Welke schadelijke stoffen schuilen er in de uitlaatgassen?

Press info

info

20 oktober 2015 DI15/01N

De Europese uitstootnormen en de recente motorreeksen van de Volkswagen-groep Welke schadelijke stoffen schuilen er in de uitlaatgassen? -K  oolstofdioxide (CO2), dat als natuurlijk gas in de atmosfeer aanwezig is, wekt het vaakst bezorgdheid. Het is weliswaar niet giftig, maar door de toenemende concentratie ervan in de lucht wordt het beschouwd als een van de voornaamste verantwoordelijken voor het broeikaseffect. Daarom stond het centraal bij de ­discussies in het kader van het protocol van Kyoto, dat een beperking van de productie van CO2 beoogt. Bij elke verbranding wordt CO2 geproduceerd. De hoeveel­ heid CO2 die door een auto wordt uitgestoten, hangt af van het verbruik en dus, onder andere, van de rijstijl. -K  oolmonoxide (CO) is een kleurloos, reukloos en smaakloos gas, dat ontstaat door de onvolledige verbranding van koolstofhoudende brandstoffen bij gebrek aan zuurstof. Dit gas is erg giftig. -K  oolwaterstoffen (HC) ontstaan eveneens uit een onvolledige verbranding. Talrijke chemische bestanddelen worden als koolwaterstof gerangschikt (bijvoorbeeld C6H6, C8H18). Dit zijn de zwartachtige reststoffen die onder andere zichtbaar zijn op de binnenwand van de uitlaatpijpen. -Z  waveldioxide (SO2) wordt geproduceerd door de verbranding van zwavelhoudende brandstof. Het is een kleurloos gas met een prikkelende geur. Het zwavelgehalte van brandstoffen wordt steeds lager. Zwaveloxides werken sommige aandoeningen van het ademhalingsstelsel in de hand.

s.a. D’Ieteren n.v. / Press relations Rue du Mail 50 Maliestraat Bruxelles 1050 Brussel TVA / BTW BE. 0403.448.140 RPM Bruxelles / RPR Brussel

Tel. : 02/536.52.53 Fax : 02/537.31.81 E-mail : [email protected]

2

-S  tikstofoxides (NOx): De vorming van stikstofoxides (NO, NO2...) wordt bevorderd door een hoge temperatuur en druk en een te groot zuurstofaandeel bij de verbranding in een motor. Sommige stikstofoxides zijn schadelijk voor de gezondheid. - Roetpartikels (PM = Particulate Matter): hun uitstoot is het resultaat van een onvolledige verbranding als gevolg van een gebrek aan zuurstof. De term '­partikels' is een overkoepelende term voor alle vaste fijne deeltjes of vloeistoffen die geproduceerd worden door slijtage, verval, erosie, condensatie en door een onvolledige verbranding. Al deze processen brengen partikels voort met een verschillende vorm, maat en structuur. Partikels worden beschouwd als schadelijk voor de ­atmosfeer van zodra ze zo klein zijn dat ze in de gassen zweven en daardoor een gevaar vormen voor het organisme. Roetpartikels zijn microscopisch kleine kool­ stofbolletjes met een diameter van ongeveer 0,05 µm.

De Euro-normen Tabel Euro 1 – 6 g/km

Benzinemotoren Homolo­ gatie / Ingebruik­ name

CO (kool­ monoxide)

HC (koolwater­ stoffen)

NOx (stikstof­ oxides)

Euro 1

1/7/1992 – 1/1/1993

2,72

0,5335

Euro 2

1/1/1996 – 1/7/1996

2,2

0,275

Euro 3

1/1/2000 – 1/1/2001

2,3

Euro 4

1/1/2005 – 1/1/2006

1

Euro 5

1/9/2009 – 1/1/2011

1

0,1

0,06

Euro 6

1/9/2014 – 1/9/2015

1

0,1

0,006

Dieselmotoren PM (massa partikels)

NP (aantal partikels)

CO (kool­ monoxide)

HC (koolwater­ stoffen)

NOx (stikstof­ oxides)

PM (massa partikels)

NP (aantal partikels)

0,4365

2,72

0,097

0,873

0,14

0,225

1

0,07

0,63

0,08

0,2

0,15

0,64

0,56

0,5

0,05

0,1

0,08

0,5

0,3

0,25

0,025

0,005 (DI)

0,5

0,23

0,18

0,005 / 0,0045

6 x 1011

0,005 (DI)

0,5

0,17

0,08

0,005 / 0,0045

6 x 1011

De Europese wetgeving legt grenswaarden op (de zogenaamde Euro-normen) voor de uitstoot van 'gereglementeerde' vervuilende stoffen (CO, HC, NOx en roet­ partikels) en bepaalt procedures om die uitstoot te meten. De eerste Euro-norm ­dateert van 1992 (Euro 1). Deze normen houden geen rekening met de CO2-uitstoot, omdat dat gas niet beschouwd wordt als een 'directe vervuiler' (CO2 is slechts ­giftig in enorme dosissen). Omdat dit gas echter wel nefaste gevolgen heeft voor de ozonlaag en bijdraagt tot de opwarming van de aarde, proberen de autoconstructeurs de uitstoot ervan te beperken door het brandstofverbruik te verlagen. De Europese wetgeving is steeds strenger voor wat de uitstoot van verbrandingsmotoren betreft, zoals blijkt uit de tabel met de toegelaten grenswaarden. De eerste datum die voor iedere Euro-norm vermeld wordt (in de tweede kolom van de tabel) heeft steeds betrekking op de homologatiedatum van nieuwe voertuigtypes (bv. 1 juli 1992 voor de Euro 1-norm), terwijl de tweede datum verwijst naar de ­in­gebruikname van de voertuigen (bv. 1 januari 1993 voor de Euro 1-norm).

Euro 6-norm Op 1 september 2014 werd de Euro 6-norm ingevoerd voor alle nieuwe personenvoertuigen die onderworpen werden aan een nieuwe typegoedkeuring. Sinds 1 september 2015 moeten alle nieuw ingeschreven voertuigen aan deze norm beantwoorden. Naar verwachting zal tegen eind oktober 2015 een nieuwe testprocedure voor de uitstoot van voertuigen gefinaliseerd worden, de zogenaamde WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures). Deze wereldwijd gestandaardiseerde

3

richtlijn omvat o.a. de WLTC-meetcyclus (Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle), die vanaf 2017 de NEDC-cyclus (New European Driving Cycle) zou moeten vervangen, de huidige meetprocedure die dateert van 1973. De Europese Commissie wil bovendien werk maken van procedures om de uitstoot van schadelijke stoffen in reële omstandigheden te meten in plaats van enkel in een artificiële testomgeving.

Dieselmotoren in het vizier De invoering van deze nieuwe norm bracht een enorme uitdaging met zich mee voor de dieselmotoren. Tot dusver waren de Euro-normen immers minder streng voor diesels dan voor benzinemotoren. De Euro 6-norm heeft aan die ongelijke behandeling een einde gemaakt. De grootste uitdaging voor dieselmotoren vormt de uitstoot van stikstofoxides (NOx), die bijdragen tot het broeikaseffect, de grootste oorzaak zijn van zure regen en milieuverzuring en irriterend zijn voor de luchtwegen.

SCR-katalysator De Euro 6-emissienorm dwingt de autoconstructeurs om de uitstoot van stikstofoxides (NOx) bij dieselvoertuigen te verlagen van 180 mg/km (Euro 5) naar 80 mg/km. In bepaalde gevallen kan dat door het gebruik van een intercooler, door uitlaatgasrecirculatie of door een specifieke sturing van het verbrandingsprocedé. Vanaf een bepaald formaat van voertuig is dat echter enkel mogelijk door een b ­ eroep te doen op een zogenaamde SCR-katalysator (Selective Catalytic Reduction). Nadat ze door de oxidatiekatalysator (die de koolwaterstoffen en koolmonoxides beperkt) en de dieselpartikelfilter (die de roetdeeltjes in de uitlaatgassen opvangt)

4

zijn gepasseerd, komen de uitlaatgassen in de SCR-katalysator terecht, die speciaal ontwikkeld werd om de stikstofoxides te elimineren. In functie van de behoefte wordt net voor de SCR-katalysator een additief (AdBlue) in de uitlaatlijn ingespoten. De dosering van deze waterige ureumoplossing wordt afhankelijk van de uitlaatgassenstroom geregeld door het motormanagement, op basis van de informatie afkomstig van een NOx-sensor achter de SCR-katalysator. De hete uitlaatgassen breken het ureum, dat via een rooster fijn verstoven wordt, tot ammoniak af. In de SCR-katalysator reageert de ammoniak met de stikstofoxides en breekt ze af tot stikstof en water, die onschadelijk zijn voor het milieu (stikstof is overigens de hoofdcomponent van lucht). Dit proces wordt selectieve katalytische reductie genoemd.

AdBlue AdBlue is een waterige oplossing die voor 32,5 % uit ureum bestaat. Door de combinatie van een SCR-katalysator met het additief AdBlue kan de uitstoot van stikstofoxides aanzienlijk (tot 90%) worden teruggedrongen. Stikstofoxides vormen een van de voornaamste oorzaken voor de vorming van smog en van zure regen en spelen samen met zwavel- en roetdeeltjes een belangrijke rol in de luchtverontreiniging, voornamelijk in steden. AdBlue is niet giftig, is reukloos en biologisch afbreekbaar, en wordt opgeslagen in een verwarmd en geïsoleerd reservoir in roestvrij staal of kunststof, dat eenvoudig te vullen is. Het AdBlue-verbruik bedraagt gemiddeld ongeveer 0,1 l/100 km. De afmetingen van het reservoir zijn zo berekend dat het additief slechts bij de reguliere onderhoudsbeurten moet worden bijgevuld.

Wat met de emissienormen in de Verenigde Staten? De Noord-Amerikaanse uitstootnormen verschillen aanzienlijk van de Europese. Zo ligt de toegelaten hoeveelheid NOx in de Verenigde Staten veel lager. In Europa ligt de nadruk vooral op de beperking van de CO2-uitstoot. Voor wat de uitstoot van koolmonoxides (CO) betreft, zijn de Europese normen bovendien nog strenger voor dieselmotoren. De CO-uitstootlimiet voor diesels ligt twee keer lager dan bij benzine­motoren, maar in ruil mogen ze meer NOx uitstoten. Het is belangrijk te vermelden dat in de VS de staat Californië over een speciaal regime beschikt, toegestaan door de federale overheid, waardoor deze staat zijn eigen uitstootnormen voor voertuigen kan opleggen. Die zijn veel strenger dan de normen die op nationaal niveau gelden. De andere staten kunnen kiezen om ofwel de normen van het California Air Resources Board (CARB) te volgen, ofwel de ­minder strenge normen van het United States Environmental Protection Agency (EPA). De invloed van de Californische wetgeving op het vlak van vervuilende emissies is niet te onderschatten. Zo had het virtuele verbod op de tweetaktmotor door de staat Californië eind jaren 1990 belangrijke gevolgen op wereldschaal, in het ­bijzonder voor de productie van terreinmotoren. Zo moesten de constructeurs opnieuw gaan werken met viertaktmotoren, waarvan ze dertig jaar eerder afscheid hadden ­genomen, en he concept van de wereldkampioenschappen werd aan­gepast ten voordele van de zwaardere viertaktmotoren.

5

Wat met CO2? Koolstofdioxide (CO2) is een kleurloos en reukloos gas dat van nature aanwezig is in de lucht. Het ontstaat voornamelijk door de verbranding van koolstof of van substanties die koolstof bevatten, zoals organische stoffen. Fossiele brandstoffen (ruwe aardolie, aardgas en steenkool) zijn bekend als bron van CO2, maar ook het menselijk lichaam produceert dit gas. CO2 is niet schadelijk voor mensen, dieren en planten. Die laatste zouden zonder CO2 zelfs niet kunnen overleven, aangezien ze het nodig hebben voor hun fotosynthese. Een te hoge concentratie CO2 in de atmosfeer, als gevolg van de menselijke activiteit, zorgt evenwel voor een onevenwichtige toename van het broeikaseffect, waarvoor dit gas deels verantwoordelijk is en zonder hetwelke de temperatuur op aarde onder 0°C zou liggen. De CO2-uitstoot van een voertuig is rechtstreeks gelinkt aan het brandstofverbruik ervan. Zo bedraagt de productie van CO2 ongeveer 2.400 g per liter benzine en 2.700 g per liter diesel. Een liter diesel genereert dus meer CO2 dan een liter benzine, maar levert ook meer energie, waardoor met eenzelfde volume brandstof een langere afstand kan worden afgelegd. Het wegtransport in België is verantwoordelijk voor 18,5% van de totale uitstoot van broeikasgassen en voor 20,8% van de CO2-uitstoot. Dat is ongeveer evenveel als de residentiële sector maar minder dan de energiesector en de industrie, die samen ongeveer 50% van de totale CO2-uitstoot produceren. De sector van het wegverkeer is dus medeverantwoordelijk voor de productie van CO2, maar de autoconstructeurs hebben in de voorbije dertig jaar hun inspan­ningen gevoelig opgedreven om het verbruik van hun voertuigen te verminderen. Die in­ spanningen omvatten een gewichtsverlaging van de voertuigen, een verbetering van hun aerodynamica, optimalisatie van de motoren en versnellingsbakken maar ook de ontwikkeling van biobrandstoffen en alternatieve aandrijvingssystemen (elektrische voertuigen, hybrides, wagens op aardgas of met een brandstofcel…). Daarenboven sporen constructeurs de automobilisten steeds meer aan om een zuinige en ecologische rijstijl aan te leren.

6

Daaraan moeten we toevoegen dat de firmawagens, die 15% van het Belgische wagenpark uitmaken, niet per definitie 'kilometervreters' zijn, maar in tegendeel zeer recente, goed onderhouden en meer milieuvriendelijke wagens dan de meeste privévoertuigen van particuliere klanten.

Waarin verschillen de dieselmotoren van het type EA 189 en EA 288 van elkaar? De motoren van het type VW EA 189 zijn dieselmotoren (TDI) die in 2007 werden voorgesteld en van 2008 tot 2015 in verschillende modellen van de Volkswagengroep zijn ingebouwd. De letters 'EA' zijn een afkorting voor het Duitse 'EntwicklungsAuftrag', dat vertaald kan worden als 'ontwikkelingsopdracht'. Deze motorenreeks was de opvolger van de VW EA 188-motor, ook bekend onder de naam 'TDI met pompverstuivers'. De reeks VW EA 189 omvat viercilindermotoren van 1,6 en 2,0 l en driecilinders van 1,2 l. Er werden wereldwijd 11 miljoen exemplaren van gebouwd. Deze motoren hebben een turbo, directe injectie met common rail, gestuurde uitlaatgasrecircu­ latie bij lage temperaturen, vier kleppen per cilinder en een NOx-opslagkatalysator. Deze reeks werd opgevolgd door de motoren met de benaming VW EA 288, die in 2012 gelanceerd werden en midden 2014 hun intrede deden in de eerste Amerikaanse modellen (Audi A3). Deze dieselmotoren hebben een vermogens­ waaier van 66 kW (90 pk) tot 140 kW (190 pk) en beantwoorden sinds september 2014 aan de Euro 6-uitstootnorm. Verder in dit dossier gaan we nader in op de details die de EA 288-motoren onderscheiden van hun voorgangers van de reeks EA 189.

Het modulaire MQB-platform en de nieuwe motorreeksen Het modulaire platform MQB (afkorting van 'Modularer Querbaukasten'), bestemd voor voertuigen met een dwars voorin ingebouwde motor, is een technologische basis die – over de merken en segmenten heen – moet toelaten om nagenoeg alle toekomstige modellen van de Volkswagen-groep met deze motorconfiguratie flexibeler, eenvoudiger, sneller en dus ook goedkoper te bouwen. In profiel bestaat het uit: - 4 variabele secties (modules): de voorzijde van de wagen tot aan de vooras, de achterzijde tot aan de as, het deel tussen de verankering van de achterzetels en het achterste schutbord, de wielbasis; - 1 segment met vaste afmetingen, identiek voor alle modellen (het deel van het gaspedaal tot het middelpunt van de voorwielen). Ook de breedte, de spoorbreedte en de afmetingen van de wielen zijn overigens variabel. Behalve op het MQB-platform zelf berust de MQB-strategie ook op: - reeksen van gestandaardiseerde componenten (waaronder de motoren en de infotainmentsystemen); - een gestandaardiseerde modulaire productie. Voor de klant betekent het MQB-platform: - meer keuze op het vlak van modelvarianten en motorversies; - meer comfort; - een hogere veiligheid; - toegang tot uitrustingen die voordien waren voorbehouden aan hogere voertuigsegmenten.

7

Uniforme inplanting van alle motoren Op het vlak van motoren hebben we enerzijds het modulaire platform voor benzine­ motoren MOB ('Modularer Ottomotor Baukasten'), dat het nieuwe EA 211-motorengamma omvat, en anderzijds het modulaire platform voor dieselmotoren MDB ('Modularer Dieselbaukasten'), dat staat voor de motoren van de eveneens nieuwe EA 288-reeks. Door de invoering van deze nieuwe motorenreeksen kon de Volkswagen-groep het aantal combinaties motor/versnellingsbak binnen het MQBsysteem ­beperken, zonder het minste nadeel. In tegendeel zelfs, want het MQBplatform maakt niet alleen een gestandaardiseerde inbouw mogelijk van conventionele motoren, maar ook een eenvoudigere integratie van alternatieve aandrijvingen. De EA 211-benzinemotoren brachten volgende evoluties met zich mee (enkel de asafstand van de cilinders bleef ongewijzigd): - Identieke basisarchitectuur (motorblok, cilinderkop, krukas, drijfstangen, compo­ nenten voor de mengselbereiding). - Draaiing van de cilinderkop (uitlaatzijde voortaan naar achteren gericht, aan de scheiding tussen motorcompartiment en voetenruimte, zoals dat bij de diesels al het geval is), wat een standaardisering van de uitlaatlijn, de aandrijfassen en de inplanting van de versnellingsbak mogelijk maakt. - Kanteling van de motor naar achteren (hoek van 12°), zoals dat bij de d ­ iesels al het geval was, waardoor de motor in de lengterichting van de wagen 50 mm minder ruimte inneemt. Verschillende nevenaggregaten zoals de waterpomp, de alternator en de compressor van de klimaatregeling worden rechtstreeks – zonder extra steun – op de motor of het oliecarter gemonteerd, waardoor er nog meer ruimte vrijkomt. - Eerste viercilindermotor ter wereld met cilinderuitschakeling (ACT) - Verschillende gewichtsbesparende maatregelen, optimalisatie van het thermomanagement, vermindering van interne wrijving… De EA 288-dieselmotoren brachten volgende evoluties met zich mee (enkel de asafstand van de cilinders en de verhouding boring/slag bleven ongewijzigd): - Modulaire opbouw van de maatregelen om de uitstoot te beperken, zowel motorintern als op het niveau van de nabehandeling van uitlaatgassen (de verschillende modules – oxidatiekatalysator, partikelfilter, SCR-katalysator – ­ ­kunnen los van elkaar of samen gebruikt worden). - Vermindering van de interne wrijving, innovatief thermomanagement, twee balans­assen voor de 2.0 TDI…

8

De invoering van deze nieuwe motorenreeksen zorgt uiteindelijk voor heel wat voordelen: - gestandaardiseerde inbouw van alle motoren, met o.a. een eenvoudigere ­integratie van alternatieve aandrijvingen (synoniem voor rendabele productie op grote schaal); - vermindering met ongeveer 90% van het aantal combinaties motor/versnellingsbak binnen het MQB-systeem; - grotere interieurlengte, wat het comfort ten goede komt; - daling van het verbruik en de uitstoot; - standaardisering op het vlak van productie en montage, en synergieën op het vlak van toelevering