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Feinstaubreduktion durch Rußpartikelfilter

Erstellt am: 30.07.2010 | Stand des Wissens: 18.01.2022
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Volkswirtschaftslehre (ECON), Prof. Dr. Kay Mitusch

Rußpartikelfilter oder auch Dieselpartikelfilter (DPF) dienen der Reduzierung der im Abgas von Dieselmotoren vorhandenen Partikel. Zu unterscheiden sind Durchflussfilter, die bei der Nachrüstung von Diesel-Pkw eingebaut werden, und Wandstromfilter, die in der Neuwagen-Erstausstattung eingesetzt werden können. Durchflussfilter (auch offene Systeme genannt) bestehen aus dünnen Stahlfolien, die zwischen zwei hitzebeständigen Faserfliesen bzw. Geflechten liegen. Beim Durchfluss durch die Stahlfolien werden die Partikel durch gezielte Strömungsleittechnik vom Abgas getrennt. Durch die Strömung bleiben sie auf der Oberfläche der Faserfliesen/Geflechte haften. Die angelagerten Partikel werden unter hohen Temperaturen und einer ausreichenden Stickoxidkonzentration abgebrannt (Regeneration) [MoTs07]. Durchflussfilter erzielen eine Senkung der gesamten Partikelmasse um 40 bis 50 Prozent.
Bei Wandstromfiltern (geschlossene Systeme) wird das Abgas bei der Durchdringung einer porösen Wand gefiltert, deren Löcher kleiner als die Partikel sind. Die sich an der Filterwand bildende Partikelschicht wird unter hohen Temperaturen abgebrannt. Wandstromfilter erzielen eine Reduktion der Partikelmasse von mehr als 95 Prozent. Sie sind jedoch mit einer geringen Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs verbunden [MoTs07]. 
Grundsätzlich ist allerdings anzumerken, dass die durch Rußpartikelfilter erzielte Massenreduktion alleine nicht aussagekräftig ist. Millionen von ultrafeinen Partikel weisen ein geringeres Gewicht auf als einige grobe Partikel, sind aber für den menschlichen Körper weitaus gefährlicher [Heyd95].
Ein weiteres Problem ergibt sich im Zusammenhang mit der Regeneration. Der im Partikelfilter gesammelte Ruß muss alle 500 bis 1.000 km verbrannt werden. Hierzu sind Temperaturen von 550 °C erforderlich. Die Abgastemperatur von modernen Dieselmotoren beträgt jedoch nur 230 °C. Die Gewährleistung des Rußabbrands kann mithilfe von verschiedenen Technologien erreicht werden: Durch das Einspritzen einer chemischen Flüssigkeit (Additiv) in den Motorbrennraum kann die Rußabbrandtemperatur gesenkt werden. Gleichermaßen kann die Abgastemperatur durch das Einspritzen von Diesel in den Abgasstrom erhöht werden. Eine andere Technologie setzt auf eine Edelmetallbeschichtung des Filters, die für ein besseres Abbrennen des Rußes sorgt. Eine weitere Alternative bilden Oxidationskatalysatoren, die auf einer chemischen Umwandlung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid setzen. Alle diese Techniken führen zu einer maßvollen Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und damit der CO2-Emissionen der Fahrzeuge [RanHo06].
Standardmäßig (insbesondere in Deutschland) werden beschichtete Partikelfilter eingesetzt, um auf ein zusätzliches Additiv im Fahrzeug und teure Oxidationskatalysatoren zu verzichten. Beschichtete Filter weisen jedoch einen Nachteil auf: Bei häufigen Kurzstreckenfahrten sowie bei längeren Fahrten in niedrigen Drehzahlbereichen wie Staus kann der Ruß nicht mehr richtig abbrennen. Infolgedessen können die Partikelfilter verstopfen. Neuere Fahrzeuge sind daher mit einer Kontrollleuchte ausgestattet, die aufleuchtet, wenn der Partikelfilter auf einer längeren Strecke freigebrannt werden muss. Für das Freibrennen muss im Normalfall eine 15minütige Fahrt bei einer Geschwindigkeit von mindestens 60 km/h zurückgelegt werden.
Ansprechpartner
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Volkswirtschaftslehre (ECON), Prof. Dr. Kay Mitusch
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Feinstaub im Straßenverkehr (Stand des Wissens: 18.01.2022)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?327453
Literatur
[Heyd95] Heyder, J., Brand, P., Heinrich, J., Peters, A., Scheuch, G., Tuch, T., Wichmann, W. Size distribution of ambient particles and its relevance to human health. International Workshop on Aerosol Inhalation, Lung Transport, and Deposition, veröffentlicht in International Workshop on Aerosol Inhalation, Lung Transport, and Deposition, 1995/09
[MoTs07] Mollenhauer, Klaus, Tschöke, Helmut Handbuch Dieselmotoren, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, 2007
[RanHo06] Ranalli, M., Hoßfeld, C. Katalysatorkonzept zur Reduzierung des Dieselpartikelfilter-Volumens, veröffentlicht in Motortechnische Zeitschrift, Ausgabe/Auflage 67, 2006

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?327317

Gedruckt am Dienstag, 21. Mai 2024 04:04:44