Harnstoffeinspritzung optimiert den Kat
VDI nachrichten, Lohmar, 22. 8. 08, wop – Beim Dieselmotor ist die Abgasreinigung mit motorischer Nacheinspritzung und Partikelfilter mittlerweile Standard. Zur Erfüllung der zukünftigen EU6-Abgasnorm bei Diesel- und Ottomotoren hat die Firma Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH, die seit 1986 in Lohmar Katalysatoren produziert, nun ein Reinigungsverfahren serienreif entwickelt. Mit dem „SCRi“-System sind Fahrzeuge mit Diesel- und Benzinmotor, wie Wolfgang Maus, Vorsitzender der Emitec-Geschäftsführung, gegenüber den VDI nachrichten erklärte, auf einen geringeren Kraftstoffverbrauch auszulegen.
Maus: SCRi kombiniert den Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) – bei dem Harnstoff eingespritzt wird – mit einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter. Alle Monolithen des Kat sind aus Metallfolien beziehungsweise aus Metallvlies mit turbulenter Strömung angelegt. Der Partikelfilter, als Nebenstrom-Tiefbettfilter, garantiert eine optimale Durchmischung des vor ihm eingedüsten Harnstoff-Wassergemischs mit dem Abgas und erzeugt einen geringen Abgasgegendruck, was dem Kraftstoffverbrauch zugutekommt.
VDI nachrichten: Welche Aufgaben erfüllen dabei die unterschiedlichen Komponenten?
Maus: Der Oxidationskatalysator beseitigt vorrangig Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Daneben nutzen wir ihn, um aus dem Abgasstrom möglichst viel NO2, also Stickstoffdioxid zu erzeugen. Das NO2 sorgt dann für eine kontinuierliche Regeneration des Partikelfilters. Dort haben sich die Rußpartikel an den feinen Metalldrähten des Vlieses angelagert, die von den Schaufeln der strukturierten Folie mit dem Abgas dort hingeleitet wurden. Insgesamt werden beim SCRi-Verfahren je nach Komponentenvolumen etwa 60 % bis 90 % der Feinstpartikel eliminiert.
VDI nachrichten: Nun ist da noch der eingespritzte Harnstoff …
Maus: … der wird im Partikelfilter zu Ammoniak, sprich NH3, umgewandelt. Als Beschleuniger wirkt eine auf der Metalloberfläche aufgebrachte, dünne Hydrolyse-Beschichtung aus Titandioxid. Mit dem Ammoniak werden im folgenden SCR-Kat die Stickoxide in reinen Stickstoff und Wasserdampf zerlegt.
VDI nachrichten: Wird der Harnstoff so dosiert, dass nichts übrig bleibt?
Maus: Sollte nach dem SCR-Kat noch überschüssiger Ammoniak vorhanden sein, könnte ein optionaler kleiner Sperrkatalysator in Scheibenform daraus wieder Stickstoff und Wasser erzeugen. Mit dieser Sicherung wäre ein Ammoniak-Durchbruch zu vermeiden und der SCR-Kat könnte sehr klein ausgelegt werden. Überhaupt ist das Volumen eines SCRi-Systems um 25 % bis 30 % geringer als das einer herkömmlichen SCR-Abgasreinigung.
VDI nachrichten: Warum sollten die Automobilhersteller ausgerechnet das neue System einsetzen?
Maus: Da künftig neben den Diesel- immer mehr Ottomotoren im Zuge des Downsizings als Turbodirekteinspritzer zu erwarten sind, werden magere Brennverfahren und die Behandlung von magerem Abgas inklusive einer NOx-Reinigung bei Diesel- und Ottomotoren gleichermaßen obligatorisch. Das SCRi-Verfahren kann dann, zum Beispiel für schwerere Fahrzeuge wie SUV eine wirtschaftliche Alternative zu NOx-Adsorberkats darstellen. Für den Gesetzentwurf EU6 ist geplant, die Benzin- und Diesel-Abgasgrenzwerte erstmals gleichzustellen. Dabei soll eine Obergrenze für die Anzahl der Partikel festgeschrieben werden.
VDI nachrichten: Was hat der Autofahrer von dieser Technik?
Maus: Da es einen Trend zur CO2-orientierten Kfz-Steuer – und somit zu Fahrzeugen mit einem geringen Kraftstoffverbrauch – gibt, wird der Dieseltrend, trotz gestiegener Kraftstoffpreise, gestützt.
Unter diesen Rahmenbedingungen dürften sich die Automobilhersteller für das verbrauchsorientierte Optimum beim bekannten Partikel-NOx-Kompromiss entscheiden. Sprich, den Motor extrem verbrauchsgünstig und mit wenig Partikelemissionen auslegen – wie heute schon einige Lkw-Hersteller. Die dabei in Kauf genommenen hohen NOx-Emissionen reduziert der SCR-Kat. Der Autofahrer hat ein sauberes Fahrzeug, das alle Abgasstandards bei gleichzeitig geringem Kraftstoffverbrauch erfüllt.
VDI nachrichten: Warum bauen Sie beim Monoliten auf Metall und nicht auf Keramik als Trägermaterial?
Maus: Das Dieselabgas wird durch neue Brennverfahren tendenziell immer kälter und vermehrt werden Pkw-Motoren mit Start-Stopp-Automatik angeboten. Dadurch könnte eine schnelle Aufheizung der Kats und die kontinuierliche Regeneration der Rußpartikel beeinträchtigt werden. Unser metallisches Trägermaterial mit katalytisch aktiver Edelmetallbeschichtung kann gezielt elektrisch beheizt werden. Hinzu kommt, dass die weiter steigenden Kosten der Abgasnachbehandlungssysteme nur durch höhere Effizienz der Gesamtanlage aufgefangen werden können. Und hier bieten die neuartigen Komponenten mit turbulentem Wärme- und Massentransport noch viel Potenzial. Bekanntermaßen haben Katalysatorträger aus dünnen Metallfolien auch einen deutlich reduzierten Gegendruck und helfen somit zusätzlich bei der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und somit der CO2 -Reduktion.
VDI nachrichten: Liefern Sie das SCRi-Verfahren bereits als Serienlösung aus?
Maus: Einzelne Komponenten des SCRi-Systems wie den Metall-Partikelfilter liefern wir bereits als Serien- und Nachrüstkomponenten. Seit Kurzem werden Common-Rail-Dieselmotoren von VW mit einem Emitec-Oxidationskatalysator mit turbulenter Strömung ausgerüstet. Das komplette SCRi-System wird auf der IAA in Hannover Weltpremiere feiern und noch dieses Jahr als Nachrüstlösung angeboten. Bei Non-Road-Anwendungen sowie bei Lkw sind Serienvorentscheidungen bereits getroffen worden. Da die Pkw-Motorenentwicklung dynamisch voranschreitet, bin ich recht sicher, dass dies in einigen Jahren als Serientechnik im Pkw zu finden sein wird. J. GORONCY
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