Partikelfilter

  Ein Partikelfilter ist eine Einrichtung zur Reduzierung der im Abgas von Dieselmotoren vorhandenen Partikel. Der Partikelfilter wird auch nach der Partikelherkunft Dieselpartikelfilter (DPF), nach der Partikelzusammensetzung Rußpartikelfilter (RPF) und im Zusammenhang wie in diesem Artikel kurz Filter genannt. Dabei gibt es zwei Funktionsweisen, die sich grundsätzlich unterscheiden: Wandstromfilter, bei denen das Abgas im Filter eine poröse Wand durchdringt und Durchflussfilter, bei denen das Abgas den Filter an seiner inneren Oberfläche entlang durchfließt. Im PKW kam der Dieselpartikelfilter erstmals 1985 in der Mercedes-Benz S-Klasse (Baureihe W126) auf dem US-Markt zum Einsatz.

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Dieselruß

  Dieselruß entsteht aufgrund der Kraftstoffeigenschaften und des Verbrennungsverfahrens. Partikel im Dieselabgas bestehen hauptsächlich aus Ruß und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Die vom Dieselmotor erzeugte Partikelgrößenverteilung (PGV) ist meist mehrmodal und kann im jeweiligen Modus (logarithmisch aufgetragen) als normalverteilt angenähert werden. Ein Peak der Verteilung tritt im Bereich von etwa 50–100 nm auf (abhängig vom verwendeten Motor). Abweichungen von der Normalverteilung im Bereich der kleineren Modi (kleiner 20 nm) sind meist durch die Probenahme zur Erfassung der PGV entstanden und stellen sogenannte Artefakte dar. Diese Modi können zum Beispiel auf die Rekondensation von flüchtigen Kohlenwasserstoffen (Tröpfchenbildung, Nukleation) zurückgeführt werden, die dann im Partikelspektrum erscheinen und zu Fehlinterpretationen führen können. Diese Nukleation ist auf homogene oder heterogene Kondensation zurückzuführen, wie sie bei hochkonzentrierten gesättigten Dämpfen auftritt. Treten in der Gasphase kleine Partikelkeime (beispielsweise Rußpartikel) auf, spricht man von heterogener Nukleation. Auch Schwefel im Kraftstoff führt zu einer solchen erhöhten Tröpfchenbildung, beispielsweise wenn der Motor mit Heizöl betrieben wird. Größere Modi im Bereich mehrerer Mikrometer entstehen im Verlauf der Bewegung durch die Abgasanlage durch Agglomeration kleinerer Teilchen.

Wandstromfilter

Funktionsweise

Bei einem Wandstromfilter (Wall-Flow, Honey-Comb, auch Geschlossenes System genannt) wird das mit den Rußpartikeln versetzte Abgas bei der Durchdringung einer porösen Filterwand gefiltert. Die Partikel bleiben dabei bei Oberflächenfiltern hauptsächlich an der Oberfläche der Filterwand hängen oder verbleiben mittels Tiefenfiltration im Inneren der Filterwand. In beiden Fällen muss aber darauf hingewiesen werden, dass die Partikel nicht durch einen Siebeffekt hängen bleiben (die Partikel müssen also nicht größer sein als die Löcher, durch die das Abgas strömt), sondern hauptsächlich durch Adhäsion an der porösen Wand festgehalten werden. Auch bei Oberflächenfiltern findet zu Beginn eine Tiefenfiltration statt. Mit Belegung der inneren Filterflächen erfolgt das Ablagern der Partikel auf der Oberfläche. Es bildet sich eine Partikelschicht (der sogenannte Filterkuchen). Bei Tiefenfiltern lagern sich die Partikel nur in der inneren Filterstruktur ab.

Die Filterwände selbst können aus unterschiedlichen porösen Werkstoffen bestehen, die meist aus Fasern oder Pulver aufgebaut sind. Die Fasern oder das Pulver selbst bestehen aus Keramiken oder aus Metallen. Klassische Keramiken sind Mullit, Cordierit, Siliziumcarbid (SiC) und Aluminiumtitanat. Bei Metallen verwendet man hauptsächlich hochfeste Chrom-Nickel-Stähle. Teilweise werden in neueren Entwicklungen auch unterschiedliche Werkstoffe kombiniert.

Die porösen Wände können im Filter auf unterschiedliche Art angeordnet sein. Bei Fasern und Metallpulver werden eher flächige Filterwände aufgebaut, die in Rohren, Taschen oder Bälgen angeordnet werden. Bei aus Keramikpulver hergestellten Filtern wird eine Kanalstruktur verwendet, wobei die Kanäle wechselseitig verschlossen sind. Das Abgas wird dadurch gezwungen, die poröse Wand zu durchströmen. Durch den Produktionsprozess lassen sich verschiedene Geometrien oder Eigenschaften des Filtermaterials erzeugen. Besonders von Bedeutung sind die Wandstärke, Zelldichte, mittlere Porengröße und das Porenvolumen.

Durch die Ablagerung der Partikel an der Oberfläche bzw. im Inneren der Filterwand steigt der durch den Abgasvolumenstrom erzeugte Differenzdruck über den Filter an. Bei Erreichen eines Schwellwertes, wenn also eine bestimmte Rußmasse eingelagert ist, wird die Regeneration des Filters eingeleitet.

Moderne Filter weisen im Substrat eine Porengröße von 10 µm auf. Damit sind die Poren zwar deutlich größer als das zu filtrierende Partikelspektrum, aber die Partikel lagern sich beim Durchtritt an die poröse Wand an, wodurch ein Oberflächenfiltrat entsteht, an dem sich in der weiteren Folge der sogenannte Filterkuchen aus weiteren abgeschiedenen Partikeln bildet.

Die Abscheidung im Filter erfolgt damit nicht durch Filtration sondern durch Diffusion und Adhäsion, also Umlenkung und Anhaftung am inneren Substrat. Die Wirkungsgrade, bezogen auf die Partikelmasse und Anzahlverteilung, liegen damit auch bei ultrafeinen Nanopartikeln > 20 nm im Bereich von 90 bis zu 99,9 %.

Alle für die Feinstaubdiskussion relevanten Bereiche wie PM₁₀, PM_2,5, PM₁ und PM_0,1 (siehe Feinstaub) werden mit einem modernen Wandstromfilter wirkungsvoll reduziert.

Regeneration

Die Regeneration des Filters erfolgt durch Verbrennung der eingelagerten Partikel. Die Regeneration wird notwendig, wenn durch die Partikelbeladung ein zu hoher Abgasgegendruck den Abgasausstoß zu stark behindert. Eine einfach zu erfassende Messgröße, die es erlaubt, die Höhe der Beladung des Filters zu erkennen, ist der Differenzdruck über den Filter. Die Überwachung des Differenzdrucks sowie die Einleitung und die Steuerung der Regeneration werden durch die Motorsteuerung des Dieselmotors durchgeführt.

Die Regeneration findet abhängig von Fahrprofil im Zyklus von mehreren hundert Kilometern statt. Unter günstigen Umständen (Autobahnbetrieb) wird eine vom Motorsteuergerät eingeleitete Regeneration erst nach deutlich höheren Laufleistungen notwendig oder sogar gar nicht, unter ungünstigen Umständen (Kurzstreckenverkehr) kann es zu Problemen mit der Beladung des Filters kommen. Je nach Fahrzeugtyp wird dies dem Fahrer angezeigt. Von der Regeneration merkt der Fahrer nichts, die Motorleistung wird davon nicht beeinträchtigt. Im Filter wird der Dieselruß bei der Regeneration in CO₂ umgewandelt.

Wie bei jeder chemischen Reaktion wird zur Verbrennung der angesammelten Partikel eine bestimmte Temperatur benötigt. Da Ruß hauptsächlich eine Art des Kohlenstoffs darstellt, handelt es sich bei der Regeneration um eine exotherme Oxidation, was unter Umständen nach dem Zünden des Rußes ein selbstständiges weiteres Abbrennen ermöglichen kann. Die notwendige Abgastemperatur für eine Regeneration liegt (abhängig von der Durchführung "additivunterstützt" oder "katalytisch unterstützt", siehe unten) bei mindestens 500-550 °C. Die Abgastemperatur beim Dieselmotor ist normalerweise relativ niedrig, gegenüber den Temperaturen von 700-800 °C bei Nennleistung kann sie beispielsweise im Stadtverkehr auf Werte von unter 200 °C fallen. Zur Durchführung der Regeneration über eine ausreichend hohe Abgastemperatur gibt es unter anderem folgende verschiedene, auch kombinierbare Techniken:

Nacheinspritzung (innermotorisch und Abgasstrang)

Bei der Expansion während des Verbrennungstaktes wird Kraftstoff eingespritzt. Wegen der späten Lage dieser Einspritzung im Verbrennungsvorgang wird diese Einspritzung unter anderem späte Nacheinspritzung genannt. Weil diese Einspritzung physikalisch bedingt einen schlechten Wirkungsgrad hat, steigt die Abgastemperatur, entweder direkt oder über einen nachgeschalteten Oxidationskatalysator. Alternativ zur innermotorischen Einspritzung gibt es Systemlösungen, die den Kraftstoff mittels einer Dieseldosierpumpe über eine Zerstäubungsdüse vor den Oxidationskatalysator - unabhängig vom jeweiligen Fahrzustand - einbringen. Das hat den großen Vorteil, dass die Gefahr der Motorölverdünnung (gerade mit zunehmendem Anteil der Beimischung von Biokraftstoffen problematisch) nicht besteht und sich das Fahrverhalten bzw. das Ansprechverhalten des Motors während der Regeneration nicht ändert. Eine weitere Möglichkeit der Nacheinspritzung ist das Einbringen von Kraftstoffdampf über einen Kraftstoffverdampfer (Vaporizer). Das hat den Vorteil, dass der Kraftstoff nicht erst auf einer dann relativ langen Strecke im Abgasstrang verdampft werden muss sondern direkt kurz vor dem Oxidationskatalysator vorverdampft eingebracht wird. Damit wird die Gefahr der Beschädigung des Oxidationskatalysators durch auftreffende Kraftstofftropfen deutlich reduziert.

Oxidationskatalysator

Ein Oxidationskatalysator kann unter gewissen Bedingungen die Abgastemperatur entscheidend erhöhen. Einflussgrößen hierfür sind die Menge der katalytischen Beschichtung und die Abgaszusammensetzung. Um eine deutliche Temperaturerhöhung des Abgases am Oxidationskatalysator zu erzielen, ist neben einer hohen Konzentration von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) ein hinreichender Restsauerstoffgehalt notwendig. Insbesondere die HC-Konzentration lässt sich beispielsweise durch innermotorische Nacheinspritzung oder Kraftstoffeinbringung in den Abgasstrang durch ein vor dem Oxidationskatalysator angeordnetes Dosierventil stark erhöhen.

Heizspirale

Auch durch den Einsatz einer Heizspirale, die vor dem Filter installiert wird, kann das Abgas ausreichend erhitzt werden. Die Durchführbarkeit im Pkw ist jedoch zurzeit recht eingeschränkt, da mit dem üblichen 12-V-Bordnetz die notwendigen hohen elektrischen Heizleistungen nur unter Schwierigkeiten zur Verfügung gestellt werden können.

Additivunterstützte Regeneration

Mit Hilfe eines Kraftstoff-Zusatzes (Additiv) wird die notwendige Temperatur zur Verbrennung der Partikel im Filter von mehr als 600 °C auf 500-550 °C reduziert. Das Additiv wird in einem separaten Tank im Fahrzeug mitgeführt, es muss in großen Abständen im Rahmen der Wartung aufgefüllt werden.

Bei den in Pkw üblichen Systemen wird das Additiv beim Tankvorgang automatisch dem Dieselkraftstoff in einem definierten Verhältnis mit Hilfe einer Pumpe beigemischt. Eine deutlich sicherere Methode ist der Einbau einer Dosieranlage zum Beispiel mittels Dosierpumpe, die das Mischungsverhältnis auf den jeweils aktuellen Abgasdruck vor dem Filter abstimmt. Dadurch wird immer nur die Menge Additiv dem Diesel zugemischt, die für eine erfolgreiche Regeneration notwendig ist. Die Ascheeinlagerung in den Filter wird durch diese Technik reduziert und die Wartungsintervalle werden verlängert. Trotzdem fällt bei additivgestützten Systemen mehr Asche an als bei Systemen, die ohne Additiv auskommen.

Neben den Fahrzeugen von Peugeot und Citroën mit FAP-Technik wurde diese Technik auch bei Land- und Baumaschinen, Gabelstaplern, fest installierten Aggregaten sowie einigen LKW verwendet.

Katalytische Regeneration

Als alternative Technologie zur additivunterstützten Regeneration hat sich die katalytisch unterstützte Regeneration bei Pkw etabliert. Hierbei ist der Filter ähnlich einem Oxidationskatalysator katalytisch beschichtet. Dieser Filter wird als „coated“ DPF, „coated“ RPF, CSPF oder CSF (Catalysed Soot (Particle) Filter = katalytischer Ruß-(Partikel-)Filter) bezeichnet. Er wirkt auf zweifache Weise:

Bei der passiven Regeneration erfolgt bei genügend hohen Temperaturen und NO2-Konzentrationen - vor allem im überwiegenden Autobahnbetrieb - eine permanente Umwandlung des Rußes zu CO₂. Dieser Vorgang geschieht in einem Temperaturbereich von 350-500 °C und läuft ohne besondere Maßnahmen nach dem CRT-Prinzip kontinuierlich ab (CRT: Continuous Regenerating Trap = kontinuierlich regenerierende (Partikel-)Falle).

Bei längerem Betrieb mit geringer Last - wie etwa im Stadtverkehr - erfolgt alle 1000-1200 Kilometer oder bei einem von entsprechenden Sensoren bestimmten maximalen Beladungsgrad eine aktive Regeneration durch Erhöhung der Abgastemperatur auf 600 °C per Nacheinspritzung. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in der geringeren CO-Sekundäremission, viel weniger Ascherückstand im Partikelfilter, dem Entfall des zusätzlichen Tanks für das Additiv, und einem weiter verbesserten Wirkungsgrad bei geringerem Mehrverbrauch in Bezug auf einen normalen Wandstromfilter. Dies wird auch als Geregeltes Geschlossenes System bezeichnet und mittlerweile von allen Herstellern ab Werk favorisiert.

Asche

Die Verbrennung der Partikel im Diesel-Partikel-Filter erfolgt nicht rückstandsfrei. Die im Motoröl und im Dieselkraftstoff enthaltenen Additive führen nach hoher Fahrzeug-Laufleistung zu einer Ascheablagerung im Filter. Ebenso führt der Metallabrieb im Motor zu Aschebildung. Diese erhöht den Abgasgegendruck des Filters und damit den Kraftstoffverbrauch. Die Asche muss nach hohen Laufleistungen (in der Größenordnung von 100.000 km oder auch wesentlich mehr) durch Rückspülen des Filters entfernt werden. Die Verwendung moderner Motoröle (sogenannte Low Saps mit wenig Schwefel, wenig Phosphor) kann die Aschebildung vermindern. Der Einsatz schwefelfreier Kraftstoffe hat einen ähnlichen Effekt.

Effizienz

Allen Wandstromfiltern gemein ist eine langzeitstabile, sehr hohe Abscheiderate (mehr als 95 %) der gesamten Partikelmasse und eine geringe Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Diese Erhöhung ist einerseits durch die Regeneration bedingt (zusätzlicher Verbrauch durch Nacheinspritzung beziehungsweise elektrischer Mehrverbrauch durch Heizspirale) und andererseits durch den von den im Filter eingelagerten Partikeln verursachten höheren Abgasgegendruck.

Durchflussfilter

Mehrere Hersteller bieten mittlerweile Durchflussfilter (auch Offenes System genannt) zur Nachrüstung an. Typischerweise besteht ein Durchflussfilter aus dünnen Stahlfolien mit gezielter Strömungsleittechnik, in denen die Partikel vom Abgas getrennt und zur Anlagerung auf die innere Oberfläche des Filters gebracht werden. Bei genügend hohen Temperaturen und NO₂-Konzentrationen werden die dort angelagerten Partikel nach dem sogenannten CRT-Prinzip kontinuierlich regeneriert (CRT: "Continuous Regenerating Trap" = Kontinuierlich regenerierende (Partikel-) Falle).

Vergleich zum Wandstromfilter

Da das Abgas in einem Durchflussfilter keine feinporöse Wand durchdringen muss, ist der Filtrationswirkungsgrad – insbesondere für die kleinste (aber bei modernen Dieselmotoren im Normalbetrieb häufigste) Partikelfraktion mit einem Durchmesser unter 100 nm – deutlich geringer. Die Senkung der gesamten Partikelmasse beträgt nur 30 bis 40 % (etwa 90% der Partikelzahl). Vorteilhaft wirkt sich jedoch die nur geringe Erhöhung des Abgasgegendrucks aus, was dazu führt, dass der Kraftstoffverbrauch nicht oder nur wenig erhöht wird. Bei einer Nachrüstung mit Durchflussfiltern sind wegen ihrer kontinuierlichen Regeneration neben dem Einbau des Abgasnachbehandlungssystems keine weiteren Änderungen am Fahrzeug notwendig. Die Nachrüstung ist somit zwar in der Anschaffung und im Betrieb kostengünstiger, aber nicht unbedingt kosteneffizienter.

Nachrüstung

  Prinzipiell kann jedes Abgassystem von Dieselmotoren mit Filter ausgestattet werden. Für Schweizer Baumaschinen ist schon seit Jahren der Wandstromfilter vorgeschrieben. Ähnlich verhält es sich in Deutschland für Gabelstapler, die im Innenbereich bewegt werden. Hier hat die Berufsgenossenschaft den Einbau vorgegeben.

PKW

Durchflussfilter als Nachrüstsatz verschiedener Hersteller sind für viele Fahrzeugtypen erhältlich, wie beispielsweise die Eigenentwicklung von Twin-Tec. Durchflussfilter sind deutlich günstiger als Wandstromfilter, haben aber einen deutlich geringeren Wirkungsgrad.

Wandstromfilter wurden von HJS als Nachrüstkit entwickelt und sind auf dem Markt erhältlich, aber leider nur für ÖPNV und Lkw. Der Wandstromfilter SMF® Jetfilter® (geschlossenes System) wird nicht für Pkw angeboten, weil er derzeit 5.000 Euro kostet (laut HJS Stand: 02/2007).

Steuervorteile

In Deutschland wird die Nachrüstung von dieselbetriebenen Pkw mit Partikelfiltern steuerlich gefördert. Der Deutsche Bundestag hat am 1. März 2007 den Gesetzentwurf für ein Viertes Gesetz zur Änderung des Kraftfahrzeugsteuergesetzes (BT-Drs. 16/4010) entsprechend der Beschlussempfehlung des Finanzauschusses (BT-Drs. 16/4449) angenommen. Der Bundesrat hat dem Gesetzentwurf am 9. März 2007 ebenfalls zugestimmt. Das Gesetz ist zum 1. April 2007 in Kraft getreten. Nachträglich eingebaute Dieselrußpartikelfilter werden rückwirkend bis zum 1. Januar 2006 gefördert. Für Diesel-Pkw, die bis Ende 2006 erstmals zugelassen worden sind und nach Einbau eines Filters nachweislich bestimmte Grenzwerte der Feinstaubemissionen einhalten, wird bis Ende 2009 ein Kfz-Steuernachlass von bis zu 330 Euro gewährt werden.

Ab dem 1. April 2007 erhöht sich zudem für nicht umgerüstete Diesel-Pkw mit Erstzulassung bis 31. Dezember 2006 die KFZ-Steuer um 1,20 Euro je angefangene 100 cm³ Hubraum. Für den Halter eines Diesel-Pkw mit 2000 cm³ Hubraum ist das eine jährliche Mehrbelastung von 24 Euro. Der Steueraufschlag ist vorerst bis zum 31. März 2011 begrenzt.

Diesel-Neuwagen ohne Partikelfilter mit Zulassungsdatum 1. Januar 2007 oder später werden ebenfalls mit dem Steueraufschlag belegt. Es sei denn, sie halten den zukünftigen Euro-5-Grenzwert für Partikelmasse von 0,005 g/km ein.

Entgegen anderslautenden Forderungen wird nur der nachträgliche Einbau eines Rußpartikelfilters steuerlich gefördert. Fahrzeuge, die bereits ab Werk mit einem entsprechenden Filter ausgerüstet sind, fallen nicht unter das Gesetz und werden somit auch nicht steuerlich gefördert.

Dieselfahrzeuge ohne Filter erleiden gegebenenfalls durch Steuernachteile und mögliche Fahrbeschränkungen einen Wertverlust. Umgekehrt steigert ein Filter den Verkaufswert.

In Österreich gibt es seit dem 1. Juli 2005 eine staatliche Förderung von Fahrzeugen mit Filter. So reduziert sich die NoVA um 300 Euro für alle Diesel-Fahrzeuge mit Filter welche bis zum 30. Juni 2007 zugelassen werden. Diese letztgenannte Reduktion wurde um ein Jahr verlängert (somit noch gültig für alle Zulassungen bis 30. Juni 2008).^[1] Für Diesel-Autos ohne Filter erhöhte sich die NoVA um 0,75 % (jedoch höchstens 150 Euro). Am 1. Juli 2006 wurde dieser Malus verdoppelt und beträgt nun 1,5 % (jedoch höchstens 300 Euro). Der Bonus wird nur bei Einhaltung bestimmter Grenzwerte gewährt, welche bei Nachrüstung in der Regel nicht eingehalten werden können. Jedoch fördern dies teilweise Ländern und Gemeinden.

Partikelminderungsstufen

Durch die Einführung der so genannten Feinstaubverordnung wird die Kennzeichnung von Kraftfahrzeugen nach der Höhe ihrer Partikelemission bundesweit einheitlich geregelt. Hiernach können Diesel-PKW durch Nachrüstung mit Partikelfiltern bestimmte Grenzwerte erreichen, die zu einer Einstufung in eine Partikelminderungsstufe führen und als Kriterium für Plakettenvergabe (grün oder gelb) in Deutschland gelten. Die Grenzwerte PM1 bis PM3 werden durch die so genannten offenen Partikelfiltersysteme erreicht, die den Partikelmassenausstoß bei weitem nicht bis auf das Niveau von 0,001 g/km wie bei geschlossenen Partikelfiltersystemen senken.

• PM1: Euro-1- und Euro-2-Diesel-Pkw können dadurch die Grenzwerte für Euro-3 erreichen, nämlich einen Partikelmassenausstoß von weniger als 0,05 g/km .
• PM2: Euro-3-Diesel-Pkw können die Grenzwerte für Euro-4 erreichen, nämlich eine Partikelmassenausstoß von weniger als 0,025 g/km.
• PM3: Euro-4-Diesel-Pkw, die bisher einen Grenzwert von 0,025 g/km einhalten, erreichen dadurch den halbierten Euro-4-Grenzwert von 0,0125 g/km.
• PM4: Euro-4-Diesel-Pkw halten dadurch die Grenzwerte für Euro-5 ein, nämlich einen Partikelmassenausstoß von weniger als 0,005 g/km.
• PM5: gilt für Euro-3- und Euro-4-Diesel-Pkw, die ebenfalls die Grenzwerte für Euro-5 einhalten.

Geschichte

Erste Experimente mit Abgasreinigungsanlagen fanden bereits während des Ersten Weltkrieges statt, allerdings nicht zum Zweck des Umweltschutzes, sondern zur Tarnung. Die ersten dieselangetriebenen Schiffe und U-Boote verrieten sich durch weithin sichtbare Rußfahnen. Man sprühte Aceton in die Abgasanlage und führte das dabei entstehende Gemisch zurück in den Verbrennungsprozeß. Die Erfolge waren jedoch mäßig.

Bei unter Tage oder in großen Hallen eingesetzten Dieselmotoren und -fahrzeugen sind Filter seit den 1970er Jahren üblich. Die Verwendung dieser auch für jeden Motor individuell erhältlichen Filter wird jedoch durch bürokratische Hürden außerhalb dieses Einsatzbereiches verhindert.

Mercedes-Benz brachte 1985 ein Fahrzeug (300 SD) mit Filter auf den Markt. Dieses ausschließlich für den amerikanischen Markt bestimmte Modell hatte jedoch ernsthafte Probleme mit der Dauerhaltbarkeit des Filters. Deshalb wurde die Produktion schon 1988 eingestellt.

Nachdem führende Automobilhersteller auf die Einführung von Filtern jahrelang verzichtet hatten, kam der Durchbruch für die Technologie im Jahr 2000, als Peugeot den 607 serienmäßig mit einem Filter ausstattete. Hersteller des verkaufsfertigen Filters (frz. Abkürzung = FAP) war neben der in Deutschland ansässigen Firma Tenneco der Zulieferer Faurecia, der sich mehrheitlich im Besitz des PSA-Konzerns befindet. Es handelte sich hierbei um einen Wandstromfilter mit additivunterstützter Regeneration. Die Filterelemente selbst bestehen aus Siliziumkarbid und werden von den Keramikfirmen IBIDEN und NGK hergestellt. Die seit dem 1. Januar 2005 gültige Abgasnorm Euro 4 erfüllte der Peugeot 607 jedoch trotz Filter noch nicht- die Grenzwerte der Euro 4 Norm bei Rußpartikeln wurden zwar um ein Vielfaches unterschritten, die Stickoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen waren aber noch zu hoch. 2003 brachten Tenneco und Faurecia eine neue Generation von Filtern auf den Markt, nunmehr mit katalytischer Regeneration. Diese Filter entsprachen bereits der Euro 4 Norm, damit ausgerüstete HDI (High Pressure Direct Injection = Common-Rail-Einspritzung) Dieselmotoren wurden anlässlich der IAA 2003 von PEUGEOT vorgestellt. Auf Grund der stark gestiegenen Nachfrage kam es in 2004 zu Kapazitätsengpässen bei der Filterproduktion. Daraufhin haben die Hersteller der Filterelemente auf Drängen der Automobilhersteller innerhalb kürzester Zeit die Fertigungskapazitäten vervielfacht.

Aktuelle Diskussion über Feinstaub

Der Filter stellt sicherlich die technisch einfachste Lösung dar, um die krebserregenden Partikel in den Emissionen von Dieselmotoren massiv zu reduzieren. Dennoch sollte das Verbesserungspotential bei der Feinstaubbelastung durch den Filter nicht überschätzt werden, da der Anteil des Straßenverkehrs (Pkw und Nutzfahrzeuge) an der Feinstaubbelastung für Partikel < 10 µm lediglich 17 % im Bundesdurchschnitt beträgt (Quelle: SPIEGEL 14/05).

In der öffentlichen Diskussion bisher weitgehend außer Acht gelassen wird die Tatsache, dass bei Zunahme von direkteinspritzenden Otto-Motoren („Benziner“) eine neue Feinstaubquelle entstehen kann. Diese Zusammenhänge wurden bereits in einer Studie des Umweltbundesamts Berlin im Juli 2003 offengelegt. ^[2] Eine ältere Messung des Schweizer VW-Importeurs AMAG kam für einen gemessenen FSI-Motor auf etwas höhere Partikelwerte gegenüber einem Saugrohreinspritzer.^[3]

Mit Filter ist die Verwendung von reinem Biodiesel (RME) nicht bzw. nur eingeschränkt möglich. Eine CO₂-Reduzierung lässt sich dann nur durch Beimischung von RME oder BTL zum mineralischen Diesel realisieren, die nach entsprechender EU Richtlinie bereits in der Raffinerie mit bis zu 5% durchgeführt wird.

Grenzwertüberschreitungen in den Städten

Die Überschreitungen der von der Europäischen Union vorgegebenen Grenzwerte sind dagegen tatsächlich auf den Kraftverkehr als Hauptverursacher zurückzuführen. Der Stadtverkehr trägt zur lokalen Belastung oftmals zu mehr als 50 Prozent bei, wie die Messungen der einzelnen Städte belegen. An den Orten mit Grenzwertüberschreitungen liegt der Anteil in der Regel noch mal deutlich höher. Hinzu kommt, dass im Stadtverkehr durch das häufige Anfahren mehr Partikel emittiert werden. Gemessen werden bisher allerdings nur die PM₁₀-Werte und nicht die noch feineren kanzerogenen und abgastypischen Partikel.

Maßnahmen

Es kommen kommunal sehr viele Möglichkeiten in Betracht, die lokale Feinstaubbelastung zu entschärfen. Obwohl in Deutschland die Feinstaubproblematik von allen EU-Mitgliedsstaaten am schlimmsten ausgeprägt ist, werden hier jedoch nur zögerlich Maßnahmen zu Reduktion ergriffen. In Griechenland oder Italien zum Beispiel sind in den Großstädten sogar zeitliche Fahrverbote über alle Fahrzeugklassen hinweg in Anwendung. Athen etwa lässt in die Innenstadt tageweise wechselnd nur Fahrzeuge mit geraden beziehungsweise ungeraden Nummernschildzahlen einfahren. Bei den in Europa bis jetzt eingerichteten Citymautsystemen (z. B. London) wird unter anderem nach Emissionsklassen unterschieden.

Für München gilt: Ab 1. Oktober 2007 dürfen Autos nur noch innerhalb des mittleren Ringes fahren, wenn sie mindestens die Euro-2-Norm erfüllen; ab 1. Oktober 2008 nur noch, wenn sie mindestens die Euro-3-Norm erfüllen. Für Dieselmotoren heißt das, dass sie D3 oder besser erfüllen müssen.

Für Maßnahmen siehe auch Feinstaub Reduktion.

Umweltaspekte der Filter

• Filter (sog. Geschlossene Systeme) reduzieren den Ausstoss von Feinpartikeln fast vollständig.
• Wie für jedes Bauteil werden für die Herstellung und Entsorgung Ressourcen belastet.
• Filter erhöhen den Verbrauch geringfügig, insbesondere bei der Regeneration.

Anwendung von Biodiesel

Die Partikelfilterhersteller HJS (VW-Lieferant) und Twin-TEC (Freie Werkstätten) haben ihre Nachrüstpartikelfilter für den Betrieb mit Biodiesel freigegeben. Für den Betrieb mit Biodiesel ist daher entscheidend, ob das Fahrzeug für diesen Kraftstoff freigegeben ist - dies ist bei vielen VW-, Skoda-, und SEAT-Fahrzeugen laut Betriebsanleitung der Fall. Einer Nachrüstung und damit Weiterbetrieb mit Biodiesel steht damit nichts im Wege. (Quelle: Arbeitsgemeinschaft Qualitätsmanagement Biodiesel e.V.)

Europäische Abgasnormen

Zur Reduzierung der Rußpartikel aus Dieselmotoren aus Personenkraftwagen verschärft die Europäische Union (EU) seit 1993 die Abgasnormen für Partikel im Prüfzyklus NEDC folgendermaßen:

• Euro-1 (1993): 140 mg Partikel/km
• Euro-2 (1997): 80/100 mg Partikel/km (Dieselmotoren mit Direkteinspritzung 100 mg/km, bei indirekter Einspritzung 80 mg/km)
• Euro-3 (2001): 50 mg Partikel/km
• Euro-4 (2005): 25 mg Partikel/km
• Euro-5 (2009): 5 mg Partikel/km
• Euro-6 (2014): 5 mg Partikel/km

Das Europäische Parlament billigte am 13. Dezember 2006 in Straßburg die Euro 5 und Euro 6 Abgasnormen.

Der Partikelgrenzwert von 5 mg/km soll ab Euro-5 auch für mager betriebene und direkt einspritzende Ottomotoren gültig sein. Mager bedeutet hier, dass bei der Verbrennung (wie beim Dieselmotor) mehr Luft im Brennraum zur Verfügung steht, als dies für eine vollständige Verbrennung notwendig ist (Lambda >1). Konventionelle Ottomotoren hingegen werden meist mit einem konstanten Lambda von 1 betrieben. Dieser Partikelgrenzwert für Ottomotoren könnte dazu führen, dass solche Fahrzeuge zur Zertifizierung nach Euro-5 ebenso mit einem Filter ausgestattet werden müssten.

Kraftfahrzeuge mit Filter ab Werk

Größere Dieselmotoren werden heute grundsätzlich mit Filter angeboten. Nur bei Kleinwagen gibt es eine Wahlmöglichkeit, da die Grenzwerte bei kleinen Motoren auch ohne Filter eingehalten werden können. Manche Hersteller bieten aber immer noch die Ausrüstung mit offenen Filtern an. Da diese aber nicht mehr dem Stand der Technik entsprechen, sollten nur geschlossene Filter mit entsprechender Motorsteuerung gewählt werden. Diese Systeme weisen nur einen geringen Kraftstoffmehrverbrauch auf.

Zweifel an der Wirksamkeit

Zweifel an der Technik mancher Diesel-Rußfilter bestehen dahingehend, dass zwar Rußanteile vermindert werden, aber der Ausstoß von Stickstoffoxiden (NO_x) erhöht wird, welche stark allergieauslösend sein können. Daher könnte diese Technik beträchtliche, bis dato nicht weiter beachtete negative Auswirkungen haben. Erst kürzlich wurde von Dr. Ulrich Pöschl und Dr. Michael Weller (Technische Universität München) eine längst bekannte Theorie erneut aufgeworfen. Dabei bewiesen sie, dass natürliche Proteine mit Stickstoffoxiden und Ozon reagieren und effizient nitriert werden. Die entstehenden Nitroproteine enthalten anstatt der natürlichen Aminosäure Tyrosin das chemisch modifizierte Derivat Nitrotyrosin. Nitrierte Proteine rufen, laut immunologischen Studien, besonders starke allergische Reaktionen des menschlichen Immunsystems hervor. Diese Vermutung bestätigt sich durch erste Ergebnisse gezielter biochemischer Experimente.

Einige Experten zweifeln ebenso an der versprochenen Wirkung von nachgerüsteten Filtern. Techniker der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in Dübendorf (Schweiz) prüften einen VW Touran 1.9 TDI vor und nach Ausstattung mit einem sog. "offenem" Filtersystem. Wie Spiegel-Online am 29. Januar 2007 berichtete, verringerte sich die Rußbelastung der Abgase durch den Filtereinbau um knapp 40 Prozent - dies entspricht jedoch den Spezifikationen, da es sich um einen Nachrüstfilter handelt (siehe unter "Vergleich zum Wandstromfilter"). Allerdings beobachteten die Experten eine geringfügige Steigerung des Stickstoffoxid-Ausstoßes (NO_x).

Siehe auch

• Feinstaub, Dieselruß
• PM-Kat

Literatur

• David Krahlisch: Lobbyismus in Deutschland - Am Beispiel des Dieselpartikelfilters, VDM Verlag Dr. Müller, Saarbrücken 2007, ISBN 978-3-8364-2316-8

Quellen und Einzelnachweise

1. ↑ Bundesgesetzblatt für die Republik Österreich Nr. 65/2007 vom 31. Juli 2007 (Einzelnachweis zur Verlängerung der Steuerbegünstigung bis Juni 2008)
2. ↑ Studie des UBA; Punkt 4.2.2
3. ↑ Messung des Schweizer Importeurs AMAG