Wenn Sie schon einmal hinter einem älteren Auto an einer roten Ampel gestanden und einen Hauch von Auspuff gerochen haben, dann haben Sie gerochen, was moderne Abgasreinigungstechnologie hart daran arbeitet zu verhindern.

Die heutigen Verbrennungsmotoren (ICE) stoßen weit weniger Schadstoffe aus als ihre Pendants von vor nur 20 Jahren - nicht weil die Fahrer sich geändert haben, sondern weil die Ingenieurskunst und Vorschriften die Automobilhersteller dazu gedrängt haben, sich zu verbessern.

Der Weg zu saubererem Auspuff handelt weniger vom Austausch von Kraftstoffen und eher davon, aus dem Motor, dem Abgassystem und dem Computergehirn, das sie steuert, jede mögliche Verbesserung herauszuquetschen. Und der eigentliche Treiber hinter diesen Fortschritten? Strengere Umweltstandards, die den Autoherstellern kaum eine andere Wahl lassen, als zu innovieren.

Die Relevanten Schadstoffe

Bevor man sich mit der Technik beschäftigt, lohnt es sich zu wissen, auf welche Schadstoffe die Regulierungsbehörden am meisten abzielen:

1. Kohlenmonoxid (CO)

- Ein giftiges Gas aus unvollständiger Verbrennung.

2. Stickoxide (NOx)

– Tragen zur Smogbildung und Atemwegserkrankungen bei.

3. Partikelmaterie (PM)

– Winzige Rußpartikel, die schädlich für die Lunge sind.

4. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC)

– Können mit Sonnenlicht reagieren und Ozon bilden.

Jeder Schadstoff erfordert einen anderen Ansatz zur Kontrolle, weshalb die Emissionssysteme geschichtet und komplex sind.

Der Aufstieg der Katalysatoren

Der Katalysator ist seit den 1970er Jahren das Rückgrat der Abgasreinigung, aber heutige Einheiten sind bei weitem fortschrittlicher. Moderne Dreiwegekatalysatoren reduzieren gleichzeitig NOx, oxidieren CO und brennen unverbrannte Kohlenwasserstoffe ab - Aufgaben, die früher separate Geräte erforderten.

Der Trick liegt in der Beschichtung mit Edelmetallen - normalerweise Platin, Palladium und Rhodium -, die chemische Reaktionen bei niedrigeren Temperaturen beschleunigen. Neuere Designs heizen sich nach dem Motorstart schneller auf, eine entscheidende Verbesserung, da die meisten Verschmutzungen in den ersten Fahrminuten entstehen.

Elektronisches Motormanagement

Was die Katalysatoren wirklich an ihre Grenzen brachte, war die Einführung der Motorsteuergeräte (ECUs). Diese Mikrocomputer passen die Kraftstoffeinspritzung, die Zündzeitpunkte und die Luftzufuhr Dutzende Male pro Sekunde an, um die Verbrennung so sauber wie möglich zu halten.

Beispielsweise messen Breitband-Sauerstoffsensoren den Sauerstoffgehalt im Abgas und leiten diese Daten an das ECU weiter. Das ECU feinabstimmt dann das Kraftstoff-Luft-Gemisch, um es nahe am idealen Stöchiometrie-Verhältnis zu halten – genug Sauerstoff, um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen, aber nicht so viel, dass die NOx-Werte in die Höhe schießen. Laut der Society of Automotive Engineers (SAE) hat der weit verbreitete Einsatz von geschlossener Regelungs-Elektronik die durchschnittlichen CO-Emissionen bei Personenkraftwagen seit den 1990er Jahren um über 80 % reduziert.

NOx mit Präzision bekämpfen

NOx-Emissionen sind besonders hartnäckig bei hoch verdichteten Benzinmotoren und Diesel-Fahrzeugen.

Um sie zu bekämpfen, sind zwei wichtige Technologien zum Standard geworden:

1. Abgasrückführung (AGR)

- Rezirkuliert einen Teil des Abgases zurück in den Ansaugtrakt, senkt die Verbrennungstemperatur und reduziert somit die Bildung von NOx.

2. Selektive Katalytische Reduktion (SCR)

- Sprüht eine Harnstoff-basierte Flüssigkeit in das Abgas, die NOx in harmlosen Stickstoff und Wasser umwandelt.

SCR-Systeme, die früher nur bei Nutzfahrzeugen zu finden waren, sind nun auch bei Personendieselfahrzeugen üblich, um den strengen Euro 6 und US Tier 3 Normen zu entsprechen.

Die Revolution der Partikelfilter

Traditionell produzierten Benzinmotoren weniger Partikel als Diesel, aber mit dem Aufkommen der Benzin-Direkteinspritzung (GDI) hat sich das geändert. GDIs spritzen den Kraftstoff direkt in den Zylinder, was die Effizienz erhöht, aber auch mehr Ruß erzeugt. Hier kommt der Benzin-Partikelfilter (GPF) ins Spiel – ein keramischer Wabenkörper, der Partikel einfängt, bis sie bei hohen Temperaturen verbrannt werden. In Kombination mit besseren Kraftstoffatomisierungstechniken haben GPFs die Partikelemissionen um bis zu 90 % reduziert.

Wenn Regulierung Technologie formt

Es geht nicht nur um Technik um ihrer selbst willen. Umweltstandards wie die des US-Umweltschutzamts Tier 3 oder die der Europäischen Union Euro 6d setzen harte Grenzen für die Gramm an Schadstoffen pro Kilometer. Automobilhersteller können nicht-konforme Modelle nicht verkaufen, daher arbeiten die Entwicklungsteams rückwärts von diesen Zahlen aus. Wie der emeritierte MIT-Professor John B. Heywood in seiner Arbeit betont hat, haben Regulierungen historisch gesehen die Innovation bei der Abgasreinigung vorangetrieben, indem sie starke Anreize für eine sauberere Verbrennung schaffen.

Die Kosten der Sauberkeit

Natürlich bringen jede Schicht Emissionstechnik Kosten, Komplexität und manchmal Gewicht mit sich. Katalysatoren verwenden Edelmetalle, die starken Preisschwankungen unterliegen, Partikelfilter erfordern regelmäßige Regeneration und SCR-Systeme müssen mit Harnstoffflüssigkeit nachgefüllt werden.

Dennoch funktionieren diese Systeme für die meisten Verbraucher unsichtbar im Hintergrund - es ist kein spezieller Wartungsaufwand erforderlich, außer die Serviceintervalle einzuhalten. Und angesichts der gesundheitlichen und Umweltvorteile sind die meisten Länder und Fahrer bereit, diesen Kompromiss einzugehen.

Die Zukunft der Abgasreinigung bei ICE

Auch wenn Elektrofahrzeuge an Beliebtheit gewinnen, werden Verbrennungsmotoren nicht über Nacht verschwinden.

In den nächsten zehn Jahren oder mehr erwarten Sie:

• Hybridisierung - Zusammenschaltung von Motoren mit Elektromotoren zur Reduzierung von Last und Emissionen.

• Fortgeschrittene Verbrennungsmodi wie Homogene Ladungskompressionszündung (HCCI) für sauberere Verbrennungen.

• Noch schnellerer Katalysatoranlauf zur Bekämpfung von Kaltstartemissionen.

Diese Fortschritte, angetrieben sowohl durch technologische Durchbrüche als auch durch verschärfte Vorschriften, werden die Emissionen von Verbrennungsmotoren im realen Fahrbetrieb immer näher an nahe null Niveaus heranbringen.

Wenn Sie das nächste Mal an einem kalten Morgen Ihr Auto starten, bedenken Sie das Zusammenspiel von Chemie, Elektronik und Wärmemanagement, das unmittelbar funktioniert, um die Luft sauber zu halten. Der Weg zu emissionsarmem Fahren geht nicht nur um neue Kraftstoffe - es geht darum, dass jeder Ausstoß aus dem Auspuff sauberer ist als der letzte.