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Understanding emissions regulations on-highway and off-highwayUnderstanding emissions regulations on-highway and off-highway

Ein Leitfaden zum Verständnis der Emissionsvorgaben ab 2020

May 27, 2020

Seit fast 20 Jahren arbeiten die Hersteller schwerer Nutzfahrzeuge daran, die negativen Auswirkungen der Nutzung ihrer Fahrzeuge auf die Umwelt abzuschwächen. Die von Land zu Land und Anwendung zu Anwendung unterschiedlichen Vorgaben können verwirrend sein.

Im Folgenden finden Sie einen kompletten Leitfaden der aktuellen Emissionsvorgaben und was auf die Entwickler zukünftiger Maschinen zukommt.

Seitdem CO2-Emissionen in den frühen 1990er Jahren zum zentralen Streitpunkt wurden, arbeiten Staats- und Landesregierungen mit Motor- und Anlagenherstellern zusammen, um die Menge an Schadstoffen zu begrenzen, die in die Atmosphäre gelangt. 1992 verabschiedete Europa die ersten Emissionsgrenzen, die USA wurde bereits 1970 mit dem Clean Air Act in diese Richtung aktiv.


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US-Abgasnormen On-Highway

EU-Abgasnorm On-Highway

US-Abgasnorm Off-Highway

EU-Emissionsgrenzwerte der Stufe V

Was bedeutet das alles?

Weite Teile der aktuellen Vorgaben können sowohl in den USA als auch in Europa in Kategorien für den Einsatz auf Straßen und abseits von Straßen, d. h. On-Highway und Off-Highway, eingeteilt werden.

USA On-Highway

Ein präsidiales Memorandum vom Mai 2010 bewegte die Environmental Protection Agency (EPA) und die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) dazu, im August 2011 Vorgaben zu Treibhausgasemissionen und Kraftstoffeinsparungen für mittelschwere und schwere Lkw der Modelljahre 2014-2018 zu erlassen. Der EPA zufolge sollten diese Regelungen der Phase 1 eine geschätzte Senkung der CO2-Emissionen von 270 Millionen metrischen Tonnen und eine Einsparung von rund 50 Milliarden Dollar beim Kraftstoff bewirken.

2016 formalisierten die EPA und die NHTSA Phase 2, die Fahrzeuge bis Modelljahr 2027 umfasst. Diese strengeren Vorgaben sollen „die Kohlenstoffbelastung senken, um die Auswirkungen des Klimawandels abzuschwächen, gleichzeitig die Energiesicherheit stärken und Innovationen vorantreiben“, erklärte die EPA.

Insbesondere sollen sie:

  • CO2-Emissionen um ca. 1,1 Milliarden metrische Tonnen senken,
  • rund 170 Milliarden Dollar in Kraftstoffkosten einsparen,
  • den Ölverbrauch über die Nutzungsdauer der im Rahmen des Programms verkauften Fahrzeuge um bis zu zwei Milliarden Barrel senken.

Die vollständigen Vorgaben umfassen mehrere hundert Seiten, sind aber in den folgenden Tabellen zusammengefasst (Quelle: Vorgabenübersicht von dieselnet.com.)

 Vorgaben der Phase 2 für schwere Lkw

Kategorie EPA-CO2-Emissionen (g/t-Meile) NHTSA-Kraftstoffverbrauch (gal/1.000 t-Meile)
Niedriges Dach Mittelhohes Dach Hohes Dach Low Roof Mid Roof High Roof
Führerhaus Klasse 7 96.2 103.4 100 9.4499 10.15717 9.82318
Führerhaus Klasse 8 73.4 78 75.7 7.21022 7.66208 7.43615
Schlafkabine Klasse 8 64.1 69.6 64.3 6.29666 6.83694 6.31631
Schwerlast Klasse 8 48.3 4.7446

Vorgaben der Phase 2 für in schweren Lkw verbaute Motoren

Kategorie Jahr CO2-Emissionen (g/bhp-Std.) Kraftstoffverbrauch* (gal/100 bhp-Std.)
MHD-Motoren 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

* Gleichwertige NHTSA-Standards basierend auf 10.180 g CO2 pro Gallone Diesel
** Freiwillig in MJ 2014 und MJ 2015

  Vorgaben in Phase 2 für Nutzfahrzeuge

Kategorie EPA-CO2-Emissionen (g/t-Meile) NHTSA-Kraftstoffverbrauch (gal/1.000 t-Meile)
Urban Mehrzweck Regional Urban Mehrzweck Regional
Fahrzeuge mit Dieselmotoren
Leichte Schwerlastfahrzeuge Klasse 2b-5 367 330 291 36.0511 32.4165 28.5855
Mittlere Schwerlastfahrzeuge Klasse 6-7 258 235 218 25.3438 23.0845 21.4145
Schwere Schwerlastfahrzeuge Klasse 8 269 230 189 26.4244 22.5933 18.5658
Fahrzeuge mit Ottomotoren
Leichte Schwerlastfahrzeuge Klasse 2b-5 413 372 319 46.4724 41.8589 35.8951
Mittlere Schwerlastfahrzeuge Klasse 6-7 297 268 247 33.4196 30.1564 27.7934

Vorgaben der Phase 2 für in Nutzfahrzeugen verbaute Motoren

Kategorie Jahr CO2-Emissionen Kraftstoffverbrauch*
g/bhp-Std. gal/100 bhp-Std.
LHD-Motoren 2014 600 5.89**
2017 576 5.66
2021 563 5.5305
2024 555 5.4519
2027 552 5.4224
MHD-Motoren 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-Benzinmotoren 2016 627 7.06

* Gleichwertige NHTSA-Standards basierend auf 10.180 g CO2 pro Gallone Diesel
** Freiwillig in MJ 2014 und MJ 2015

Europäische Union On-Highway

Europa ist aktuell auf der sechsten Stufe seiner Abgasnormen für Straßenfahrzeuge. Die letzte Runde wurde 2012 verfügt und ist seit 2015 komplett umgesetzt.

Dem International Council on Clean Transportation zufolge entfallen rund 90 Prozent der globalen Fahrzeugverkäufe auf die G20-Staaten, und die meisten dieser Staaten haben Europas Fahrplan für die Senkung von Emissionen übernommen.

Im Folgenden finden Sie die jüngsten Vorgaben der EU, allgemein auch als „Euro 6“ bezeichnet, freundlicherweise vom ICCT zur Verfügung gestellt:

Euro-6-Abgasnorm für schwere Fahrzeuge

Schadstoff Stationärer Test Test in Bewegung
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
Kraftstoffschwefelgehaltgrenzwert (ppm) 10 10
Prüfzyklus WHSC WHTC

* Für Euro 5 nur für Erdgas, für Euro 6 Erdgas und Autogas
** Gesamte HC für Dieselmotoren, Nichtmethan-HC für andere

Euro-6-Abgasnorm für leichte Fahrzeuge 

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) 6.0x10*** 6.0x10

* Und 0,068 g/km für NMHC
** Gilt nur für DI-Motoren, 0,0045 g/km mit PMP-Messung
*** Gilt nur für DI-Motoren, 6 x 1012 #/km innerhalb der ersten drei Jahre der Euro-6-Wirksamkeitsdaten

USA Off-Highway

Vorgaben zu Abgasgrenzwerten beschränken sich nicht auf die amerikanischen Straßen und Schnellstraßen. Seit 2015 sind die USA in Tier 4 ihrer Abgasnormen für NOx und Feinstaub.

Alle in den USA hergestellten Bau-, Landwirtschafts- und Industriemaschinen unterliegen diesen Vorgaben, die es zum Ziel haben, Feinstaub- und NOx-Emissionen um 90 Prozent zu senken.

Tier-4-Abgasnorm 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)

* Handstartbare, luftgekühlte DI-Motoren können bis 2009 nach Tier-2-Standards 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-Auflagen von 2012 genügt
*** PM/CO: volle Übereinstimmung ab 2012; NOx/HC: Option 1 (wenn angehäuftes Tier-2-Guthaben verwendet wird)—50 % der Motoren müssen 2012-2013 die Vorgaben erfüllen; Option 2 (wenn kein Tier-2-Guthaben verwendet wird)—25 % der Motoren müssen 2012-2014 die Vorgaben erfüllen, volle Übereinstimmung ab 31.12.2014
**** PM/CO: volle Übereinstimmung ab 2011; NOx/HC: 50 % der Motoren müssen 2011-2013 die Vorgaben erfüllen

Auf der Website von Diesel Net sind noch verschiedene alternative Optionen aufgelistet. Die EPA führt auch spezifische Vorgaben für Motoren über 560 kW auf.

Tier-4 Abgasnorm für Motoren über 560 kW

Kategorie CO NMHC NOx PM
Stromerzeuger 3.5 (2.6) 0.19 (0.14) 0.67 (0.50) 0.03 (0.022)
Alle Motoren exkl. Stromerzeuger 3.5 (2.6) 0.19 (0.14) 3.5 (2.6) 0.04 (0.03)

Europäische Union Off-Highway

Die EU befindet sich aktuell auf Stufe V ihrer Vorgaben zu Emissionen mobiler Maschinen und Geräte mit einer geplanten vollen Umsetzung bis 2021. Die jüngsten Veränderungen konzentrieren sich auf strengere Grenzwerte für Feinstaubemissionen.

EU-Emissionsgrenzwerte der Stufe V

Kategorie Zündart Nettoleistung (kW) Jahr 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 All 56 ≤ P < 130 2020 5 0.19c 0.4 0.015 1×1012
NRE-v/c-6 All 130 ≤ P ≤ 560 2019 3.5 0.19c 0.4 0.015 1×1012
NRE-v/c-7 All P > 560 2019 3.5 0.19** 3.5 0.045 -
NRG-v/c-1 All P > 560 2019 3.5 0.19*** 0.67 0.035 -

In den USA hat der Bundesstaat Kalifornien die Sondererlaubnis der EPA, seine eigenen Abgasnormen umzusetzen – dies liegt teilweise an der starken Verschmutzung in der Region Los Angeles, die schon Jahrzehnte zurückgeht. Colorado, Connecticut, Delaware, Maine, Maryland, Massachusetts, New Jersey, New Mexico, New York, Oregon, Pennsylvania, Rhode Island, Vermont, Washington und District of Columbia haben alle die in Kalifornien gültigen Vorgaben verabschiedet, die strenger sind, als die der EPA.

Was bedeutet da alles?

Das waren viele Daten und Akronyme, aber die EU und EPA bieten Werkzeuge an, die Ingenieure nutzen können, um die Konformität ihrer speziellen Anwendungen zu gewährleisten, einschließlich des Greenhouse Gas Emissions Model (GEM) der USA und des Vehicle Energy Consumption Calculation Tool (VECTO) der EU.

Beide ermöglichen es Ingenieuren, Details zu den Motoren einzugeben und prognostizierte Abgaswerte zu erhalten.

Was wird die Zukunft bringen?

Die Entwicklung von Vorgaben folgt meist einem Muster. Seit über 20 Jahren war das dicht besiedelte Europa führend in Sachen Abgasnormen. Kalifornien folgt üblicherweise ein paar Jahre hinter Europa und der Rest der USA ein paar Jahre hinter Kalifornien.

Andere Länder mit einer starken Fertigungsindustrie wie China und Japan haben ihre eigenen Normen, die entsprechend entwickelt werden. Im Zuge der Globalisierung der Wirtschaft fordern führende Hersteller eine stärkere Harmonisierung; Beispiele hierfür sind das Übereinkommen von Paris der Vereinten Nationen und die Vereinbarung der EPA und des California Air Resources Board, bis 2027 Vorgaben ähnlich der aktuell in Kalifornien gültigen umzusetzen.

Die globale COVID-19-Pandemie und Ausgangssperren zur Einschränkung der Verbreitung des Virus haben zu einer Senkung der CO2-Emissionen um 17 Prozent zwischen Januar und April 2020 geführt. Einige Wissenschaftler prognostizieren einen Rückgang zwischen 4,4 und 8 Prozent bis zum Jahresende, was der größte jährliche Rückgang seit dem zweiten Weltkrieg wäre.

Jedoch ist jede Senkung nur vorübergehend, bis sich die Transportbranche und Weltwirtschaft erholen.

Unklar ist, wie bereit Konzerne sein werden, die aggressive globale Expansion im Kielwasser einer globalen Gesundheitskrise durch die Verbreitung eines Virus über Länder und Kontinente fortzusetzen.

Wie viele Aspekte beim Thema Corona ist auch diese Prognose recht ungenau.
In den letzten Monaten ließ die EPA verlautbaren, dass sie die Umweltverschmutzung über die „Cleaner Trucks Initiative“ weiter senken will. Präsident Trump hat inzwischen einige Emissionsvorgaben auf Automobilebene rückgängig gemacht, es ist also unklar, wie das Gleichgewicht zwischen den Herstellern gewährten Freiräumen und dem Schutz der Umwelt in Zukunft gefunden werden wird.

Eine Möglichkeit hierfür liegt in der Elektrifizierung, aber eine komplette Umsetzung ist vermutlich noch mehr als ein Jahrzehnt entfernt.

Was aktuell wichtiger ist, ist eine weitere Art der Emission: Lärmbelästigung. Die Outdoor-Richtlinie der EU begrenzt, wie viele Dezibel Off-Highway-Maschinen, insbesondere Baumaschinen und landwirtschaftliche Traktoren, die in der Nähe städtischer Gebiete verwendet werden, abgeben dürfen.
Es wird erwartet, dass Nordamerika in den kommenden Jahren ähnliche Maßnahmen verabschieden wird.