Neues Messsystem für Rußpartikel aus dem Dieselmotor

Eine Innovation aus dem BMWA-Programm „Innovationskompetenz mittelständischer Unternehmen“ (PRO INNO)

Der Dieselmotor ist nicht nur die bedeutendste Antriebsmaschine für Nutzkraftfahrzeuge und Baumaschinen, sondern wird vor dem Hintergrund steigender Kraftstoffpreise auch als Pkw-Antrieb immer beliebter. Zudem gilt er als umweltverträglicher, weil seine Kohlendioxid-Emissionen geringer sind als die eines vergleichbaren Ottomotors.

Problematisch ist allerdings sein Ausstoß von Rußpartikeln wegen seiner gesundheitlichen Risiken. Der Gesetzgeber hat deshalb den Grenzwert für die Partikelemission wiederholt gesenkt und forciert mit dem voraussichtlich ab 2010 geltenden EURO-V-Grenzwert eine weitere Reduktion der Emissionen um den Faktor 5. Sauberere Motoren können jedoch nur dann gewährleistet werden, wenn sich die emittierte Partikelmasse genau messen lässt. Das bislang standardmäßig eingesetzte gravimetrische Messverfahren ist dafür nicht sensibel genug. Mit Unterstützung der Arbeitsgemein-schaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ hat das Unternehmen NOVA-MMB Messtechnik aus dem sächsischen Schwarzenberg gemeinsam mit der Technischen Universität Dresden ein Messverfahren für diese sehr kleinen Partikelkonzentrationen entwickelt.

Abgase aus Dieselmotoren bestehen aus verschiedenen gasförmigen, flüssigen und festen Komponenten. Partikelförmige Bestandteile setzen sich aus Kohlenstoff und adsorbierten Kohlenwasserstoffen sowie Schwefelverbindungen, Metalloxiden und Wasser zusammen. Partikelstruktur, -zusammensetzung und -größenverteilung ändern sich je nach Lastzustand des Motors. Der Anteil flüssiger Komponenten ist abhängig vom thermodynamischen Zustand des Abgases und macht die Definition der Partikelkonzentration schwierig.

Das derzeit gesetzlich verankerte gravimetrische Messverfahren misst die auf einem Filter im verdünnten Abgasstrom abgeschiedene Masse. Die Massebestimmung des Filters erfordert bereits heute den Einsatz empfindlichster Wägetechnik in speziell abgeschirmten Räumen. Eine Verschiebung der unteren Nachweisgrenze von Emissionskonzentrationen hin zum Größenbereich von Immissionskonzentrationen ist deshalb nicht möglich. Neben der Gravimetrie existieren auf dem Gebiet der Aerosoltechnik weitere Laborverfahren zur Bewertung von Partikelkonzentrationen, deren Empfindlichkeit die Bewertung von Reinluftqualitäten bis hin zur Detektion einzelner Partikel ermöglicht. Allerdings erfassen diese Verfahren zumeist eine physikalische Eigenschaft der Partikel wie Oberfläche oder Durchmesser, die wegen der besonderen Morphologie von Rußpartikeln nicht auf die Partikelmasse rückschließen lässt.

Das neu entwickelte Gerät nutzt wie die Gravimetrie einen Analysefilter zur Abscheidung der Partikel. Diese werden jedoch mit einem speziellen Messverfahren detektiert. Es ist unabhängig von Form und Größe der Partikel und unempfindlich gegenüber angelagertem Wasserdampf. In Vergleichsmessungen mit der Gravimetrie zeigte sich, dass beide Verfahren identische Ergebnisse liefern. Allerdings hat das innovative Messprinzip deutlich mehr Potenzial zur Erfassung niedrigster Motoremissionen.