Der richtige Ruß
Physikalisch-Technische Bundesanstalt entwickelt System zur exakten Charakterisierung von Rußpartikeln.
Die gute Nachricht vorweg: Strengere Grenzwerte haben den Ausstoß von Dieselruß aus Kraftfahrzeugen in den vergangenen zwanzig Jahren drastisch gesenkt: von 180 Milligramm pro Kilometer auf heute 5 – festgelegt in der Euro-Norm 5. Bei der Messung dieser reduzierten Mengen, die auch noch in Form von wesentlich kleineren und damit lungengängigeren Partikeln emittiert werden, stoßen im Rahmen der Abgasuntersuchung (AU) eingesetzte Werkstatt-Messgeräte jedoch mittlerweile an ihre Grenzen. Abhilfe könnten neue Verfahren zur Dieselruß-Detektion schaffen, wie etwa Streulicht-Messverfahren. Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) haben daher für die Validierung und Charakterisierung neuer Streulicht-Messverfahren einen neuartigen hochstabilen Rußgenerator entwickelt. Dieser wird auch eingesetzt, um vor der Markteinführung der neuen Sensoren letzte wissenschaftliche Grundlagen zu klären, die für die Eichfähigkeit benötigt werden.
Abb.: Der von der PTB entwickelte neue Rußgenerator besitzt eine Konditioniereinheit zur Verdünnung und Vermischung des Rußaerosols sowie ein Rohrsystem zur Verteilung auf die Messgeräte. (PTB)
Mit neu entwickelten Partikelmessgeräten, die neben dem Trübungskoeffizienten auch die Partikelmassenkonzentration von Rußteilchen erfassen, lässt sich Dieselabgas mit einer bis zu 100-fach höheren Empfindlichkeit messen als mit den 1993 in den Werkstätten eingeführten „Opazimetern“. So kann man nun auch geringste Konzentrationen feinster Partikel messen. Zu diesem Schluss kommt ein gemeinsames Forschungsprojekt von PTB und ASA, dem Bundesverband der Hersteller und Importeure von Automobil-Service-Ausrüstungen e. V. Da die Abgasuntersuchung eine hoheitliche Aufgabe ist, darf sie nur mit vorschriftsmäßig zugelassenen Messgeräten durchgeführt werden. Die PTB bereitet daher die Bauartzulassung neuer Partikelmessgeräte vor, was dann die Möglichkeit für den Einsatz in Werkstätten eröffnet.
Zum Vergleich zwischen unterschiedlichen physikalischen Messmethoden wie Opazimeter und Laser-Streulicht-Messverfahren hat die PTB eine weltweit bisher einmalige Prüfanlage entwickelt. Kernstück der Prüfanlage ist ein verbrennungsbasierter, mit Propangas betriebener Ruß-Generator, mit dessen Hilfe ein hochstabiles Rußaerosol erzeugt werden kann, das mittlere Partikeldurchmesser von 60 bis 220 Nanometer abdeckt.
Die bisher für die Dieselrußmessung verwendeten Opazimeter arbeiten nach dem sogenannten Transmissionsverfahren, bei dem die Gasprobe in eine Messzelle geführt und von einer Lichtquelle durchleuchtet wird. Der Sensor ermittelt also, wie viel Licht die Gasprobe absorbiert. Daraus berechnet sich der Trübungsgrad bzw. Trübungskoeffizient, der gesetzlichen Vorgaben unterliegt. Im Vergleich dazu sind Streulichtverfahren deutlich empfindlicher. Hier bestrahlt ein Laserstrahl die Aerosolprobe in der Messzelle. Mehrere seitlich angeordnete Detektoren, teilweise unter verschiedenen Raumwinkeln, erfassen die Lichtstreuung durch Rußpartikel und wandeln diese Informationen in ein elektrisches Signal um. Daraus berechnet das Messgerät schließlich mithilfe der im Projekt bestimmten Korrelation den Trübungskoeffizienten sowie auch die Partikelmassenkonzentration.
PTB / DE
