Dieselpartikelfilter, Oxidations- und DeNOx-Katalysatoren

Thema

Dieselmotorische Abgase, insbesondere Partikel, sind wegen ihrer Kanzerogenität besonders kritisch für die Umwelt und Gesundheit. Neue Abgasgrenzwerte beschränken Partikelmenge und Partikelanzahl sowie Stickoxide, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe, wodurch entsprechende Abgasnachbehandlungsvorrichtungen für nahezu alle Dieselmotoren obligatorisch werden.

Dieselpartikelfilter können mit Porenweiten von 10–15 µm Abscheideleistungen bis 99,9 % erreichen und werden periodisch durch Abbrennen der abgeschiedenen Rußpartikel gereinigt. Die dabei entstehenden hohen Temperaturen sind der Grund, warum Keramiken, vorrangig Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Mullit und Cordierit, zum Einsatz kommen. Die häufigste Bauform sind extrudierte Wabenkörper mit wechselseitig verschlossenen Kanälen. Spezielle Katalysatoren dienen der Senkung der Zündtemperatur des Rußes und erleichtern somit die Regeneration. Der Lebensdauerverkürzung infolge von Ascheeinlagerungen wird durch asymmetrische Zellenformen entgegengewirkt.

DeNOx-Katalysatoren werden für die sog. SCR-Technik (TiO2-basiert oder spezielle Zeolithe) oder als Speicherkats ausgeführt – sowohl als vollextrudierte Wabenkörper  als auch als Beschichtungen auf hochporösen Keramikträgern. Auch kombinierte Systeme von DPF mit eingelagerten DeNOx-Katalysatoren befinden sich in der Entwicklung für die zukünftige Abgasnachbehandlung.

Das Fraunhofer IKTS entwickelt sowohl funktionalisierte Partikelfilter als auch Oxidations- und DeNOx-Katalysatoren. Bei der Untersuchung und Optimierung von Katalysatoren oder katalytisch beschichteten Partikelfiltern greift das IKTS auf modernste Synthesegasprüfstände zurück. In stationären oder dynamischen Prüfzyklen können Light-off-Temperaturen und Konvertierungsraten für Oxidations- und SCR-Katalysatoren bestimmt werden. Zudem lässt sich auch das Umsatzverhalten von Dreiwege- und NOx-Speicherkatalysatoren in Abhängigkeit von Temperatur, Abgaszusammensetzung und Volumenstrom ermitteln.

 

Leistungsangebot

 

  • Auslegung, Entwicklung und Modifizierung von Dieselpartikelfiltern (RSiC, LPS-SiC, oxidisch gebundenes SiC, Cordierit) und Abgaskatalysatoren (DOC, cDPF, TWC, SCR, LNT, sDPF)
  • Charakterisierung von Dieselpartikelfiltern und Abgaskatalysatoren (neu und post-mortem), insbes. Zusammensetzung, Porencharakteristik, Permeabilität, spezifische Oberfläche, Festigkeit, Ausdehnungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, Ascheanalytik etc.
  • Entwicklung und Optimierung einzelner technologischer Schritte zur Fertigung von DPF (Werkstoffauswahl, Masseaufbereitung, Formgebung, Wärmebehandlung, Plugging)
  • Musterfertigung

 

Technische Ausstattung

 

  • Komplette technologische Linie zur Entwicklung und Herstellung von Wabenkörpern und Dieselpartikelfiltern im Technikumsmaßstab
  • Katalyse- und Filtrationsprüfstände zur Charakterisierung von Dieselpartikelfiltern und Abgaskatalysatoren (Übersicht)

 

Beispiele und Referenzen

 

  • Entwicklung von Offroad-DPF aus Siliciumcarbid
  • Dieselpartikelfilter mit optimierter Druckverlust und Filtrationseffizienz  Katalytisch beschichteter Partikelfilter für Kleinmotoren kleiner 19 kW
  • Offenzellige Schäume aus Keramik und Metall als kombinierte Filter-/Katalystorträger
  • Offenzellige Partikelfilter für Großmotoren
  • Grundcharakterisierung und Post-mortem-Analyse von Komponenten für die Abgasnachbehandlung (DPF, GPF, Katalysatoren)
  • Querstrom-DPF mit erhöhter Aschespeicherfunktion
  • Formgebung großformatiger SCR-Katalysatorwaben