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Wenn sich der Ruß in Luft auflöst

Eine "kontinuierlich regenerierbare Rußfalle" als Serienausstattung bei Dieselmotoren soll helfen alarmierende Feinstaubemissionen in den Griff zu bekommen. Die Umwandlung der Rußpartikel von festen in gasförmige Stoffe beschäftigt MaterialchemikerInnen der Technischen Universität (TU) Wien. Ihre Untersuchungen am Reaktionsmechanismus tragen zur Verbesserung der neuen Dieselrußfilter bei.

Schnittzeichnung eines Rußprimärpartikels

Schnittzeichnung eines Rußprimärpartikels

Schnittzeichnung eines Rußprimärpartikels

Wien (TU). – "Wir haben analysiert, wie die Autoabgase mit der Rußoberfläche wechselwirken. In der Industrie verfolgt man mittlerweile den Ansatz von Durchflussfiltern, das sogenannte "CRT"-Prinzip (Continuous Regenerating Trap). Diese Rußfalle wandelt Stickstoffmonoxid (NO), das bei der Kraftstoffverbrennung entsteht mit Hilfe eines vorgeschalteten Katalysators in Stickstoffdioxid (NO2) um. Damit wird der Russfilterkuchen im Anschluss aufoxidiert. Aus dem Festkörper entstehen gasförmige Oxidationsprodukte", erklärt Hinrich Grothe, Professor am Institut für Materialchemie der TU Wien.

Die heterogenen Reaktionen untersuchten Grothe und seine MitarbeiterInnen mit der Infrarot- und der Massenspektroskopie. Es stellte sich heraus, dass bei den Oxidationsprozessen mit NO2 und Sauerstoff Nitratgruppen an der Oberfläche gebildet werden und eine wichtige Rolle im Oxidationsprozess spielen. Vor allem Stickstoffdioxid gilt als starkes Oxidationsmittel. Grothe: "Ein Rußpartikel misst normalerweise einen Mikrometer (µm) oder knapp darunter. Der Aufbau der gesundheitsschädigenden Teilchen ist vergleichbar mit der Anordnung von Blättern in einem Salatkopf. Die molekulare Chemie findet an deren Kanten statt. Wenn wir verstehen was an den Blattkanten chemisch passiert, können wir auch die Oxidation des Rußes steuern. Was übrig bleibt hat sich sprichwörtlich in Luft aufgelöst."

Der Ruß-Ausstoß ist in der EU streng limitiert und wurde vom Jahr 2000 auf 2005 um 50 % gesenkt. Der erlaubte Grenzwert wird also nicht mehr "nur" durch ein Tuning der Dieselmotoren erreicht. Die Automobilindustrie ist gefordert an der Entwicklung einer konkreten Abgasnachbereitung zu arbeiten. Ideale Betriebsvoraussetzungen für die Umwandlung der Rußpartikel sieht Grothe bei Temperaturen zwischen 200 und 300 Grad. "Sauerstoff kann natürlich auch als Oxidationsmittel wirken, tut dies aber erst bei deutlich höheren Temperaturen (ab 500 Grad). Dann würde allerdings das Material der Rußfilter zu sehr beansprucht werden. Deshalb soll die Reaktion mit NO2 gestartet und sobald die Temperatur hoch genug ist, kann die Oxidation in einem Synergismus von Stickoxiden und Sauerstoff fortgeführt werden", so Grothe.

Das Projekt wurde mit dem Wirtschaftskammerpreis 2005 gefördert. Die Firmen Novartis und Bruker unterstützten die Anschaffung eines Schwingungsspektrometers.

Fotodownload: https://www.tuwien.ac.at/index.php?id=3777

Rückfragehinweis:
Ao.Univ.Prof. Dipl.-Chem. Dr. Hinrich Grothe
Technische Universität Wien
Institut für Materialchemie   
Veterinaerplatz 1, 1210 Wien
T +43/1/25077-3809
F +43/1/25077-3890
E hinrich.grothe@tuwien.ac.at

Aussender:
Mag. Daniela Ausserhuber
TU Wien - PR und Kommunikation
Karlsplatz 13/E011, A-1040 Wien
T +43-1-58801-41024, 41027
F +43-1-58801-41093
E daniela.ausserhuber@tuwien.ac.at
http://www.tuwien.ac.at/pr