Verbrauchsgrenzwerte Kampf dem Kohlendioxid

Kohlenstoffdioxid ist, obwohl ein natürlicher Bestandteil der Atmosphäre, als Treibhausgas ausgemacht. Es steht wie Methan im Verdacht, zur globalen Erwärmung beizutragen, da es die Wärmeabstrahlung von der Erde ins Weltall behindert. Dass der Mensch und die von ihm geschaffene Umwelt einen guten Teil der Schuld daran tragen, gilt als wahrscheinlich. Die Klimapolitik der umweltbewussten Nationen zielt daher darauf ab, die CO2-Emissionen zu verringern, um den Klimawandel wenigstens zu verlangsamen. Dazu gehört auch, die CO2-Emissionen des Verkehrs, also den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge, zu verringern (siehe Grafik links). Zunächst hat die EU daher Grenzwerte für Pkw- und leichte Nutzfahrzeugflotten eingeführt.

Nun sind in Europa die schweren Nutzfahrzeuge dran, ihren Beitrag zu leisten. Japan und die USA haben bereits entsprechende Grenzwerte verabschiedet, die ab 2015 (sieben bis 20 Prozent weniger zum Basisjahr 2010) beziehungsweise ab 2014 (minus zwölf Prozent zum Basisjahr 2002) greifen. Hierzulande dauert es wohl noch etwas länger. Die Lkw-Hersteller im europäischen Dachverband der Automobilhersteller ACEA hatten sich bereits im Rahmen der Vision 20-20 selbst dazu verpflichtet, die CO2-Emissionen um 20 Prozent in Bezug zum Basisjahr 2005 zu senken. „Ein ehrgeiziges, aber machbares Vorhaben, sofern die Reduktion nur auf die Zugmaschine bezogen wird“, sagt Sven-Åke Edström, Leiter der Lkw-, Kabinen- und Bus-Chassis-Entwicklung von Scania. Die EU-Kommission, die den CO2-Gesetzentwurf erarbeitet, will dem Gesetz besonders realitätsnahe Verbräuche zugrunde legen, was angesichts der Variantenvielfalt im Segment der Nutzfahrzeuge mit mehr als 3,5 Tonnen Gesamtgewicht keine leichte Aufgabe ist.

Entwicklung der Simulation dauerte vier Jahre

Nach vier Jahren harter Arbeit scheint die Lösung gefunden, wie der Verbrauch von schweren Nutzfahrzeugen, also von Lastwagen und Bussen, zu errechnen ist. „Dabei handelt es sich um ein Simulationsverfahren, das auf gemessene Inputfaktoren zurückgreift“, sagt Dr. Manfred Schuckert, Chefstratege des Daimler-Konzerns. Er ist Mitglied des Konsortiums aus Herstellervertretern sowie unabhängigen Experten und Wissenschaftlern unter Leitung der Technischen Universität Graz und AVL List, die die Kommission fachlich berät. Im Konsortium haben sie ein Verbrauchsmessverfahren entwickelt, das laut Schuckert nachprüfbar und objektiv ist und sich zur Verbrauchsberechnung für alle Fahrzeugklassen und Einsatzarten eignet. Damit werde für ein sehr genau spezifiziertes Fahrzeug ein Verbrauch berechnet mit nur wenigen Prozentpunkten Abweichung nach oben und unten, sagt der Daimler-Mann.

Bevor die Simulation eingesetzt werden kann, müssen aber noch die Inputfaktoren ermittelt werden. Dazu zählen das Verbrauchskennfeld des jeweiligen Motors, Getriebe- und Achsverluste sowie die Kennfelder einzelner Nebenaggregate. Auch die Aerodynamik des jeweiligen Fahrzeugs, gemessenen während einer Konstantfahrt, geht in die Simulation ein. Hinzu kommt laut Schuckert der Rollwiderstand der Reifen, der vom Reifenlabel ausgewiesen wird, das ab November 2012 eingeführt wird. „Der aus der Simulation resultierende Verbrauch umfasst also alle wesent­lichen Verbraucher und Verlustleistungen“, erklärt der Daimler-Experte. Die Simulation verwendet zudem ein für das jeweilige Fahrzeugsegment repräsentatives Streckenprofil – keine Abbildung einer echten Strecke, sondern eine im Computer erzeugte Mischung aus Steigungen, Gefällen und Ebenen.

Simulationsergebnisse per Internet

Die Simulationsergebnisse sollen übers Internet zur Verfügung gestellt werden. „Die Kunden können anhand der Verbrauchswerte alle Fahrzeuge am Markt objektiv vergleichen“, erläutert er. „Dieses Verfahren wird von allen europäischen Fahrzeugherstellern getragen und auch zwischen Konsortium und EU-Kommission gibt es eine weitgehende Übereinstimmung“, so Schuckert. Das bestätigt auch Edström – selbst wenn einige Hersteller leicht abweichende Vorstellungen gehabt hätten. Das endgültige Verfahren werde also höchstens in Details vom jetzigen Stand abweichen.

Die Wissenschaftler der TU Graz haben die Simulation inzwischen mit Hilfe eines Mercedes Actros MP3 sowie eines Atego-Zwölftonners geprüft. Das ist freilich nur ein minimaler Teil der Fahrzeugmodelle auf Europas Straßen. „Wir werden nun Ecktypen messen, um die Inputfaktoren zu generieren“, erklärt Schuckert. Ähnliches gelte für die übrigen Hersteller. „Im Rahmen einer Pilotphase werden sie noch in diesem Jahr mit dem Messen beginnen“, sagt der Chefstratege.

Stadtbusse sind schwerer zu berechnen

Die ersten zu simulierenden Fahrzeugsegmente werden laut Schuckert zu drei Typen zusammengefasst: Fernverkehr, Zwölftonner und Busse. „Als Erstes werden wohl Reisebusse aufgenommen. Stadtbusse sind schwerer zu berechnen, da hier Nebenverbraucher wie Automatgetriebe und Klimaanlage großen Einfluss auf den Verbrauch haben“, erklärt er (Mehr zur Rolle der Nebenverbraucher bei der CO2-Reduzierung lesen Sie im Artikel "Klug geschaltet" auf diesem Portal). Zusätzlich zu den Inputfaktoren muss der Simulation noch ein realistischer Einsatzmix zugrunde gelegt werden. „Fernverkehrs-Lkw fahren schließlich auch in die Stadt, Verteiler-Lkw legen auch Strecken auf der Autobahn zurück“, erklärt Schuckert. Insgesamt aber habe man zwölf wesentliche Fahrzeugsegmente identifiziert, hinzu kämen fünf Fahrzyklen: Fernverkehr, regionaler und städtischer Verteilerverkehr, Müllfahrzeuge und Bauverkehr. Zudem sei das System so offen, dass nach und nach neue Verbrauchsminderungstechnologien wie die Rückgewinnung von Abgaswärme (WHR – Waste Heat Recovery) oder Bremsenergie (Rekuperation) aufgenommen werden können. Sobald das Simulationsverfahren steht, kann die Arbeit für die Hersteller beginnen. Verbrauchswerte für die ersten Fahrzeugtypen werden laut Schuckert wohl noch 2014 vorliegen.
 
Das Konsortium hat sich für den Simulationsansatz entschieden, weil er realistische Verbrauchswerte ergibt und weil die Kosten überschaubar bleiben – für die Hersteller und damit auch für die Fahrzeugkäufer. Andere Ansätze würden nicht funktionieren. China arbeitet beispielsweise an CO2-Grenzwerten und will zur Verbrauchsermittlung Rollenprüfstände einsetzen. Das Prozedere sei aufgrund der Fahrzeugvielfalt aber viel zu teuer und Lkw wie ein allradgetriebener Vierachser ließen sich darauf nur mit sehr hohem Aufwand prüfen. Die Hersteller lehnen auch Messungen auf echten Straßen ab, da diese zu vielen veränderlichen Einflüssen wie Wetter und Verkehrsaufkommen unterliegen.

Japan und die USA haben andere Messverfahren

Und wie machen es die anderen? „In Japan werden nur Motor und Getriebe gemessen, aber nicht Roll- und Luftwiderstand“, so Schuckert. Solche Grenzwerte würden nur zu einem effizienteren Antriebsstrang beitragen, dies sei aber schon weitgehend ausreizt. Weswegen jede weitere Verbesserung hohe Kosten mit sich brächte. Und in den USA wird der Motor einzeln auf dem Prüfstand getestet und anschließend die Zugmaschine mit einem standardisierten Motor. Anhänger und Aufbauten gehen dort nicht in die Messungen ein. Was laut dem Daimler-Mann gar kontraproduktiv ist. Dort würden die Sattelzüge mit teils einem Meter Abstand zwischen Zugmaschine und Auflieger auf den Straßen rollen, was jede aerodynamische Maßnahme konterkariere. „Weltweit einheitliche Verbrauchstests sind wünschenswert. Aber das wird schwer zu verwirklichen sein“, sagt Edström. Weil der Verkehr auf dem jeweiligen Kontinent nach eigenen Spielregeln funktioniere.

In Europa dagegen werden nicht nur Zugmaschinen und Motorwagen simuliert, sondern jeweils der gesamte Lastzug, nämlich als Standardsattel- und als Standardgliederzug, um die Vielfalt der Lastzüge in den Griff zu bekommen. Andere Varianten sollen später folgen. Die Abstimmungen mit den Trailerherstellern liefen derzeit, erklärt Schuckert. Bei Scania heißt es, dass intensivere Gespräche mit den Fahrzeugbauern begrüßt würden.

Elektronische Funktionen werden noch nicht abgebildet

Aber auch der europäische Entwurf berücksichtigt noch nicht alle Effizienzmaßnahmen. So werden elektronische Funktionen nicht abgebildet, etwa ein Tempomat, der die Topografie vor dem Lkw kennt wie CCAP (Cruise Control with Active Prediction) von Scania. Auch der Einsatz von alternativen Kraftstoffen mit einer günstigeren CO2-Bilanz ist nicht vorgesehen – ein Mittel mit Riesenpotenzial, wie der ­Scania-Entwickler bestätigt. „Auch das lässt sich ins Verfahren noch einbeziehen“, erklärt Edström. Laut Schuckert ist das Simulationsmodell offen gestaltet, sodass derlei über die Zeit einfließen kann. Zuvor müsse aber Einigkeit erzielt werden, welche elektronischen Systeme hierfür wichtig sind.

Die Verbrauchswerte sollen nach dem Willen der Lkw-Hersteller nur deklariert, also ausgewiesen werden. Gegen verbindliche Grenzwerte wehrt sich Schuckert. „Wegen der unterschiedlichen Einsätze auch innerhalb eines Fahrzeugsegments sind sie nur schlecht abzubilden“, argumentiert er. Auch könne sich der Einsatz eines Fahrzeugs durch Verkauf verändern, ein 25-Tonner also vom Gliederzug im Fernverkehr zum Solofahrzeug im schweren Verteilerverkehr werden. Hinzu komme, dass Grenzwerte immer auch für vorgezogene oder verschleppte Käufe führten wie im Falle der Euro-Normen. „Der Wettbewerb um einen möglichst günstigen Verbrauch ist doch auch durch die objektive Ausweisung gegeben“, sagt er. Als Beispiel führt er den NCAP-Crashtest an, wo es ebenfalls keinen verbindlichen Grenzwert gibt, Fahrzeuge unter vier oder fünf Sternen aber nicht mehr verkäuflich sind. Edström teilt diese Meinung und spricht sich zugleich für eine Gewichtung des Verbrauchs im Verhältnis zur Nutzlast und zum Nutzvolumen eines Lastzugs aus.

Grundlage für die Verbrauchsdeklaration seien realistische Kraftstoff-Verbrauchswerte, die jedermann in der Praxis nachvollziehen könne, sagt Schuckert. „Sollte der beabsichtigte und gewünschte Effekt nicht eintreten, also die Reduktion des CO2-Ausstoßes um einen bestimmten Wert, dann kann die EU immer noch Grenzwerte einführen“, argumentiert er. Dem Klima sei so oder so gedient.

Thema Abgaswärme-Rückgewinnung
„Ich gehe davon aus, dass neben den intelligenten Nebenverbrauchern zu einem späteren Zeitpunkt auch die Wärmerückgewinnung aus dem Abgas (WHR – Waste Heat Recovery) und die Rückgewinnung der Bremsenergie (Rekuperation) bei der weiteren Reduktion des Verbrauchs eine Rolle spielen werden“, sagt Andreas Ennemoser vom Entwicklungsdienstleister AVL List. Das Unternehmen ist ebenfalls Teil des Konsortiums. Bis zur Serieneinführung dieser Technologien würden aber noch bis zu fünf Jahre ins Land gehen, was auch an den hohen Systemkosten läge. Das bestätigt Jochen Eitel, Leiter der Vorentwicklung Motorkühlung bei Behr. Für die WHR-Technologie müsse ein ganzes System einschließlich Wärmeübertrager, Regel- und Antriebselemente, Pumpen und Expansionsmaschine entwickelt werden. Hinzu kämen noch teure Batterien, um die zurückgewonnene Energie zwischenzuspeichern. Aber das siebenprozentige Minderungspotenzial, wie es etwa Voith der WHR zuschreibt, sei seit 1,5 Jahren durch Tests auf Motorprüfständen bewiesen. Nun seien die Entwickler daran, die Möglichkeiten auch durch Fahrversuche nachzuweisen. „Wenn das in den nächsten zwei Jahren gelingt, dann werden wir das Thema mit großer Anstrengung weiterverfolgen“, erklärt Eitel.