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Abgasmessung Neues Messsystem erkennt ultrafeine Schadstoffpartikel

Redakteur: Maximiliane Reichhardt

Feinstaub ist ein gesundheitsschädliches Nebenprodukt moderner Verbrennungsmotoren. Um ihn zu detektieren haben Forscher an der TU Graz gemeinsam mit Partnern ein neues Messverfahren entwickelt.

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Partikel unter zehn Nanometer messen: Forscher der TU Graz haben ein dafür geeignetes Messverfahren entwickelt.
Partikel unter zehn Nanometer messen: Forscher der TU Graz haben ein dafür geeignetes Messverfahren entwickelt.
(Bild: TU Graz)

Im Dezember 2019 präsentierte die europäische Kommission ihren „Green Deal“, ein Projekt mit dem sie die EU bis 2050 klimaneutral machen will. Eine geplante Maßnahme sind strengere Abgasgrenzwerte. Der aktuelle Sollwert liegt bei 6x1011 Partikel pro Kilometer (Euro-6d-Temp), wobei nur Partikelanzahlemissionen über 23 Nanometer (nm) reguliert werden. Kleinere Nanopartikel, wie sie neue und künftige Generationen von Verbrennungsmotoren in einer höheren Anzahl emittieren, können bei Abgastests derzeit nicht erfasst werden. Dieser Feinstaub ist aber noch gesundheitsschädlicher, da Partikel dieser Größe ungehindert in die Lunge eindringen können.

Ultrafeine Partikel messen

Im Rahmen des Projekts „Down-To-Ten“ haben Forschende der TU Graz gemeinsam mit einem internationalen Konsortium ein neues Verfahren entwickelt, mit dem Partikel bis zu einer Größe von 10 nm gemessen werden können. Der TU Graz zufolge bestätigen Tests am Rollenprüfstand des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der TU Graz, aber auch im praktischen Fahrbetrieb (Real Driving Emissions – RDE), die Robustheit des Verfahrens.

Aber wieso konnten so kleine Partikel bislang nicht erfasst werden? Markus Bainschab, Forscher am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz und federführend bei der Entwicklung des neuen Messsystems, erklärt: „Im Bereich unter 23 nm sind viele flüssige Partikel im Abgas vorhanden. Diese flüchtigen Tröpfchen sind nicht so stark gesundheitsgefährdend wie die festen Partikel. Für ein exaktes Testergebnis muss daher sichergestellt sein, dass beim Messen nicht irrtümlich flüssige Partikel erfasst werden. Mit aktuellen Messmethoden ist es nicht in dieser Qualität möglich, die flüssigen Partikel zu entfernen, ohne einen Großteil der festen Partikel zu verlieren. Uns ist das aber gelungen: durch ein optimiertes Verdünnungssystem und durch die Oxidation von Kohlenwasserstoffen mithilfe eines Katalysators.“

Wirkung von Abgasen auf die Luft verstehen

Herzstück des Verfahrens sei ein mobiles Emissionsmessgerät, das am Fahrzeug-Auspuff befestigt wird und dort neue und gealterte ultrafeine Partikel misst. Das Erfassen neuer und gealterter Partikeln berge dabei in zweierlei Hinsicht Vorteile, eklärt Bainschab: „In Kombination mit einem Aerosol-Massenspektrometer lässt sich das Verhältnis der Fahrzeugemissionen zu gealterten Partikeln untersuchen und feststellen, ob diese sogenannten sekundären Aerosole durch den Schadstoffausstoß erzeugt werden.“

Bei diesen sekundären Aerosolen muss es sich nicht zwingend um Fahrzeugpartikel handeln. Die atmosphärisch gealterten Partikel können auch aus dem Meer, aus der Landwirtschaft, aus Wäldern oder von natürlichen Prozessen stammen. Nach Angaben der Forscher werden bei dem Verfahren zunächst die neu produzierten Emissionen des Autos erfasst, künstlich atmosphärisch gealtert und analysiert. Anschließend werden die Daten mit jenen der gemessenen sekundären Aerosole aus der Luft abgeglichen. Das Resultat zeige den realen Einfluss der Autoabgase auf die Luftqualität.

Der Prozess soll ein besseres Verständnis liefern, wie Abgase aus Verbrennungsmotoren die Entstehung von Sekundäraerosolen begünstigen. Für Automobilhersteller könne der Prozess hilfreich sein, wenn sie neue Verbrennungsmotoren entwickeln oder mittels Abgasnachbehandlung die Emissionen senken. Die Forschung könne zudem als Grundlage für eine neue Abgasgesetzgebung dienen.

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