Innerhalb der Grenzwerte bleiben

Die Europäische Union hat kürzlich die Euro-6-Norm für Dieselmotoren eingeführt. Es mag einem so vorkommen, als würden diese Normen lediglich eine lange Reihe von Richtlinien ergänzen, jedoch sind sie für die gesamte Automobilindustrie relevant. Hier geht Mark Burnett, Vizepräsident der Innovationsplattform für Schmierstoffe und Kraftstoffadditive bei NCH Europe, darauf ein, wie Entwicklungen von Dieselpartikelfiltern zunehmend an Bedeutung gewinnen, wenn es um die Senkung der Schadstoffemissionen geht.

Die EU regelt seit der Euro-1-Regelung von 1993, was aus dem Auspuff eines Dieselmotors kommt. Es werden insbesondere Stickoxidemissionen (NOx) und der Feinstaubgehalt (allgemein bekannt als Ruß) überwacht.

Motorhersteller haben viel Zeit und Geld investiert, um im Rahmen dieser Vorschriften zu arbeiten. Dieselpartikelfilter wurden entwickelt, damit sie mit Vorrichtungen zur selektiven katalytischen Reduktion oder Abgasrückführung funktionieren, weil diese den Feinstaub aus den Abgasen eines Dieselmotors entfernen. 2009 wurden diese mit der Euro-5-Norm zu einem gesetzlichen Erfordernis für alle neuen Dieselfahrzeuge.

Die EU hat sich Feinstaub als bestimmtes Ziel gesetzt, da dieser extrem schädlich für die Umwelt und Bevölkerung ist, insbesondere in bebauten Gebieten. Feinstaub dringt in empfindliche Bereiche der Atemwege ein und kann zu Krebs oder Atemwegserkrankungen führen. Aus ökologischer Perspektive gilt Feinstaub als eine der Hauptursachen für die Erderwärmung. Schwarzer Kohlenstoff, einer der lichtabsorbierendsten Komponenten von Feinstaub, verfügt über ein Treibhauspotenzial von 20 Jahren. Das entspricht 4000 Mal mehr als das von Kohlendioxid. Es ist somit leicht ersichtlich, weshalb die EU ein so großes Interesse daran hat, den Feinstaubgehalt in der Luft zu reduzieren.

Die neuen Vorschriften sind auf ultrafeinen Feinstaub von 0,1 Mikrometer (50 Mal feiner als ein menschliches Haar) ausgerichtet. Das entspricht einem Rückgang von 66 % des in der Euro-5-Norm zugelassenen Gehalts. Aufgrund dieser neuen Vorschriften wird mit einem Nachfrageanstieg für die Instandhaltung von Dieselpartikelfiltern gerechnet. Gemäß Euro-6-Norm müssen alle Emissionsmanagement-Systeme 700.000 km halten oder sieben Jahre lang bei größeren Fahrzeugen.

Während Dieselpartikelfilter extrem effektiv sein können und bis zu 95 % der schädlichen Feinstaubemissionen entfernen können, können sie recht anfällig sein und funktionieren ausschließlich unter den richtigen Bedingungen. Dieselpartikelfilter funktionieren auf zwei Art und Weisen. Bei passiver Regenerierung fangen sie Rußpartikel und verbrennen diese während des Regenerierungsprozesses, bei dem Temperaturen von mehr als 550 °C erreicht werden. Dies ist jedoch nur möglich, wenn das Fahrzeug die optimale Temperatur erreicht, typischerweise bei längeren Fahrten und höheren Geschwindigkeiten.

Aktive Regenerierung tritt auf, wenn der Rußgehalt im Filter einen festgelegten Wert von 45 % erreicht. Der Motorenmanagement-Computer des Fahrzeugs leitet eine Kraftstoffeinspritzung bei der Nachverbrennung ein, um die Abgastemperatur zu erhöhen und eine Regenerierung auszulösen. Der Zyklus kann jedoch nur vollständig abgeschlossen werden, wenn das Fahrzeug mehr als zehn Minuten und bei einer Geschwindigkeit über 60 km/h gefahren wird.

Wird das Fahrzeug nur kurzzeitig oder im Stop-and-Go-Verkehr gefahren, wird der Zyklus nicht vollständig abgeschlossen. Der zusätzliche Kraftstoff, der für den Vorgang in die Zylinder gespritzt wurde, wird nicht verbrannt, die Ölqualität sinkt und der Ölstand steigt. Hält dies bis zu einem Rußgehalt von 75 % im Filter an, blinken im Armaturenbrett Warnleuchten auf und es erfolgt eine Zwangsregenerierung, was die Motorleistung erheblich reduziert. Sobald der Wert bei 85 % liegt, ist es zu spät. Das komplette Dieselpartikelfiltersystem müsste in dem Fall mit hohem Aufwand gereinigt oder ersetzt werden.

Es wird mittlerweile deutlich, dass aufgrund einer drastischen Unterschreitung der zugelassenen Feinstaubemission, ein herkömmliches Dieselpartikelfiltersystem allein einfach nicht mehr ausreicht. Das kommt zu der Tatsache hinzu, dass viele Dieselpartikelfiltersysteme aufgrund ungeeigneter Bedingungen und einer niedrigeren Temperatur versagen, um ein angemessenes Feinstaubemissionsniveau aufrechtzuerhalten. Dabei können Additive behilflich sein.

Kraftstoffadditive können die Temperatur, bei der Ruß in Dieselpartikelfiltern verbrennt, von etwa 550 °C auf 400 °C senken. Das bedeutet, dass der Feinstaub bei langsamem Verkehr verbrannt werden kann, somit die Vorschriften eingehalten werden und das Ausfallrisiko des Dieselpartikelfiltersystems reduziert wird.

Kraftstoffadditive, welche die aktive Regenerierung reduzieren, haben auch vorteilhafte Auswirkungen auf die Motorleistung, weil es länger dauert bis sich Schmutz ansammelt. Fahrer und Fuhrparkleiter machen dann in der Regel die Erfahrung, dass die Lebensdauer verlängert, weniger Kraftstoff verbraucht und Drehmoment sowie Leistung verbessert wird und gleichzeitig die Gefahr eines Blowby sowie der Gesamtsystemdruck reduziert wird.

Obwohl die strikte Euro-6-Norm für die Automobilindustrie als Albtraum gilt, sind Forschung und Entwicklung der kürzeste Weg daran vorbei. Die Dieselpartikelfilter-Lösung von NCH Europe ist ein Beispiel dafür. Das Produkt senkt die Temperatur auf den Wert, der für die Regenerierung erforderlich ist und das bedeutet, dass Fahrzeuge die Vorschriften einhalten können, reduziert jedoch auch die Dieselpartikelfilter-Systemausfallrate, insbesondere wenn Fahrzeuge in Stadtgebieten gefahren werden.

Es besteht kein Zweifel, dass die Vorschriften notwendig sind und beibehalten werden. Anstatt uns auf unseren Erfolgen auszuruhen, sollte die Industrie mit Innovationen und der Entwicklung neuer Technologien reagieren, um den neuen Anforderungen gerecht zu werden und sich auf künftige Fortschritte freuen.