Rußpartikel und Stickoxide ade

Dieselfahrzeuge erfreuen sich in Europa wachsender Beliebtheit. Ihr Absatz ist in den vergangenen 15 Jahren stark gestiegen und 2006 waren mehr als die Hälfte der Neuzulassungen Dieselfahrzeuge. Selbst in den USA und Asien kommt dieser Kraftstoff immer häufiger zum Einsatz. Mit der Dieseltechnologie lässt sich heute effizient die CO2-Emission reduzieren. Nachteilig ist jedoch, dass Dieselmotoren Stickoxide (NOx) und Rußpartikel emittieren. Diese Emissionen lassen sich jedoch durch Partikelfilter und neue De-NOx-Technologien vermindern. Speziell die Einführung von Dieselmotoren mit Partikelfiltern hat das Ansehen des Diesels gesteigert, er gilt nicht länger als schmutziger Kraftstoff.

Zwei Hindernisse auf dem Weg zum Durchbruch des Diesels bestehen weiterhin. Erstens zählen Partikelfilter, die den Partikelausstoß praktisch auf Null reduzieren, nicht systematisch zur Standardausrüstung – dies soll sich bis 2009 mit der Euro-5– Norm ändern. Zweitens konnte das Problem der NOx-Emission erst zum Teil gelöst werden. Hinsichtlich beider Probleme setzt die Green-Diesel-Plattform Schwerpunkte, um eine Lösung zu finden, mit der die Automobil-Hersteller zeitgerecht die Konformität mit den Emissionsgrenzen erreichen können.

Der Dieselmotor liefert gute Ergebnisse bei der CO2-Emission, produziert jedoch weiterhin große Mengen Partikel und Stickoxide. Bei unvollständiger Verbrennung des Kraftstoffs infolge Sauerstoffmangels im Zylinder werden Partikel in Form von Ruß ausgestoßen. NOx wird aufgrund der hohen Temperaturen beim Verbrennungsprozess erzeugt. Niedrigere Verbrennungstemperaturen können also die NOx-Emission reduzieren. Die kommende EU-Norm Euro 5 verlangt einschneidende Verbesserungen bei den Partikelemissionen (Reduzierung auf ein Fünftel). Das bedeutet, dass Partikelfilter bis 2009 zur Standardausrüstung zählen müssen. Die Euro 6-Norm, die 2014 in Kraft tritt und vorläufig noch debattiert wird, wird drastische Auswirkungen auf den Stickoxid-Ausstoß haben, da voraussichtlich eine Reduzierung um die Hälfte verlangt wird. So werden Dieselfahrzeuge im Jahre 2014 mit Katalysatoren, Partikelfiltern und einem NOx-Reduktionssystem ausgerüstet sein. Vergleichbare Standards werden in den USA ab 2009 eingeführt. Das bedeutet, die Hersteller benötigen schon sehr bald geeignete, einsatzbereite Lösungen.

Zunächst wurde das Partikelproblem in Angriff genommen. Durch den Partikelfilter konnte der Ausstoß stark reduziert werden. Zwei Kategorien von Diesel-Partikelfiltern (DPF) kommen derzeit zum Einsatz:

Um einen Diesel-Partikelfilter zu reinigen, muss dieser regelmäßig regeneriert werden, das heißt der Ruß (Kohlenstoff) muss eliminiert werden. Zur Verbrennung der gesamten Rußmenge ist im Normalfall eine Temperatur von 650 °C erforderlich. Zur schnellen und vollständigen Regeneration bei niedrigeren Temperaturen kann dem Kraftstoff aber ein Additiv zugesetzt werden. Die Green-Diesel-Plattform bietet eine solche Lösung mit dem Einsatz eines Kraftstoffzusatzes unter Verwendung des Insas-Systems an, einem von Inergy entwickelten intelligenten Tank- und Dosiersystem für Additive. Nach Abschluss des Tankvorgangs wird die entsprechend der getankten Kraftstoffmenge benötigte Additivmenge des Typs Eolys von Rhodia aus einem 2– bis 5-Liter-FBC-Tank mit Hilfe einer Präzisionspumpe dem Kraftstoff zugesetzt. Die geringe Tankgröße ermöglicht den Einbau selbst bei kleinsten Fahrzeugen. Ohne Verwendung eines Additivs dauert es im Normalfall 20 bis 30 min bei 650 °C, um die im Filter abgelagerte Rußmenge abzubrennen. Mit dem Additiv dagegen weniger als 5 min – und das bei einer niedrigen Temperatur (450 bis 500 °C). Mit der Entwicklung neuer Generationen des Additivs Eolys wird diese Leistung weiter verbessert. Der Vorteil einer kürzeren Regenerationsdauer bei niedrigen Temperaturen liegt darin, dass das Fahrzeug nicht mehr über weite Strecken oder bei hoher Geschwindigkeit gefahren werden muss, um die zur Regeneration des Partikelfilters erforderlichen Temperaturen zu erreichen. So kann die Regenera- tion beispielsweise im ganz normalen Stadtbetrieb erfolgen – ohne Additiv wäre das schwierig. Außerdem reicht die im FBC-Tank enthaltene Additivmenge für eine Reichweite von 240 000 km. So ist der Prozess für den Endverbraucher vollständig problemlos zu handhaben, da kein Nachfüllen erforderlich ist. Derzeit verwenden bereits über 2,5 Millionen Fahrzeuge die Fuel-Borne-Catalyst-Technologie.

Der Partikelfilter mit Kraftstoffadditiv reduziert zwar den Partikelausstoß praktisch auf Null. Doch um Dieselfahrzeuge zu den saubersten der Welt zu machen, muss auch das Problem der Stickoxide (NOx) gelöst werden. Die Green-Diesel-Plattform entwickelte hierfür die Selective-Catalytic-Reduction-Lösung (SCR) auf Basis einer wässrigen Harnstofflösung (Adblue). Die Einspritzung der Harnstofflösung ins Abgassystem erfolgt zwischen dem Motor und dem SCR-System. Die Lösung wird in feinsten Tröpfchen in den Abgasstrom injiziert und zerfällt zu Ammoniak (NH3), das über dem SCR-Katalysator mit NOx zu N2 – also normalem Stickstoff – und Wasserdampf reagiert – wodurch sich die NOx-Emission drastisch reduzieren lässt. Die SCR-Technologie wird seit Herbst 2006 standardmäßig bei Lkw eingebaut.

Das von Inergy entwickelte Dinox-System für Pkw besteht ebenfalls aus einem kompletten Flüssigkeitsmanagement, vom Tank über die Leitungen, einem Versorgungsmodul bis hin zum Injektor. Entsprechend den Anforderungen der Fahrzeughersteller können verschiedene Tankarchitekturen (bis zu 35 l Inhalt) entwickelt werden. Da leichte Fahrzeuge nur etwa einen Liter Harnstoff pro 1000 km verbrauchen, kann das Nachfüllen der Harnstofflösung alle 20 000 bis 25 000 km im Rahmen der normalen Wartung erfolgen. Durch dieses vollständig integrierte System wird eine deutliche Senkung der NOx-Emission erreicht. Es ist zudem sehr flexibel und lässt sich einfach entsprechend den Herstellerspezifikationen in alle Fahrzeuge einbauen. Das System ist bereits heute erhältlich und erfüllt die zukünftigen US-Normen (2009) und EU-Vorschriften (2014).

Inergy;

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Im Zusammenhang mit der Emissionsreduktion von Dieselfahrzeugen will die Green-Diesel-Plattform der Automobilindustrie zeitgerecht ein ausreichendes Know-how und Perspektiven für neue, effiziente und fertigungsreife Technologien bereitstellen. Seit ihrer Gründung im Jahre 2002 vereint die Plattform Fachkompetenzen der Gründungsmitglieder Aaqius & Aaqius, Inergy und Rhodia. Inergy Automotive Systems, mit Sitz in Paris, ist Hersteller von Kunststoff-Kraftstoffsystemen mit rund 4500 Mitarbeitern und 24 Produk- tionsstätten in 17 Ländern. Nach Angaben des Unternehmens ist jedes fünfte weltweit hergestellte Auto mit einem Inergy-Kraftstoffsystem ausgerüstet. Rhodia ist ein weltweit tätiges Unternehmen der Spezialitätenchemie mit 16 000 Mitarbeitern an weltweit 70 Standorten. Für die Automobilindustrie liefert Rhodia emissionsbegrenzende Stoffe, technische Kunststoffe aus Polyamid sowie Hochleistungs-Silica für Reifenanwendungen.