Sie sind hier: Startseite > Verkehr - Aktuelles > Technische Emissionsminderung > CRT – Continuous Regenerating Trap
Letzte Änderung: 10.08.2010
Schadstoffminderungstechnik
CRT
Zum Thema CRT-Rußfilter veröffentlicht das UBA die fachliche Stellungnahme:
Stellungnahme zum CRT-Rußfilter
(Continuous Regenerating Trap)
1. Einleitung
Wegen einer in der Öffentlichkeit kontrovers geführten Diskussion bzgl. des CRT-Rußfilters möchte das Umweltbundesamt durch eine fachliche Stellungnahme zur Versachlichung der Diskussion beitragen.
Das Umweltbundesamt setzt sich seit geraumer Zeit aktiv für den Einsatz von Rußfiltern an Dieselmotoren ein. Bekannte Techniken sind beispielsweise brennergestützte Vollstromfilter oder Rußfilter, die mit Hilfe von Additiven (Cer, Ferrocen) regeneriert werden. Bei letzteren sind z. T. noch additivbedingte Wirkungsfragen zu klären. Einige brennergestützte Systeme haben innerhalb des Rußfilter-Großversuchs ihre Alltagstauglichkeit bewiesen und werden seitdem als Serienprodukt angeboten. Seit etwa 10 Monaten wird ein neuartiger Rußfilter angeboten. Es handelt sich um den CRT-Rußfilter. In den folgenden Ausführungen äußert sich das Umweltbundesamt zu den fachlichen Aspekten dieses Rußfilters.
Diese Stellungnahme erfolgt auf der Basis des Erkenntnisstands vom Juni 1996 nach Gesprächen mit den Anbietern (Fa. HJS, Menden und Fa. Johnson Matthey). Nicht alle offenen Fragen konnten abschließend geklärt werden. Das gilt besonders für Fragen der Dauerhaltbarkeit des CRT-Rußfilters.
2. Funktionsweise des CRT-Rußfilters
Die Abgase des Dieselmotors durchströmen zunächst einen Oxidationskatalysator, im dem die Schadstoffe CO und HC fast vollständig aufoxidiert werden. Gleichzeitig wird in Abhängigkeit von den Temperaturverhältnissen der Stickstoff teilweise zu NO2 umgewandelt. Dieses NO2 soll sich im Rußfilter mit dem Kohlenstoff (Ruß) zu CO2 verbinden. Das bedeutet, dass eine Mindestmenge an NOX durch den Dieselmotor bereitgestellt werden muss, um eine vollständige Regeneration zu erreichen. Durch die Verbindung von NO2 und Ruß wird das NO2 teilweise wieder zu NO reduziert. Dieser Vorgang soll nach Angaben der Hersteller in einem Temperaturbereich von 200-450°C im Gleichgewicht ablaufen und somit einen kontinuierlichen Abbrand gewährleisten. Ein kurzzeitiges Abweichen von diesem Temperaturfenster kann der Rußfilter nach Angaben des Herstellers verkraften, ohne seine Funktion nachhaltig zu beeinträchtigen.
Eine wichtige Voraussetzung für das Funktionieren dieses kontinuierlich regenerierenden Rußfilters ist nach Angaben des Anbieters HJS die Verwendung von Dieselkraftstoff mit einem Schwefelgehalt von <10ppm. Dieser Kraftstoff ist auf Anfrage von einigen Mineralölfirmen mit einem Mehrpreis von ca. 5-7 Pf/l lieferbar. Die Herstellung dieses speziellen Kraftstoffes ist mit einer erhöhten CO2-Emission in der Raffinerie verbunden. Bei Verwendung dieses Kraftstoffes verringern sich die Partikelemissionen von Motoren ohne Abgasnachbehandlung (bei EURO I Motoren um ca. 6% und bei EURO II Motoren um ca. 16%).
Bei einem Betrieb mit handelsüblichem Dieselkraftstoff (S<500ppm) würde die Funktionstüchtigkeit des Oxidationskaktalysators beeinträchtigt werden. Außerdem wäre eine erhöhte Sulfatemission die Folge.
Das grundlegende Problem der Funktionsweise liegt in dem notwendigen Gleichgewicht zwischen der NO2-Bereitstellung und der Rußmenge, die im Filter gesammelt wurde. Es können folgende Fälle auftreten.
1. Wird eine Temperatur von 450°C überschritten, so sinkt die NO2-Bildung am Katalysator soweit ab, dass die gebildete NO2-Menge in Relation zu der anfallenden Partikelemission zu gering ist und somit der kontinuierliche Rußabbrand nicht mehr gewährleistet ist. Der Rußfilter wird in diesem Fall weiter beladen, bis die Bedingungen für eine Regeneration wieder gegeben sind.
2. Wird das Temperaturfenster zur NO-Oxidation von 200 - 450°C über eine längere Betriebsdauer nicht erreicht, so steigt der Abgasgegendruck wegen zunehmender Beladung des Filters an. Nicht einsetzbar ist das System daher bei überwiegendem Kurzzeitbetrieb, bei dem die untere Temperaturgrenze nicht erreicht wird.
Diese Einschränkungen der Betriebsabgastemperaturen verdeutlichen, dass der Einsatz des CRT-Systems auf die Einhaltung bestimmter Randbedingungen angewiesen ist. Nach Angaben der Hersteller haben sich bei der bisherigen Erprobung des CRT-Systems diesbezüglich keine Probleme ergeben.
3. Das Schadstoffminderungspotential des CRT-Rußfilters
Um die Schadstoffminderungsotentiale dieses System abzuschätzen, werden folgende Schadstoffe betrachtet:
Bei der Beurteilung der Schadstoffemissionen muss man eingangs erwähnen, dass das Rohemissionsniveau des Dieselmotors bzgl. HC und CO relativ gering ist. Der Schwerpunkt bei der Minderung der Emissionen aus Dieselmotoren liegt bei den NOx- und PM-Emissionen.
Die Basis des Emissionsvergleichs stellt der 13-Stufen-Test, der Braunschweig-Zyklus (innerstädtischer Buszyklus) und der Mess- und Beladungszyklus dar. Die Daten zur Rohemission aus dem 13-Stufen-Test wurden mit einem üblichen Dieselkraftstoff gemessen.
Quellen:
1. Prüfbericht RWTÜV Essen, Nr. s 129.25.002.00, 1994, Dipl.- Ing. Motzkau, (Schwefelgehalt <500ppm ohne CRT; mit CRT S<= 10ppm)
2. Emissionsmätningar med en Prototyp Till Ett CRT-Avgasfilter; MTC 9430B; Kerstin Grägg, AB Svensk Bilproving 1994/09 (S-Gehalt <= 1ppm)
CO-Emission
Durch die systembedingte notwendige hohe Reaktivität des vorgeschalteten Oxidationskakalysators wird die CO-Emission um mehr als 90% reduziert.
HC-Emission
Die HC-Emissionen werden ebenfalls durch den Katalysator um mehr als 90% reduziert.
Stickoxide (Summe NO+NO2)
Die Gesamtemission an Stickoxiden wird durch das System nicht beeinflusst.
Wegen der Funktionsweise dieses Systems müssen jedoch die NO2-Anteile vor und hinter Rußfilter betrachtet werden.
Stickstoffmonoxid (NO)
Die NO-Emission verhält sich umgekehrt proportional der NO2-Emission.
Stickstoffdioxid (NO2)
In der Rohemission (vor CRT-Rußfilter) beträgt der NO2-Anteil ca. 5%. Auf der Basis des Meß- und Beladungszyklusses wurde hinter dem CRT-System ein NO2-Anteil von 20% gemessen. Dieser Anteil kann auf bis zu 60% (Basis: Braunschweig-Zyklus-innerstädtischer Buszyklus) ansteigen. Dieser hohe NO2-Anteil wird bereitgestellt, damit eine möglichst kontinuierliche Regeneration sichergestellt wird. Weiterhin zeigt dieser hohe NO2-Anteil hinter dem System, dass nur ein geringer Anteil des bereitgestellten NO2 zur Regeneration des Filters benötigt wird.
NO2 ist aus gesundheitlicher Sicht erheblich kritischer einzustufen als NO. Durch die Erhöhung des NO2-Anteils an den Stickstoffoxiden (NOx) hinter dem Rußfilter-System ist eine Beurteilung der daraus resultierenden Immissionsbelastung notwendig. Grundsätzlich gilt, dass sich NO in der Natur nach einer gewissen Zeit und unter bestimmten Randbedingungen in NO2 umwandelt.
Da aber dieses Rußfiltersystem vorrangig in der Innenstadt , z.B. in Straßenschluchten zur Anwendung kommen wird, müssen die dort geltenden Verhältnisse zur Grundlage gemacht werden.
Erfahrungsgemäß liegen für NOx-Immissionen in Straßenschluchten folgende Anteile vor:
-Bürgersteig (Fahrbahnnähe): ca. 1/3 NO2
ca. 2/3 NO
-Dachhöhe ca. 2/3 NO2
ca. 1/3 NO
Hieraus folgt:
Eine Erhöhung des NO2-Anteils im Abgas von mit CRT-Systemen ausgestatteten Stadtbussen von ca. 5% auf bis zu ca. 60% würde in Straßen mit hohem Stadtbusanteil immissionsseitig den NO2-Anteil auf dem Bürgersteig deutlich erhöhen.
Partikelemission (PM)
Die Partikel des Dieselmotors sind lungengängig und sind von der MAK-Kommission als kanzerogen in Tierversuchen eingestuft worden. Die Partikelemission wird durch diesen Rußfilter unter den beschriebenen Testbedingungen um mehr als 90% vermindert. Eine Aussage zur Abscheiderate in Abhängigkeit von der Partikelgrößenverteilung liegt nicht vor.
4. Einsatzgebiete
Grundsätzlich kann jeder Dieselmotor (EURO I und EURO II) mit einem CRT-Rußfilter ausgerüstet werden. Die Einsatzgebiete werden aber durch die Voraussetzungen (s.o.) für die Funktionsfähigkeit eingeschränkt.
Nach Angaben des Herstellers ist der Einsatz in Stadtbussen sinnvoll.
In der allgemeinen Diskussion wird ein Dieselmotor mit CRT-System häufig mit einem Gasmotor mit geregeltem Dreiwegekatalysator verglichen.
Im Fall des Dieselmotors mit CRT-System sind aber die unverändert hohe NOx-Emission und die erhöhte NO2-Emission zu berücksichtigen.
Ein Gasmotor mit geregeltem Katalysator weist dagegen deutlich geringere NOx-Emissionen, eine geringere Geräuschemission und sehr niedrige nicht limitierte Emissionen auf. Die Partikelemission ist wie beim Dieselmotor mit CRT-System nahe der Nachweisgrenze.
5. Zusammenfassung
Vom Umweltbundesamt wird der Einsatz von Rußfiltern grundsätzlich befürwortet.
Das CRT-System stellt ein wirksames Abgasnachbehandlungssystem zur Minderung von Partikelemissionen aus Dieselmotoren dar. Es kann als Nachrüstung von AltFahrzeugen wie auch zur Ausrüstung von Neu-Fahrzeugen zur Anwendung kommen. Eine Minderung der NOX-Emissionen ist praktisch nicht möglich, dagegen werden die NO2-Emissionen des Fahrzeuges deutlich erhöht. Das führt zu einer Erhöhung der NO2-Konzentrationen in Straßenschluchten. Grundsätzlich gilt, dass sich NO in der Natur nach einer gewissen Zeit und unter bestimmten Randbedingungen in NO2 umwandelt.
Als Ergebnis einer Abwägung wird die weitere Erprobung des CRT-Systems im praktischen Einsatz befürwortet, wobei die weitere Entwicklung zu einer deutlichen Reduzierung des NO2-Überschusses im Abgas führen muss.
Das CRT-System ist wegen seiner Funktionsweise besonders für die Nachrüstung von in Verkehr befindlichen Dieselfahrzeugen (Stadtlinienbussen) geeignet.
Viele Stadtbusbetreiber stehen derzeitig vor der Entscheidung, welche Busse für die Zukunft angeschafft werden. Hierbei wird neben dem Dieselantrieb auch der Gasbus betrachtet. Der Gasbus mit geregeltem Katalysator hat gegenüber dem Dieselbus mit CRT-System den Vorteil der niedrigen NOx-Emission sowie der niedrigeren Geräuschemission.