Partektor (Machbarkeitsstudie: Messgerät zur Feldüberwachung der Partikelemissionen von Baumaschinen mit Partikelfiltern)

• Research unit: FOEN
• Project number: UTF 480.10.14

Key words (German)

Nanopartikel, Grenzwert, Verbrennungsprozesse, Dieselmotoren, Partikelfilter, Baumaschine, Partikelanzahl, Baustelle, Luftreinhaltung

Short description (German)

Es ist bekannt, dass eine gesundheitsschädigende Wirkung von Nanopartikeln ausgeht. Eine vor kurzem publizierte Studie (Beelen, 2013) zeigt, dass gesundheitsschädigende Wirkungen bereits bei Konzentrationen unter den aktuell geltenden Grenzwerten auftreten. Eine wesentliche Quelle von Nanopartikeln sind Verbrennungsprozesse, insbesondere Dieselmotoren,  die mittels Partikelfiltern effektiv reduziert werden können.

Auf Baustellen schreibt die Baurichtlinie vor, dass bei Baumaschinen die Partikelfiltern periodisch überwacht werden müssen. An festinstallierten Prüfständen kann die Partikelanzahl mit Kondensationskernzählern (CPC) gemessen und überprüft werden. Diese Technik hat sich etabliert. Sie verlangt aber gut definierte Rahmenbedingungen. Messgeräte, die einerseits so klein und portabel sind, dass sie einfach auf Baustellen eingesetzt werden können, andererseits robust genug sind um in rauen Arbeitsbedingungen einsetzbar zu sein stehen bis heute nicht zur Verfügung.

Selbst das DiSC-Messgerät, Resultat eines früheren UTF-Projektes (UTF 205.35.06), ist ungeeignet um im Baustellenbereich eingesetzt zu werden.

Im Rahmen dieses Projektes soll ein Gerät, genannt Partector, der Firma naneos particle solutions gmbh so modifiziert und erweitert werden, dass es für diesen Zweck einsetzbar wird.

Results according to contract (German)

1     Ein bestehender Partector der Firma naneos ist so modifiziert, dass eine Zusatzelektrode mit variabler Spannungsversorgung zur Partikelabscheidung, ein Verdünnungssystem und ein stationärer Koronaauflader integriert sind. Die optimalen Betriebsbedingungen sind bekannt und die Anforderungen der Verordnung des EJPD über Abgasmessgeräte für Verbrennungsmotoren (VAMV) können erfüllt werden.

 2     Daten aus Messungen des Gesamtsystems mit Laboraerosolen.

 3     Daten aus Messungen im Feld an Dieselmotoren mit und ohne Partikelfilter. Meilenstein 1.

 4     Schlussfolgerungen über die Weiterführung der Entwicklung des Partektor-Messgerätes.

 5     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 4.

 6     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

 7     Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Project aims (German)

Es soll ein handlicher, kompakter und robuster Prototyp eines Messgerätes zur Bestimmung der Anzahl Nanopartikel in der Grösse von ca 10nm bis 300nm entwickelt werden, damit die Funktionalität von Partikelfiltern von Baumaschinen im Feld überwacht werden kann.

Description of results (German)

In diesem Projekt (UTF 480.10.14) wurde in einer Zusammenarbeit der Fachhochschule Nordwestschweiz und der Firma naneos ein bestehendes Messgerät („Partector“) der Firma naneos so modifiziert, dass es eine Partikelanzahlkonzentration messen kann, und um eine Abgaskonditioniereinheit erweitert, so dass direkt Rohabgas von Verbrennungsmotoren gemessen werden kann. Das Gerät, das im folgenden „diluting Partector“ genannt wird, erfüllt bezüglich Zähleffizienz und Entfernung flüchtiger Partikel die Anforderungen der Verordnung des EJPD über Abgasmessgeräte für Verbrennungsmotoren (VAMV). Es könnte somit für die Feldüberwachung von Dieselpartikelfiltern von Baumaschinen eingesetzt werden.

Das Messgerät wurde im Labor eingehend charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass sowohl die Zähleffizienz für Dieselruss als Funktion der Partikelgrösse der VAMV entspricht, wie auch die Entfernung flüchtiger Tetracontane-Partikel.

Das Messgerät wurde von uns auf einer Baustelle eingesetzt, um seine Handhabung bei der realen Anwendung zu testen. Es traten bei dieser Messreihe keine Probleme auf. In einer weiteren Runde wurde der diluting Partector vom BAFU in einem Vergleichstest mit einem Referenzmesssystem sowie mit anderen Feldmessgeräten verglichen. Dabei wurde an verschiedenen Baumaschinen mit und ohne Filter gemessen. Auch hier gab es keine nennenswerten Probleme, und ein sehr gute Korrelation mit dem Referenzsystem.

Transfer and application (German)

Die Einsatzfähigkeit des diluting Partectors als Messgerät zur Überprüfung von Dieselpartikeln im Feld konnte in diesem Projekt nachgewiesen werden. Da es sich aber nur um eine Machbarkeitsstudie gehandelt hat, ist keine weitere Umsetzung oder Anwendung der Resultate im Rahmen dieses Projekts erfolgt.

Follow up (German)

Die weitere Entwicklung des Partector als Feldmessgerät ist derzeit noch offen. In diesem Projekt wurde lediglich gezeigt, dass es möglich wäre, handliche Feldmessgeräte zu produzieren; das hier entstandene Messgerät ist aber nicht serientauglich. Eine Weiterentwicklung zur Serienreife könnte in einem Nachfolgeprojekt erfolgen.

Publications / Results (German)

Keine schriftlichen Publikationen. Die Ergebnisse des Projekts wurden an der 18. ETH-Konferenz über Verbrennungsaerosole vorgestellt.