Wie können Schadstoffemissionen bei der Verbrennung reduziert werden?

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LABORPRAXIS: Wie trägt ihre Erforschung chemischer Reaktionen in Wandnähe zur Reduktion von Schadstoffen durch Abgasnachbehandlung bei? Bürkle: Beispielsweise wird bei der Selektiven Katalytischen Reduktion (SCR) der Schadstoff NOx, der durch die Verbrennung in Motoren entsteht, nachträglich chemisch neutralisiert. Dies geschieht durch die Einspritzung von Harnstofflösung in das Abgas, welches sich auf der Wandoberfläche vor dem Katalysator durch die heißen Abgastemperaturen zu Ammoniak zersetzt. Dieses Ammoniak reagiert wiederum mit NOx zu ungiftigem Stickstoff und Wasser. Die Zersetzungsreaktionen laufen wieder in Wandnähe vor dem Katalysator ab und sind aufgrund der niedrigen Temperaturen und des vorliegenden Dreiphasengebietes [fest (Wand) – flüssig (Harnstofflösung) – gasförmig (Ammoniak/NOx)] wenig verstanden. Auch hier wollen wir im Rahmen unseres Sonderforschungsbereichs „Turbulente, chemisch reagierende Mehrphasenströmungen in Wandnähe“ die beteiligten Prozesse sowohl experimentell als auch numerisch untersuchen und verstehen. Dazu werden wir einen optisch zugänglichen Reaktor aufbauen, in dem wir die Bedingungen des Abgasnachbehandlungssystems nachbilden können.

LABORPRAXIS: Neben der Schadstoffreduktion sind auch alternative Kraftstoffe ein großes Thema der Verbrennungsforschung. Planen Sie auch hier Untersuchungen?

Bürkle: Perspektivisch möchten wir untersuchen, welche Auswirkungen die Verwendung von Kraftstoffen aus biogenen Quellen, wie z.B. Dimethylfuran, auf die wandnahe Verbrennung haben. Dimethylfuran ist ein Kraftstoff, der aus Biomasse gewonnen werden kann. In seinen Eigenschaften ähnelt Dimethylfuran stark Benzin, mehr als z.B. Ethanol, wodurch es für Motorenentwickler sehr interessant ist. Da die Verbrennungsreaktionen dieses Kraftstoffes gerade in Wandnähe noch wenig bis gar nicht erforscht sind, wollen wir eine zweite Forschungsphase, ausgehend von den Erfahrungen mit konven-tionellen Kraftstoffen, diesem Thema widmen. Neben den Kraftstoffen aus biogenen Quellen werden dann auch Kraftstoffe untersucht, die aus Elektrizität via regenerativer Quellen gewonnen werden („Power to fuel“) und dann häufig einen deutlich höheren Wasserstoffanteil haben. Außerdem wollen wir im Bereich der Abgasnachbehandlung neuartige Stoffsysteme zur Schadstoffreduktion untersuchen. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung wollen wir dann in einer dritten Forschungsphase auf industrielle Anwendungen und Auslegungsregeln von Verbrennungssystemen übertragen. Wir hoffen, dadurch zur Entwicklung schadstoffärmerer Motoren beitragen zu können, die zudem mit Kraftstoffen aus regenerativen Quellen betrieben werden können. Die neuartigen Abgasnachbehandlungssysteme sollen für eine weitere Reduktion der Schadstoffe sorgen.

Vielen Dank für das Gespräch, Herr
Bürkle.n

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