesagt, werden sie projiziert:
- Reduzierung der CO2-Emissionen um etwa 1,1 Milliarden Tonnen
- Eigentümern rund 170 Milliarden Dollar an Treibstoffkosten sparen
- Reduzierung des Ölverbrauchs um bis zu zwei Milliarden Barrel während der Lebensdauer der im Rahmen des Programms verkauften Fahrzeuge
Die vollständigen Vorschriften umfassen Hunderte von Seiten, sind aber in den folgenden Tabellen zusammengefasst, die aus der Übersicht der Vorschriften von dieselnet.com übernommen wurden.
Phase-2-Vorschriften für schwere Lastwagen
| Kategorie | EPA CO2-Emissionen (g/Tonnenkilometer) | NHTSA Kraftstoffverbrauch (gal/1.000 Tonnenmeile) | ||||
| Niedriges Dach | Mittleres Dach | Hochdach | Niedriges Dach | Mittleres Dach | Hochdach | |
| Day Cab Klasse 7 | 96.2 | 103.4 | 100 | 9.4499 | 10.15717 | 9.82318 |
| Day Cab Klasse 8 | 73.4 | 78 | 75.7 | 7.21022 | 7.66208 | 7.43615 |
| Schlafwagenkabine Klasse 8 | 64.1 | 69.6 | 64.3 | 6.29666 | 6.83694 | 6.31631 |
| Schwerlasttransport Klasse 8 | 48.3 | 4.7446 | ||||
Phase-2-Vorschriften für Motoren in schweren Lastkraftwagen
| Kategorie | Jahr | CO2-Emissionen (g/bhp-hr) | Kraftstoffverbrauch* (Gallone/100 PS-Std.) |
| MHD-Triebwerke | 2014 | 502 | 4.93** |
| 2017 | 487 | 4.78 | |
| 2021 | 473 | 4.6464 | |
| 2024 | 461 | 4.5285 | |
| 2027 | 457 | 4.4892 | |
| HHD-Motoren | 2014 | 475 | 4.67** |
| 2017 | 460 | 4.52 | |
| 2021 | 447 | 4.391 | |
| 2024 | 436 | 4.2829 | |
| 2027 | 432 | 4.2436 |
* Entsprechende NHTSA-Normen basieren auf 10.180 g CO2 pro Gallone Diesel
** Freiwillig in MY 2014 und MY 2015.
Phase-2-Normen für Berufslastwagen
| Kategorie | EPA CO2-Emissionen (g/Tonnenkilometer) | NHTSA Kraftstoffverbrauch (gal/1.000 Tonnenmeile) | ||||
| Urban | Vielseitig einsetzbar | Regional | Urban | Vielseitig einsetzbar | Regional | |
| Fahrzeuge mit CI-Motoren | ||||||
| Leicht Schwer Klasse 2b-5 | 367 | 330 | 291 | 36.0511 | 32.4165 | 28.5855 |
| Mittelschwer Klasse 6-7 | 258 | 235 | 218 | 25.3438 | 23.0845 | 21.4145 |
| Schwer Schwer Klasse 8 | 269 | 230 | 189 | 26.4244 | 22.5933 | 18.5658 |
| Fahrzeuge mit Ottomotoren | ||||||
| Leicht Schwer Klasse 2b-5 | 413 | 372 | 319 | 46.4724 | 41.8589 | 35.8951 |
| Mittelschwer Klasse 6-7 | 297 | 268 | 247 | 33.4196 | 30.1564 | 27.7934 |
Phase-2-Normen für Motoren in Nutzfahrzeugen
| Kategorie | Jahr | CO2-Emissionen | Kraftstoffverbrauch* |
| g/bhp-hr | Gallone/100 PS-Std. | ||
| LHD-Motoren | 2014 | 600 | 5.89** |
| 2017 | 576 | 5.66 | |
| 2021 | 563 | 5.5305 | |
| 2024 | 555 | 5.4519 | |
| 2027 | 552 | 5.4224 | |
| MHD-Triebwerke | 2014 | 600 | 5.89** |
| 2017 | 576 | 5.66 | |
| 2021 | 545 | 5.3536 | |
| 2024 | 538 | 5.2849 | |
| 2027 | 535 | 5.2554 | |
| HHD-Motoren | 2014 | 567 | 5.57** |
| 2017 | 555 | 5.45 | |
| 2021 | 513 | 5.0393 | |
| 2024 | 506 | 4.9705 | |
| 2027 | 503 | 4.9411 | |
| HD Benzin-Motoren | 2016 | 627 | 7.06 |
* Entsprechende NHTSA-Normen basieren auf 10.180 g CO2 pro Gallone Diesel
** Freiwillig in MY 2014 und MY 2015
Europäische Union On-Highway
Europa befindet sich derzeit in der sechsten Phase seiner Emissionsstandards für Straßenfahrzeuge. Die letzte Runde wurde 2012 verabschiedet und wird seit 2015 vollständig umgesetzt.
Nach Angaben des International Council on Clean Transportation entfallen 90 Prozent des weltweiten Fahrzeugabsatzes auf die G-20-Länder, und die meisten von ihnen haben den europäischen Fahrplan zur Reduzierung der Emissionen übernommen.
Hier sind die neuesten EU-Mandate, die gemeinhin als „Euro VI“ bezeichnet werden, mit freundlicher Genehmigung des ICCT:
Euro VI-Vorschriften für schwere Nutzfahrzeuge
| Schadstoff | Tests im stationären Zustand | Transiente Tests |
| CO | 1.5 | 4 |
| HC | 0.13 | 0.16** |
| Ch3* | 0.5 | |
| Nox | 0.4 | 0.46 |
| PM | 0.01 | 0.01 |
| PN (#/km) | 8.0 x 10 | 6.0 x 10 |
| Ammoniak (ppm) | 0.01 | 0.01 |
| Grenzwert für Schwefel im Kraftstoff (ppm) | 10 | 10 |
| Test-Zyklus | WHSC | WHTC |
* Für Euro V nur für Erdgas, für Euro VI, NG und LPG
** HC insgesamt für Dieselmotoren, Nicht-Methan-HC für andere
Euro VI-Vorschriften für leichte Nutzfahrzeuge
| Schadstoff | Benzin | Diesel |
| CO | 1.0 | 0.5 |
| HC | 0.1* | |
| HC+NOX | 0.17 | |
| NOX | 0.06 | 0.08 |
| PM | 0.005** | 0.005 |
| PN (#/km) | 6.0×10*** | 6.0×10 |
*und 0,068 g/km für NMHC
** gilt nur für DI-Motoren, 0,0045 g/km unter Verwendung des PMP-Messverfahrens
*** gilt nur für DI-Motoren, 6 x 1012 #/km innerhalb der ersten drei Jahre nach Inkrafttreten von Euro 6
Vereinigte Staaten Off-Highway
Die Einhaltung der Emissionsvorschriften ist nicht auf die Straßen und Autobahnen der USA beschränkt. Seit 2015 gilt in den Vereinigten Staaten die Stufe 4 der NOx- und Feinstaub-Emissionsnormen.
Alle in den USA hergestellten Bau-, Landwirtschafts- und Industriemaschinen unterliegen diesen Vorschriften, die darauf abzielen, die Feinstaub- und NOx-Emissionen um 90 Prozent zu reduzieren.
Tier 4-Emissionsnormen für Motoren bis zu 560 kW
| Motorleistung | Jahr | CO | NMHC | NMHC+NOx | NOx | PM |
| kW < 8 (hp < 11) | 2008 | 8.0 (6.0) | – | 7.5 (5.6) | – | 0.4* (0.3) |
| 8 ≤ kW < 19 (11 ≤ hp < 25) | 2008 | 6.6 (4.9) | – | 7.5 (5.6) | – | 0.4 (0.3) |
| 19 ≤ kW < 37 (25 ≤ hp < 50) | 2008 | 5.5 (4.1) | – | 7.5 (5.6) | – | 0.3 (0.22) |
| 2013 | 5.5 (4.1) | – | 4.7 (3.5) | – | 0.03 (0.022) | |
| 37 ≤ kW < 56 (50 ≤ hp < 75) | 2008 | 5.0 (3.7) | – | 4.7 (3.5) | – | 0.3** (0.22) |
| 2013 | 5.0 (3.7) | – | 4.7 (3.5) | – | 0.03 (0.022) | |
| 56 ≤ kW < 130 (75 ≤ hp < 175) | 2012-2014*** | 5.0 (3.7) | 0.19 (0.14) | – | 0.40 (0.30) | 0.02 (0.015) |
| 130 ≤ kW ≤ 560 (175 ≤ hp ≤ 750) | 2011-2014**** | 3.5 (2.6) | 0.19 (0.14) | – | 0.40 (0.30) | 0.02 (0.015) |
* Handgestartete, luftgekühlte DI-Motoren können bis 2009 nach Tier 2 zertifiziert werden und ab 2010 nach einem optionalen PM-Standard von 0,6 g/kWh
** 0,4 g/kWh (Tier 2), wenn der Hersteller den 0.03 g/kWh ab 2012
*** PM/CO: vollständige Einhaltung ab 2012; NOx/HC: Option 1 (wenn Tier 2-Gutschriften in Anspruch genommen werden)â50% der Motoren müssen die Anforderungen 2012-2013 erfüllen; Option 2 (wenn keine Tier 2-Gutschriften in Anspruch genommen werden)â25% der Motoren müssen die Anforderungen 2012-2014 erfüllen, mit vollständiger Erfüllung ab 2014.12.31
**** PM/CO: vollständige Erfüllung ab 2011; NOx/HC: 50% der Motoren müssen die Anforderungen 2011-2013 erfüllen
Auf der Website von Diesel Net finden Sie einige alternative Optionen. Die EPA führt auch spezielle Vorschriften für Motoren über 560 kW auf.
Tier 4-Emissionsnormen für Motoren über 560 kW
| Kategorie | CO | NMHC | NOx | PM |
| Stromaggregate | 3.5 (2.6) | 0.19 (0.14) | 0.67 (0.50) | 0.03 (0.022) |
| Alle Motoren außer Aggregate | 3.5 (2.6) | 0.19 (0.14) | 3.5 (2.6) | 0.04 (0.03) |
Europäische Union Off-Highway
Die EU arbeitet derzeit an der Stufe V ihrer Vorschriften für mobile Maschinen und Geräte, deren vollständige Umsetzung für 2021 geplant ist. Die jüngsten Änderungen konzentrieren sich auf die Festlegung strengerer Grenzwerte für Partikelemissionen.
Emissionsgrenzwerte der Europäischen Union Stufe V
| Kategorie | Zündung Typ | Nettoleistung (kW) | Datum | CO (g/kWh) | HC | NOx | PM | PN (1/kWh) |
| NRE-v/c-1 | CI | P < 8 | 2019 | 8 | 7.50a,c | 0.40* | – | |
| NRE-v/c-2 | CI | 8 ≤ P < 19 | 2019 | 6.6 | 7.50a,c | 0.4 | – | |
| NRE-v/c-3 | CI | 19 ≤ P < 37 | 2019 | 5 | 4.70a,c | 0.015 | 1×1012 | |
| NRE-v/c-4 | CI | 37 ≤ P < 56 | 2019 | 5 | 4.70a,c | 0.015 | 1×1012 | |
| NRE-v/c-5 | Alle | 56 ≤ P < 130 | 2020 | 5 | 0.19c | 0.4 | 0.015 | 1×1012 |
| NRE-v/c-6 | Alle | 130 ≤ P ≤ 560 | 2019 | 3.5 | 0.19c | 0.4 | 0.015 | 1×1012 |
| NRE-v/c-7 | Alle | P > 560 | 2019 | 3.5 | 0.19** | 3.5 | 0.045 | – |
| NRG-v/c-1 | Alle | P > 560 | 2019 | 3.5 | 0.19*** | 0.67 | 0.035 | – |
In den Vereinigten Staaten hat der Bundesstaat Kalifornien von der EPA eine Sondergenehmigung erhalten, um eigene Emissionsstandards zu erlassen – zum Teil aufgrund der jahrzehntelangen starken Umweltverschmutzung im Raum Los Angeles. Colorado, Connecticut, Delaware, Maine, Maryland, Massachusetts, New Jersey, New Mexico, New York, Oregon, Pennsylvania, Rhode Island, Vermont, Washington und der District of Columbia haben alle die kalifornischen Standards übernommen, die strenger sind als die der EPA.
Dem Ganzen einen Sinn geben
Das sind eine Menge Daten und Akronyme, aber die EU und die EPA stellen Tools zur Verfügung, mit denen Ingenieure die Einhaltung der Vorschriften für ihre spezifischen Anwendungen sicherstellen können, darunter das Greenhouse Gas Emissions Model (GEM) der USA und das Vehicle Energy Consumption Calculation Tool (VECTO ) der EU.
Beide ermöglichen es den Ingenieuren, Eingaben zum Motor zu machen und Vorhersagen zu den Emissionswerten zu machen.
Wie geht es also weiter?
Die Entwicklung der Regulierung folgt in der Regel einem Muster. Seit mehr als zwei Jahrzehnten ist das dicht besiedelte Europa bei den Emissionsstandards führend. Kalifornien hinkt in der Regel ein paar Jahre hinterher, und die Vereinigten Staaten folgen ein paar Jahre später.
Andere Länder, in denen viel produziert wird, wie China und Japan, haben ihre eigenen sich entwickelnden Standards. Da die Wirtschaft immer globaler wird, drängen die großen Hersteller auf eine stärkere Harmonisierung. Beispiele dafür sind das Pariser Abkommen der Vereinten Nationen und die Vereinbarung zwischen der EPA und dem California Air Resources Board, bis 2027 ähnliche Regelungen wie die derzeitigen kalifornischen Vorschriften umzusetzen.
Die weltweite COVID-19-Pandemie und die Abriegelungsmaßnahmen zu ihrer Eindämmung haben dazu geführt, dass die CO2-Emissionen zwischen Januar und April 2020 um 17 Prozent gesunken sind. Einige Wissenschaftler prognostizieren einen Rückgang um 4,4 bis 8 Prozent bis zum Ende des Jahres, was den größten jährlichen Rückgang seit dem Zweiten Weltkrieg bedeuten würde.
Es wird jedoch erwartet, dass dieser Rückgang nur vorübergehend ist, da sich die Transportindustrie und die Weltwirtschaft erholen.
Unklar ist, inwieweit die Unternehmen bereit sind, ihre aggressive globale Expansion fortzusetzen, wenn sich ein Virus über Länder und Kontinente hinweg ausbreitet und eine globale Gesundheitskrise auslöst.
Wie bei den meisten Dingen, die COVID betrifft, sind Vorhersagen zu diesem Zeitpunkt ungefähr so gut wie Vermutungen.
In den letzten Monaten hat die EPA angekündigt, dass sie mit ihrer “ Cleaner Trucks Initiative “ die Schadstoffemissionen weiter senken will. Präsident Donald Trump hat unterdessen die Emissionsgrenzwerte für Kraftfahrzeuge gesenkt. Es ist also unklar, wie das Gleichgewicht zwischen der Unterstützung der Hersteller und dem Schutz der Welt, in der sie produzieren, in Zukunft aussehen wird.
Ein Mittel dazu ist die Elektrifizierung, aber die Umsetzung in großem Maßstab ist wahrscheinlich noch weit mehr als ein Jahrzehnt entfernt.
Was heute dringender ist, ist eine andere Art von Emission: die Lärmbelästigung. Die EU-Richtlinie über Lärm im Freien begrenzt die Dezibel, die von Off-Highway-Motoren, insbesondere von Baumaschinen und landwirtschaftlichen Traktoren, die in der Nähe von Städten betrieben werden, ausgehen dürfen.
Es wird erwartet, dass Nordamerika in den kommenden Jahren ähnliche Maßnahmen ergreifen wird.