THEMA MOTORTECHNIEK
Cynthia HerweijerTekst: Cynthia Herweijer
De emissie-eisen voor bouwmachines worden op 1 januari 2014 verder aangescherpt. De Stage 4 norm gaat dan in Europa gelden voor industriële motoren met een vermogen tussen 130 en 560 kW. Om aan de strenge eisen te voldoen zetten de meeste motorfabrikanten de SCR-technologie in. Dit vereist toevoeging van AdBlue. Een lager brandstofverbruik moet dit ‘ongemak’ compenseren.
ALLEMAAL AAN DE
Stage 4 emissie-eisen vereisen een combinatie van technieken
D
e Stage 3B norm, sinds 1 januari 2011 van kracht, maakt vanaf volgend jaar plaats voor Stage 4. Als eerste zijn de motoren met een vermogen tussen 130 en 560 kW aan de beurt. Eind volgend jaar volgen dan ook de motoren tussen 56 en 129 kW. De Europese norm ‘Stage’ stelt, net als de Amerikaanse norm ‘EPA Tier’, met name eisen aan de uitstoot van NOx (stikstofoxiden) en fijnstof (Particle Matter ‘PM’, roet). Stikstofoxiden en roet vormen een bedreiging voor de volksgezondheid en het milieu, zeker als deze in hoge concentraties in de atmosfeer voorkomen. Stage 4 (in Amerika Tier 4 final) legt met name de uitstoot van NOx nog verder aan banden. Gold bij Stage 3B nog een norm van 2 g/kWh, bij Stage 4 mag nog maar 0,4 g/kWh NOx worden uitgestoten. Dat betekent dus een verdere verlaging met 80%. De maximale uitstoot van roet ligt bij Stage 4 net als bij Stage 3B op 0,02 g/kWh.
mische reactie in een katalytische pot veroorzaakt en zo de uitstoot van stikstofoxiden beperkt. De NOx wordt namelijk omgezet in water en koolstofdioxide (CO2). De SCR-technologie betekent op de machine een extra reservoir en leidingen, in verband met de benodigde AdBlue. De meeste grote merken kozen voor de oplossing van EGR, eventueel in combinatie met een dieselpartikelfilter, mede omdat deze methode voor de gebruikers eenvoudiger is. Toevoeging van AdBlue, zoals de SCR-technologie vereist, is bij uitlaatgasrecirculatie niet nodig. Men vult de tank met normale diesel zonder er ook maar iets aan toe te voegen. Met geavanceerde elektronica voor de recirculatie en de koeling van de uitlaatgassen daalt de verbrandingstemperatuur en wordt de vorming van stikstofoxide beperkt. Nu Stage 4 op 1 januari 2014 gaat gelden voor motorvermogens tussen 130 en 560 kW, wordt duidelijk dat de meeste fabrikanten een combinatie van beide technieken inzetten. Dit heeft grote consequenties voor de gebruikers. Machi-
Efficiënte oplossingen De steeds strenger worden emissie-eisen dagen motorfabrikanten uit om met de meest efficiënte oplossingen te komen. Om te voldoen aan de Stage 3B norm waren twee technologieën beschikbaar: selectieve katalytische reductie (SCR) of uitlaatgasrecirculatie (EGR), al dan niet in combinatie met een dieselpartikelfilter (DPF). De SCR-technologie vereist de toevoeging van AdBlue, die een cheDe nieuwe Volvo D16 motor met een vermogen van 350 kW heeft een SCR module, een gekoelde externe uitlaatgasrecirculatie (EGR-E) en een volautomatisch roetfilter (DPF).
1
14
BouwMachines 11 > 22 november 2013
www.bouwmachines.nl
ADBLUE nes met een SCR-technologie onder de motorkap vereisen immers de toevoeging van AdBlue. Dit betekent extra kosten voor aannemers, aangezien zij AdBlue moeten (kunnen) tanken.
De op de Bauma 2013 geïntroduceerde Cat 988K wiellader is al voorzien van de Stage 4 motor, en voldoet daarmee aan de emissie-eisen die vanaf 1 januari 2014 gelden. Volgend jaar lanceert Caterpillar enkele nieuwe knikgestuurde dumptrucks die voldoen aan de emissie-eisen van Stage 4.
Volvo bijvoorbeeld is één van de fabrikanten die de nieuwe motoren nu ook voorzien van selectieve katalytische reductie, om aan de Stage 4 eisen te kunnen voldoen zonder de motor ingrijpend te hoeven wijzigen. Volvo kan de D4 (80116 kW), D6 (100-180 kW) D8 (160-250 kW) D11 (235-265 kW), D13 (220-329 kW) en de D16 (350 kW) als Stage 4 motor leveren. Het brandstofverbruik van de nieuwe motoren ligt
SCR-technologie onder de motorkap Een rondgang langs een aantal merken bevestigt dat SCRtechnologie onder de motorkap bij Stage 4 motoren gemeengoed wordt. Steeds wordt ook weer de nadruk gelegd op het lagere brandstofverbruik van de nieuwe motoren ten opzichte van het voorgaande model.
Emissie-eisen in Europa kW
(HP)
2010
18-36
(24-48)
(7,5) / 5,5 / 0,60
37-55
(49-74)
(4,7) / 5,0 / 0,40
56-129
(75-173)
(4,0) / 5,0 / 0,30
130-560
(174-751)
(4,0) / 3,5 / 0,20 2,0 / 0,19 / 3,4 / 0,025
>560
(>751)
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
* (4,7) / 5,0 / 0,025 3,3 / 0,19 / 5,0 / 0,025
0,4 / 0,19 / 5,0 / 0,025 0,40 / 0,19 / 3,5 / 0,025 *
Stage IIIA
Stage IIIB
Stage IV
www.bouwmachines.nl
NOx / HC2 / CO / PM (g/kWh)
BouwMachines 11 > 22 november 2013
15
2
THEMA MOTORTECHNIEK
Peter Tomberg
volgens Volvo 5% lager ten opzichte van de vorige modellen. Ook Caterpillar zet de SCR-technologie en AdBlue in om te voldoen aan de Stage 4 norm. Net als Volvo zegt ook Caterpillar het brandstofverbruik van de nieuwe motoren met 5% te hebben teruggebracht. Dankzij de koppeling van het SCR-systeem aan het bestaande EGR-systeem stelt Caterpillar een betere verbranding te kunnen realiseren en zo de brandstofefficiency te verbeteren met volautomatisch roetfilter. Liebherr heeft om te kunnen voldoen aan de Stage 4 norm de motoren ook f link onder handen genomen. De Duitse producent vertrouwt voor de nabehandeling van de uitlaatgassen volledig op de techniek van SCR, om het systeem zo simpel mogelijk te houden. Dit heeft volgens Liebherr zowel voordelen voor de gebruiker, als voor het ontwerp van de machine. Het brandstofverbruik van deze nieuwe motoren ligt aldus Liebherr tot 8% lager, mede mogelijk gemaakt door een verdere verbetering van het inspuitsysteem en het verbrandingsproces.
‘One Can Solution’ Ook bij JCB zien we de SCR-technologie terug om te kunnen voldoen aan de Stage 4 eisen. De Engelse fabrikant zegt een compact SCR-systeem te hebben ontwikkeld, waardoor ingrijpende veranderingen aan het design van de machines niet nodig zijn en een goed zicht behouden blijft. JCB noemt zijn vinding de ‘One Can Solution’. Het compacte SCR-systeem is gebaseerd op de Stage 3B Ecomax dieselmotor van JCB die geen gebruik maakt van een dieselpartikelfilter. Ook in het Stage 4 model zou JCB geen gebruik maken van een dieselpartikelfilter, hetgeen een kostenbesparing zou inhouden voor de gebruiker. Onderhoud en vervanging van filters is immers niet aan de orde. JCB noemt een brandstofbesparing van 5% ten opzichte van het Stage 3B model.
9,2
STAGE 4 NORM IN HET KORT Wat wordt in de Stage 4 norm geregeld? De focus ligt op de uitstoot van stikstofoxide (NOx) en fijnstof (PM, roet). Ook de emissieniveaus van koolwaterstof (HC) en koolstofmonoxide (CO) zijn hierin vastgelegd. Wat is het verschil tussen Stage 4 en Stage 3B? Stage 4 vereist een vermindering van de NOx met 80% ten opzichte van Stage 3B. De uitstoot van PM ligt bij beide normen op hetzelfde niveau. Welke technische oplossingen zijn er om de Stage 4 norm te behalen? De uitstoot van NOx en PM kan op diverse manieren worden beperkt, met elk zijn voor- en nadelen. Zo leidt de reductie van NOx doorgaans tot een hogere uitstoot van PM en beperking van PM tot hogere uitstoot van NOx. Door een combinatie van technieken, veelal uitlaatgasrecirculatie (EGR), eventueel met een dieselpartikelfilter (DPF) en selectieve katalytische reductie (SCR) kan aan de eisen worden voldaan. Is er een overgangsperiode? De flexregeling voorziet erin dat fabrikanten nog toestemming krijgen om machines te bouwen met Stage 3B motoren na het ingaan van de Stage 4 norm. Dit aantal machines mag ten hoogste 20% bedragen van de gemiddelde verkoop over vijf jaar, in elke vermogenscategorie. Binnen de Europese Unie geldt ook nog een selloff regeling. Die staat toe dat nog Stage 3B motoren mogen worden verkocht die voor de wijziging van de norm (eind 2013) vervaardigd werden, echter hoogstens voor een periode van twee jaar.
NOx (stikstofoxiden in g/kWh) PM (roetdeeltjes in g/kWh)
6
4
2
0,54 Stage I (1999)
0,2 Stage II (2004)
Stage IIA (2006)
0,2 Stage IIIB (2011)
0,02
0,4 0,02
Stage IV (2014)
De eerste emissienorm voor industriemotoren in Europa ‘Stage 1’ stamt uit 1999. Deze is door de tijd heen aangescherpt tot en met Stage 4, die op 1 januari 2014 van kracht wordt. In de tabel zijn de Europese normen in de tijd weergegeven, en is te zien hoeveel NOx- en PM-uitstoot is toegestaan.
3
16
BouwMachines 11 > 22 november 2013
www.bouwmachines.nl
.THEMA XXXXXXXXXX MOTORTECHNIEK
Tekst: Cynthia Herweijer
Volvo heeft de nieuwe Stage 4 motoren getest in onder meer de knikdumpers,
Dennis van Dijk, commercieel directeur Pon Equipment, geeft aan dat de toenemende vraag uit de
bij extreme temperaturen zowel onder als boven nul.
markt naar Stage 4 breder wordt ingezet dan alleen bij grotere bedrijven. Dit geldt ook voor de hybride machines zoals de Cat 336E Hybrid.
Markt afwachtend bij overstappen naar schonere motoren
STAGE 4 MOTOR VEELAL NOG GEEN MUST Sinds 1999 worden de emissie-eisen voor bouwmaterieel steeds verder aangescherpt. Motorfabrikanten worden zo gedwongen om met minder vervuilende oplossingen te komen. Maar zolang machines met Stage 3B motor, of zelfs Stage 3A, nog te koop zijn is zo’n Stage 4 motor met minder uitstoot voor veel machinegebruikers nog geen must.
R
ené Wetzels, directeur bij JCB Benelux, vindt alle milieumaatregelen prima, maar hij maakt zich wel druk over de lange overgangsperiode die wordt gehanteerd. De f lexregeling biedt fabrikanten de mogelijkheid om ook na het ingaan van de Stage 4 norm, nog machines te bouwen met Stage 3B motoren. De sell-off regeling die binnen de Europese Unie geldt, staat toe dat Stage 3B motoren worden verkocht die voor de wijziging van de norm (eind 2013) vervaardigd werden, echter hoogstens voor een periode van twee jaar. ‘Die lange overgangsperiode, daar moet de Europese Unie iets aan doen. Het afgelopen jaar moest JCB met zijn Stage 3B motoren opboksen tegen concurrenten die nog een Stage 3A motor in hun machine verkochten. Onze machines zijn dan weliswaar schoner, maar ook duurder in aanschaf. Een bedrijf dat maatschappelijk verantwoord wil ondernemen kun je wel overtuigen, maar bij een groot aantal klanten ver-
18
BouwMachines 11 > 22 november 2013
lies je het dan toch op prijs.’ ‘Iedere dag moeten wij onze schonere motortechniek verdedigen’, stelt Wetzels. Hij geeft het voorbeeld van een klant die hij een offerte aanbood voor een graaf laadcombinatie met een Stage 3B motor die 10.000 euro hoger lag dan die van de concurrent, met een Stage 3A motor. ‘Uiteindelijk konden wij hem na lang praten toch overtuigen met JCB in zee te gaan, mede op grond van het lagere brandstofverbruik. Maar we moesten nog wel wat van de prijs afdoen.’
Buffer opbouwen Dat klanten de kat uit de boom kijken, bevestigt ook Alain Worp, verkoopleider Europa bij Hyundai Heavy Industies. ‘We zien dat klanten terughoudend zijn. Op dit moment produceren we 9-series (Stage 3A, red.) en 9A-series machines (Stage 3B) naast elkaar. 95 procent van de machines die we verkopen bevat echter nog de Stage 3A motor. Daarom heeft
www.bouwmachines.nl
4
Bosscha van Kuiken verwacht dat de eerste Volvo machines met Stage 4 motor in februari of maart 2014 in Nederland zullen draaien. Volvo kan vanaf volgend jaar alle machines in de vermogensklasse tussen 130 en 560 kW leveren met motoren die voldoen aan de emissie-eisen van Stage 4. Inmiddels heeft Volvo met de nieuwe motoren meer dan 25.000 testuren gemaakt in knikdumpers, wielladers en graafmachines, en de nodige draaiuren op motortestbanken.
Aannemer heeft geen keuze
Jelle Bosscha, verkoopdirecteur bij Kuiken in Emmeloord, verwacht dat de eerste Volvo machine met Stage 4 motor in februari of maart 2014 in Nederland zal draaien.
René Wetzels, directeur van JCB Benelux, vindt dat de lange periode waarin nog minder schone motoren mogen worden verkocht leidt tot oneerlijke concurrentie.
Hyundai Heavy Industries besloten om binnen de nieuwe wetgeving een buffer op te bouwen van Stage 3A machines. Ook na de reglementswijziging per 1 januari 2014 en 1 januari 2015 kunnen we zeker nog een half jaar de huidige machines leveren.’ Jelle Bosscha, verkoopdirecteur bij Volvo-importeur Kuiken in Emmeloord, constateert dat er vanuit de markt wel vraag is naar machines met de schoonste motoren. ‘Met name bij bedrijven die Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen op de agenda hebben staan, en bezig zijn met de CO2-prestatieladder. Dergelijke bedrijven investeren als eerste in de meest schone oplossing.’ Bij Caterpillar-dealer Pon Equipment geeft Dennis van Dijk, commercieel directeur, aan: ‘Wij zien de toenemende vraag naar Stage 4 motoren niet alleen bij grote bedrijven ontstaan, maar ook bij onderaannemers. Ook zij willen inspelen op de eisen vanuit de markt. Niet alleen op korte, maar ook op de lange termijn. Caterpillar heeft inmiddels de eerste machine met Stage 4 motor geïntroduceerd, de 988K wiellader. ‘Er zullen in 2014 meerdere introducties volgen van Cat machines met Stage 4. Op het specifieke introductiemoment zullen we hier natuurlijk uitgebreid bij stilstaan’, vertelt Van Dijk. Jelle
5
Bosscha beaamt dat de SCR-oplossing waarvoor Volvo, net als de meeste merken, nu gekozen heeft gevolgen heeft voor aannemers. ‘Zij moeten nu een AdBlue pomp naast de dieselpomp laten aanleggen. Maar nu de eisen van Stage 4 gaan gelden, gaan we bij alle merken een combinatie van SCR en EGR onder de motorkap terugvinden. In die zin heeft een aannemer straks geen keuze meer’, verwacht Bosscha. Daar staat tegenover dat het brandstofverbruik van de nieuwe motoren nog verder naar beneden is gebracht. Volvo claimt dat tot 5% brandstof wordt bespaard ten opzichte van de vorige modellen, bij een gelijkblijvende productie. Andere fabrikanten gaan bij hun motoren uit van een vergelijkbare verlaging van het brandstofverbruik. Welke gevolgen de nieuwe motoren met hun schone technieken als SCR en EGR hebben voor het design van de Volvo machines, is Bosscha begin november nog niet bekend. ‘Vanzelfsprekend is ruimte nodig voor het inbouwen van de SCRkatalysator en AdBlue tank, naast het roetfilter. Bij de machines zou dit kunnen betekenen dat de motorkap iets hoger wordt.’ Aanpassingen van het design is lang niet bij alle merken aan de orde. Zo zal de vormgeving van de Cat graafmachines en wielladers met het inbouwen van Stage 4 motoren niet veranderen. De Amerikaanse fabrikant heeft bij het design van de graafmachines uit de E-serie en de K-serie wielladers al rekening gehouden met de naderende Stage 4 norm. Ook JCB stelt dat bij haar machines grondige aanpassingen van de carrosserie niet nodig zijn, dankzij een compact ontworpen SCR-systeem om de NOx-uitstoot te reduceren.
EXPORT VIA OMBOUWSETS De zwavelvrije dieselolie die de Stage 3B en 4 motoren vragen zou verkoop van gebruikte machines naar landen waar de regelgeving omtrent emissies minder stringent is kunnen bemoeilijken. Steeds meer fabrikanten bieden daarvoor een oplossing. Zo voorziet JCB al haar dealers van de technologie om het SCR-systeem te verwijderen, de druk van de brandstofinjectie te verminderen en het motormanagementsysteem te kalibreren. Volvo levert een ombouwset zodat de motor ook geschikt kan worden gemaakt voor zwavelhoudende brandstof. Met deze ombouwset kunnen de Volvo machines ook verkocht worden in landen met zwavelhoudende dieselolie, waar de emissie-eisen minder streng zijn.
www.bouwmachines.nl
BouwMachines 11 > 22 november 2013
19
