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21.01.2020, 14:30

Neues Verfahren ermöglicht zuverlässigere Abgasmessung

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Klitzekleine Schadstoffpartikel unter zehn Nanometern werden messbar

Je kleiner die Teilchen sind, die von Verbrennungsmotoren emittiert werden, desto schädlicher sind sie für Menschen. Ein Messverfahren, das selbst Partikel unter zehn Nanometern messen kann, hat ein Forscherteam der TU Graz mit internationalen Partnern entwickelt. Es soll der Autoindustrie dabei helfen, Motoren zu entwickeln, die weniger Nanopartikel emittieren, als aktuelle Verbrennungsmotoren.

Der bisher gesetzlich festgelegte Sollwert des Schadstoffausstoßes bei Fahrzeugen liegt bei 6 mal 1011 Partikeln pro Kilometer. Die Messung der Partikelemissionen benötigt daher hoch präzise und zuverlässige Sensoren. Bei den Abgastests werden bisher allerdings nur Nanopartikel über 23 Nanometern erfasst, kleinere Teilchen - die sich aufgrund ihrer Größe noch leichter in den Lungen festsetzen - werden mit herkömmlichen Systemen nicht aufgespürt. Ein Nanometer entspricht dem millionstel Teil eines Millimeters.

Im Rahmen des europäischen Horizon 2020-Projekts "DownToTen" entwickelte ein europäisches Konsortium ein neues Messsystem, das Partikel von so geringer Größe erfassen kann. In Tests am Rollenprüfstand des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der TU Graz, sowie im praktischen Fahrbetrieb (Real Driving Emissions - RDE), sei die Robustheit des Verfahrens bestätigt worden, hieß es in der Mitteilung.

Markus Bainschab - Forscher am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz - erklärte, warum so kleine Partikel bisher nicht verlässlich gemessen werden konnten: Im Bereich unter 23 Nanometern seien auch viele flüssige Partikel im Abgas vorhanden, diese flüchtigen Tröpfchen seien jedoch nicht so stark gesundheitsgefährdend wie die kleinen, festen Partikel. "Für ein exaktes Testergebnis muss daher sichergestellt sein, dass beim Messen nicht irrtümlich flüssige Partikel erfasst werden", schilderte der Grazer Forscher, der federführend bei der Entwicklung des neuen Messsystems mitgearbeitet hat.

Mit bisherigen Messmethoden sei es nicht in entsprechender Qualität möglich, die flüssigen Partikel zu entfernen, ohne dass nicht auch ein Großteil der festen Partikel verloren ging. "Uns ist das durch ein optimiertes Verdünnungssystem und durch die Oxidation von Kohlenwasserstoffen mithilfe eines Katalysators gelungen", zeigte sich der Wissenschafter erfreut.

In der Umgebungsluft reagieren Autoabgase jedoch auch noch mit anderen Verbindungen - diesen Prozess bezeichnet man als "atmosphärische Alterung". Auch wenn sich die sekundären Aerosole an den Nanopartikeln anhaften, können sie tief in den menschlichen Organismus vordringen. Das europäische Forschungsprojekt "DownToTen" hat daran gearbeitet, diesen "Alterungsprozess" im Labor nachzubilden. Der gleiche "Alterungsprozess", der in der Atmosphäre Stunden und Tage dauert, wurde im Labor beschleunigt. Parallel dazu wurden die Reaktionen in Computermodellen simuliert.

Herzstück des neuen Verfahrens ist nunmehr ein Emissionsmessgerät, das am Kfz-Auspuff befestigt wird und dort sowohl neue als auch "gealterte", ultrafeine Partikel messen kann. Die Erfassung von neuen und den sogenannten sekundären Aerosolen, die erst in der Atmosphäre durch chemische Umwandlung von gasförmigen Vorläufern entstehen, bringe Vorteile, erklärte Bainschab: "In Kombination mit einem Aerosol-Massenspektrometer lässt sich das Verhältnis der Fahrzeugemissionen zu diesen Partikeln untersuchen und feststellen, ob diese sogenannten sekundären Aerosole durch den Schadstoffausstoß erzeugt werden", wie Bainschab darlegte. Das Resultat zeige dann den realen Einfluss der Autoabgase auf die Luftqualität.

Die jüngste Forschung zum Verfahren habe ein besseres Verständnis der Entstehung von Sekundäraerosolen durch Auto-Abgase zum Ziel. Die Forscher hoffen, dass die Automobilhersteller mit ihrem Gerät künftig Motoren entwickeln können, die weniger Nanopartikel emittieren. Außerdem könne das Verfahren als Basis für eine neue Abgasgesetzgebung dienen.

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