Ab 2014 müssen die ersten Traktoren noch strengere Abgasgrenzen einhalten. Wir haben
unter anderem mit dem Motorenexperten Dr. Dirk Bergmann diskutiert, ob es danach noch härter wird und wie
es die Konstrukteure schaffen wollen, die Motoren sparsamer zu machen.
Im nächsten Jahr werden die Abgasobergrenzen für Schleppermotoren noch strenger. Im Fokus stehen vor allem Stickoxide (NOx) und Ruß. Mit der Stufe IV (Tier 4 final) ab 2014 dürfen Traktoren über 130 kW nur noch 3 % der NOx und 3 % der Partikel im Vergleich zum Start der Abgasgesetzgebung 1996 durchs Auspuffrohr schicken. Für Partikel gilt diese Obergrenze bereits seit 2011, jetzt ziehen auch die NOx nach. Also muss das NOx im Vergleich zur vorherigen Stufe IIIB noch einmal um 80 % reduziert werden.
Im Prinzip gibt es zwei Wege, die Grenzwerte einzuhalten: Stickoxide entstehen besonders bei hohen Verbrennungstemperaturen und -drücken, also vor allem wenn der Motor im Verbrauchsoptimum läuft. Dabei entsteht nur wenig Ruß. Leitet man dagegen einen Teil der Abgase gekühlt wieder zurück in den Brennraum, kann man die Stickoxid-Bildung senken. Allerdings bildet sich dann mehr Ruß und der Verbrauch steigt, wenn nicht mit deutlich höheren Auflade- und Einspritzdrücken entgegengewirkt wird.
Abgasstufen für Motoren über 130 kW. Die Abbildung zeigt, um wie viel Prozent der Schadstoffgehalt jeweils in Bezug auf ungeregelte Motoren reduziert werden musste.
Bei der ersten Variante muss das Abgas mit dem hohen Anteil an Stickoxiden nachbehandelt werden. In einem Kat wird wässrige Harnstofflösung (AdBlue) eingespritzt und die Stickoxide wandeln sich so zu Luftstickstoff und Wasserdampf um (SCR-System). Bisher setzen u. a. die Motorenhersteller FPT, Deutz und Agco Power in den Leistungsklassen ab rund 75 kW auf diese Lösung. Nachteil sind die Kosten und die Logistik für das AdBlue.
Einen anderen Weg geht John Deere. Durch die gekühlte Abgasrückführung halten die Schlepper die Grenzwerte auch ohne AdBlue ein. Dafür muss der entstehende Ruß mit einem Partikelfilter (DPF) aus dem Abgas gefischt werden. Der aufgefangene Ruß wird – gesteuert vom Bordrechner – regelmäßig aus dem Filter entfernt. Dazu erhöht das System ca. alle 24 Betriebsstunden die Einspritzmenge, die Abgastemperatur steigt und die Rußpartikel verbrennen im Filter.
DLG-Messungen bei unseren Schleppertests haben keinen nennenswerten spezifischen Mehrverbrauch festgestellt. Allerdings sammelt sich mit der Zeit nicht verbrennbare Asche (z. B. Reste von Öladditiven) in den Filtern an, sodass sie ausgetauscht werden müssen. John Deere hat bei unseren letzten Schleppertests die Kosten für den Austausch nach 5 000 Betriebsstunden bei den aktuellen Modellen auf rund 600 € beziffert. Durch die Abgasrückführung läuft der Motor allerdings nicht im Verbrennungsoptimum und Nachteile können sich durch eventuelle Rückstände bzw. Säureeinwirkung an den mit Abgas in Kontakt stehenden Motorkomponenten ergeben. Der Aufwand für die Kühlung des Motors ist höher.
Nicht mehr ohne AdBlue: Um die nächste Abgasstufe 2014 zu erreichen, wird aber auch John Deere einen SCRKat, also AdBlue, in das bestehende System integrieren. Durch die ziemlich aufwendige Kombination von AdBlue mit der Abgasrückführung und dem Partikelfilter lässt sich der AdBlue-Verbrauch in Grenzen halten.
Andere Hersteller, wie z. B. FPT, erreichen die letzte Abgasstufe mit reiner SCR-Technik. Ihre Philosophie: Der Motor soll „frei atmen“, also möglichst im Optimum laufen. So werden die aktuellen Rußgrenzwerte eingehalten. Alle anderen Schadstoffe müssen in der Abgasnachbehandlung unschädlich gemacht werden. Das geschieht zunächst über einen Dieseloxidations-Katalysator (DOC). Und dann über das SCR-System mit AdBlue. Bisher ist also kein Partikelfilter notwendig.
Übrigens: Bei den Traktoren im niedrigeren Leistungsbereich arbeiten alle Firmen weiterhin aus Kostengründen mit der Abgasrückführung. In der Klasse unter 56 kW hängt die gesetzliche Latte außerdem nicht ganz so hoch wie bei den größeren Triebwerken. Bei den größeren wird ähnlich wie im Lkw-Bereich in Zukunft mit einer weiteren Verschärfung der Abgasgrenzen gerechnet.
Zurzeit wird die Stufe V vorbereitet, die sich wahrscheinlich an der Lkw-Norm Euro VI orientiert, und 2019 bis 2020 in Kraft treten soll. Dann wird es vor allem um die Feinstpartikel gehen. Bisher wird im Rahmen der Emissionsgesetzgebung die Partikelmasse (inkl. Ruß) limitiert. Weil aber insbesondere allerfeinste Partikel im Verdacht stehen, ernsthafte gesundheitliche Schäden in der Lunge hervorzurufen, wird es wie in der Lkw-Euro VI auch bei der Off-Road-Abgasstufe V einen Partikel-Anzahlgrenzwert geben. Nach dem heutigen Stand der Technik geht das dann nicht mehr ohne spezielle Partikelfilter.
Im technisch sinnvollen Rahmen lassen sich die Abgase darüber hinaus kaum noch reduzieren. Deshalb kommt parallel die CO2-Diskussion auf, die im Bereich der Landwirtschaft besonders schwierig zu bewerten ist (siehe auch top agrar 06/2013). Unabhängig vom Ausgang der Diskussion: Steigende Dieselpreise sind Anlass genug, die Motoren so sparsam wie möglich zu machen. Nachdem die Abgasgesetzgebung in den letzten Jahren fast bei allen Herstellern einen Großteil der Entwicklungskapazitäten gebunden hat, können sich die Firmen nach Erreichen der vorerst letzten Stufe intensiver darum kümmern, den Verbrauch bzw. die Lebenskosten der Motoren zu optimieren.
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