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Presse-Stelle:  ECO-News Deutschland, D-81371 München
Rubrik:Technologie    Datum: 05.08.2003
Partikelemissionen aus Dieselmotoren wirksam reduziert!
In der Zeitschrift "Bild der Wissenschaft" wurde in Ausgabe 8/2003 im Beitrag "Praxisreif: Der Rußfilter" festgestellt, dass "derzeit auf dem Markt nichts, was der rußreinigenden Wirkung eines Partikelfilters gleich käme, existieren würde". Unter anderem wird darauf hingewiesen, dass sich die deutschen Automobilhersteller derzeit gegen die einzige technische Lösung, nämlich der Einführung des Partikelfilters, vehement zur Wehr setzten, obwohl es keine geeignete Alternative gibt. Dies ist eine falsche und irreführende Feststellung - und höchstens dazu geeignet, die Betreiber von Dieselfahrzeugen zu verunsichern. Es wurde ganz offensichtlich nicht ausreichend recherchiert. Es gibt bereits moderne und hochwirksame Reduktionssysteme zur Rußpartikelminimierung, welche besser geeignete Alternativen zum Partikelfilter sind. Es muss davon ausgegangen werden, dass auf Basis einer modernen und hochwirksamen Schadstoffminimierungstechnik der Partikelfilter nicht mehr Stand der Technik ist.

In den letzten Jahren waren die Motorenhersteller bemüht, den Schadstoffgehalt der Abgase, insbesondere auch die Rußpartikel, durch eine verbesserte Kraftstoffverbrennung im Motor, wesentlich zu senken - was auch gelungen ist. Allerdings mit dem Nachteil, dass der Feinststaubgehalt im Abgas wesentlich erhöht wurde.

Durch die bereits seit 1998 verfügbare Common-Rail-Technik ist es möglich, den Kraftstoff unter hohem Druck portioniert, innerhalb weniger Millisekundenbereiche, in den Verbrennungsraum einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzung wird nach bestimmten Zeitintervallen in Vor-, Haupt- oder Nacheinspritzungen aufgeteilt. Dadurch wird während eines Verbrennungszykluses der Kraftstoff optimiert verbrannt und damit eine wesentliche Abminderung der Rußpartikelemissionen (Rußpartikelmasse) erreicht. Es liegt auf der Hand, dass der nicht unwesentliche Vorteil einer Reduktion der Gesamtmasse an Partikelemissionen den Nachteil verursacht, dass die Rußpartikel immer kleiner wurden und nunmehr als Aerosole in die freie Atmosphäre emittiert werden.

Durch die verbesserte Einspritztechnik wurde nur die Masse der Rußpartikelemissionen reduziert - nicht jedoch die Anzahl der Feinstpartikel - diese wurden wesentlich erhöht. Damit wurde auch das gesundheitsgefährdende Potential der Rußpartikelemissionen in der Umwelt nicht vermindert, sondern äußerst nachteilig beeinflusst.

Die mit dem Abgas aus Dieselmotoren ausgetragenen Feinststäube - die sogenannten Aerosole oder lungengängigen Partikelteile - haben Partikeldurchmesser die kleiner als 3 Mykrometer sind. In der freien Atmosphäre tragen vorwiegend diese Partikelanteile wesentlich dazu bei, dass Kreislauf und Atemwege geschädigt oder beeinträchtigt werden. Je kleiner der Teilchendurchmesser eines Partikels ist, desto größer wird die spezifische Oberfläche und dadurch die gesundheitsbeeinträchtigende Wirkung der lungengängigen Schwebeteilchen oder Aerosole.
Das nur mit Partikelfiltern eine ausreichende Abscheidung von Rußpartikeln, w. o. e., möglich wäre, ist daher nicht richtig!

Es ist Stand der Technik, dass Partikelfilter nur Teilchengrößen ab einem bestimmten Durchmesser wirksam zurückhalten können. Wenn jedoch die Teilchendurchmesser sehr klein werden, muss auch der freie Durchströmquerschnitt im Filtermedium entsprechend reduziert werden. Dies bedingt jedoch einen wesentlichen Nachteil, weil damit zwangsläufig auch der Durchflusswiderstand im Filter exponentiell ansteigt.

SMR-CEF® (Schadstoffminimierungsreaktor nach System CEF®)

Dieser Nachteil wird durch die Beaufschlagung des Filtermediums verstärkt. Nachdem der Anstieg des Durchflusswiderstandes im Filter äußerst negative Auswirkungen auf die Motorleistung hat, muss periodisch eine Abreinigung oder Regenerierung des Partikelfilters gestartet werden. Wenn der Partikelfilter mit Ruß verstopft ist, muss und wird auch der Kraftstoffverbrauch nicht unwesentlich erhöht. Um den Betrieb eines Partikelfilters auf längere Zeit sicherzustellen, muss dieser mit Überwachungssensoren - vor und nach dem Filter - ausgestattet sein, so dass ständig der Staudruck im Abgasstrom kontrolliert werden kann. Steigt der Staudruck über einen bestimmten Grenzwert an, muss der Partikelfilter gereinigt oder regeneriert werden. Dies stellt einen erheblichen Aufwand dar und ist aus technischer wie auch wirtschaftlicher Sicht eine nicht vertretbare Störkomponente. Um die Wirkung der Regeneration des Partikelfilters zu verbessern, werden oder müssen zusätzlich oxidative Medien eingebracht werden, um den letztendlich komplizierten Wirkungsmechanismus des Partikelfilters in Gang zu halten. Die derzeit auf dem Markt befindlichen Partikelfilter, müssen bei normalem Betrieb alle 800 bis 1000 Kilometer einem Abbrand unterzogen werden, um die filternde Wirkung wieder zu aktivieren und den für den störungsfreien Betrieb des Dieselmotors notwendigen Staudruck wieder herzustellen. Ein Faktum, dass entgegen jeder wirtschaftlichen Vernunft und Betriebssicherheit der Verwendung eines Partikelfilters wiederspricht.

Partikelfilter sind komplizierte und störanfällige Verfahren, um die Partikelemissionen aus Abgasen zu reduzieren. In logischer Konsequenz, kann der angestrebte Erfolg auf lange Sicht nur unwirtschaftlich erkauft werden. Der Aufwand für die Herstellung, den Betrieb, die Steuerung und die Überwachung eines Partikelfilters steht in keinem Verhältnis zum Erfolg. Partikelfilter sind komplizierte technische Systeme um Feinststäube bzw. Aerosole aus dem Abgas von Dieselmotoren zu entfernen. Das angestrebte Ziel, aus dem Abgas von Dieselmotoren die Feinststäube (Aerosole) wesentlich zu reduzieren oder zu beseitigen, ist mit Partikelfiltern nur mit großem technischen Aufwand realisierbar.

Nach der derzeit gültigen EURO Norm 3 gilt als Grenzwert 50 Milligramm Rußpartikel pro Kilometer, wobei im Jahre 2005 die EURO Norm 4 in Kraft treten wird. Danach werden 25 Milligramm Partikelmasse pro gefahrene Kilometer als Grenzwert Gültigkeit haben. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein Bezug auf Feinststäube bzw. Aerosole in diesen Normen nicht enthalten ist. Mit Reduktion der Partikelmasse, wird nur ein wägbarer Erfolg sichergestellt, nicht jedoch, dass umweltrelevante Gefährdungspotential der Rußpartikel (kleiner 3 Mykrometer) reduziert!

Die Aerosolemissionen sind prozentuell hinsichtlich der Masse unbedeutend, jedoch hinsichtlich der Teilchenanzahl von wesentlich größerer Bedeutung als Partikel mit größeren Teilchendurchmessern (Gaußsche Verteilungskurve). Mit den Partikelfiltern ist im derzeitigen Stadium ein messbarer Erfolg nur in Prozent möglich. Künftige Partikelminimierungssysteme müssen sicherstellen, dass vorwiegend die lungengängigen Partikel (Aerosole) aus dem Abgas von Dieselfahrzeugen reduziert oder gänzlich entfernt werden. Diese Prämisse ist mit neuen zukunftsorientierten Technologien - z.B. dem Schadstoffminimierungsreaktor nach System CEF® - gewährleistet. Dieser neuartige hochwirksame Schadstoffminimierungsreaktor - kurz SMR-CEF® genannt - wurde bereits bis zur serienreife entwickelt und optimiert.

Der gegenständliche Schadstoffminimierungsreaktor ist eine revolutionäre neuartige Abgastechnologie zur umweltfreundlichen Minimierung (keine Abscheidung) von Rußpartikelemissionen. Mit dieser Technik können vor allem die gesundheitsbeeinträchtigenden Aerosole aus dem Abgas von Dieselmotoren wirksam reduziert oder gänzlich beseitigt werden. Der Vorteil dieses Systems besteht vor allem darin, dass die Feinststäube bzw. Rußpartikel in jedem Betriebszustand, d.h. auch direkt am Beginn des Startvorganges des Motors, im Abgas reduziert werden können. Die Rußpartikel werden im freien Durchströmquerschnitt des Reaktors aufoxidiert bzw. verglüht. In vielen Versuchsreihen konnte bestätigt werden, dass die Grenzwerte, hinsichtlich Rußpartikel nach Euro 4 und Euro 5 Norm, überproportional erfüllt werden. Die in Modulbauweise hergestellten Reaktoren, können an jeder beliegen Stelle des Abgaskanals - auch nachträglich, ohne wesentliche Änderungen - eingebaut werden. Die komplizierte Überwachungselektronik, wie sie für einen Partikelfilter notwendig ist, ist nicht erforderlich und ist die Standzeit in etwa der Standzeit eines Motors gleichzusetzen. Das System muss nicht regeneriert werden, ist billig in der Herstellung, einfach im Einbau und muss bei Außerbetriebnahme nicht als Sondermüll entsorgt werden. Weiters sind Störungen durch zunehmenden Staudruck, wie dies zwangsläufig bei Partikelfiltern auftreten kann, nicht möglich.

Die für den Betrieb notwendige elektrische Leistung ist ausschließlich von der Partikelkonzentration abhängig. Sind im Abgasstrom keine Partikelemissionen, ist kein Stromverbrauch möglich und kann der Reaktor im Standbybetrieb gefahren werden. Der Aufwand für die Überwachung der Funktion ist im Vergleich mit dem Partikelfilter äußerst gering und enthält nur ein geringes Störpotential.
Nach dem Funktionsprinzip des Reaktors werden vor allem auch die Partikelemissionen im Aerosolbereich (kleiner/gleich 3 µm) reduziert. D.h., dass auf Basis von aerodynamischen und energetisch wirkenden Mechanismen (die Zündtemperatur der Partikel liegt bereits bei ca. 550°C), die Rußpartikel unabhängig von der Größe bzw. der Masse zu einer umweltfreundlichen Emission wie CO2 und H2O reduziert werden.

Der freie Durchströmquerschnitt im Abgasstrom wird nur unwesentlich verändert und sind die Strömungsverluste im Vergleich mit den Partikelfiltern äußerst gering bzw. proportional zur Abgasmenge. Der Leistungsverbrauch für die Reduktion der Rußpartikel ist abhängig von der Rußkonzentration und beträgt maximal 1 - 2 % der Motorleistung. Der Reaktor ist für jede Motorgröße, PKW oder LKW, einsetzbar und kann zudem an jeder beliebigen Stelle des Abgaskanals platziert werden. Die Kosten für die Basiseinheit sind wesentlich geringer, als jene für einen Partikelfilter. Je nach Motorgröße kann durch den Parallelbetrieb von weiteren Modulen eine Anpassung an die Motorleistung erfolgen. Wegen der äußerst einfach Bauweise ist eine rasche und unkomplizierte Nachrüstung bei bereits bestehenden Dieselfahrzeuge leicht und einfach - auch von einer Fachwerkstätte oder einem versierten Laien durchführbar.

Der Schadstoffminimierungsreaktor wurde über mehrere Jahre entwickelt und in vielen Versuchsreihen optimiert. Die verwendeten Materialien sind Keramik in Kompaktbauweise, mit einem Stütz- oder Hüllrohr aus Metall, sowie Stütz- oder Zündelektroden.

Es ist sichergestellt, dass mit dieser neuen patentierten Schadstoffminimierungstechnik nach System CEF® dem Dieselmotor auch künftighin in hohem Maße die notwendige umweltrelevante Akzeptanz gesichert wird.
Verfasser:
DI Dr. techn. Gerhard Fleischhacker, Austria/Europe,
Email: cef.austria@aon.at

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