SCR-Abgasreinigung: Doping für den Katalysator

Seit über zehn Jahren sehen die gesetzlichen Regelungen zum Umweltschutz eine schrittweise Senkung der Grenzwerte von Partikeln und NOx-Emissionen bei Motoren vor. Die Grenzwerte für Abgase bei Ackerschleppern werden je nach Leistungsklasse limitiert. Dies geschieht in Europa nach der Regelung 97/68/EG Stufe IIIb, und im amerikanischen Raum entspricht das der Norm „Tier 4 Interim". Ab 2011 gilt diese für neu gefertigte Motoren über 130kW, ab 2012 für über 56kW bis 130kW und ab Oktober 2013 auch für Motoren unter 56kW. Für die Einhaltung der neuen Grenzwerte gibt es zwei Wege der technischen Umsetzung. Bei beiden Systemen werden die Schadstoffe nicht im Motor reduziert, sondern nur das Abgas wird nachbehandelt. Einige Hersteller setzen auf die SCR-Technik (Selektive katalytische Reduktion) und andere verwenden einen Partikelfilter in Verbindung mit Abgasrückführung (Exhaust Gas Recirculation, EGR).


Funktionsweise von SCR

SCR ist ein zweistufiges System. Dies bedeutet, dass der Motor im ersten Schritt ohne Rücksicht auf die Abgase auf einen optimalen Wirkungsgrad hin optimiert wird. Deshalb steigt bei Einsatz dieses Systems die Effizienz des Motors, d.h. der Kraftstoffverbrauch sinkt. Im zweiten Schritt wird in den Abgasstrom eine Harnstofflösung (sogenanntes „AdBlue") über eine Dosiereinheit eingespritzt. Im nachgeschalteten SCR-Katalysator werden die Stickoxide und die Harnstofflösung zu Stickstoff und Wasser umgewandelt (siehe Grafik 1). Der Nachteil dieses Systems ist, dass zusätzlich zum Diesel ein weiterer Betriebsstoff notwendig ist. Ein solcher Schlepper ist deshalb mit zwei separaten Tanks ausgerüstet. Der zusätzliche Tank enthält das AdBlue. Dabei handelt es sich um eine Harnstofflösung, die derzeit zu Preisen von ungefähr 30 Cent bis zu einem Euro pro Liter, je nach Abnahmemenge, angeboten wird. Zu beziehen ist es an Tankstellen, über Treibstofflieferanten und bei manchen Landtechnikhändlern.

Die Umrechnung erfolgt auf der Basis eines Dieselpreises von 1,20 € und variablem Literpreis von AdBlue. Als Grundlage wird von einem durchschnittlichen AdBlue-Verbrauch von sieben Prozent ausgegangen, das heißt, der Schlepper braucht 100 Liter Diesel und 7 Liter AdBlue. Umgerechnet dürfte somit ein Schlepper, der nur Diesel verbraucht, bei einem Ad-Blue-Preis von 0,40 € einen Mehrverbrauch von ca. 2,5 Prozent haben. Der zusätzliche Verbrauch von AdBlue liegt je nach Auslastung des Schleppers bei ca. fünf bis zehn Prozent zum Dieselverbrauch. Auch erste Messungen bestätigen bereits, dass sich der Durchschnittsverbrauch bei ca. sieben Prozent einpendelt. Will man die Kosten des SCR-Systems mit einem „nur Diesel" Schlepper vergleichen, muss man also auch den AdBlue-Verbrauch berücksichtigen. Wie sich der zusätzliche Verbrauch an Diesel in Abhängigkeit des AdBlue-Preises entwickelt, zeigt Grafik 2. Die Verbrauchsmessung für Diesel ist mit der bisherigen Messung identisch. Der einzige Unterschied ist die zusätzliche Messung des AdBlue-Verbrauches. Aus diesem Grund sind die Messwerte für den Dieselverbrauch auch mit alten Messungen der DLG vergleichbar, man darf jedoch nicht vergessen, den zusätzlichen Betriebsstoff in der Bewertung zu berücksichtigen.


AdBlue in der Praxis

AdBlue ist nach DIN 70070 (ISO 22241 1-4) eine Lösung, die aus 32,5 Prozent Harnstoff und 67,5 Prozent demineralisiertem Wasser besteht. AdBlue ist eine eingetragene Marke des Verbands der Automobilindustrie (VDA), mit der alle freigegebenen Harnstofflösungen dieser Konzentration gekennzeichnet werden. Gegenüber einem Kraftstoff besitzt AdBlue den Vorteil, nicht als Gefahrgut eingestuft zu sein. Diesbezüglich gelten für die Lagerung keine besonderen Regelungen. Aufgrund der Zusammensetzung sind einige Dinge im Umgang damit zu beachten. Der Gefrierpunkt liegt bei minus 11,5°C, und es ist nach dem Auftauen wieder verwendbar. Da sich die Lösung bei hohen Temperaturen zersetzt und sich somit die Konzentration ändert, müssen direkte Sonneneinstrahlungen bzw. hohe Temperaturen vermieden werden. Die Lagertemperatur sollte im Mittel bei 25°C liegen, dann beträgt die Haltbarkeit zwölf Monate. Am Schlepper wird der Zusatztank „klimatisiert", um AdBlue im optimalen Temperaturbereich zu halten. Da AdBlue zur Einhaltung der Abgasvorschriften nötig ist, darf das Fahrzeug nicht ohne diese Lösung betrieben werden. Die Hersteller haben deshalb technische Vorkehrungen zu treffen, um die Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Dies kann zum Beispiel durch Reduzieren der Motorleistung bei leerem AdBlue-Tank erfolgen.


Verbrauchsmessungen

Die DLG war als Entwicklungspartner an der Entwicklung mobiler AdBlue-Messtechnik zusammen mit der Firma AVL beteiligt. Deshalb ist die DLG einer der ersten, die den AdBlue-Verbrauch während der Fahrt (zum Beispiel beim PowerMix) messen kann. Das heißt, parallel zum Kraftstoffverbrauch wird der AdBlue-Verbrauch gemessen. In der Grafik 2 wird der Verbrauch von AdBlue in einen kalkulatorischen Dieselverbrauch umgerechnet.

Die Umrechnung erfolgt auf der Basis eines Dieselpreises von 1,20 € und variablem Literpreis von AdBlue. Als Grundlage wird von einem durchschnittlichen AdBlue-Verbrauch von sieben Prozent ausgegangen, das heißt, der Schlepper braucht 100 Liter Diesel und 7 Liter AdBlue. Umgerechnet dürfte somit ein Schlepper, der nur Diesel verbraucht, bei einem Ad-Blue-Preis von 0,40 € einen Mehrverbrauch von ca. 2,5 Prozent haben. (dlg)