Ein Vorschlag für eine neue Methode der Abgasreinigung von Dieselmotoren.
Zusammenfassung:
Es wird vorgeschlagen, die Stickoxide der (Diesel-)Motor-Abgase mittels eines "Scrubbers" in
Wasser zu absorbieren. Rein rechnerisch besteht ein Bedarf von ca. 15 Millionen Geräten in Deutschland.
Vorbemerkung:
Als „Stickoxide“ oder NOx wird ein Gemisch aus NO, NO2 usw. bezeichnet. Auch der Begriff „Nitrose Gase“ ist gebräuchlich. Sie entstehen bei hoher Temperatur durch die direkte Umsetzung des Luft-Stickstoffs mit dem Luft-Sauerstoff. Z. B. im Verbrennungsmotor, im Lichtbogen oder beim Blitzschlag. In hoher Konzentration sind sie sehr gesundheitsschädlich (Lungenödem).
Mit Wasser entsteht aus NOx Salpetersäure. Deren Salze (Nitrate) sind ein wertvoller Stickstoff-Dünger. Als Kuriosum sei vermerkt, dass NO in geringer Konzentration für die Erektion des Mannes verantwortlich ist. (Wie sagte schon Paracelsus: „Die Menge macht das Gift“!)
Ein neuer „Abgas-Skandal?
Laut einer Studie des ICCT, das den Abgasskandal bei VW mit aufgedeckt hat, stoßen aktuelle Diesel-Pkw mehr als doppelt so viel giftige Stickoxide (NOx) aus wie Laster oder Busse - selbst in der modernsten Schadstoffklasse Euro 6.
Im realen Straßenbetrieb wurde ein NOx-Ausstoß von 0,5 Gramm pro gefahrenem Kilometer, im Extremfall bis zu 1 Gramm/km, gemessen.
Derzeit werden die Stickoxide mittels des AdBlue-Verfahren aus dem Abgas entfernt. AdBlue (auch AUS 32 für aqueous urea solution oder Arla 32) ist eine wässrige Harnstofflösung, bestehend aus 32,5 % reinem Harnstoff und 67,5 % demineralisiertem Wasser. Mit dieser Lösung wird der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) bei Dieselmotoren um bis zu 90 Prozent reduziert
Die wasserklare Flüssigkeit wird in den Abgasstrang eingespritzt und führt zu einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Stickoxide und Ammoniak werden dabei zu Wasser und Stickstoff umgewandelt.
Die Kosten liegen bei ca. 1.000 Euro pro Anlage.
Der Verbrauch von AdBlue liegt bei etwa 5 % des eingesetzten Dieselkraftstoffs, oder 1,5 Liter auf 1000 km.
Zurzeit gibt es 14,4 Millionen Diesel-Pkw in Deutschland. Bei einer Laufleistung von ca. 15.000 km pro Jahr und PKW ergeben sich ca. 200 Milliarden Kilometer und damit (bei angenommenen 0,5 g Stickoxide/km) ein Gesamtanfall von 100.000 Tonnen NOx.
Die Fahrleistung der etwa 3 Millionen bundesdeutschen LKW beträgt (2015) ca. 70 Milliarden km pro Jahr. Bei angenommenen 0,25 g Stickoxide/km ergibt sich ein Gesamtanfall von ca. 15.000 Tonnen NOx. Ohne Abgas-Reinigung läge die NOx –Emission bei ca. 1 g Stickoxide/km und damit der Gesamtanfall bei ca. 50.000 Tonnen NOx.
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
(46 g NO2 entsprechen 63 g HNO3)
Demnach ergäben sich aus den o.g. 115.000 (bzw. 150.000) t NOx rein rechnerisch ca. 160.000 (bzw. 200.000) t Salpetersäure (100 %)
(zum Vergleich:
Industrielle Salpetersäureproduktion in Deutschland ca. 2,5 Mio. Tonnen/Jahr)
Salpetersäure ist ein großtechnisches Produkt und wird (im Prinzip) durch Umsetzung von NOx mit Wasser und Luft hergestellt:
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
Bevor sich das sog. „OSTWALD-Verfahren“ (Darstellung des NOx durch Umsetzung von Ammoniak mit Luft) durchsetzte, wurde (in Notodden /Norwegen) das NOx durch die sog. „Luftverbrennung“ (nach BIRKELAND und EYDE) hergestellt:
In einem elektrischen Lichtbogen vereinigten sich Stickstoff und Sauerstoff der Luft zu NOx. Die Ausbeute betrug nur wenige Prozent und wurde trotz der billigen Elektroenergie Norwegens noch vor dem 1. Weltkrieg wegen zu hoher Kosten aufgegeben.
Im Dieselmotor findet bei den hohen Verbrennungstemperaturen ebenfalls eine Art „Birkeland und Eyde“-Prozess statt.
Mein Vorschlag:
Statt mit Harnstoff-Lösung (AdBlue) werden die Stickoxide in Wasser absorbiert. Nach dem sog. „Wisconsin-Verfahren“ wird das Abgas mit O2 –Überschuss katalytisch an Silicagel zu NO2 umgesetzt und dann in einem Scrubber mit Wasser und Luft zu 60%iger Salpetersäure umgesetzt. An vorgegebenen Sammelstellen (z.B. Autohöfe der Autobahn) kann entsorgt werden. Der Erlös der Salpetersäure dürfte die Kosten der Entsorgung (ähnlich wie Glas- oder Altpapier-Sammlung) tragen. In Entwicklungsländer könnte diese Abgas-Reinigung (nach Umsetzung z.B. mit Kalk) als billige und wirksame Stickstoff-Dünger-Quelle hilfreich für die Landwirtschaft sein!
Bei einer angenommenen Entstehung von 1 Gramm NOx pro km und einem Benzinverbrauch von 7 Liter pro 100 km entstehen rein rechnerisch pro Kilometer (bei einer Abgastemperatur von 100 Grad):
· 0,66 l NOx
· 112 l CO2
· 126 l H2O
· (neben unverbrauchten 700 l Stickstoff)
d.h. auf 1000 l Abgase entfallen 0,7 l Stickoxide.
Es muss überprüft werden, ob sich 0.07 Vol% (700 ppm) Stickoxide (im Gemisch mit 12 Vol% CO2 ) in vernünftiger Ausbeute absorbieren lassen! CO2 löst sich bei Raumtemperatur um Größenordnungen leichter als NOx in Wasser. Das Azeotrop der Salpetersäure (68 %) siedet jedoch bei 122 Grad. Bis zu dieser Temperatur dürfte das gelöste CO2 vollständig desorbiert sein. Aber: „Versuch macht kluch!“ sagte mein Großvater.
Dr. Helmuth Herterich