Alternative Kraftstoffe: Wie alternative Kraftstoffe Emissionen reduzieren

Forscher der West Virginia University haben unlängst die Emissionen einer neuen Generation von Bussen gemessen und verglichen. Es stellte sich heraus, daß Busse, die mit komprimiertem Erdgas (compressed natural gas, CNG) betrieben wurden, im Vergleich zu dieselgetriebenen Bussen erheblich weniger Abgase freisetzten.

In den Abgasen von CNG-Bussen fanden sie 92 Prozent weniger Staubpartikel und 33 Prozent weniger Stickstoffe. In den letzten acht Jahren haben Professoren, Angestellte und Studenten des Fachbereichs Ingenieurwissenschaften der West Virginia University Untersuchungen zum Einsatz alternativer Kraftstoffe für alle Arten von Fahrzeugen durchgeführt.

Nach Untersuchung der Emissionen von Bussen und Schwerlastwagen in 32 Städten haben die Forscher entdeckt, daß alternative Kraftstoffe in erheblichem Maße zur Reduzierung von Partikeln und anderen Schadstoffen in Stadtgebieten beitragen können. Die Ergebnisse der Studie wurden in Environmental Science and Technology, dem Magazin der American Chemical Society, veröffentlicht.

Im Vergleich zu allen anderen Kraftstoffen weist Erdgas die geringsten Partikel-Emissionen auf. Die Wissenschaftler stellten fest, daß Methanol, Ethanol und Biodieselmischungen ebenfalls weit weniger Emissionen erzeugten als der herkömmliche Dieselkraftstoff, der in Bussen und Schwerlastwagen verwendet wird. Die Motoren von Stadtbussen und Schwerlastwagen sind die Hauptverursacher von Luftverschmutzung und Smog in den Städten.

„Es besteht ein gesteigertes Interesse an alternativen Kraftstoffen für diese Fahrzeuge”, sagte Donald Lyons, Vorsitzender des Fachbereichs Mechanical and Aerospace Engineering und Direktor des National Center for Alternative Fuels an der West Virginia University. „Insbesondere die Emissions Certification Standards der Environmental Protection Agency (EPA) für Stadtbusse und Schwerlastwagen, die 1998 [in den USA] in Kraft tritt, unterstreicht die Notwendigkeit der Reduzierung von Stickstoffemissionen. Die Daten unserer Studie werden von den Direktoren der Verkehrsverbände im ganzen Lande genutzt, wenn Entscheidungen über die Reduzierung von Emissionen zu treffen sind”, sagte er.

In ihrer Untersuchung von mehr als 800 Fahrzeugen von 32 Verkehrsverbänden in 17 Staaten des USA und in Mexico City – der Stadt mit einer der höchsten Luftverschmutzungen der Welt – setzten die Forscher zwei transportable Emissionstestlabors ein. „Dies ist das erste Mal, daß die Emissionen moderner Busse, die durch alternative Kraftstoffe betrieben werden, im praktischen Einsatz gemessen wurden”, sagte Lyons. „Diese Informationen werden den Betreibern von Nahverkehrsmittel die Vorteile niedrigerer Emissionen veranschaulichen, die durch Verwendung von Erdgas und anderen alternativen Kraftstoffen erzielt werden. Da die Sorge über die Luftverschmutzung weltweit verbreitet ist, sind diese Daten für Verkehrsverbände und Regierungsbehörden weltweit von Nutzen.”

Die Testbusse wurden auf einen Dynamometer-Prüfstand montiert, der den Routine-Einsatz simuliert. Normaler Fahrzeugverkehr wurde erzeugt, indem man das Testfahrzeug auf Rollen montierte, die Teil des Dynamometers sind. Die Antriebsachse des Fahrzeugs wurde an Schwungräder angeschlossen, welche die Trägheit der Fahrzeuge simulieren, sowie an Meßgeräte, die die Leistungsabgabe messen. Eine weitere Einheit enthält Abgas-Analysatoren, ein Datenerfassungssystem und ein Steuersystem. Dieses Gerät mißt ohne Zeitverzögerung die Konzentrationen der einzelnen Komponenten in den Fahrzeugabgasen.

In dieser Studie wurde ein spezieller Fahrzyklus – der Zyklus im zentralen Geschäftsviertel – für alle Testbusse eingesetzt. Das Modell dient der allgemeinen Darstellung des öffentlichen Nahverkehrs im Geschäftsviertel einer Innenstadt. Es besteht aus 14 identischen Segmenten. Jedes Segment beinhaltet zehn Sekunden Beschleunigung, 18,5 Sekunden Fahrt mit einer Reisegeschwindigkeit von 35 Kilometern pro Stunde, 4,5 Sekunden Verlangsamung und sieben Sekunden Leerlauf. Die gesamte Fahrstrecke betrug drei Kilometer.

Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan. Methan besitzt das niedrigste Molekulargewicht und die einfachste Struktur aller untersuchten Kraftstoffe. Die Folge ist, das wenig unverbrannte oder nur teilweise oxidierte Kohlenwasserstoffe als Partikel-Emissionen erzeugt werden. Dies erklärt auch, warum Erdgas die niedrigste Partikel-Emissionen hat.
Die Studie hat nachgewiesen, daß Methanol-Kraftstoffe auch die geringste Menge an Stickstoffoxid-Emissionen erzeugen – weniger als die Hälfte der Emissionen von Erdgas und Diesel. Ethanol-Kraftstoffe erzeugen die zweitniedrigste Menge an Stickstoffoxid-Emissionen. Erdgas- und Dieselkraftstoffe erzeugen etwa die gleiche Mengen an Stickstoffen.
Die jüngsten Tests in Atlanta und Flint zeigten, daß Stickstoffemissionen bei einer neuen Generation von erdgasgetriebenen Motoren niedriger sind, als bei dieselgetriebenen Fahrzeugen.
Die Studie hat ebenfalls nachgewiesen, daß Kohlenwasserstoff-Emissionen aus Erdgas geringfügig höher liegen, als die von Dieselkraftstoff. Die Forscher weisen jedoch darauf hin, daß 90 Prozent der Kohlenwasserstoff-Emissionen aus Erdgas unverbranntes Methan enthalten, das bei der Entstehung von Ozon in der Atmosphäre als nicht reaktionsfähig angesehen wird.

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