Homogene Gasphasen-Reaktionen im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Olaf Deutschmann; Professorin Dr. Katharina Kohse-Höinghaus
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391765816

Die weitere Verringerung von Grenzwerten für Schadstoffemissionen wie NOx von Verbrennungsmotoren, die vermehrte Nutzung klimafreundlicherer Kraftstoffe sowie die Entwicklung effizienterer Verbrennungsmotoren verlangen nach alternativen Strategien zur Abgasnachbehandlung wie z. B. die Positionierung des Abgaskatalysators nahe des Motors. Daraus resultierende höhere Temperaturen und Drücke können zu beträchtlichen Gasphasen-reaktionen im Abgasstrang führen, die sich signifikant auf die Emissionsminderung auswirken. In einem System zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von NOx könnte sich so z.B. das Verhältnis von NH3 zu NOx ändern und sich damit die NOx-Emission erhöhen. Homogene Reaktionen zwischen den Abgaskomponenten HC/HCO/CO/NOx/O2/NH3/H2O/CO2/N2 wurden bisher unter den Bedingungen im Abgasstrang kaum untersucht. Dieses chinesisch-deutsche Projekt untersucht homogene Gasphasenreaktionen unter mageren Bedingungen eines mit einem NH3-SCR-System ausgestatteten Abgasreinigungssystems. Chemische Reaktionen im Abgas werden sowohl im motornahen Abgasrohr als auch in den Strömungskanälen des Katalysators charakterisiert, in ihren Auswirkungen verstanden sowie modelliert. Das wissenschaftliche Ziel besteht in einem grundlegenden Verständnis der im Rohabgas vorkommenden Gasphasenreaktionen, welches benötigt wird, um die tatsächlich am Katalysator vorliegende Gemischzusammensetzung zu kennen und damit die Reaktionskinetik zu modellieren und Reinigungsstrategien zu entwickeln. Um diese Projektziele zu erreichen, werden die einander ergänzenden Expertisen der Projektpartner in Bezug auf chemische Verbrennungsdiagnostik, kinetische Analyse, Modellentwicklung sowie Nachbehandlungsstrategien genutzt. Die Untersuchungen berücksichtigen (i) die Vielfältigkeit der Kraftstoffe, von konventionellem mit Additiven versehenen Benzin und Diesel, über Biokraftstoffe (Ethanol, Biodiesel) bis hin zu zukünftigen, elektrisch gewonnenen Kraftstoffen, (ii) die unterschiedlichen Betriebsbedingungen von Motoren, sowie mit (iii) den motornahen Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen. Diese breit gefächerte Kombination von Bedingungen ist eine Ursache des noch fehlenden Grundverständnisses der Bedeutung homogener Gasphasenreaktionen im motornahen Abgas. Daher sind typische Abgaszusammensetzungen und deren Sensibilität für Temperatur und ggf. Druck zu identifizieren. Diese Gemeinschaftsarbeit thematisiert dringliche Herausforderungen, die auch Auswirkungen für mögliche Strategien zur Erhöhung der Luftqualität in China und Deutschland haben werden. Das Projekt gründet sich auf eine bereits existierende Partnerschaft zwischen den deutschen und chinesischen Gruppen und baut diese weiter aus.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Fei Qi, Ph.D.