Ist eine Diesel-Nachrüstung machbar?

Im Folgenden finden Sie einen Artikel des Journalisten Johannes Winterhagen aus der Reihe „Der Sonntagsingenieur“ aus der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung vom 04.02.2018.

SCR-Katalysatoren stehen als eine effiziente Technik zur Verfügung, um die Stickoxidemission von Dieselfahrzeugen deutlich zu mindern. Doch bei einer Nachrüstung darf nicht geschlampt werden.

Wer einmal dem fröhlich pfeifenden Daniel Düsentrieb über die Schulter schaute, weiß: Dem Ingenieur ist nichts zu schwer, zumindest solange er sich in den Grenzen der Physik bewegt und es an Talern nicht mangelt. So erreichte der Mensch den Mond mit einer Rechnerleistung, die der eines heutigen Smartphones unterlegen ist. Und so ist es auch möglich, ältere Dieselfahrzeuge technisch umzurüsten, um den Stickoxidausstoß deutlich zu reduzieren. Warum also dreht sich die Debatte so lange um eine Hardware-Nachrüstung?

Die effizienteste Technik, um Stickoxide aus der Diesel-Verbrennung zu reduzieren, ist der Einsatz eines SCR-Katalysators. SCR steht für "selektive katalytische Reduktion", und die funktioniert im Prinzip so: Dem Abgas wird Ammoniak beigemischt, das im Katalysator mit den im Abgas enthaltenen Stickstoffoxiden reagiert. Aus dem Auspuff kommen nur noch harmloser Stickstoff und Wasser. Doch die an sich gute Idee hat mehrere Fußangeln. Die wichtigste: Ammoniak ist ein Reizgas, das - im Gegensatz zu Stickoxiden - bei hohen Konzentrationen unmittelbar tödlich wirken kann. Deshalb nutzt man in einem SCR-Katalysator jene wässrige Harnstofflösung, die als Adblue mittlerweile an jeder Tankstelle zu haben ist. Sie enthält 32,5 Prozent harmlosen Harnstoff, der direkt vor dem Katalysator eingespritzt wird und sich erst dort in Ammoniak verwandelt, indem er durch den Einspritzdruck und die Temperatur in der Abgasanlage mit dem in der Lösung enthaltenen Wasser reagiert und verdampft.

Was in der Theorie so einfach klingt, bringt den Ingenieur in der Praxis ins Schwitzen.

Was in der Theorie so einfach klingt, bringt den Ingenieur in der Praxis ins Schwitzen. Denn nur wenn das Ammoniak in der richtigen Konzentration über den gesamten Querschnitt des Katalysators verteilt ist, kann es vollständig in die harmlosen Ausgangsstoffe gewandelt werden und gelangt nicht in die Umwelt. Ammoniakschlupf ist das Schreckgespenst der Abgastechniker - und der Maßstab, den man an jede Nachrüstlösung legen muss. Er ist übrigens dadurch gänzlich zu vermeiden, dass man den SCR-Kat mit einem Sperrkat kombiniert, der das Ammoniak wieder reduziert, dafür aber den Aufwand weiter erhöht. Der ist ohnehin schon immens, weil die Dosierung exakt auf den jeweiligen Motorbetriebspunkt abgestimmt werden muss.

Die nächste Herausforderung besteht darin, den SCR-Katalysator im Abgasstrang unterzubringen, und zwar so, dass er seine Mindestarbeitstemperatur von etwa 200 Grad nach einem Kaltstart rasch erreicht. Die hinsichtlich Stickoxidemissionen besten Fahrzeuge, die im Realbetrieb die Euro-6-Grenzwerte deutlich unterbieten, setzen nahezu alle auf einen motornahen Einbau des SCR-Katalysators - oder verwenden zusätzlich einen Speicherkat, der Stickoxide zunächst zwischenlagert. Dabei muss ein nachgerüsteter SCR-Kat immer hinter dem Oxidationskatalysator untergebracht werden, der nicht nur Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas fischt, sondern auch einen Teil des Stickstoffmonoxids in das weitaus reaktionsfreudigere Stickstoffdioxid umwandelt.

In den meisten Serienfahrzeugen, die für eine Umrüstung in Frage kommen, ist dafür kein Platz. Stattdessen besteht die Idee darin, den Partikelfilter auszubauen und durch eine Kombination aus SCR und Filter zu ersetzen. Grundsätzlich kann so etwas durchaus funktionieren. Doch damit sich der Partikelfilter nicht zusetzt, wenn das Fahrzeug nur im Kurzstreckenbetrieb gefahren wird, muss dieser regelmäßig freigebrannt werden. Dies geschieht, indem im Motor nach Ende der Verbrennung noch etwas Kraftstoff eingespritzt wird, der sich dann im Filter entzündet. Gesteuert wird das Freibrennen über ein virtuelles Abbild des Partikelfilters in der Motorsteuerung. Tauscht man nun den Partikelfilter, ohne in die Motorsteuerung einzugreifen - wie das mancher Nachrüster propagiert -, passen Modell und Filter nicht mehr zusammen. Ein echter Düsentrieb will so etwas nicht nur berechnen, sondern auch ausführlich testen.

Damit nicht genug: Adblue muss in ausreichender Menge mitgeführt werden, dafür braucht es einen eigenen Tank. Ab in die Reserverad-Mulde, und alles ist gut? Vermutlich steht für eine Nachrüstlösung kein anderer Bauraum zur Verfügung. Sieht man sich heutige Euro-6-Serienfahrzeuge an, fällt auf: Die Tanks sind immer außerhalb des Fahrzeug-Innenraums angebracht. Man will dem Kunden ersparen, dort mit Flüssigkeiten zu hantieren - und sich selbst, Leitungen durch den Innenraum zu verlegen, mit all den Schwierigkeiten, die das mit sich bringt. Für eine Nachrüstlösung ist das trotzdem der vermutlich beste Weg, da Veränderungen an der Karosserie bedeuten würden, die komplette Unfallsicherheit neu auszulegen, Crashversuche inklusive.

All das spricht nicht gegen eine Hardware-Nachrüstung, sondern für eine realistische Betrachtung des benötigten Aufwandes. Im Internet versprechen einzelne Anbieter eine Nachrüstung für 1500 Euro, in einigen Medien wurden sogar 1300 Euro genannt, die Bestandteil eines im Auftrag des Verkehrsministeriums erstellten wissenschaftlichen Gutachtens sein sollen. Das Gutachten ist jedoch unter Verschluss, und der Gutachter selbst widerspricht auf Anfrage der F.A.S.: "Den Aufwand dürfen Sie locker verdoppeln." Nicht berücksichtigt seien zudem die Entwicklungskosten. Und die sind nicht unerheblich. Thomas Koch vom Karlsruher Institut für Technologie schätzt, dass der Entwicklungsaufwand für eine seriöse Lösung nahe an einer Neuentwicklung liegt, und rechnet je nach Fahrzeugmodell mit bis zu 5000 Euro Gesamtkosten.

Die persönliche Kosten-Nutzen-Bilanz des Autofahrers schaut anders aus, selbst für den Fall, dass er die Kosten einer Nachrüstlösung nicht tragen muss: Das Fahrzeug muss zwei Tage in die Werkstatt, anschließend kann es bis zu fünf Prozent mehr Kraftstoff verbrauchen. Solche Kalamitäten nimmt nur in Kauf, wer der Restwert des Fahrzeuges hoch genug schätzt - und wenn sichergestellt ist, dass das Auto dann auch weiter in die Innenstadt fahren darf. Dafür freilich fehlt bis heute die Rechtssicherheit.

Autor: Johannes Winterhagen

Aus: Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 04.02.2018, Nr. 5, S. 57 / Technik und Motor

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Weiterführende Links

Wissenschaftliche Gesellschaft für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik WKM zum Diesel

Zeit-Bericht über Hardware-Nachrüstungen bei Diesel-Pkw

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