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Periodische Abgasüberwachung für Dieselruss-Emissionen

Um die Abgase von Strassenfahrzeugen regelmässig überprüfen zu können, haben Forschende der FHNW zusammen mit der naneos particle solutions gmbh ein tragbares Messgerät entwickelt.

Periodische Abgasüberwachung für Dieselruss-Emissionen

Ausgangslage

Mit der Einführung von Partikelfiltern sanken die Feinstaubemissionen von Verbrennungsmotoren stark. Ein guter Filter hat eine Effizienz von deutlich mehr als 99%. Oft ist dann die Konzentration im Abgas kleiner als in der Umgebungsluft. Etwa zur gleichen Zeit wurden auch verschiedene Systeme zur on-board Diagnostik eingeführt. In der Meinung, diese würden eine Fehlverhalten der Abgasreinigungs-Systeme erkennen, wurde der Abgastest abgeschafft.

Unterdessen zeigt sich immer deutlicher, dass die Emissionen bei intaktem Filter zwar sehr gering sind, dass aber ein kleiner Anteil von Filtern entweder defekt, manipuliert oder sogar ganz ausgebaut wurde. Bereits bei kleinen Defekten können die Emissionen um ein Vielfaches steigen. Dies führt dazu, dass wenige Motoren mit sehr hohen Emissionen die Flottenemissionen dominieren (Bild 1).

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Bild 1: Kumulativer Beitrag zu den Partikelemissionen. 90% der Emissionen stammen von etwa 10% der Fahrzeuge (Burtscher et al., 2019).

Dies gilt sowohl für Strassenfahrzeuge als auch bei off-road Anwendungen (Baumaschinen, etc.). Darum muss die periodische Abgasüberwachung wieder eingeführt werden. Für Baumaschinen und andere off-Road Motoren ist das in der Schweiz bereits der Fall.

Ziele

Um die Überwachung praktisch durchzuführen sind geeignete Messgeräte mit folgenden Eigenschaften erforderlich:

  • Ermöglicht die einfache Messung von Partikelanzahlkonzentrationen
  • Da der gesamte Sensor beheizt wird, können Emissionsmessungen ohne Verdünnung durchgeführt werden
  • Konzentrationsbereich bis zu 5'000'000 Partikel/cm3.
  • Grosses Wartungsintervall, da keine Flüssigkeit, kein Trockner verwendet wird und sich nur wenige Partikel im Gerät ablagern
  • Kann eigenständig verwendet werden oder über Bluetooth mit PC/Tablet kommunizieren, wo auch der Bericht für offizielle Messungen erstellt wird.
  • Ist METAS-zertifiziert gemäss Verordnung SR 941.242 (Zertifikat CH-K4-20002-00)

Ergebnisse

In einem vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) geförderten Projekt haben Forschende der FHNW einen Handheld Emission Particle Counter (HEPaC), entwickelt. Das Gerät basiert auf dem Partector 2 der Firma naneos , einem Spin-off der FHNW.

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Bild 2: Aufbau des HEPaC: Das Abgas wird auf 195°C erhitzt, bevor es in den Sensor gelangt. Die Partikel werden dann durch einen unipolaren Diffusionslader aufgeladen, gefolgt von einem gepulsten Abscheider und der Messstufe, in der der Influenz-Strom gemessen wird. Mehr zur Funktion in Fierz et.al., 2014.

Der HEPaC kann für folgende Anwendungen eingesetzt werden:

  • Emissionsmessungen von Verbrennungsmotoren
  • Amtliche periodische Kontrollmessungen nach der Schweizer Verordnung SR 941.242 für Baumaschinen und andere Off-Road-Motoren
  • Flottenemissionstests

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Bild 3: Anzeige in Funktion der Partikelgrösse, die orangen Punkte zeigen die in der Verordnung vorgeschriebene minimale Effizienz, die grauen die maximale.

Referenzen und Unterlagen

Projekt-Informationen

Auftraggeber

Bundesamt für Umwelt BAFU

Ausführung

Institut für Sensorik und Elektronik FHNW, naneos particle solutions gmbh

Dauer

24 Monate

Finanzierung

Bundesamt für Umwelt BAFU, BAFU Umwelttechnologieförderung, Vertrag UTF 601.1319

Projektleitung

Prof. Dr. Heinz Burtscher

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