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Stickoxid-Emissionen aus Diesel-Motoren

Adblue geht besser: Weniger Stickoxide durch passgenaue Ammoniak-Zugabe

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Auch jenseits drohender Fahrverbote für Diesel sorgen die Stickoxid-Emissionen der Fahrzeuge derzeit für allerlei Diskussionen.
Auch jenseits drohender Fahrverbote für Diesel sorgen die Stickoxid-Emissionen der Fahrzeuge derzeit für allerlei Diskussionen. (Bild: ©Riko Best - stock.adobe.com)

In Diesel-Motoren entstehen bei der Verbrennung des Kraftstoffs gesundheitsschädliche Stickoxide (NOx). Die Fahrzeugindustrie hat daher ein Verfahren entwickelt, das die Emissionen reduziert: Dem Abgas wird gasförmiges Ammoniak zugegeben, das, angeregt durch einen Katalysator, mit den Stickoxiden zu harmlosem Stickstoff sowie Wasser reagiert. Bei niedrigen Temperaturen funktioniert dieser Prozess jedoch noch nicht optimal.

Villigen/Schweiz – Wissenschaftler am Paul Scherrer Institut PSI haben nun erstmals auf molekularer Ebene verstanden, was im Motor Abhilfe schafft: die genaue Menge des zugegebenen Ammoniaks muss je nach Temperatur variiert werden. Mit diesem Wissen können Hersteller die Wirksamkeit ihrer Katalysatoren für Dieselfahrzeuge verbessern.

Um die gesundheitsschädlichen Stickoxide in Dieselabgasen effizient zu bekämpfen, muss das Verfahren jeweils der Abgastemperatur angepasst werden. Das haben die Forschenden des PSI herausgefunden, die die sogenannte Selektive Katalytische Reduktion (SCR) untersucht haben.

SCR liefert nur bei hohen Temperaturen befriedigende Stickoxid-Reduktion

Die SCR senkt die Stickoxid-Emissionen aus Diesel-Motoren um bis zu neunzig Prozent. Dies geschieht mittels eines Hilfsstoffs, der unter dem Markennamen AdBlue bekannt ist. Der Hilfsstoff wird in das Abgas eingespritzt und zerfällt dort zu Ammoniak. Mithilfe eines Katalysators wandelt das Ammoniak die gesundheitsschädlichen Stickoxide in harmlosen Stickstoff sowie Wasser um.

Allerdings liefert die SCR nur ab einer bei Abgastemperatur von deutlich über 200 Grad Celsius befriedigende Ergebnisse. Bei einem Kaltstart dauert es also einige Minuten, bis die Stickoxide optimal abgebaut werden. Aus dem gleichen Grund hat die SCR auch an kalten Wintertagen eine verringerte Leistung.

Verständnis der Reaktionsprozesse im Katalysator im Zeitverlauf

Doch warum verlaufen die Reaktionsprozesse unter verschiedenen Bedingungen so unterschiedlich? Um das herauszufinden, hat ein Forscherteam am PSI die chemischen Vorgänge in einer Kupfer-Zeolith-Verbindung erforscht. Dieses Katalysator-Material, das zum Beispiel in PKW-Motoren und leichten Nutzfahrzeugen eingesetzt wird, untersuchten sie mit Röntgenlicht aus der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS. "Vereinfacht gesagt durchleuchten wir das Katalysatormaterial mit stark gebündelten Röntgenstrahlen", erläutert PSI-Forscher Maarten Nachtegaal. „Damit können wir auf Ebene der Kupfer-Atome und der daran gebundenen Moleküle erkennen, was während der Reaktionen passiert."

Dabei verwendeten die PSI-Forschenden eine zeitaufgelöste Spektroskopiemethode, die gegenüber konventionellen Verfahren einen entscheidenden Vorteil hat: Sie stellt den Verlauf der Reaktionen dar, statt nur Momentaufnahmen zu liefern. „Unsere zeitliche Auflösung hier an der SLS ist weltweit nahezu einzigartig“, betont Nachtegaal. Die zeitlichen Veränderungen der Abläufe genau zu verstehen ist wichtig, weil sich beispielsweise die Abgas-Temperatur oder die dem Katalysator zugeführten Ammoniak- und Stickoxid-Mengen während der Fahrt laufend ändern.

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