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Die verbrennungsmotorische Energiewandlung ist spätestens eingeleitet durch die Arbeiten von Nikolaus Otto um 1876 eine zuverlässige, kostengünstige und universell einsetzbare Technologie für Dutzende von Anwendungsfeldern. Diese Anwendungen sind beispielsweise handgeführte Arbeitsgeräte, Notstromanwendungen, Motorräder, Automobile, Transporter, Nutzfahrzeuge, Schwerlastanwendungen, Baumaschinen, Arbeitsmaschinen, Traktoren, Militäranwendungen, Binnenschiffe, Fähren, Kraftwerke oder Hochseeschiffsanwendungen.

In Kombination mit CO₂ neutralen Kraftstoffen reFuels und modernen Abgasnachbehandlungssystemen können moderne Motoren als Niedrigstemissionskonzepte angesehen werden, für die die Einstufung als ZEV (Zero Emission Vehicle für Wasserstoff als Energieträger) verabschiedet oder diskutiert wird.

Das Anliegen von Prof. Dr. sc. techn. Thomas Koch, seit 2013 Leiter des Instituts für Kolbenmaschinen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und verantwortlich für die verbrennungsmotorische Energiewandlung und Antriebssysteme in den Bereichen Forschung, Lehre und Innovation, ist es, die ökonomischen, ökologischen und sozialen Potentiale des Verbrennungsmotors gleichsam im Blick zu haben. Dies ist unabdingbar, um den langfristigen Wert der Technologie bewerten zu können.

Die Technologie des Verbrennungsmotors war insbesondere nach der öffentlichen Diskussion um irreguläre dieselmotorische Applikationslösungen hinterfragt worden. Im Zuge der Aufbereitung der Missstände und in Kombination mit weltweiten Bestrebungen zur Reduktion der CO₂-Emissionen ist eine Zukunftsfähigkeit des Verbrennungsmotors ohne jegliches Augenmaß abgesprochen worden. Mittlerweile wird der volkswirtschaftliche Nutzen der Technologie bei gleichzeitiger Erfüllung der Nachhaltigkeitsanforderungen erkannt. Eine Weiterentwicklung der Technologie und Intensivierung der Forschungs- und Ausbildungsaktivitäten ist dringlicher denn je.

Prof. Koch war vor seiner Zeit am KIT für 10 Jahre bei der damaligen Daimler AG im Nutzfahrzeugbereich maßgeblich verantwortlich für zahlreiche Innovationen, Motorentwicklungen mit einem Wirkungsgrad von ca. 45% für einen Medium-Duty Diesel in EURO6 Ausführung. Ebenso wurde ein Wirkungsgrad von über 41% eines stöchiometrisch betriebenen Gasmotors in Serie gebracht. Thomas Koch ist als Erfinder an über 70 Patenten beteiligt gewesen.

Das Interesse von Prof. Koch liegt in einer weiteren und signifikanten Verbesserung der Eigenschaften des Verbrennungsmotors. Am Institut für Kolbenmaschinen arbeiten circa 30 wissenschaftliche Mitarbeiter im Bereich der Grundlagenforschung als auch in Projekten mit entsprechendem Praxisbezug in Kooperation mit Industriepartnern. Wesentliche wissenschaftliche Fragestellungen betreffen hierbei viele Anwendungsfälle vom Automobil bis zum Großmotor, beispielsweise:

• Ganzheitlich CO₂-neutrale Energieträger reFuels bis hin zu Wasserstoff und Wasserstoffderivaten
• Wirkungsgradsteigerung von Verbrennungsmotoren gerade in Kombination mit einem Hybridsystem
• Optimierung der motorischen Emissionen in Wechselwirkung mit der Abgasnachbehandlung
• Kostenreduzierung, Systemvereinfachung oder Robustheitssteigerung von technischen Lösungen

Im Fokus steht die anwendungsorientierte Forschung, welche eine Realisierung der technischen Lösungen in einem Zeithorizont von 4 bis 10 Jahren ermöglicht. Viele verbrennungsmotorische Teilprozesse (Brennverfahren inklusive Zylinderströmung, Einspritzung, Gemischaufbereitung und Zündung, Aufladung, Thermomanagement, Kurbelgehäuseentlüftung, Abgasnachbehandlung etc.) werden betrachtet.

Einen Schwerpunkt von Prof. Koch bildet die Arbeit im Verbund aufgrund der interdisziplinären Herausforderungen rund um den Verbrennungsmotor. Die Mitarbeit beim Transregio150 (wandnahe Strömungseffekte) zusammen mit der TU Darmstadt, dem SFB1441 Trackact (Neue Katalysatorpotentiale durch Vergrößerung der aktiven Edelmetalloberfläche, federführend von der KIT-Fakultät für Chemie initiiert), dem Großforschungsprogramm MTET (Emissionsbildung bei neuen Kraftstoffen) der Helmholtz Gemeinschaft, dem Landesvorhaben reFuels (Verfügbarkeit, Herstellung, Strategieentwickung, Nutzung), sowie dem BMDV Vorhaben REF4FU und der Plattform InnoFuels sowie vielen weiteren Vorhaben dokumentieren exemplarisch diese Strategie,

In der Lehre ist es Prof. Koch ein wichtiges Anliegen, den Anwendungsbezug der theoretischen Grundlagen zu verdeutlichen. Auf der Basis der langjährigen Erfahrung fließen vielfältige Beispiele in die Vorlesung ein, um die Wichtigkeit der Lehrinhalte zu verdeutlichen. Ebenfalls ist es ein Anliegen von Prof. Koch, die Studentinnen und Studenten auf die Laufbahn als Ingenieur mit vielfältigen Aufgabengebieten vorzubereiten. Die Erweiterung des Lehrumfangs des Instituts durch externe Referenten rundet das Angebot für die Studentinnen und Studenten ab. Das Vorlesungsprogramm des IFKM umfasst 19 Vorlesungen und ist sowohl in der grundständigen Lehre des Bachelorstudiums, jedoch überwiegend im Masterstudium verankert.

Prof. Koch ist in zahlreichen nationalen und internationalen Gremien eingebunden. Auf vielen Konferenzen wird er als Keynote-Vortragsredner eingeladen. Das IFKM veranstaltet zudem unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Koch hochkarätige Konferenzen. Zahlreiche Beiträge in Rundfunk, Fernsehen, Presse, Podiumsdiskussionen oder Veranstaltungen verdeutlichen den Anspruch, komplizierte technische Sachverhalte allgemeinverständlich der Gesellschaft zu erläutern. Für viele politische Entscheidungsträger über ein weites Spektrum an Parteien hinweg hat er sich überparteilich auf kommunaler, regionaler, nationaler und internationaler Ebene engagiert. Als Schirmherr des Karlsruher KA-RaceIng Vereins unterstützt er ausdrücklich das Potential der technologieneutralen Aktivitäten der neuen Formula Future e.V. (Video: Formula Future Symposium 2024)!

In den vergangenen Jahren sind zahlreiche gesellschaftliche Diskussionen im Kontext  verbrennungsmotorischer Auswirkungen und Potentiale geführt worden. Wichtige Themenfelder, wesentliche Informationen und zusätzliche Erläuterungen werden untenstehend bündig aufgeführt und wesentliche Beiträge von Prof. Koch und seinem Team erläutert.

Notwendigkeit der Reduzierung der NO_x-Realemissionen von Dieselmotoren

Unmittelbar in seinem ersten Interview als Institutsleiter am KIT, welches Prof. Koch mit Herrn Backhaus der Motortechnischen Zeitung im Jahr 2013 und deutlich vor den Dieselabgasdiskussionen nach 2015 führte, weist Prof. Koch zunächst auf die kontinuierlich besser werdende Luftqualität (v.a. NO₂ und PM) in den Städten hin, wobei insbesondere auf Zahlen der damaligen Landesagentur LUBW zurückgegriffen wurde. Es wurde ferner betont, dass weitere Anstrengungen notwendig sind und die damalige NEFZ-basierte Emissionsnorm EURO6c weiterentwickelt werden muss.

Hinweis auf technische Herausforderungen im Kontext der NOx- und Dieselpartikelreduktion

Die deutlich erhöhten NO_x-Emissionen von Dieselfahrzeugen werden im Realbetrieb und nicht nur im NEFZ Zyklus signifikant reduziert werden müssen, was schließlich durch die neue RDE-Regulierung ( RDE: Real Driving Emissions, z.B. VERORDNUNG (EU) 2016/646 ) im Jahr 2016 sehr wirkungsvoll und begrüßenswert von der EU in Form der ab 2017 gültigen Abgasnorm EURO6dtemp umgesetzt wurde. Link zum Interview

Im Jahr 2015 wurden deutliche Emissionsabweichungen von Dieselfahrzeugen des Volkswagenkonzerns, insbesondere in den USA, aber auch in anderen Märkten, publiziert. Das Verschweigen einer Datensatzumschaltung mit Grenzwertverletzung, insbesondere von EURO5 Lösungen im Realbetrieb hat Prof. Koch mehrmals deutlich kritisiert, z.B. auch im heute-journal 2016 (Link zum Video) und ebenso in unzähligen Beiträgen.

Erläuterungen zum Emissionsverhalten der VW Dieselfahrzeuge (Tier2-Bin5) mit US-Zulassung

Prof. Koch kritisierte insbesondere auch die Reduktion der Adblue-Dosiermenge, welche oftmals zur Einhaltung von Serviceintervallen mit der Konsequenz erhöhter Fahrzeug-NO_x-Emissionen angepasst wurde.

Fachbuch im Jahr 2018 erschienen, unter anderem mit dem Inhalt: „Es wurden auf der einen Seite nicht akzeptable Fehler seitens der Industrie begangen, beispielswiese ist der Einsatz einer Zykluserkennung vom Gesetzgeber im Betrieb ausdrücklich verboten.“

Ebenso waren ungenügende Anstrengungen zum Thermomanagement, also zur Temperierung der wichtigen SCR-Abgasnachbehandlungssysteme, vor allem von EURO6c Fahrzeugen im Zentrum der Kritik von Prof. Koch gewesen. Erst oberhalb einer Temperatur der Abgasnachbehandlung von ca. 180°C erfolgt eine Adblue-Einspritzung ohne gravierende Ablagerungen (z.B. Amelin, Melamin, Biuret) und zudem eine befriedigende NO_x-Reduktion im SCR-Katalysator.

In Kenntnis der Herausforderungen und der technischen Lösungsansätze (leistungsfähigere Steuergeräte, SCR-beschichtete Partikelfilter, extrem motornahe Abgasnachbehandlung, Mehrwege-Abgasrückführungssystem mit Niedrigstrußemissionsbrennverfahren) betonte Prof. Koch unmittelbar nach der Eskalation der generellen dieselmotorischen Zukunftsdiskussion, dass die neue Generation der Motoren, die ab 2016 ihren Serienstart aufwies, das NO_x-Emissionsniveau signifikant absenkt und kaum noch einen Einfluss auf die Luftqualität ausübt.

In einem Presseworkshop im September 2016 wurde die Technologie diskutiert.

Hauptursache für die weitere Emissionsverbesserung durch motornahe Abgasnachbehandlungssysteme mit einem SCR-beschichteten Partikelfilter mit paralleler Ruß- und NO_x-Reduktion mit erstem Serienstart in 2016.

Mehrere aktuelle Fahrzeuge wurden mit einer modernen portablen Emissionsabgasmessung PEMS ausgerüstet und den Journalisten zur Verfügung gestellt.

Die vier Fahrzeuge wurden 2016 auf einer circa einstündigen Versuchsstrecke im Alltagsbetrieb intensiv getestet. Trotz sehr ambitionierter Fahrweise unterboten alle Fahrzeuge alle gesetzlichen EURO6dtemp Grenzwerte (real driving emissions RDE) und insbesondere die NO_x-Emissionsgrenzwerte deutlich.

Prof. Koch verweist bei seinen Vorträgen regelmäßig darauf, dass diese Fahrzeuge bereits die neue EURO6dtemp Norm eingehalten haben, obgleich die zuständige Emissionsregulierung zum Zeitpunkt der Entwicklungsprozesse noch gar nicht vorlag!

Aufgrund der fehlenden neuen Emissionsregulierung wurden die Fahrzeuge mit moderner Technologie noch gemäß der veralteten EURO6c Norm zertifiziert. Die verspätete Einführung der Emissionsregulierung ist seit über 20 Jahren eine große Herausforderung für die Entwicklung, die sich über einen vieljährigen Zeitraum erstreckt und sich daher mit unsicheren und sehr wechselhaften Randbedingungen arrangieren musste.

In zahlreichen Vorträgen und auch im Untersuchungsausschuss des Deutschen Bundestages (5.-ter Untersuchungsausschuss in der 18.-ten Wahlperiode unter Vorsitz von H. Behrens; die Linke) im Jahr 2016 betont Prof. Koch, dass die NO₂-Immissionsbelastungen unmittelbar an vielbefahrenen Straßen in den Städten noch überwiegend aus dieselmotorischen Anwendungen resultieren. Gleichzeitig betonte er unentwegt, dass mit Einzug moderner Fahrzeuggenerationen die Immissionsgrenzwertüberschreitungen von 40 ㎍NO₂/m³ an den meisten Standorten innerhalb weniger Jahre verschwinden werden. Die Begleitpräsentation des Vortrags von Prof. Koch im Untersuchungsausschuss finden Sie hier.

Verweis auf den perspektivischen Beitrag moderner Fahrzeuge auf die NO₂-Stadtluftkonzentration (2016)

Ein Gesamtverkehrsbeitrag bei einem Betrieb einer ausschließlich modernen Flotte (Technologie 2016) wurde in einer vorsichtigen Analyse auf 9 ㎍NO₂/m³ bei einem Grenzwert von 40 ㎍NO₂/m³ analysiert. In aktuellen Analysen wird ein nochmals deutlich niedrigerer Verkehrsbeitrag von Prof. Koch an vielbelasteten Straßen in der Größenordnung von 1 ㎍NO₂/m³ aufgeführt.

Insbesondere betonte Prof. Koch, dass die NO₂ Luftkonzentration mindestens quadratisch mit dem Abstand zur Straße abnimmt, also mit doppeltem Abstand zur Straße circa nur ein Viertel des Straßeneinflusses vorliegt. Aus diesem Grund ist circa 10 Meter von der Straße entfernt oder auch im vierten Stockwerk der NO₂-Straßenbeitrag weitestgehend irrelevant.

Lokale Verteilung der NO2 Konzentration am Beispiel des Stuttgarter Neckartors im Horizontal- und Vertikalschnitt für eine Entwicklung der Fahrzeugemissionen gemäß  angenommenem Szenario 2a; Simulationsrechnung für das Jahr 2020 für ein zugrundeliegenden Fahrzeugemissionszenario 2020 gemäß Annahmen aus dem Jahr 2018 (NO2-Luftqualität „Am Neckartor”, Aviso und Ingenieurbüro Matthias Rau, März 2018)

Im Jahr 2023 bewegte sich der unmittelbare NO₂-Verkehrsbeitrag ohne die Hintergrundbelastung an der Messstation Stuttgarter Neckartor noch auf einem Niveau von ca. 15 ㎍NO₂/m³ mit weiter rückläufiger Tendenz. Im Jahr 2005 betrug derVerkehrsbeitrag über 80 NO₂/m³.

Insbesondere verwies Prof. Koch bei der Analyse der Entwicklung der NO₂-Immission (Luftqualität in den Städten) auf den Tatbestand erschlichener Signifikanzen bei der Analyse der Umweltmessstationen: Nur circa ein Fünftel der in Summe circa 500 Umweltmessstationen verblieb über die Jahre an ihrem Standort. Viele Messstationen wurden vielmehr aufgrund immer niedriger Immissionsmesswerte (Luftqualitätsverbesserung) neu an Straßen mit erhöhten NO₂ Immissionsniveaus versetzt, was zu einer weniger ausgeprägten Verbesserung der ausgewiesenen NO₂-Immissionen, über alle Messstationen hinweg betrachtet, führte. Dieser Effekt war jedoch auf das Versetzen zahlreicher Stationen und nicht auf die Luftqualitätsentwicklung zurückzuführen.

Die Entwicklung der Luftqualität wurde vielmehr von Prof. kontinuierlich analysiert und unter Berücksichtigung von statistischen Effekten bewertet.

Vergleich der Luftqualität zwischen 2016 und 2020 in einem Fachvortrag im Dezember 2020.
Erläuterung: Jeder Balken repräsentiert ein NO2 Jahresmittelwert einer Umweltmessstation.

Eine kontinuierliche Verbesserung der Stadtluftqualität ist ein wichtiges Anliegen von Prof. Koch und den Mitarbeitern vom IFKM. Insbesondere war eine weitere Verbesserung der NO₂-Immissionssituation ein wichtiges Ziel von Prof. Koch.

Gleichzeitig hat Prof. Koch und sein Team nach intensiver und umfangreicher Analyse der zugrundeliegenden Modelle erhebliche Zweifel an den Analysen und mathematischen Methoden der Europäischen Umweltagentur EEA kommuniziert.

Analyse der zugrunde liegenden Studien und Grundlagen der Berechnungsmethodik

Trotz kontinuierlicher Verbesserung der Stadtluftqualität ergaben die Analysen der EEA eine stetige Zunahme der vorzeitigen Todesfälle, beispielsweise durch NO₂ von 10.400 (Jahr 2015) auf 12.860 (Jahr 2017). Die Analyse der mathematischen Modellierung liefert die Begründung für diese Aussagen.

Widersprüche der EEA bei der Analyse der Umweltauswirkungen

Für die Bestimmung der vorläufigen Todesfälle wurde über alle betrachteten Flächenquadrate i zunächst ein relatives Risiko RR bestimmt. Die Planquadrate i (z.B. mit mit Fläche 1km * 1km für ein gesamtes Analysegebiet wie Deutschland) liefern auf der Basis des unmittelbaren Verkehrsbeitrags der Immision (C_i-C_o, C_i: Messwert, C_o: Hintergrundkonzentration) ein relatives Risiko RR_i des Planquadrats i.

Das relative Risiko RR_i wird gemäß einer nachvollziehbaren exponentiellen Abhängigkeit  von der Exposition abgebildet.

Es folgt jedoch eine unplausible Abbildung des entscheidenden Faktors AF_i durch die vereinfachte Modellierung ( (RR_i-1) / RR_i ) . Durch diesen nicht nachvollziehbaren Ansatz wird der relevante Faktor AF_i weitestgehend unabhängig von der Exposition, also der NO₂-Konzentration bestimmt! AF_i ist nun der entscheidende Faktor im Planquadrat i, der letztendlich bei der Modellierung je nach Alterskohorte linear mit der Todesrate (die auf eine Exposition zurückgeführt wird, also z.B. NO₂) skaliert!

Über alle Flächenquadrate i und Altersgruppen j hinweg werden die Todesfälle addiert und es ergibt sich die von der EEA publizierte Anzahl an vorzeitigen Todesfällen (premature deaths).

Berechnungsmethodik zur Bestimmung der vorzeitigen Todesfälle durch NO₂ Immissionen

Analyse der unplausiblen ((RR_i-1)/RR_i) Modellierung bei der Bestimmung der vorzeitigen Todesfälle mit Hilfe des Faktors „Attributable Fraction“

Mehrere statistisch unzulässige Annahmen wurden bei den Analysen der EEA kombiniert. Diese unzulässigen Methoden dominierten politische Maßnahmen. Diese unzulässigen Annahmen der EEA waren beispielsweise:

Für die Analyse wurde eine straßennahe Immissionssituation herangezogen. Bereits wenige Meter neben der relevanten Konzentrationsbestimmung (Messort) und vor allem in den Gebäuden ist der Verkehrsbeitrag von NO₂ jedoch weitestgehend vernachlässigbar.

Nicht vernachlässigbar sind jedoch die realen Immissionswerte, insbesondere innerhalb von Gebäuden (Gastherme, Zigarettenrauch, Kochen, Belastung am Arbeitsplatz etc.). durch die ausschließliche Betrachtung des Verkehrsbeitrages wird bei der Modellierung eine Exposition, also eine mittlere NO₂-Belastung der Luft angenommen, die nicht repräsentativ ist.

Durch die weitestgehende Entkopplung des Faktors attributable fraction AF_i von der realen Immission, mathematisch erreicht durch die ((RR_i-1) / RR_i) Formulierung wird AF_i weitestgehend unabhängig von der Immisionskonzentration bestimmt und verhält sich bei niedrigen und hohen Konzentrationen weitestgehend unabhängig. Somit wirken Luftqualitätsverbesserungen gemäß der Modellierung nur sehr moderat.

Zahlreiche weitere Fragen blieben unbeantwortet, beispielsweise:

• Umgang mit statistischen Unbekannten und Störgrößen, also der Berücksichtigung von Bildung, Ernährung, Sport, genetischen Faktoren, Gesundheitsvorsorge, ethnischer Hintergrund, soziale Netzwerke, Temperatur, Luftfeuchte, Wohnraumsituation, lokale Trinkwasserqualität, Einnahme einer Medikamenteneinnahme, etc.
• die unzulässige Annahme „Korrelation = Kausalität“
• Messwertgenauigkeiten der Immissionsmessstationen
• Generelle Verlagerung der Sterblichkeit in die Alterskohorte der über 75-jährigen (höchste Alterskategorie bis zum Tod) durch die Alterung der Gesellschaft, durch eine verbesserte ärztliche Krankheitsbehandlung oder durch reduzierte Unfallrisiken etc.! Dies führt zu einer deutlichen Zunahme von altersbedingten Sterbefällen, z.B. auch durch Herz-Kreislauf-Lungenkrankheiten. Diese deutliche Zunahme der Sterblichkeit durch Herz-Kreislauf-Lungenkrankheiten wird bei der verwendeten Modellierung in der relevanten Alterskohorte fälschlicherweise linear auf die NO₂-bedingte Sterblichkeit zurückgeführt.

Auf der Basis der Analysen erfolgte eine intensive Zusammenarbeit mit zahlreichen Ärzten, Epidemiologen und Toxikologen. Es resultierten zahlreiche Beiträge und Publikationen, z.B.
(1)    D. Köhler, M. Hetzel, M. Klingner, T. Koch, S. Ewig, G. Becher, H. Lindemann, T. Voshaar, U. Costabel, The Role of Air Polutions for Health, A reply ot the Expert Opinion of the International Society for Environment Epidemiology (ISEE) and the European Respiratory Society (ERS), Pneumologie 2019; Georg Thieme Verlag KG Stuttgart – New York, doi: 10.1055/a-0873-3574., 2019

Ebenso kritisiert Prof. Koch die aktuellen Empfehlungen der WHO zur Absenkung der Immissionsgrenzwerte deutlich. Der von der WHO vorgeschlagene Luftqualitätsgrenzwert und der Vorschlag der EU (arbitrary exposure index AEI im 3-Jahresmittelwert) für die Immissionskomponente Feinstaub (PM2,5) beträgt mit 5 ㎍/m³ einem Wert, der ziemlich genau der natürlichen Hintergrundbelastung durch Konvektion (Tagesgangkurve durch Sonneneinstrahlung) entspricht. Zusätzliche menschliche Aktivitäten werden daher automatisch zu einer Grenzwertverletzung führen. Auf der Basis dieser Analyse betont Prof. Koch, dass die gesamte Methodik der WHO kritisch hinterfragt werden muss.
Die Aussage von Prof. Koch war generell nicht, dass die Luftqualität keinerlei Einfluss auf die Gesundheit ausübt. Die Höhe der Bewertung ist von den zuständigen Fachgesellschaften vorzunehmen. Vielmehr begrüßt Prof. Koch eine weitere kontinuierliche Verbesserung der Luftqualität auf hohem Niveau. Die Aussage von Prof. Koch bezieht sich nach eingehender Analyse allerdings sehr wohl auf die Belastbarkeit der Aussagen zum Immissionseinfluss auf die Sterblichkeit. Die verwendeten mathematischen Modelle, die für die Analyse der NO2-bedingten Sterblichkeit zur Anwendung kamen, müssen aufgrund erheblicher statistischer Mängel als nicht relevant angesehen werden.

Generelle Kritik an politischen Vorgaben und der retrospektiven Bewertung der Umsetzung der Fahrzeugzulassung im Hinblick auf NO_x-Realemissionen von DIeselmotoren

Für die dieselmotorische EURO5 und bis zur EURO6c Technologie (ca. 2009 bis 2016) gab es zahlreiche technische Herausforderungen. Fehlermöglichkeits- und Einflussanalysen (FMEAs) dokumentieren Herausforderungen vor allem beim Betrieb des Partikelfilters oder der Abgasrückführung. In der heutigen Diskussion wird fälschlicherweise teilweise der Eindruck erweckt, dass eine Einhaltung der niedrigen Emissionsvorgaben schon im Jahr 2009 auch unter allen Betriebszuständen des Realbetriebes gefordert gewesen sei. Diese Behauptung weist Prof. Koch ausdrücklich zurück, obgleich sicherlich baureihenabhängig differenzierte Kritik an manchen Technologielösungen dieser Modelljahrgänge angebracht war.

Besonders bei niedrigen Außentemperaturen ist die Gefahr der Kondensation des rezirkulierten Abgases und des Gefrierens gegeben, weshalb ein Schließen des Abgasrückführungsventils bei niedrigen Außentemperaturen bei der ersten Generation an gekühlten Abgasrückführungssystemen im besonderen Maße notwendig wurde. Heutige Fahrzeugantriebe haben diese Thematik durch eine konsequente Weiterentwicklung in Form einer Kombination einer Hochdruck-, sowie Niederdruckabgasrückführung und einem intensiven Thermomanagement in Wechselwirkung mit einer motornah angeordneten Abgasnachbehandlung inklusive eines katalytisch beschichteten Partikelfilters gelöst! Beginnend im Jahr 2016 sind Fahrzeuge mit dieser neuen Technologie in die Serie eingeführt worden. Diese Technologie ist seit der zweiten Hälfte des 2000er Jahrzehntes in der Entwicklung.

Zusammenfassung des Beitrages für den Untersuchungsausschuss  im September 2016, (https://webarchiv.bundestag.de/archive/2016/1004/blob/438868/f5297df8a23e472c1d989a2284a3687b/sv_2_koch-data.pdf)

Insbesondere verwundert die teilweise heute vorliegende Rechtsprechung, nach der EURO5 Fahrzeuge ein besseres Realemissionsverhalten aufweisen müssten, als 2017er EURO6dtemp Fahrzeuge. Ein weiterführender Beitrag zur Bewertung der juristischen Verfahren im Kontext Dieselabgasemissionen/Thermofenster findet sich hier.

Im Falle eines Defektes eines Hochdruck-AGR-Ventils, z.B. bei einem EURO5 Dieselfahrzeug tritt danach innerhalb einer moderaten Fahrzeit (deutlich weniger als eine Tankfüllung vergeht von der Blockade des AGR-Ventils bis zur finalen Auswirkung) eine mangelhafte Lastaufnahme des Motors, eventuell ein unerwarteter Motorstillstand, ein unkontrolliertes Abbrennen des Dieselpartikelfilters durch die zwischenzeitlich signifikant erhöhte Rußemission des Motors oder sogar ein Fahrzeugbrand ein. Diese sicherheitsrelevanten Vorgänge waren bei der Entwicklung der Dieseltechnologie allen Fachleuten bekannt, mussten bei der Entwicklung zwingend vermieden und müssen bei der Bewertung heute berücksichtigt werden.

Aus diesem Grund ist Prof. Koch irritiert von aktuellen gerichtlichen Bewertungen, gemäß denen erhöhte NO_x-Emissionen von EURO5 bis hin zu EURO6C Fahrzeugen (Baujahr ca. 2009 bis 2016) im Realbetrieb generell nicht gestattet seien. Prof. Koch verweist deshalb auf die explizite Kenntnis und Duldung der EU dieses Emissionsverhaltens. Dies wurde im aus dem Jahr 2008 dokumentiert. Eine Stellungnahme der WKM (Wissenschaftliche Gesellschaft für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik e.V.) zu dem Thema finden Sie hier-

Hinweis im Amtsblatt auf Notwendigkeit temperaturabhängiger Abgasrückführung und der Prüfung künftiger Grenzwerte im Jahr 2008.

In den Ausführungen dieser wissenschaftlichen Stellungnahme wird zudem das Realemissionsverhaltens auch von EURO5 bis hin zu EURO6c Fahrzeugen, das zudem seit langem im Handbuch für Emissionsfaktoren niedergeschrieben gewesen ist, erläutert. Es lag ein umfassendes Bild und eine generelle Akzeptanz der europäischen Genehmigungsstellen vor, dass die Fahrzeuge im realen Fahrbetrieb erhöhte NO_x-Emissionen verursachen.

Debatte um Katalysatornachrüstung von Dieselfahrzeugen, insbesondere der EURO5 Emissionsnorm

Im Zuge der politischen Debatte um angeblich erhebliche vorläufige Todeszahlen durch die NO₂ Immission, die auch durch die Analyseergebnisse der EEA angeregt wurde und aufgrund zahlreicher laufender Rechtsverfahren wurde in den Jahren 2017 und 2018 die Diskussion um die Notwendigkeit einer SCR-Nachrüstung (Katalysatornachrüstung von SCR-Systemen mit Adblue-Einspritzung) intensiv geführt. Sie war zudem ein wichtiges Thema im Bundestagswahlkampf 2017. (Auszug eines Beitrags im heute-journal aus dem Jahr 2016 zu dem Thema)

Prof. Koch wurde zusammen mit 4 weiteren fachkundigen Kollegen (Magdeburg, Darmstadt, Stuttgart und Berlin) vom damaligen Bundesverkehrsministerium gebeten, ein Gutachten zur Machbarkeit einer SCR-Katalysatornachrüstung auszuarbeiten. Es resultierte ein Gutachten, welches seitens des auftraggebenden Ministeriums ohne jegliche Ergebnisvorgabe und somit technologieoffen beauftragt wurde.

Als Ergebnis betonten alle 5 Professoren insbesondere aufgrund der tiefgreifenden Kenntnis der Industrialisierungsprozesse und Herausforderungen, dass sie vor einer verpflichtenden Nachrüstung von SCR-Nachrüstsystemen vor allem von EURO5 Dieselfahrzeugen ausdrücklich absehen und diese nicht empfehlen!

Gründe hat es zahlreiche gegeben: Entwicklungsbedarf und Reifegrad der angebotenen Systeme, Sicherheitsaspekte bis hin zum Crashverhalten, Kosten deutlich oberhalb der ursprünglich genannten ca. 1500 €, Verlust der Gewährleistungsansprüche der Kunden gegenüber dem Hersteller, Mehrverbrauch und Mehr-CO₂-Emissionen, äußerst eingeschränkter Nutzen bei niedrigen Außentemperaturen, der resultierende dringende Bedarf des Eingriffes in die Motorsteuerung, die zwangsläufige Notwendigkeit der Einbindung des OEM in tiefgreifende Überarbeitungsschritte der vorliegenden Software, der technischer Aufwand bei der Einbindung in das fahrzeugseitige CAN-System oder weiterführende Herausforderungen bei der Erfüllung der gesetzlichen OnBoard Diagnose Vorschriften wurden exemplarisch neben weiteren Umfängen aufgeführt und auf über 150 Seiten erörtert.

Ausgewählte Pressemitteilungen zur gescheiterten SCR-Nachrüstinitiative (gegen 2021)

Trotz der Vorgabe der Nichteinhaltung der europäischen OnBoard Diagnose Verordnung durch das Bundesverkehrsministerium und daraus resultierenden Erleichterungen beim Einbau einer Nachrüstlösung scheiterte die Nachrüst-Lösung im Feld.

reFuels als CO₂-optimierte Antriebstechnologie neben der Elektromobilität

Mit Abebben der dieselmotorischen Diskussion um NO_x-Emissionen gewann ab circa 2018 die Diskussion um CO₂ neutrale Fahrzeugantriebe an Bedeutung. Von Beginn an setzt sich Prof. Koch für die Lösung der langfristig CO₂-neutralen reFuels als wichtigen Baustein der Zukunft ein. Es handelt sich bei reFuels um einen Überbegriff über Kraftstoffe, die entweder auf dem synthetischen Weg (Wasserstoffgewinnung durch Elektrolyse aus Wasser mit Hilfe elektrischer Energie und zusätzliche Kohlenstoffbereitstellung) oder mit Hilfe von organischem Material ohne Konkurrenzsituation zur Nahrungsmittelproduktion erzeugt werden und die ganzheitlich als weitestgehend CO₂-neutral angesehen werden können.

Aufgrund zahlreicher Wechselwirkungen lehnt Prof. Koch die ausschließliche Fokussierung auf die Elektromobilität in Europa, wie von der EU-Kommission und dem EU-Parlament ursprünglich beschlossen, ab. Diese Strategie der Europäischen Union ist gemäß Bewertung von Prof. Koch nachhaltig gescheitert. Aus diesem Grund ist eine technologiediverse Zukunftsstrategie umgehend umzusetzen, die sowohl die Elektromobilität als auch CO₂-neutrale Kraftstoffe reFuels im ambitionierten Umfang berücksichtigt und gestattet. Daher setzte sich Prof. Koch sehr für ein Vorziehen des EU Reviews der Entscheidungen zum Verbot des Verbrennungsmotors auf das Jahr 2025 ein. Seit Jahren hält Prof. Koch unzählige Vorträge und erläutert den Sachverhalt vor Industrievertretern, Politikern, Vertretern der Gesellschaft, Wissenschaftlern und interessierten Menschen. Insbesondere verweist Prof. Koch auf den Sachverhalt, dass eine umfassende gleichzeitige Berücksichtigung von ökologischen, ökonomischen und sozialen Belangen notwendig ist, um eine ganzheitliche Optimierung des multidimensionalen Gleichungssystems zu erreichen. Bei der ökologischen Optimierung kritisiert Prof. Koch die ungenügende Abbildung des Infrastrukturaufbaus in Kombination mit Produktion, Nutzung und Recycling der verschiedenen Antriebstechnologien. Insbesondere wird durch die fehlerhafte Mittelwertbetrachtung des Stromnetzausbaus nicht das korrekte CO₂-Einsparpotential bei Einsparung einer kWh elektrischer Energie analysiert, da die realen CO₂-Grenzkosten circa um den Faktor 2 höher liegen.

Erläuterung des Unterschiedes zwischen Mittelwertansatz und Marginalansatz

Eine erhebliche Verbesserung des Sektors Verkehr ist durch eine kombinierte Nutzung der Elektromobilität mit reFuels möglich, wobei für die EU in dieser Kombination CO₂-Einsparpotentiale von circa 10.000 Millionen Tonnen CO₂ erreichbar wären.

Ökonomische Bedürfnisse werden ebenfalls nicht berücksichtigt, was in letzter Konsequenz zu einer Auslagerung der Industrieaktivitäten außerhalb Deutschlands führt, Wertschöpfungsprozesse verlagern sich für wesentliche Komponenten der Elektromobilität außerhalb Europas und TCO-Analysen zeigen für viele Anwendungen signifikante Nachteile einer ausschließlich eindimensionalen Vorgehensweise anstellte einer kombinierten Lösungsfindung.

Als Konsequenz aus wirtschaftlichen Verwerfungen werden auch nachteilige Effekte auf das Sozialsystems die Konsequenz sein, weshalb ein rasches Überdenken der Politikstrategie von Prof. Koch eingefordert wird. So wird das leise Aussterben des Kleinwagensegements, das auf die CO2-Flottenregulierung zurückzuführen ist, in wenigen Jahren zu einem Mangel an bezahlbaren gebrauchten Kleinwagen führen.

Wesentliche Informationen, Chancen und Hindernisse von Antriebsstrategien sind im Positionspapier der wissenschaftlichen Gesellschaft für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik e.V. aufgeführt. Prof. Koch erläutert in seinen Vorlesungen die Themen Energiebilanz, Kosten, Verfügbarkeit, Marktpotentiale, Industrieeinschätzungen, internationale Aktivitäten und wirtschaftliche Notwendigkeiten von reFuels. Die Attraktivität der Technologie wird ebenso beleuchtet wie Herausforderungen und Grenzen.

Ein besonderes Anliegen ist für Prof. Koch die internationale Vernetzung, vor allem mit Repräsentanten von internationalen Hauptmärkten in Japan, Südkorea, Indien, China oder den USA.

Die Referenten des Symposiums "International Symposium on Carbon Neutral Fuel Technology" in Seoul/Korea (Link zur Nachricht)

Besuch von Herrn Dr. Terutoshi Tomoda (Senior Executive Director von Soken Inc.) und Herrn Dr. Hidemasa Kosaka (Toyota Central R&D Labs, Senior Reseracher for Green Fuel Research-Domain)  (Link zur Nachricht)

Kurzbesuch von Prof. Moriyoshi am IFKM (Link zur Nachricht)

Eine Sonderform der reFuels ist der reine Wasserstoff, der seit vielen Jahren in Karlsruhe am IFKM ebenso Gegenstand von intensiven Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten ist. Eine wichtige Aktivität ist hierbei die Arbeit im Vorstand der Allianz Wasserstoffmotor, bei der mittlerweile über 80 nationale und internationale Mittelständler, Forschungseinrichtungen, Großkonzerne und Weltmarktführer aus vielen Ländern vertreten sind. Wasserstoff oder Wasserstoffderivate in Form von Kohlenwasserstoffen bis hin zu Ammoniak sind generell je nach Anwendung eine Option der Zukunft. Der Wasserstoffmotor war lange vielen in Teilen der Politik unbekannt. Mittlerweile wird er als Zero Emission Vehicle Technologie anerkannt und weltweit wurden die Entwicklungsaktivitäten intensiviert.

Prof. Koch als Vorstandsvorsitzender der Allianz Wasserstoffmotor bei der Mitgliederveranstaltung im ZKM in Karlsruhe im September 2024. (Mitschnitt der Veranstaltung)

Die wichtigste Motivation von Prof. Koch ist die Bestrebung, die hervorragende Technologie des Verbrennungsmotors, die Forschung und Entwicklung sowie die Produktion auch langfristig mit wichtigen Umfängen auch in Deutschland und Baden-Württemberg verankern zu können, um Wohlstand und soziale Sicherheit gerade auch durch diese Technologie zu ermöglichen.

„Energiewende“ und die Transformation des elektrischen Energiesystems in Deutschland

Prof. Koch setzt sich für eine nachhaltige Energiebereitstellung, insbesondere auch von elektrischer Energie ein. Im Rahmen der Grundlagenvorlesung Maschinen und Prozesse der Energiewandlung werden verschiedene Energiewandlungsformen diskutiert. Prof. Koch hält die sogenannte „Energiewende“ beispielsweise aufgrund der Vernachlässigung betriebswirtschaftlicher Analysen und Ziele, gravierender technischer Risiken, insbesondere aufgrund des fehlenden mittel- und langfristigen Zielpreises für elektrische Energie, fehlender Mechanismen zur Sicherstellung eines solchen Zielpreises, aufgrund der umfänglichen Nichtberücksichtigung des Fußabdruckes des Infrastrukturaufbaus bei der CO₂-Anlayse und aufgrund nicht definierter Auswirkungen auf die Stabilität des Energiesystems für umfassend gescheitert!

Analyse des elektrischen Energiesystems mit Fokus auf dem Ausbau von Photovoltaik und Windkraft

Für Prof. Koch ist es keine Frage, ob die sogenannte „Energiewende“ mit dem viel zu einseitig fokussierenden Ausbau von Photovoltaik und Windkraft scheitern wird. Es ist die Frage, zu welchem Zeitpunkt die inakzeptablen Konsequenzen der „Energiewende“, insbesondere eine signifikante Schwächung des Bruttoinlandsproduktes und große Belastungen beispielsweise für Betriebe und Menschen mit geringerem Einkommen, zu einem Überdenken und nachgelagertem Umsteuern führen werden.