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Minuten vergehen ohne Abgasreinigung

Die Modellrechnung der Forscher startet an einem Wintertag bei minus 13 Grad Celsius. In den ersten 30 Sekunden der Autofahrt passiert im Katalysator ... gar nichts. Dann beginnt sich das erste Viertel des Katalysators zu erwärmen. Nach einer Minute beginnt die Erwärmung im zweiten Viertel; erst zwei Minuten nach Motorstart wird das dritte Viertel warm. Es dauert insgesamt dreieinhalb Minuten, bis der Katalysator zu drei Viertel durchgeheizt ist und bei 140 Grad Celsius Betriebstemperatur einen guten Teil der Abgase reinigen kann.

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Die Forscher wiederholten anschließend die Modellrechnung für ein Hybridauto. Angenommen, der Katalysator war schon einmal warm und ist nun im Stop-and-Go-Verkehr abgekühlt, weil der Wagen eine ganze Weile nur mit seinem Elektromotor unterwegs war. Der "abgekühlte" Kat hat zwar immer noch knapp 90 Grad Rest-Temperatur; doch auch in diesem Fall ist er erst nach drei Minuten völlig durchgeheizt. Allerdings verläuft das Aufheizen auf einem höheren Temperaturniveau, was günstiger für das Einsetzen der ersten chemischen Reinigungs-Reaktionen ist.

Kaltstart auf der Beschleunigungsspur

Schließlich simulierten die Forscher einen Kaltstart auf der Autobahnauffahrt - ein typisches Szenario für Plugin-Hybride, die mit Batteriestrom bis zum Stadtrand fahren können und dann kräftig Gas geben. In diesem Fall ist der Katalysator minus 13 Grad kalt, doch es fließt die doppelte Menge an heißen Auspuffgasen durch. Beim Plugin-Hybrid ist der Katalysator bereits nach 90 Sekunden warm genug, um alle Abgase zu reinigen - der stärkere Abgasstrom "föhnt" den Katalysator schneller warm; die chemischen Reaktionen setzen früher und stärker ein.

Doch die schlechte Nachricht dabei lautet: Auch modernste Plugin-Hybride stoßen bei jedem Kaltstart noch minutenlang giftige Schadstoffe aus. Das könnte in den nächsten Jahren zum Problem werden, wenn die EU die Abgasvorschriften noch weiter verschärfen wird. Das Problem lässt sich nur lösen, wenn der Katalysator ganz gezielt aufgeheizt wird, sobald der Verbrennungsmotor anspringt. Oder noch besser: bevor er anspringt. Wie könnte das gehen?

"Ich sehe da drei Möglichkeiten", sagt Empa-Forscher Dimopoulos Eggenschwiler. "Man könnte den Motor heißere Abgase produzieren lassen - das kostet allerdings zusätzlich Treibstoff. Man könnte die Batterie der Hybridautos nutzen, um die Abgase elektrisch vorzuwärmen. Und man könnte den Washcoat des Katalysators mithilfe von Mikrowellenstrahlung vorheizen - eine hier an der Empa entstandene Idee, die sich in Entwicklung zur Serienreife befindet."

Bleibt die Frage: Mit welcher Methode lassen sich Schadstoffe am effizientesten vermeiden? Und welche kostet am wenigsten Energie?

Auch das haben die Forscher durchgerechnet: Beim Kaltstart in der Stadt ist es am günstigsten, nur die Abgase vorzuheizen. Beim Kaltstart auf der Autobahn würde das wegen der großen Abgasmenge zu viel Energie kosten. Hier lohnt es sich, den Washcoat direkt vorzuwärmen. "Am Ende bringt nur eine Kombination aus allen Methoden die besten Ergebnisse", sagt Viola Papetti, die die Simulationsrechnungen durchführte.

Software hilft auch Elektroautos

"Da wäre noch eine weitere interessante Sache", sagt Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler am Ende des Gesprächs. "Schon seit einiger Zeit wenden wir unsere Berechnungsmethode auch bei Elektroautos an." Das Simulationsprogramm der Empa-Forscher kann tatsächlich nicht nur die Wärmeverteilung im Abgas-Trakt eines Verbrennungsmotors berechnen, sondern ebenso gut die Erwärmung einer Lithium-Ionen-Batterie. Damit eignet sich das Tool perfekt, um die Kühltechnik in Elektroautos zu optimieren - aber auch die Kühlung einer Ladestationen, an der das Auto Strom aufnimmt. Eine nicht ganz unwesentliche Zweitnutzung der Software, denn: Nur mit einer optimalen Temperaturüberwachung und Kühlung sind effiziente Schnellladesysteme realisierbar.

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 Verkehr: Das Kaltstart-Dilemma der Autos mit Hybridantrieb
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plutoniumsulfat 11:16 / Themenstart

Das gibt nicht mal der voreingenommene Artikel her :D Wohl kaum.

chefin 19. Feb 2020 / Themenstart

Du kennst moderne Schmiermittel noch nicht. Die kleben tagelang am Motor wie Honig, um...

chefin 19. Feb 2020 / Themenstart

Ja, das sollte auch der Normalzustandd sein. Aber da der Kat ja 99% rausfiltert ist...

DeepSpaceJourney 18. Feb 2020 / Themenstart

Vierzylinder sind auch Vibrationsarm und die heutige Norm. Ich persönlich würde mir auch...

DeepSpaceJourney 18. Feb 2020 / Themenstart

Welches Pferd ist tot? Verbrenner können es ja nicht sein, die werden noch lange benötigt...

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