Katalysator macht Dieselmotoren umweltfreundlicher

Bald schon könnten die regelmässigen Überschreitungen des Ozon-Grenzwerts im Sommer der Vergangenheit angehören: Das Paul Scherrer Institut (PSI) in der Schweiz hat ein neuartiges Katalysatorsystem entwickelt, das mit einer raffinierten Steuerungstechnik Dieselabgase nahezu frei von Stickoxiden macht. Dadurch entfallen die Hauptverursacher des Sommer-Ozons. Der Prozess benötigt eine Harnstofflösung, die zukünftige Nutzfahrzeuge mit Dieselmotor in einem separaten Nachfülltank mitführen können.

Weil Dieselmotoren ihren Treibstoff effizienter nutzen als Benzinmotoren, gelten sie als vergleichsweise ökonomisch und umweltfreundlich. Doch die Dieselverbrennung hat auch einen gravierenden Nachteil: Sie produziert schädliche Stickoxide, die bei starker Sonneneinstrahlung die Bildung von schädlichem Ozon fördern. „Heute sind Dieselmotoren letztlich der Hauptgrund für hohe Ozonwerte im Sommer“, erklärt Oliver Kröcher, Leiter der Gruppe Abgasnachbehandlung am PSI. Bereits 2005 werden deshalb die Abgasnormen für Dieselmotoren europaweit massiv verschärft. Weitere Senkungsschritte sind bereits geplant.

Um die neuen Grenzwerte zu erfüllen, setzen Motorenhersteller zur Zeit auf eine Technik namens SCR (Selective Catalytic Reduction). Dabei werden Stickoxide mit Hilfe eines Katalysators und unter Zugabe einer ungiftigen Harnstofflösung in Luftstickstoff und Wasserdampf umgewandelt. Das Prinzip ist überzeugend und dürfte sich in absehbarer Zeit bei allen Nutzfahrzeugen mit Dieselmotor durchsetzen. Fahrzeuglenker müssen sich also künftig an das Nachfüllen eines zusätzlichen Harnstoff-Tanks gewöhnen.

Nullemission für Verbrennungsmotoren als Fernziel

Wissenschaftler am PSI haben jetzt einen praxistauglichen SCR-Katalysator entwickelt, der deutlich mehr als 90 Prozent der Stickoxide in den Abgasen unschädlich macht. „Unser Katalysator hat eine minimale Grösse und kann dank einem ausgeklügelten Regelsystem verhindern, dass der bei der Reaktion entstehende schädliche Ammoniak entweicht“, beschreibt Kröcher die Vorzüge der PSI-Entwicklung gegenüber anderen SCR-Katalysator-Prototypen. Damit der Abbau der Stickoxide optimal funktioniert, wird die beigefügte Menge Harnstoff laufend den verschiedenen Phasen einer Fahrt angepasst. „Unser Regelsystem ahnt quasi die Vorgänge im Motor voraus und kann so genügend schnell auf Änderungen reagieren“, so Kröcher.

Mit der Senkung des Stickoxidausstosses lässt sich auch das Problem der gesundheitsschädigenden Russpartikel aus Dieselmotoren entschärfen. Zwar können Dieselmotoren auf eine tiefe Russproduktion ausgerichtet werden, sie produzieren dabei aber mehr Stickoxide. Dieser Nachteil wird durch den neuen SCR-Katalysator stark verringert. Die Forscher am PSI wollen gemäss Kröcher noch mehr erreichen: „Wir arbeiten langfristig an Nullemissionskonzepten, mit dem Ziel, Brennverfahren zu entwickeln, die ausser Kohlendioxid keine Schadstoffe produzieren.“

Die Arbeiten am SCR-Katalysator wurden in enger Kooperation mit Industriepartnern sowie mit Unterstützung des Bundesamtes für Energie durchgeführt. Das Institut für Mess- und Regeltechnik der ETH Zürich entwickelte die fortschrittliche Regelstrategie des Katalysators. Kommerzielle Produkte, die auf dem Know-how des PSI basieren, werden in naher Zukunft auf dem Markt erscheinen.

Für weitere Auskünfte:
Dr. Oliver Kröcher
Leiter der Gruppe Abgasnachbehandlung
Paul-Scherrer-Institut (PSI)
Tel. +41 56 310 20 66
oliver.kroecher@psi.ch