Katalytische Regeneration von Diesel-Partikelfiltern – Phase 2 (GLYCOCAT Phase 2)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 292.17.09

Schlüsselwörter (Deutsch)

Partikelfilter, CRT-System, Glycoleindüsung, GLYCOCAT, umtec

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Partikelfilter in Dieselfahrzeugen enthalten einen porösen Keramikblock, in dem die Russpartikel zurückgehalten werden. Damit der Partikelfilter nicht verstopft, muss der abgesetzte Russ von Zeit zu Zeit verbrannt werden (=Regeneration). Besonders zuverlässig funktionieren aktive Regenerationssysteme, bei denen die Abgastemperatur erhöht wird. Allerdings sind diese Systeme nicht sehr praktisch für die Nachrüstung und teuer. Bei der passiven Regeneration wird vor dem Partikelfilter ein Oxidationskatalysator installiert. Dieser produziert Stickstoffdioxid, welches so stark oxidierend ist, dass es den Russ in den Filterporen verbrennt (CRT-System). Die passive Regeneration funktioniert jedoch nur bei Abgastemperaturen >220°C zuverlässig.
Im vorliegenden Projekt wird ein passives Regenerationssystem mit einer zusätzlichen aktiven Einrichtung ausgerüstet, die in Fällen, in denen der Partikelfilter mit Russ voll beladen ist, aber die Betriebstemperatur für die passive Regeneration nicht ausreicht, eine aktive Notregeneration ermöglichen soll. Mit einem solchen System könnte zusätzlich der Ausstoss des ozonbildenden NO2, das zur Filterregeneration in CRT-Systemen benötigt wird, verringert werden.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Abgasparameter eines geeigneten Fahrzeugs im Normalbetrieb mit einem konventionellen CRT-System und mit einem CRT-System mit reduzierter Platinbeschichtung und Glycoleindüsungsvorrichtung.

2. System zur Regelung der Glycoleindüsung.

3. GLYCOCAT-System, mit dem bei einem Fahrzeug im Normalbetrieb mindestens fünf Regenerationen durchgeführt wurden, ohne dass ein manueller Eingriff notwendig war.

Projektziele (Deutsch)

In diesem Projekt wird ein System zur Notregeneration von passiven Regenerationssystemen bei Diesel-Partikelfiltern entwickelt, bei dem Glycol in das Abgas eingedüst und auf einem Oxidationskatalysator exotherm umgesetzt wird.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Ein mit einem CRT ausgerüsteter IVECO-Kleintransporter wurde mit den GLYCOCAT-Komponenten ausgerüstet. Messungen im Leerlauf zeigten, dass auf dem Versuchsfahrzeug Regenerationen im Stillstand wegen zu tiefer Abgastemperatur nicht möglich sind. Daher wurde auf eine Regeneration während des dynamischen Fahrbetriebes abgezielt, wobei Abgastemperaturen von durchschnittlich 220°C erreicht wurden. Ein Mikroprozessor überwachte und regelte die Glykolzugabe, sodass eine vollständige Regeneration unter dynamischen Betriebsbedingungen (Autobahn und Überlandstrassen) innert 15 Minuten erzwungen wurde. Die motorseitige Abgastemperatur von 220°C wurde hierbei auf eine endrohrseitige Temperatur von 550°C angehoben. Der Erfolg der Regeneration war anhand der Abnahme des Gegendruckes deutlich sichtbar.

In diesem Projekt wurde aufgezeigt, dass eine Notfallregeneration von CRT-Systemen durch den GLYCOCAT auf einem Fahrzeug unter dynamischen Betriebsbedingungen funktioniert. Die Versuche auf der Autobahn und auf Überlandstrassen zeigten, dass eine Regelung in der Lage ist, die Eindüsung mit Glykol so zu beeinflussen, dass auch bei tiefen motorseitigen Abgastemperaturen die zur Regeneration des Filters notwendige Temperatur von 550°C erreicht und gehalten werden kann.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Der GLYCOCAT ist aus Sicht des UMTEC soweit entwickelt, dass interessierte Hersteller von CRT oder ähnlichen Partikelfiltern den GLYCOCAT zu einem für ihre Anwendungen angepassten Produkt fertigentwickeln können. Mehrere Anfragen von Interessenten haben gezeigt, dass viele CRT-Systeme im Einsatz sind, bei denen der Partikelfilter infolge zu tiefer Abgastemperaturen „verstopft“.

Da der GLYCOCAT durch das UMTEC, bzw. die Fachhochschule Rapperswil, mit einer Patentanmeldung geschützt ist, soll die Technologie gegen Zahlung von Lizenzgebühren wirtschaftlich verwertet werden. Die Lizenznehmer sind dazu berechtigt, Partikelfilter aus eigener Produktion mit den GLYCOCAT aufzurüsten. Sie sind hingegen nicht dazu berechtigt bereits installierte Partikelfilter Dritter mit dem GLYCOCAT nachzurüsten. Für solche Systeme plant das UMTEC in einem Nachfolgeprojekt ein völlig eigenständiges Nachrüst-System zu entwickeln.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Das UMTEC beabsichtigt den GLYCOCAT in einem Nachfolgeprojekt (GLYCOCAT III) als Nachrüstsatz für bereits installierte Filter weiter zu entwickeln. Dabei wird insbesondere auf die die Regelung des Systems fokussiert und diese auf einem Datenlogger der Firma CPK Automotive so programmiert, dass das System völlig autonom und losgelöst von dem bereits an Bord installierten Logger arbeitet. Anschliessend wird das GLYCOCAT-System auf verschieden Fahrzeugen mit unterschiedlichen Einsatzgebieten (on-road: Bus, LKW / off-road: Bagger, Dumper) getestet werden, damit ein breites Repertoire an Referenzprojekten zu Verfügung steht.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

In "Umwelt Perspektiven" (Dez. 2008) http://umtec.ch/dokumente/dokumente/downloads/publikationen/2008_12_01_Notfallregeneration_von_Partikelfiltern.pdf