Selektive katalytische Reduktion (SCR)

Die selektive katalytische Reduktion ist die wichtigste Technik zur Begrenzung der Stickoxide moderner Dieselmotoren, und ihre breite Verwendung ist eine unmittelbare Folge der verschärften Emissionsgrenzwerte, die mit Euro 5 und vor allem mit Euro 6 eingeführt wurden. Die Dieselverbrennung läuft bei hohen Temperaturen und mit Luftüberschuss ab, also unter Bedingungen, die die Bildung von Stickoxiden begünstigen, auch wenn sie den Wirkungsgrad verbessern. SCR ist dazu da, die Verbindung zwischen wirtschaftlicher magerer Verbrennung und schädlichem NOx aufzubrechen, sodass die Hersteller den Motor auf Verbrauch abstimmen und dennoch die gesetzlichen Grenzwerte am Auspuff einhalten können.

Im Kern des Systems steht eine chemische Reduktionsreaktion. Eine dosierte Menge wässriger Harnstofflösung, die unter dem Markennamen AdBlue verkauft und nach der Norm ISO 22241 mit 32,5 Prozent Harnstoff spezifiziert ist, wird vor einem eigens dafür vorgesehenen Katalysator in den heißen Abgasstrom eingespritzt. Die Hitze zersetzt den Harnstoff zu Ammoniak, und an der Katalysatoroberfläche, üblicherweise einer Vanadium- oder Kupfer-Zeolith-Beschichtung, reagiert das Ammoniak mit den Stickoxiden. Übrig bleiben lediglich zweiatomiger Stickstoff, der bereits den größten Teil unserer Atemluft ausmacht, und Wasserdampf. Eine Dosiersteuerung passt die AdBlue-Einspritzmenge anhand der Signale von NOx-Sensoren vor und hinter dem Katalysator fortlaufend an und stellt sicher, dass genügend Ammoniak für die Reaktion vorhanden ist, ohne dass ein Überschuss unverbraucht entweicht.

Der praktische Nutzen ist erheblich: Ein gut ausgelegtes SCR-System kann den Großteil der Stickoxide entfernen, häufig genannt werden rund 90 Prozent oder mehr unter günstigen Bedingungen. Das ermöglicht es großen Diesellimousinen, SUVs und Nutzfahrzeugen, in zunehmend strengen regulatorischen Umfeldern straßenzugelassen zu bleiben, und es untermauert den anhaltenden Nutzen des Diesels für hohe Laufleistungen und Zugbetrieb, wo sein Drehmoment und seine Wirtschaftlichkeit nur schwer zu übertreffen sind.

SCR arbeitet selten allein. Es ist Teil einer mehrstufigen Abgasnachbehandlung, in der die Abgasrückführung die NOx-Bildung bereits im Zylinder mindert, ein Oxidationskatalysator Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe abbaut und ein Dieselpartikelfilter den Ruß einfängt. SCR fängt dann die verbliebenen Stickoxide weiter stromabwärts ab. Die Prüfung der realen Fahremissionen hat die Hersteller dazu gebracht, diese Systeme über eine weit größere Bandbreite an Temperaturen und Lasten aktiv zu halten als frühere, auf das Labor ausgerichtete Abstimmungen.

Für den Halter bringt das System einige Pflichten mit sich. Der AdBlue-Tank muss regelmäßig nachgefüllt werden, je nach Fahrweise typischerweise alle paar Tausend Kilometer, und läuft er leer, lässt sich der Motor nach dem Abstellen von Gesetzes wegen nicht wieder starten. Die Flüssigkeit kann an den Einspritzdüsen kristallisieren und gefriert unterhalb von etwa minus elf Grad Celsius, weshalb Tank und Leitungen üblicherweise beheizt sind. Sensordefekte und Kristallisation gehören zu den häufigeren SCR-bedingten Werkstattbesuchen. Richtig verstanden ist SCR jedoch eines der leisesten und wirkungsvollsten Stücke Umwelttechnik in einem modernen Auto.