Neues Verfahren 22.01.2020, 07:00 Uhr

Gerät zur Abgasmessung registriert ultrafeine Schadstoffpartikel

Mit einem neu entwickelten Abgasmessgerät soll es möglich sein, strengere Abgasregelungen praktisch durchzusetzen. Denn mit dem Verfahren können Partikel detektiert werden, die kleiner als 10 Nanometer sind.

Auspuff

Autoabgase verschmutzen die Luft. Wie viele kleinste Partikel sie ausstoßen, konnte bislang nicht festgestellt werden.

Foto: panthermedia.net / ruigsantos

Das Thema Schadstoffe in der Luft wird in der Öffentlichkeit seit geraumer Zeit intensiv diskutiert und hat durch den Diesel-Skandal zusätzlich an Fahrt aufgenommen. Hinzu kommt der Green Deal, den die EU-Kommission Ende letzten Jahres vorgestellt hat: Bis zum Jahr 2050 soll die Europäische Union einen anderen Status erreichen, der es ihr ermöglicht, sowohl die Umwelt zu schützen, als auch die Lebensqualität und Gesundheit der Menschen zu verbessern. Dafür soll es die EU schaffen, klimaneutral zu werden. Parallel ist geplant, strengere Abgasregelungen einzuführen, um vor allem die Luftverschmutzung in den Städten zu verringern. Wir berichten hier über den Green Deal.

Dabei tritt ein besonderes Problem auf: Je feiner die Schadstoff-Partikel sind, desto schwerer ist es, sie zu messen. Unterhalb einer bestimmten Größe werden sie bei den aktuellen Abgastests gar nicht mehr erfasst. Gerade dieser Feinstaub ist es jedoch, der besonders leicht in die Lunge eindringt und daher als äußerst gesundheitsschädlich gilt. Wissenschaftler der TU Graz haben daher gemeinsam mit internationalen Kollegen ein neues Messverfahren entwickelt. Es kann Partikel mit einer Größe von 10 Nanometern (nm) registrieren.

Flüssige Partikel müssen zunächst herausgefiltert werden

Die Grenzwerte des Schadstoffausstoßes sind für Fahrzeuge gesetzlich festgeschrieben. Maximal dürfen es derzeit 6×1011 Partikel pro Kilometer (Euro-6d-Temp) sein. In den gängigen Messverfahren werden allerdings nur Partikel erfasst, die eine Größe von mehr als 23 nm haben. Markus Bainschab vom Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz erklärt, warum kleinere Schadstoffpartikel bisher durchs Raster gefallen sind: „Im Bereich unter 23 nm sind viele flüssige Partikel im Abgas vorhanden. Diese flüchtigen Tröpfchen sind nicht so stark gesundheitsgefährdend wie die festen Partikel. Für ein exaktes Testergebnis muss daher sichergestellt sein, dass beim Messen nicht irrtümlich flüssige Partikel erfasst werden. Mit aktuellen Messmethoden ist es nicht in dieser Qualität möglich, die flüssigen Partikel zu entfernen, ohne dass nicht auch ein Großteil der festen Partikel verloren geht.“

Forscher und Messgerät

Das Forscherteam mit seinem neu entwickelten Messgerät.

Foto: Lunghammer / TU Graz

Genau dieses Problem haben er und seine Kollegen gelöst, und zwar durch ein besseres Verdünnungssystem und durch die Oxidation von Kohlenwasserstoffen mithilfe eines Katalysators.

Abgase werden mit der Umgebungsluft abgeglichen

Praktisch sieht die Messung so aus: Ein mobiles Emissionsmessgerät wird am Auspuff eines Fahrzeugs befestigt. Es erfasst dort neue und atmosphärisch gealterte ultrafeine Partikel. In Kombination mit einem Aerosol-Massenspektrometer können die Forscher ermitteln, wie das Verhältnis der Fahrzeugemissionen zu gealterten Partikeln aussieht. Denn unter Umständen werden diese gar nicht durch die Abgase erzeugt, sondern stammen beispielsweise aus dem Meer oder aus der Landwirtschaft. Das muss für eine exakte Bestimmung des Schadstoffausstoßes berücksichtigt werden. Daher werden zunächst die neu produzierten Emissionen des Autos erfasst, künstlich atmosphärisch gealtert und analysiert. Im Anschluss vergleichen die Wissenschaftler die Daten mit den Aerosolen, die sie in der normalen Umgebungsluft gemessen haben. Die Differenz zeigt, wie die Emissionen des Fahrzeuges die Qualität der Luft verändern.

Tests am Rollenprüfstand des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der TU Graz haben nach Angaben der Forscher gezeigt, dass durch das Messsystem belastbare Daten ermittelt werden können. Außerdem habe sich das Verfahren auch im praktischen Fahrbetrieb (Real Driving Emissions – RDE) bewährt.

Messverfahren ermöglicht strengere Grenzwerte

Das neue Messverfahren eröffnet dem Gesetzgeber die Möglichkeit, strengere Grenzwerte festzulegen und dabei auch kleinere Nanopartikel zu berücksichtigen. Gleichzeitig wollen die Forscher ihre Entwicklung nicht nur als Kontrollinstanz sehen. Ihrer Meinung nach kann die Messung Automobilhersteller dabei unterstützen, neue Verbrennungsmotoren zu entwickeln, die deutlich schadstoffärmer unterwegs sind. Denn zum einen war zuvor gar nicht bekannt, wie groß der Anteil kleinster Schadstoffpartikel war, zum anderen liefere der Prozess ein besseres Verständnis zur Entstehung von Sekundäraerosolen durch Auto-Abgase.

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