Reinigt der Diesel wirklich die Luft?

Sein Image ist gründlich ruiniert, angeblich hat er keine Zukunft mehr, und dennoch liest man immer mal wieder verblüffende Dinge über ihn: Der moderne Dieselmotor, so heißt es, habe inzwischen eine derart wirkungsvolle Abgasreinigung, dass er die Luft nicht verpeste, sondern sogar reinige. Das Chemielabor im Auspuff sorge dafür, dass das, was der Diesel hinten ausstößt, sauberer sei als das, was er vorn eingeatmet hat. Allerdings kommen solche Aussagen meist von Autoherstellern oder Zulieferern, denen man ein gewisses Eigeninteresse nicht ganz absprechen kann.

Aufwendige Messungen

Der Diesel als Luftwäscher? Was an dieser These dran sein könnte, haben wir zusammen mit unseren Abgasspezialisten von Emissions Analytics nachgemessen. Dabei wurde der Fokus bewusst auf den Partikelausstoß gesetzt, da unsere regelmäßigen Abgastests schon sehr oft gezeigt haben, dass aktuelle Euro-6d-Temp-Diesel kaum noch Stickoxide ausstoßen. Die Werte liegen teils bei einem Zwanzigstel dessen, was frühere Euro-6-Autos ausstoßen. Das NOX-Problem ist inzwischen gelöst, die Grenzwertüberschreitungen in Städten verursachen ältere Bestandsfahrzeuge.

Zudem haben Partikel nach Ansicht vieler Umwelt-Epidemiologen für die Gesundheit weitaus gravierendere Auswirkungen als andere Abgaskomponenten. Die Weltgesundheitsorganisation WHO empfiehlt daher niedrigere Grenzwerte als die heute in Städten gültigen 40 µ-Gramm/m³ für PM10 (grobe Partikel) und 25 µ-Gramm/m³ für PM2.5 (feinere Partikel). Die Grenzwerte haben zudem einen grundsätzlichen Mangel: Da nur die Partikelmasse registriert wird, fallen kleine und leichte Partikel buchstäblich kaum ins Gewicht. Doch gerade die ultrafeinen Partikel gelten als hochproblematisch, da sie tiefer in die Lunge eindringen als große. Die rein gewichtsorientierte Betrachtung von Feinstaub gilt unter Experten auch als große Schwäche der europäischen Luftgesetzgebung.

Werte vergleichbar machen

Bei der Überwachung von Autoabgasen ist der Gesetzgeber weiter: Hier wurde beim Diesel schon im Jahr 2011 auch die Partikelanzahl (PN) begrenzt, und zwar auf 6 x 1.011 Teilchen – eine 6 gefolgt von elf Nullen. Zudem wird nicht pro Kubikmeter Luft, sondern pro Kilometer Fahrt gerechnet. Portable Abgasmessgeräte (PEMS) wiegen also keine Partikel, sie zählen sie. Daher fällt der Vergleich zwischen dem, was die Luftmessgeräte in der Stadt so anzeigen, und dem, was portable Emissionsmesssysteme am Auspuff registrieren, gar nicht so leicht.

Um die PEMS-Ergebnisse mit den Werten der Umgebungsluft vergleichen zu können, haben wir erst einmal gemessen, wie viele Teilchen überhaupt durch die Stuttgarter Luft schweben. Und schon da sind wir auf große Unterschiede gestoßen: An Tagen mit hoher Feinstaubkonzentration waren um die 50.000 Partikel pro Kubikzentimeter in der Luft. An "sauberen" Tagen mit hohem Luftaustausch und geringer Feinstaubbelastung in Stuttgart sind es gerade einmal 10.000 Partikel/cm³. Wenn wir jetzt die per PEMS gemessene Partikelanzahl nicht mehr auf den gefahrenen Kilometer, sondern auf das Abgasvolumen beziehen, erhalten wir vergleichbare Größen.

Für den Test spielt uns jedoch eine erstaunliche Eigenschaft aktueller Partikelfilter in die Hände: So ist die Teilchenanzahl im Abgas völlig unabhängig von der Feinstaubmenge der Umgebungsluft. Selbst eine Feinstauberhöhung in der Ansaugluft um das 20-Fache führt zu keinerlei Erhöhung der Ausstoßrate. Dies haben wir an verschiedenen aktuellen Autos nachgemessen, bei denen wir Feinstaubpatronen an der Front geöffnet haben und dann die sehr hohen Partikelwerte vor dem Auto mit dem verglichen haben, was aus dem Auspuff kam.

Einen erheblichen Einfluss auf den PN-Ausstoß hat jedoch der Betriebszustand von Motor und Abgassystem. Je nachdem, ob ein Motor im Leerlauf oder unter hoher Last läuft, kommt es zu völlig unterschiedlichen PN-Emissionen. Die höchsten Feinstaub-Ausstöße entstehen während der Regeneration des Partikelfilters: Damit ein Filter nach einer gewissen Nutzungsdauer noch neue Partikel aufnehmen kann, muss er die bereits eingelagerten Teilchen regelmäßig verbrennen. Dies geschieht, indem die Motorsteuerung den Verbrennungsprozess so modifiziert, dass die Abgastemperatur ansteigt, die eingelagerten Rußpartikel zu Asche verbrennen und entweichen. Während der Filter freigebrannt wird, entweichen an die 200.000 Partikel/cm³. Bei normaler Fahrt fällt die Belastung jedoch auf weit unter 10.000 Partikel/cm³.

Wenn wir also wissen, dass ein Auto bei hoher Feinstaubbelastung (50.000 Partikel/cm³) unterwegs ist und selbst bei gleichmäßiger Fahrt beispielsweise 15.000 Teilchen/cm³ emittiert, dann wird die Luft in diesem Moment tatsächlich sauberer. Regeneriert es jedoch gerade seinen Dieselpartikelfilter, dann erhöht es damit selbst an "schmutzigen" Tagen die Partikelbelastung.

Für eine ausgewogene Betrachtung haben wir uns vier Testwagen (BMW 740d, Citroën C5 Aircross, Kia Optima und VW Tiguan) aus unserem Testfuhrpark geschnappt und den Partikelausstoß für die fünf typischen Betriebszustände bestimmt (Kaltstart, Leerlauf, warmer Motor bei gemäßigter und bei hoher Last sowie Filter-Regeneration). Die Auswahl der Modelle wurde nach dem Zufallsprinzip durchgeführt und sollte lediglich unterschiedliche Fahrzeugklassen umfassen.

Dem Zufall keine Chance

Aus den Durchschnittsergebnissen der fünf Betriebsmodi lassen sich typische Streckenprofile konstruieren. Bei der langen Runde (300 km) wird beispielsweise zu 70 Prozent mit warmem Motor und mäßiger Last gefahren, die Filter-Regeneration fließt hier nur zu fünf Prozent ein. Bei der mittleren Strecke mit 30 Kilometern Länge entfallen hingegen schon 20 Prozent auf die Regeneration. Die drei Kilometer lange Kurzstrecke findet hingegen komplett mit kaltem Motor und ohne Regeneration statt.

Bei den Endergebnissen handelt es sich also um errechnete Größen auf Basis simulierter Strecken und nicht um real gefahrene Runden, bei denen der Zufall eine große Rolle spielt. Ob unerwartet der Filter freibrennt, beeinflusst das Ergebnis extrem. Doch gerade deshalb lassen sich aus den Werten spannende Schlüsse ziehen: An Tagen mit wenig Feinstaub in der Luft wirkt ein Diesel nur in äußerst günstigen Betriebszuständen wie ein Luftwäscher. An schmutzigen Tagen ist es jedoch umgekehrt: Fast immer profitiert die Luft vom Diesel, selbst wenn man Filter-Regenerationen einkalkuliert. Bei Feinstaub müsste es also heißen: Diesel raus aus den Garagen, und ab durch die Stadt.

Die Ergebnisse im Überblick

Die Tabelle zeigt die Partikelkonzentration der vier Testwagen in unterschiedlichen Betriebszuständen. Vor allem bei der Regeneration des Filters steigen die Werte extrem an. Das Gegenteil davon nach dem Kaltstart: Hier liegen die Werte am niedrigsten, da die meisten unverbrannten Teilchen im noch kalten Filter hängen bleiben.

Negative Werte bedeuten, dass weniger Partikel emittiert als eingesaugt werden, bei positiven ist es umgekehrt. An Tagen mit hoher Feinstaubbelastung (rechte Spalte) führt der Diesel immer zu weniger Partikeln. Die Zahlen in der Tabelle beziehen sich auf die PN-Erhöhung bzw. -Reduktion pro Sekunde.

*PN-Erhöhung oder -Reduktion bezogen auf Umgebungsluft pro Sekunde Fahrt. 300 km, 60 km/h: Leerlauf 10%, warmer Motor 70%, kalter Motor 5%, hohe Last 10%, DPF-Regeneration 5%

Unsere mittlere Distanz ist besonders gemein zusammengestellt, da wir eine Filter-Regeneration miteinberechnet haben, die volle 20 Prozent der Fahrzeit dauert. Trotzdem schaffen VW Tiguan und Citroën C5 Aircross an feinstaublastigen Tagen unter dem Strich eine Reduktion der Partikelmenge.

*PN-Erhöhung oder -Reduktion bezogen auf Umgebungsluft pro Sekunde Fahrt. Zusammensetzung: Leerlauf 10%, warmer Motor 40%, kalter Motor 20%, hohe Last 10%, DPF-Regeneration 20%

Drei Kilometer Kurzstrecke mit kaltem Motor – für den Partikelausstoß eine saubere Sache, da der kalte DPF besonders viele Teilchen einlagert und nicht zu Asche verbrennt. Selbst an Tagen mit wenig Feinstaub in der Umgebung schaffen zwei Diesel noch eine Verbesserung der Partikelbilanz.

*PN-Erhöhung oder -Reduktion bezogen auf Umgebungsluft pro Sekunde Fahrt. Zusammensetzung: kalter Motor 100%