Projekt OptiMon: Umsetzung der optimierten Ammoniak-Bereitstellung für SCR-Katalysatoren im Abgas von Non-Road-Dieselmotoren (Laufzeit: 12/2018 - 04/2020)

 

 

 

Zur Minderung der NOx-Emissionen aus Verbrennungsmotoren und zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte hat sich das sogenannte SCR-Verfahren (SCR, engl. Selective Catalytic Reduction) durchgesetzt. Bei diesem Verfahren werden die Stickoxide (NOx) mittels Ammoniak (NH3) an Katalysatoren zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Das Ammoniak wird in chemisch gebundener Form als Harnstoff-Lösung (AdBlue) eingesetzt. Diese Lösung wird on-board bevorratet und in den Abgasstrom vor dem SCR-Katalysator eingespritzt. Die Freisetzung des Ammoniaks aus dieser Lösung ist ein vielstufiger Prozess, der sich im Wesentlichen aus der Verdampfung des Wassers und der thermischen Zersetzung des Harnstoffs zu Ammoniak und Kohlendioxid zusammensetzt. 

Obwohl sich die SCR-Technologie bereits in Serienanwendung befindet, steht sie nach wie vor im Fokus wissenschaftlich-technischer Untersuchungen. Einer der Gründe dafür ist die Problematik der unzureichenden Zersetzung des Harnstoffs bei niedrigen Abgastemperaturen, welche zur Bildung von unerwünschten z.T. keramikartigen Nebenprodukten führen kann. Infolgedessen können Beläge im Abgasstrang sowie auf dem SCR-Katalysator entstehen, welche die Funktionsweise des Abgasnachbehandlungssystems erheblich beeinträchtigen. Ablagerungen bewirken eine Reduzierung des zu durchströmenden Volumens bzw. eine geringere anströmbare Katalysatorfläche, wodurch sowohl die SCR-Reaktion vermindert wird als auch der Systemdruck empfindlich gestört wird. 

Diese Problematik bildete die Motivation für die Unternehmen Autotechnik GmbH Johanngeorgenstadt und Argomotive GmbH Dresden sowie für die TU Bergakademie Freiberg ein Verbundvorhaben mit dem Titel „Umsetzung der optimierten Ammoniak-Bereitstellung für SCR-Katalysatoren im Abgas von Non-Road-Dieselmotoren“ (OptiMon) durchzuführen. Das Vorhaben wird vom Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert und soll in einem Zeitraum von 18 Monaten durchgeführt werden.

In vorangegangenen Zusammenarbeiten (SAB-Projekt OptiNOx) der Verbundpartner sind bereits verschiedene strömungstechnische und chemische Lösungsansätze untersucht worden. Als Ergebnis konnten Strategien entwickelt werden, welche das Potential besitzen, die gestellte Zielstellung zu erreichen. Dazu gehören u.a. die modifizierte Auslegung des Abgasstranges einschließlich AdBlue-Einspritzdüse (z.B. Einbauort und -winkel, Strömungsführung des Abgases) und die Beschichtung relevanter Bauteile mit einer katalytisch wirksamen Komponente. Die Maßnahmen sind unter Laborbedingungen erfolgreich getestet worden. 

Das wissenschaftlich-technische Ziel des Vorhabens besteht in der Anwendung der entwickelten strömungstechnischen und chemischen Lösungsansätze in der Praxis. Dazu ist beabsichtigt, die gerätetechnische Umsetzung der optimierten Ammoniakbereitstellung für SCR-Katalysatoren in Form eines entsprechend gestalteten, prototypischen variablen Systems für definierte Anwendungen vorzunehmen und Prototypen für definierte Anwendungen auszulegen, zu bauen und zu erproben. Als Einsatzgebiet ist der Non-Road-Bereich vorgesehen. Das optimierte Verfahren soll die zuverlässige Dosierung des AdBlue bereits oberhalb 180°C zuverlässig ermöglichen. Hingegen kann AdBlue nach dem derzeitigen Stand der Technik erst bei Temperaturen größer 200 bis 230°C eingesetzt werden.