Lkw emittieren immer weniger Schadstoffe

Schon lange vor der Debatte um Partikelfilter qualmten bei den Ingenieuren der deutschen Nutzfahrzeug-Hersteller und ihrer Zulieferer die Köpfe. Denn 2006 tritt die strenge Abgasnorm EU4 für Nutzfahrzeuge in Kraft. Dann muss der Partikelausstoß neuer Lkw und Busse gegenüber EU3 um 80 % geringer sein und auch die Emissionen von Stickoxiden (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) gilt es jeweils um ein Drittel zu senken. Bereits 2009 steht dann eine weitere, massive Senkung der NOx- Emissionen bevor.
Das ist keine leichte Aufgabe, denn das Emissionsverhalten von Dieselmotoren stellt die Entwickler vor eine Zwickmühle: Vermeiden sie NOx- Emissionen innermotorisch, indem sie die Verbrennungstemperatur senken, entstehen mehr Partikel und der Verbrauch steigt. Legt man den Motor dagegen auf einen sparsamen Verbrauch aus und setzt auf eine Verbrennung mit hohem Luftüberschuss, sinkt die Partikelmasse im Abgas stark, es steigt aber die NOx-Konzentration – weil in der Luft 75,5?% Stickstoff (N) und nur 23?% Sauerstoff (O) vorkommen (Gewichtsanteile).
Bei MAN Nutzfahrzeug begegnen die Ingenieure der Zwickmühle, indem sie technische Marschrouten anhand der späteren Fahrzeugnutzung festlegen. „Je nach der jährlichen Kilometerleistung setzen wir auf unterschiedliche Technologien“, erklärte Dr. Eberhard Jakob aus dem Motorbereich des Unternehmens. Für den Verteilerverkehr, wo die Fahrzeuge weniger Strecke zurücklegen, setzt MAN auf die innermotorische NOx-Reduktion. Dafür wird die Verbrennungstemperatur etwa durch gekühlte Abgasrückführung und verzögerte Einspritzung gesenkt. Die dadurch erhöhte Partikel-Konzentration wird mit einem speziellen PM-(Particulate Matter)Katalysator aus dem Abgas gefiltert. Insgesamt führe das zu rund 3?% Mehrverbrauch, doch sei dieser Nachteil im Verteilerverkehr zu verkraften, so Jakob.
Bei Fernverkehrs-Lkw schlüge ein Mehrverbrauch dagegen stärker ins Gewicht. Deshalb verfolgt MAN hier die gegenteilige Strategie: Der Motor verbrennt mit hohem Luftüberschuss effektiv den Diesel, erzielt einen geringen Kraftstoffverbrauch und eine niedrige Partikel-Konzentration, muss dafür aber – durch den hohen N-Anteil in der Luft – die resultierende gestiegene NOx-Belastung im Abgas mit erheblichem Aufwand eliminieren. Dabei setzen die Entwickler auf den gesteuerten Diesel-Katalysator („GD-Kat“), ein System von vier Einzelkatalysatoren (vorher bezeichnet als SINOx-Filtersystem). Herzstück ist ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction), der NOx mit Hilfe von Ammoniak wieder zu Stickstoff und zu Wasser umwandelt.
Was so einfach klingt, bindet derzeit die geballte Aufmerksamkeit der Entwickler. So haben sich die Hersteller geeinigt, statt Ammoniak eine 32,5 % Harnstofflösung („AdBlue“) zu verwenden – für die es bisher keinerlei Vertriebsinfrastruktur gibt. Doch schon dieses Jahr sollen erste Fahrzeuge mit der SCR-Technik auf den Markt kommen.
Laut Dr. Peter Sauermann, Teamleiter der Aral Forschung, arbeiten die Mineralölkonzerne derzeit mit Hochdruck an Lösungen zunächst müssten dafür jedoch grundlegende Fragen im Umgang mit AdBlue geklärt werden, das z.B. korrosiv wirke und bei -?11 oC gefriere. Zurzeit würden Tankmaterialien und heizbare Schläuche geprüft. Wie es aussieht, so Sauermann, werde man aber wohl erst Speditionshöfe mit AdBlue beliefern und es erst anschließend nach und nach an europäischen Tankstellen bereitstellen.
Auch bei Bosch treibt AdBlue die Entwickler um. Denn die Hersteller brauchen so schnell wie möglich zuverlässige Dosiersysteme. Unter dem Namen „Denoxtronic“ wollen die Stuttgarter Ende 2004 ein System auf den Markt bringen, das ein AdBlue-Luftgemisch im Abgasstrang zerstäubt.
Neben der schwierigen Werkstoffwahl – auch hier macht den Entwicklern der hohe ph-Wert und der niedrige Gefrierpunkt von AdBlue zu schaffen – erwiesen sich laut Leopold Bernegger, der die Entwicklung und Fertigung von Denoxtronic bei Bosch leitet, die unterschiedlichen Einsatzbedingungen als problematisch. Denn um eine ausreichende Dynamik des Systems zu gewährleisten, darf die Leitung, die das AdBlue-Luftgemisch ins Abgas führt, nicht länger als 1500 mm sein. Was bei den vielen Lkw- und Bus-Modellen nur mit einem Trick zu erreichen war: Die Mischkammer und das Dosierventil sei vom Gesamtgerät gelöst und in einem unabhängigen Modul untergebracht worden. Scheinbar hat man auch sonst alle Probleme im Griff: „Im Fahrzeugtest haben wir schon Millionen Kilometer ohne nennenswerte Störung absolviert“, erklärte Bernegger.
Freuen dürfte das auch die Entwickler von MAN, die für ihren GD-Kat auf Denoxtronic setzen. Bevor AdBlue im SCR-Kat zur Entschärfung der Stickoxide beiträgt, sorgen zwei Hilfskatalysatoren im GD-Kat-System für die richtigen Randbedingungen. Ein Voroxidations-Kat (V-Kat) oxidiert fast die Hälfte des im Motor entstandenen Stickstoffmonoxids (NO) zu wesentlich reaktionsfreudigerem Stickstoffdioxid (NO2). Parallel dazu wandelt ein Harnstoffzersetzungs-Kat (H-Kat) das eingesprühte AdBlue weitgehend in Ammonik um, der dann im SCR-Kat mit den Stickoxiden reagiert. Überschüssiges Ammoniak oxidiert der letzte Kat im System, der sogenannte Oxidations-Katalysator (O-Kat). In mehreren Schritten konnte MAN den Bauraumbedarf des GD-Kat von voluminösen 60 l im Jahr 1992 auf weniger als 20 l reduzieren.
Fahrzeuge mit dem kompletten GD-Kat unterbieten schon heute die Abgasgrenzwerte EU5 von 2009, so Jacob von MAN. Doch bisher könne man die Technik noch nicht an die Kunden abgeben: „Wir verzichten derzeit noch auf den V-KAT, weil dafür ein flächendeckendes Angebot an schwefelfreiem Kraftstoff nötig wäre“, so Jakob. Doch auch in den nächsten Jahren werden gerade Fernverkehrs-Lkw häufig in Regionen kommen, wo weiterhin nicht mit schwefelfreiem Diesel zu rechnen ist. PETER TRECHOW/WOP