DeNox
Effiziente DeNox-Strategie für mager betriebene Verbrennungsmotoren
RWTH Aachen University startet BMBF-gefördertes Projekt zur Erforschung von neuartigen Abgasnachbehandlungssystemen für ultra-reine Motoren
Im September 2017 hat die RWTH Aachen gemeinsam mit weiteren Partnern ein Projekt zur Forschung an neuen Abgasnachbehandlungssystemen für ultra-reine Motoren mit höchsten Wirkungsgraden begonnen. Gefördert wird das Projekt „Effiziente DeNox-Strategie für mager betriebene Verbrennungsmotoren“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
Das Projektkonsortium besteht aus den RWTH-Einrichtungen Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme (TME), Institut für Anorganische Chemie (IAC), Institut für Technische und Makromolekulare Chemie (ITMC) und Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE), dem Institut Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1) am Institut für Energie- und Klimaforschung des Forschungszentrum Jülich GmbH sowie den Firmen Clariant AG, FEV Europe GmbH, Ford-Werke GmbH, DEUTZ AG, Sasol Germany GmbH und Umicore AG & Co. KG.
Das Projekt bietet erstmalig die Möglichkeit, Katalysatoren in ihrer Gesamtheit abzubilden: von der Materialforschung über die Produktion von Materialien und Katalysatoren sowie die Simulation und Entwicklung von Betriebsfunktionen wie Steuerung und Regelung bis hin zur Einbindung der Katalysatoren ins Fahrzeug. Hierbei werden neben PKW auch Nutzfahrzeuge und Maschinen mit Verbrennungsmotor einbezogen.
Derzeitige und zukünftige Emissionsgesetzgebungen für Verbrennungsmotoren stellen nicht nur durch strenge Grenzwerte für Schadstoffe und anspruchsvolle Testzyklen sehr hohe Anforderungen an das Motormanagement und das Abgasnachbehandlungskonzept, sondern auch durch die aufkommenden Effizienzziele. Ein wichtiges Mittel zur Wirkungsgradsteigerung moderner Motoren und somit zur Senkung des spezifischen CO2-Ausstoßes pro Kilometer ist der ungedrosselte (magere) Betrieb mit Luftüberschuss, der jedoch einen erheblichen Mehraufwand zur Reinigung der Abgase von gesetzlich limitierten Schadstoffemissionen erfordert. Technisch umgesetzt wurden bisher zwei Verfahren. Der Speicherkatalysator arbeitet diskontinuierlich, er speichert Stickoxid (NOx) im Katalysator und muss regelmäßig im Betrieb unter Luftmangel, was durch eine Änderung des Motorbetriebs erreicht wird, regeneriert werden. Der SCR-Katalysator arbeitet kontinuierlich durch die zusätzliche Gabe von AdBlue®, welches Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel bereitstellt. Die zukünftigen Emissions-Grenzwerte sind jedoch nur durch konzeptionelle und technische Modifikationen bei der Abgasnachbehandlung einzuhalten. Dazu sollen die bisher bekannten Katalysatortechnologien – der Speicherkatalysator und der SCR-Katalysator – mit Hilfe neuer Materialien zu einer neuartigen Katalysatortechnologie kombiniert werden.
„Die aktuell verwendeten Katalysatortechnologien zur Stickoxid-Abgasnachbehandlung müssen weiterentwickelt werden, um zukünftige, noch strengere Grenzwerte zu erfüllen. Ziel des Projektkonsortiums ist daher die Entwicklung eines neuartigen Katalysators, der beide Verfahren verbindet. Wir erwarten tiefgreifende Synergieeffekte, die zur weiteren Verbesserung der Abgasnachbehandlung für mager betriebene Motoren genutzt werden.“, sagt Professor Stefan Pischinger, Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen an der RWTH Aachen und Sprecher des Projektkonsortiums.
Die Optimierung der verwendeten Materialien auf Basis von Modellen, die Anpassung der Materialproduktion bei den Zulieferern, die Verbesserung der Beschichtung der Katalysatorträger und die Entwicklung von Steuergerätefunktionen für den Betrieb direkt aus den Modellen wird ebenfalls im Projektkonsortium erforscht. Auch wird das neuentwickelte Katalysatorsystem vor seiner Einbindung ins Fahrzeug auf Motorenprüfständen getestet.
„Die Projektpartner bringen profunde Kenntnisse aus den verschiedenen Bereichen mit. Diese bisher einzigartige interdisziplinäre Zusammenarbeit ermöglicht einen neuartigen Ansatz zur erheblichen Verbesserung der Katalysatortechnologie für mager betriebene Verbrennungsmotoren“, sagt Peter Dittmann, Oberingenieur am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen.