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Abgasreinigung beim Diesel: So soll der Diesel sauber bleiben

Das Beispiel VW zeigt, wie sehr Hersteller mit Abgasnormen zu kämpfen haben. Neben dem Rußfilter setzen Autohersteller beim Diesel auf SCR- und NOx-Speicherkat. Wir erklären, was hinter der Technik steckt.

Als das Rußproblem beim Diesel gelöst war, sollten die Stickoxide dran glauben. Seit September verlangt die Euro-6-Norm von allen Neuwagen nochmals deutlich geringere Emissionen. Nicht nur VW hat damit zu kämpfen. Dass der Stickoxid-Ausstoß so schwierig zu reduzieren ist, hat seine Gründe. Und auch die bekannten Technik-Lösungen haben ihre Tücken.

Prinzipiell erzeugen Dieselmotoren – vor allem solche mit Turboaufladung - wesentlich mehr Stickoxide (NOx) als Ottomotoren. Der hohe Luftüberschuss bei der Verbrennung sowie die hohen Temperaturen im Motor begünstigen die chemische Reaktion der in der Luft vorhandenen Gase Stickstoff (N) und Sauerstoff (O). Auch im Ottomotor findet diese Reaktion statt, allerdings in geringerem Maße. Außerdem sorgt beim Benziner der Dreiwege-Katalysator für die Reduktion von Stickoxiden; diese reagieren dort mit dem gleichfalls giftigen Kohlenmonoxid zu harmlosem Stickstoff und Kohlendioxid.

Bei kleineren Fahrzeugen reicht der NOx-Speicherkat aus

Der Dreiwegekatalysator funktioniert aber beim Diesel wegen des höheren Luftanteils während der Verbrennung nicht. Stattdessen sollen seit einigen Jahren zwei spezielle Katalysatoren für saubere Abgas sorgen: der NOx-Speicherkat und der SCR-Katalysator.

Vor allem bei kleineren Fahrzeugen bis zur Mittelklasse kommt der Speicherkat, auch Stickoxidfalle oder Lean NOx Trap (LNT) genannt, zum Einsatz. Dort lagern sich die Stickoxide am Katalysatorstoff an, um in regelmäßigen Abständen durch das Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff entfernt zu werden. Die Häufigkeit dieser zusätzlichen Einspritzungen hängt neben der Fahrweise auch von der Größe des Speicherkats ab, die wiederum eine Kosten- und Bauraumfrage ist. Je kleiner der Kat, desto öfter muss er gereinigt werden und desto mehr steigt der Verbrauch – Experten sprechen von rund zwei Prozent.

Weiteres Problem: Der Speicherkat benötigt eine gute Spritqualität. Zu viel Schwefel etwa kann ihn schnell zusetzen. Trotzdem ist die Technik in Europa mit Abstand die gängigste bei Euro-6-Pkw. Zu finden ist sie etwa bei VW-Modellen wie Polo und Golf oder dem BMW 1er.

Bei großen Fahrzeugen muss der SCR-Katalysator her

Bei kleinen Motoren kann ein Speicherkat die NOx-Emissionen um bis zu 90 Prozent reduzieren, bei größeren Motoren und Fahrzeugen wird die Technik jedoch ineffizient, da die Kosten überproportional steigen. Dort setzen die meisten Hersteller daher auf den sogenannten SCR-Katalysator. Der verlässt sich bei der NOx-Reduktion nicht allein auf Hitze, sondern spritzt zusätzlich Harnstoff ein, der letztlich dabei hilft, NOx zu elementarem Stickstoff umzuwandeln.

Der Harnstoff muss allerdings inklusive Pumpe, Beheizung und Co. an Bord mitgeführt und regelmäßig nachgetankt werden. Bei frühen Modellen kann das nur die Werkstatt, neuere Fahrzeuge haben einen speziellen Einfüllstutzen neben dem Kraftstofftankdeckel. Die Kosten für den unter dem appetitlicheren Markennamen "Ad Blue" verkauften Harnstoff sind zwar gering, das Einfüllen allerdings verlangt Konzentration. Denn der Stoff ist korrosiv, so dass kleinste Spritzer den Lack schädigen können. In Deutschland ist Ad Blue relativ gut zu bekommen, in den USA aber beispielsweise nur schwer zu finden.

Weiteres Problem: Der SCR-Katalysator braucht für seine Arbeit heißes Abgas. In der Stadt reichen die gefahrenen Geschwindigkeiten aber oft nicht aus, um auf die benötigte Temperatur zu kommen. Die Technik funktioniert dann unter Umständen nicht richtig. Und nicht zuletzt benötigt auch der SCR-Kat sehr schwefelarmen Diesel, der nicht überall auf der Welt immer zu bekommen ist. Zu finden ist der SCR-Kat unter anderem in Mittelklassemodellen wie Audi A5 oder Mercedes C-Klasse, aber auch in Kompaktautos wie dem Peugeot 308.

Kombination von SCR- und Speicherkat

Königslösung bei der Abgasreinigung ist die Kombination von SCR- und Speicherkat. Allerdings ist das sehr teuer, benötigt viel Bauraum und erhöht die technische Komplexität des Abgasstrangs ungemein. In Europa wird diese Kombination daher nur selten eingesetzt, wenn dann bei großen und teuren Fahrzeugen. In den USA mit seinen strengeren Grenzwerten hingegen bietet zumindest BMW die Doppellösung bei allen Modellen an.

Einen vierten Ansatz verfolgt der japanische Hersteller Mazda – bekannt für technische Sonderwege. Beim Diesel arbeiten die Japaner mit einer sehr niedrigen Verdichtung, was zu einer besonders geringen Verbrennungstemperatur im Motor führt und so bereits die Entstehung von NOx behindert. Hinzu kommt eine ausgeklügelte Abgasrückführung, die ebenfalls zur weiteren Senkung des Temperaturniveaus dient. So erreichen die Japaner die strengen Euro-6-Werte bei Modellen wie dem Mazda6 ohne zusätzliche Katalysatoren.

Autor

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Bosch

Datum

25. September 2015
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