Dieselabgase ohne Stickoxide - geht das? | 2020

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Anonim

Dieselmotoren verbrennen ihren Kraftstoff effizienter als Benzinmotoren - und stoßen damit erheblich weniger Treibhausgas Kohlendioxid (CO 2) aus2) - hauptsächlich, weil Dieselmotoren im sogenannten Magermodus mit Luftüberschuss arbeiten. Aufgrund des "Sauerstoffüberschusses" im Abgas kann der von Ottomotoren bekannte Dreiwegekatalysator, der mehr als 98 Prozent des im Abgas enthaltenen giftigen NOx abbaut, in Dieselmotoren nicht eingesetzt werden.

Um Dieselabgase von NOx zu reinigen, wird ein ursprünglich entwickeltes Verfahren zur Denitrifikation von Kraftwerksabgasen eingesetzt. Vor rund zehn Jahren kamen die ersten Lkw mit dieser neuen Technologie auf die Straße. Das Verfahren verwendet eine wässrige Harnstofflösung mit dem Handelsnamen "AdBlue", um das NOx über verschiedene chemische Reaktionen in einem speziellen SCR-Katalysator (Selective Reduction), der für die NOx-Reduktion optimiert wurde, in harmlosen Stickstoff umzuwandeln. AdBlue wird in einem separaten Tank im Auto befördert und muss ab und zu nachgefüllt werden, normalerweise während das Fahrzeug gewartet wird.

SCR-Systeme sind jedoch erheblich komplexer als ein herkömmlicher Dreiwegekatalysator in Benzinmotoren. Beispielsweise muss die AdBlue-Dosierung genau auf die vom Motor abgegebene NOx-Menge eingestellt werden. Eine zu niedrige Dosierung führt nicht zur gesetzlich vorgeschriebenen NOx-Reduktion und eine zu hohe Dosierung führt zu unerwünschten Ammoniakemissionen. Bei Temperaturen unter 200 ° C neigt AdBlue zur Bildung von Rückständen, die den SCR-Katalysator verstopfen. Folglich müssen SCR-Systeme spezifisch an die verschiedenen Motortypen und die erwartete Laständerung - d. H. Fahrbarkeit - angepasst und optimiert werden, was ein komplexer und somit teurer Prozess ist.

EURO-6: Gleiche NOx-Obergrenze für Benzin und Diesel

SCR-Systeme werden erst seit kurzem in Dieselfahrzeugen eingesetzt. Die derzeit in Europa und den USA vorgeschriebenen Grenzwerte erfordern, dass SCR-Katalysatoren den NOx-Gehalt im Dieselabgas um mehr als 95 Prozent senken. Darüber hinaus gelten dank der im September 2014 eingeführten EURO-6-Norm erstmals die gleichen NOx-Grenzwerte für Benzin- und Dieselfahrzeuge. Zuvor war letzteren in Europa stets ein geringfügig höherer NOx-Ausstoß gestattet worden.

Das Empa-Labor für Kfz-Antriebstechnologien unter der Leitung von Christian Bach untersucht solche Systeme seit einigen Jahren und richtet ein spezielles Hochtemperatur-Durchflusslabor ein. Zwei Doktoranden in Bachs Team untersuchen derzeit verschiedene AdBlue-Injektionsverfahren, um die bestmögliche Zerstäubung und homogene Verteilung der wässrigen Harnstofflösung im Abgas zu erreichen. Mit laserbasierten Messtechniken quantifizieren und visualisieren die Forscher die AdBlue-Tröpfchen im Abgasstrom und untersuchen deren Verdampfung und chemische Umwandlung.

Besseres technisches Verständnis für saubereren Diesel

Die experimentellen Ergebnisse werden in Zusammenarbeit mit Kollegen der ETH Zürich und des Politecnico di Milano genutzt, um Computersimulationen der AdBlue-Injektion physikalisch korrekt zu parametrisieren und die Simulationsmodelle zu validieren. Solche Simulationen ermöglichen es dann, die Umwandlungsrate des Katalysators unter verschiedenen Betriebsbedingungen vorherzusagen. "Die Empa trägt damit dazu bei, das NOx im Dieselabgas weiter zu reduzieren", sagt Bach. "Je besser wir diese Technologien im Detail verstehen, desto sauberer fahren Dieselfahrzeuge auf den Straßen." Die Projekte werden vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) und dem Kompetenzzentrum Energie und Mobilität (CCEM) im ETH-Bereich unterstützt und in Zusammenarbeit mit verschiedenen Industriepartnern durchgeführt.