Saubere Rußpartikelfilter

08.11.2011: Die Zeiten, in denen Lkws schwarze Abgaswolken in die Luft gepustet haben, sind längst vorbei: Mittlerweile halten Filter die gröbsten Rußpartikel zurück. Ist der Filter nach einer Zeit zu stark mit Partikeln beladen, wird er regeneriert, indem der Ruß abgebrannt wird. Das Problem dabei: Die Rußpartikel verbrennen erst bei einer Temperatur von 500 bis 600 Grad Celsius. Die Abgastemperaturen der Lkws sinken jedoch zunehmend, damit die Motoren möglichst wenig umweltschädliche Stickoxide produzieren.

Um den Ruß dennoch von dem Filter zu entfernen, gibt es zwei Ansätze: Beim ersten Ansatz wandelt ein Oxidationskatalysator das im Abgas enthaltene Stickstoffmonoxid in Stickstoffdioxid um. Leitet man das Stickstoffdioxid in den Filter, verbrennt der Ruß bereits bei geringeren Temperaturen. Bei einigen Betriebszuständen des Motors – etwa wenn er kalt ist, reicht diese Regenerationsmethode nicht aus: In diesen Fällen wird flüssiger Kraftstoff zugeführt, der mit dem Restsauerstoff im Abgas reagiert, also verbrennt, und das Abgas und den Filter erhitzt. Dieses Reinigungsverfahren funktioniert jedoch nur bei Abgastemperaturen von mehr als 230 Grad Celsius. Unterhalb dieser Temperatur zündet das Kraftstoff-Abgasgemisch nicht, was zudem den Katalysator schädigt. Das Problem: Die Abgase der neuen Lkw-Motoren sind teilweise nur noch 160 bis 180 Grad warm.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg haben nun eine Methode entwickelt, um die Filter auch bei Abgastemperaturen von 140 Grad Celsius zuverlässig regenerieren zu können. »Wir geben zum Abgas ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff«, sagt Dr. Thomas Aicher, Gruppenleiter am ISE. »Dieses Gasgemisch leiten wir am Oxidationskatalysator ein – so können wir die Zündtemperatur auf 140 Grad senken und den Filter auch bei niedrigen Abgastemperaturen von dem Ruß befreien.«

Doch woher stammt das Synthesegas? »Wir können das Gas auf zwei Weisen gewinnen: Entweder erhitzen wir Dieselkraftstoff unter Luftausschluss, wobei Wasserstoff und Kohlenstoff entstehen. Der Kohlenstoff wird in einem weiteren Schritt mit dem Abgas verbrannt, und es bildet sich Kohlenmonoxid. Fachleute sprechen bei diesem Prozess von Pyrolyse. Oder wir oxidieren Diesel mit sehr wenig Luft, so dass der Diesel nur unvollständig verbrennt. Man spricht von einer partiellen Oxidation«, erläutert Robert Szolak, Wissenschaftler am ISE. Prototypen für beide Verfahren haben die Forscher bereits entwickelt und erfolgreich getestet. Die partielle Oxidation untersuchen die Experten nun gemeinsam mit einem Industriepartner genauer.